@phdthesis{Schuett2014, author = {Sch{\"u}tt, Matthias}, title = {Thermoplastische Zwischenlagen zur Verbesserung der Brandbest{\"a}ndigkeit von carbonfaserverst{\"a}rkten Epoxidharzsystemen}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-35775}, school = {BTU Cottbus - Senftenberg}, year = {2014}, abstract = {Das Verhalten von Faserverbundwerkstoffen auf Polymerbasis im Brandfall ist aufgrund ihrer organischen Matrix ein zentrales Thema in der Werkstoffentwicklung. Um unter Hitzeeinwirkung Flammbildung zu verhindern, den Brand einzud{\"a}mmen oder zu l{\"o}schen, werden den meisten Werkstoffen Flammschutzmittel (FSM) hinzugef{\"u}gt. G{\"a}ngige FSM haben jedoch einen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit des Tr{\"a}germaterials und dessen Eigenschaften. Dazu z{\"a}hlen die Erh{\"o}hung der Harzviskosit{\"a}t, Verspr{\"o}dung der Matrix oder die Freisetzung toxischer Stoffe im Brandfall. Ein zentrales Thema der aktuellen Entwicklung faserverst{\"a}rkter Verbundwerkstoffe ist der Wechsel von Prepreg- hin zu Infusionsprozessen. Dabei spielt der Einfluss auf die Verarbeitbarkeit eine besondere Rolle, da viele FSM im Infusionsprozess aufgrund der Erh{\"o}hung der Harzviskosit{\"a}t, Agglomeration oder Filtereffekten nicht verarbeitet werden k{\"o}nnen. In der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Methode entwickelt, strukturelle Faserverbundwerkstoffe mithilfe eines Multi-Lagen-Aufbaus im Brandfall vor der Hitzeeinwirkung zu sch{\"u}tzen, ohne die Bauteileigenschaften im Normalbetrieb zu beeintr{\"a}chtigen. Dabei wurde der Ansatz verfolgt, in carbonfaserverst{\"a}rkte Laminate auf Epoxidbasis Lagen aus Hochleistungsthermoplasten einzubringen, die im Brandfall als Intumeszenz- bzw. Barriereschicht dienen. Zur Evaluierung der Materialien wurden neben der Bestimmung des Brandverhaltens mittels Cone Kalorimetrie zus{\"a}tzlich in der Luftfahrt zulassungsrelevante Pr{\"u}fverfahren zur Bestimmung der Brennbarkeit, Flammausbreitung und der Freisetzung von W{\"a}rme, Rauch und toxischer Stoffe durchgef{\"u}hrt. Zus{\"a}tzlich wurde die f{\"u}r den strukturellen Bereich wichtige Feuerbest{\"a}ndigkeit untersucht und kritische mechanische Gr{\"o}ßen, wie die interlaminaren Eigenschaften, Druckfestigkeit und die Impakt-Toleranz bestimmt. Dar{\"u}ber hinaus wurde die Best{\"a}ndigkeit des Materials gegen{\"u}ber luftfahrtrelevanten Medien untersucht. Neben der Materialcharakterisierung wurden die Mechanismen untersucht, die im Brandfall im Material ablaufen, um mit dem daraus resultierenden Verst{\"a}ndnis das Material gezielt optimieren zu k{\"o}nnen. In diesem Zusammenhang wurde u.a. das Brandverhalten in Abh{\"a}ngigkeit von der Beaufschlagungstemperatur, Probendicke, Probenfeuchtigkeit und von mechanischen Sch{\"a}den bestimmt. Außerdem wurden die freigesetzten Pyrolysegase und die {\"A}nderung der thermischen Eigenschaften des Materials betrachtet. Mithilfe modifizierter Cone Kalorimeter-Messungen wurde dar{\"u}ber hinaus die Temperaturverteilung und die Zersetzung des Materials {\"u}ber den Probenquerschnitt w{\"a}hrend der Messung beobachtet. Durch den Einfluss der Modifizierung auf die Verarbeitbarkeit, speziell im hier verwendeten Infusionsverfahren, wurde neben der Materialentwicklung auch der Verarbeitungsprozess betrachtet und angepasst. Ein Beispiel hierf{\"u}r ist die Anpassung der Infusionstemperatur an die L{\"o}slichkeit der Thermoplaste im Harzsystem. Die Arbeit zeigt, dass thermoplastische Zwischenlagen im Brandfall durch Intumeszenz bzw. Barriereeffekte das darunterliegende Material sch{\"u}tzen. Dadurch wird die Restfestigkeit und die Zeit bis zum Versagen des Bauteils erh{\"o}ht. Zudem wirken die Lagen z{\"a}hmodifizierend und verbessern die mechanischen Eigenschaften im Normalbetrieb. Zus{\"a}tzlich k{\"o}nnen die Lagen als Tr{\"a}ger f{\"u}r zus{\"a}tzliche Modifikatoren dienen.}, subject = {Carbonfaserverst{\"a}rkte Verbundwerkstoffe; Carbon fiber reinforced plastics; Multi-layered laminates; Multi-Lagenlaminate; Fire resistance; Feuerbest{\"a}ndigkeit; Hochtemperaturthermoplaste; Epoxidharz; Epoxy resin; High performance thermoplastic polymers; Epoxidharz; Feuerfestigkeit}, language = {de} }