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Schwer entflammbare Materialien sind überall dort unabdingbar, wo sich grosse Menschenmengen aufhalten. Die Empa entwickelt solche Werkstoffe für ganz unterschiedliche Anwendungen. Welche Hürden es dabei zu überwinden gilt, erklärt Empa-Forscher und Materialexperte Sabyasachi Gaan.
Wann sprechen wir von schwer entflammbaren und wann von nicht brennbaren Materialien?
Die Begriffe «schwer entflammbar» und «nicht brennbar» werden oft verwechselt, haben aber ganz unterschiedliche Bedeutungen. Schwer entflammbare Materialien sind grundsätzlich brennbar, entzünden sich aber eben nur schwer. Das verzögert die Ausbreitung von Bränden und erlaubt mehr Zeit für die Evakuation von Personen und das Eintreffen der Feuerwehr. Schwer entflammbare Materialien sind meist organische Materialien. Manche davon sind es inhärent, andere werden schwer entflammbar gemacht, zum Beispiel durch Zusätze, Imprägnierungen oder Beschichtungen. Nicht brennbare Materialien sind dagegen in der Regel anorganisch, etwa Steine, Zement, Metalle, Keramiken und Glas. Sie gelten als feuerfest und schützen ausgezeichnet vor Bränden.
Wo braucht es flammhemmende Materialien?
Überall, wo sich Menschen in der Öffentlichkeit bewegen, und Brandgefahr besteht, braucht es Brandschutz: In Bürogebäuden, Theatern, Stadien, Spitälern und so weiter. Dabei sollte nicht nur das Gebäude selbst schwer entflammbar sein, sondern auch das Mobiliar und der Innenausbau. Auch in Zügen und Flugzeugen sowie in der Industrie sind flammhemmende Werkstoffe gefragt. Ausserdem muss natürlich auch die Schutzbekleidung für Feuerwehr, Polizei, Militär sowie bestimmte Industriebereiche schwer entflammbar sein.
Welche Materialien für den Brandschutz entwickelt die Empa?
In meiner Forschungsgruppe beschäftigen wir uns mit organischen Materialien. So haben wir bereits Beschichtungen für Holz und Zusätze für Holzwerkstoffe entwickelt. Ein weiterer Schwerpunkt sind schwer entflammbare Polymere, beispielsweise Polyurethanschäume, Polyesterfasern oder Epoxidharz. Sie kommen an verschiedensten Orten zum Einsatz, etwa auf dem Bau, im Verkehr und im Innenausbau. Andere Forschungsgruppen an der Empa arbeiten an weiteren flammhemmenden Holzwerkstoffen sowie an nicht brennbaren anorganischen Materialien. Und um die Einsatzkräfte bei der Brandbekämpfung zu unterstützen, entwickeln wir an der Empa zudem effiziente Schutzbekleidung und eine hitzeresistente «FireDrone».
Welche Herausforderungen gibt es bei der Entwicklung flammhemmender Werkstoffe?
Es gibt technische, wirtschaftliche und ökologische Herausforderungen. Ganz abgesehen vom Brandschutz muss jedes neue Material den Zweck erfüllen, für den es vorgesehen ist. Wenn man ein Material schwer entflammbar macht, verändert man immer auch weitere Eigenschaften. Es kann passieren, dass man zwar das Brandverhalten verbessert, aber etwa die Witterungsbeständigkeit oder die Steifigkeit verschlechtert – oder das Material anspruchsvoller in der Verarbeitung macht.
Dann sollte das neue Material unbedenklich für Mensch und Umwelt sein. Auch der Herstellungsprozess sollte die Umwelt möglichst wenig belasten, indem er zum Beispiel auf bestimmte Lösungsmittel verzichtet. Und schliesslich muss das Ganze natürlich wirtschaftlich sein, darf also nicht zu viel kosten. Bei der Entwicklung von schwer entflammbaren Materialien bewegen wir uns im Spannungsfeld aus diesen drei Faktoren. Um die beste Lösung zu finden, müssen wir die genaue Anwendung des Materials verstehen und berücksichtigen.
Starke Projekte
Forschende der Empa entwickeln die FireDrone (1), die extremer Hitze standhält, rezyklierbare Verbundwerkstoffe für Flugzeuge und Züge (2), schwer entflammbare Holzwerkstoffe dank Melonen-Enzymen (3), filigrane und nicht brennbare Schallschlucker (4) und Schutzkleidung für Feuerwehrleute (5).
1. Die Drohne, die extremer Hitze trotzt
Feuerwehrleute und Industrieinspektoren müssen oft unter extremen Bedingungen arbeiten – sei es, um Gefahren zu beurteilen, Opfer zu lokalisieren oder Infrastruktur zu inspizieren. Die «FireDrone» soll als erste Drohne auch bei extremen Temperaturen Echtzeitdaten aus Hochrisikobereichen liefern, die für Menschen und herkömmliche Drohnen zu gefährlich sind. Entwickelt an der Empa und weitergeführt durch ein Spin-off, kombiniert die neue Generation der Drohne hitzeresistente Polyimid-Aerogel-Isolierung mit praxisnaher Robotik.
2. Rezyklierbare Verbundwerkstoffe für Züge und Flugzeuge
Flugzeuge und Passagierzüge unterliegen strengen Brandschutzanforderungen – und müssen zugleich mechanisch robust und möglichst leicht sein. Glas- und carbonfaserverstärkte Verbundwerkstoffe erfüllen diese Anforderungen – lassen sich bisher aber kaum recyceln. Empa-Forschenden ist es gelungen, ein neuartiges Epoxidharz herzustellen, das schwer entflammbar und zugleich recycelbar ist. In einem Innosuisse-Projekt mit dem Schweizer Unternehmen Elantas arbeiten sie nun daran, das Material zu kommerzialisieren.
3. Schwer entflammbare Holzwerkstoffe dank Melonen-Enzymen
Was heute meist im Ofen landet, könnte morgen Häuser schützen. Forschende der Empa und ETH Zürich haben einen Weg gefunden, Sägemehl mithilfe eines kristallinen Mineralbinders zu einem Hybridmaterial zu verarbeiten, das schwerer entflammbar ist. Damit eine feste Verbindung dank kontrollierter Kristallisation gelingt, nutzten sie ein Enzym aus den Kernen von Wassermelonen. Das neuartige Baumaterial ist dadurch nicht nur robust und flammhemmend, sondern auch kreislauffähig.
4. Filigrane und unbrennbare Schallschlucker
Dünn, massgeschneidert und unbrennbar: Empa-Forschende haben gemeinsam mit der Firma de Cavis neuartige Schallabsorber aus mineralischen Schäumen entwickelt. Sie sind nicht nur deutlich dünner als herkömmliche Materialien, sondern lassen sich auch gezielt für unterschiedliche Frequenzbereiche designen. Da sie fast vollständig aus Gips oder Zement hergestellt werden, sind sie nicht brennbar und setzen keine giftigen Gase oder gesundheitsschädlichen Partikel frei.
5. Schutzbekleidung für die Brandbekämpfung
Feuerwehrleute müssen in Gefahrenzonen leistungsfähig sein. Empa-Forschende arbeiten daher daran, die Belastung durch äussere Hitzestrahlung und Dampfentwicklung im Inneren der Schutzkleidung zu reduzieren. Wichtige «Forschungspartner» sind hierbei smarte Dummys und digitale Zwillinge. Neben isolierenden und thermo-reflektierenden Textilien werden integrierte Frühwarnsysteme entwickelt, die in Echtzeit über die Belastung informieren und personalisierte Vorhersagen erlauben, wie lange sich Rettungskräfte im Gefahrengebiet aufhalten können.
Dr. Sabyasachi Gaan
Empa, Advanced Fibers
Tel. +41 58 765 76 11
sabyasachi.gaan@empa.ch
https://www.empa.ch/web/s604/brandschutz-forschung-an-der-empa
Forschende der Empa entwickeln die FireDrone (1), rezyklierbare Verbundwerkstoffe für Flugzeuge und ...
Copyright: Empa
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Bauwesen / Architektur, Maschinenbau, Verkehr / Transport, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
Forschende der Empa entwickeln die FireDrone (1), rezyklierbare Verbundwerkstoffe für Flugzeuge und ...
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