Dr. Christina Scheffler
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30.09.2022

Die Entwicklung der wässrigen Schlichten basierte auf dem Einsatz von organofunktionellem Silan als Haftvermittler und Polymerdispersionen auf Epoxidharz- bzw. Polyurethanbasis als Filmbildner. Die Versuchsdurchführung erfolgte iterativ durch Variation der Silane, Filmbildner und deren Gehalte. Mit 12 Schlichten konnten erfolgreich Basaltfasern beim Projektpartner DBF im industriellen Maßstab gesponnen werden. Grundsätzlich war mit allen Schlichten eine erfolgreiche Verarbeitung der Basaltrovings zu einem Gewebe möglich. Die Verarbeitungsqualität wurde von einem Textilhersteller anhand der gefertigten Muster beurteilt und eine Schlichte für das Upscaling festgelegt. Diese Schlichte beinhaltete ein Aminosilan und einen EP-Phenol Novolac Filmbildner als Hauptbestandteil. Im nächsten Schritt wurden 70 tex Basaltfaserspinnspulen mit der ausgewählten Schlichte bei DBF hergestellt, um die Herstellung zu Basaltfaserzwirn 140 tex Z30 als Kettfaden zu testen. Bei einem Unterauftragnehmer wurde die Zwirnherstellung erfolgreich getestet und 140 tex Basaltzwirn hergestellt werden. Für das geplante Upscaling der Gewebeherstellung wurden 22 kg 140 tex Basaltzwirn als Kettfaden und 15 kg 100 tex Basaltfasern als Schussfaden bei DBF gesponnen, jedoch ergaben sich bei der Verzwirnung im Industriemaßstab Probleme durch Aufspleißungen und Fadenabrisse. Durch die Komplexität der Herstellungskette des Basaltgewebes wurde in Absprache mit allen Projektpartnern auf ein weiteres Upscaling verzichtet und ein kommerziell verfügbares Basaltgewebe mit gleichem Flächengewicht und epoxy-kompatibler Schlichte verwendet, um die fristgerechte Bearbeitung der nachfolgenden Arbeitspakete zu gewährleisten.

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung und Optimierung eines schwer entflammbaren Hybrid-Verbundwerkstoffes aus Laubholzfurnieren und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) für den Einsatz als Baustoff im konstruktiven Brandschutz unter Berücksichtigung einer deutlichen Reduzierung von Bauteildicken bzw. -massen, sowohl im Gebäudebau als auch im Fahrzeugbau. Die Holzfurniere sollten aus Rotbuchen- und Birkenholz bestehen, da die Substitution von Nadelholz im Fokus des Forschungsprojektes liegt. Als Verstärkung wurden textile Basaltfasergewebe verwendet, die auf Grund ihrer hervorragenden thermischen Beständigkeit bereits im Bereich des Brandschutzes zum Einsatz kommen. Als Bindemittel bzw. Matrixmaterial wurde ein anteilig biobasiertes Phenolharz weiterentwickelt. Hierzu war es notwendig eine entsprechend kompatible Faserschlichte zu entwickeln, welche eine geeignete Haftvermittlung zwischen den Basaltfasern und dem neu entwickelten biobasierten Bindemittel bzw. Matrixmaterial erzeugt. Darüber hinaus wurde sowohl der Aufbau des textilen Gewebes als auch die Faserorientierung innerhalb des Holzfurniers aus mechanischer Sicht evaluiert und bemessen. Unter Berücksichtigung der Normung wurden im Rahmen des Projekts zudem Entwicklungen in Bezug auf die Brandfestigkeit des Werkstoffes durchgeführt und diese mittels der vorgesehenen Prüfverfahren in Anlehnung an DIN 4102 (Bauwesen) und DIN EN 45545-2 (Schienenfahrzeuge) charakterisiert. Mithilfe des neuen Hybrid-Verbundwerkstoffes sollten einerseits Werkstoffe im Bereich des Brandschutzes substituiert werden (z. B. druckimprägnierte Sperrhölzer), deren Anwendung durch umweltschädliche oder gesundheitsgefährdete Inhaltsstoffe langfristig Probleme aufwirft. Im Projekt sollten hierzu ausschließlich unbedenkliche Flammschutzmittel auf Basis reaktiver, organischer Phosphor- und Borverbindungen im Bindemittel eingesetzt werden und die Konzentration des Imprägniermittels reduziert werden.