Brandschutz-Forschung: Flammhemmender und recycelbarer Faserverbundwerkstoff entwickelt

Flugzeuge und Passagierzüge müssen strenge Sicherheitsanforderungen erfüllen, unter anderem auch an den Brandschutz. Dafür sind Materialien gefragt, die flammhemmend, leicht, robust und skalierbar sind. Forschende der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in der Schweiz haben gemeinsam mit Industriepartner Elantas (ein Unternehmen des deutschen Spezialchemie-Konzerns Altana) ein solches Material entwickelt – einen flammhemmenden Verbundwerkstoff, der vollständig recycelbar ist.

„Wenn man ein Material flammhemmend macht, verändert man immer auch die anderen Eigenschaften mit.“ Dieser Herausforderung haben sich Empa-Forscher Sabyasachi Gaan aus dem Labor Advanced Fibers in St. Gallen und sein Team in einem von Innosuisse unterstützen Projekt gestellt. Ihr Fokus lag dabei auf einem bestimmten Verbundwerkstoff, der für den Innenausbau von Flugzeugen und Zügen verwendet wird, beispielsweise für den Boden der Passagierkabine.

Epoxid wird nachhaltiger
Das Material ist ein mehrschichtiges „Sandwich“. In der Mitte liegt eine Wabenstruktur aus Aramid, einem hitzeresistenten Kunststoff. Dieser stabile, leichte Kern wird von oben und unten mit mehreren flach gewobenen Schichten aus Glas- oder Kohlefasern versehen. Als Bindemittel dient Epoxidharz, wie bei vielen Verbundwerkstoffen. Normalerweise lässt sich dieses Polymer weder chemisch noch thermisch recyceln – sprich, es kann weder eingeschmolzen noch aufgelöst werden. Verbundwerkstoffe mit Epoxid landen heute in Deponien oder werden verbrannt.

Mit dem richtigen Lösungsmittel und etwas Wärme lässt sich das „Sandwich“ wieder in seine einzelnen Komponenten zerlegen

Genau hier haben die Empa-Forschenden ein Ass im Ärmel: Sie haben einen Zusatz für Epoxidharz entwickelt, der das Material flammhemmend macht – und zugleich recycelbar ist. Wird Epoxid bei der Herstellung mit diesem phosphorhaltigen Molekül versetzt, lässt es sich nach dem Aushärten unter bestimmten Bedingungen wieder weich machen und neu formen – durch sogenanntes thermomechanisches Recycling, das für Epoxid bisher ein Ding der Unmöglichkeit war.

Alle Komponenten zurückgewonnen
Im Innosuisse-Projekt haben die Partner jedoch ein anderes Ziel verfolgt: das vollständige Recycling des Verbundwerkstoffs. Mit dem richtigen Lösungsmittel und etwas Wärme lässt sich das „Sandwich“ wieder in seine einzelnen Komponenten zerlegen: die Wabenstruktur und die gewobenen Fasern. Insbesondere die Aramid-Waben, aber auch Kohlefasern, sind verhältnismäßig teuer. Ihr Recycling ist daher auch wirtschaftlich attraktiv. „Grundsätzlich ist es auch möglich, das Epoxidharz selbst aus der Lösung zurückzugewinnen. Das wollen wir in künftigen Projekten angehen“, plant Sabyasachi Gaan.

Entwickelt wurde das recycelbare Epoxidharz an der Empa. Mit Elantas haben die Forschenden nun erstmals sein Potenzial für eine industrielle Anwendung erkundet. Laut Gaan erfüllt das Material Brandschutzbestimmungen und erreicht fast dieselben vorteilhaften mechanischen Eigenschaften wie gewöhnliches Epoxid. Mit dem Verlauf des Projekts sind die Partner zufrieden. Der nächste Schritt ist die weitere Skalierung von Herstellung und Recycling.

Gleichzeitig forscht Sabyasachi Gaan mit seinem Team bereits an weiteren Anwendungen für den recycelbaren flammhemmenden Kunststoff, etwa im Energiesektor und im Baubereich. Dass ein Material es so weit schafft, ist auch der Grundlagenforschung zu verdanken, betont der Wissenschaftler: „Bevor wir an den Anwendungen arbeiten können, müssen wir die Materialeigenschaften sehr gut verstehen.“

Materialien, die dem Feuer trotzen

Weitere Projekte: Forschende der Empa entwickeln auch Schutzkleidung für Feuerwehrleute, filigrane und nicht brennbare Schallschlucker, schwer entflammbare Holzwerkstoffe sowie die FireDrone, die extremer Hitze standhält.

Schutzkleidung
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 darüber erlauben, wie lange sich Rettungskräfte im Gefahrengebiet aufhalten können.

Dämmstoffe
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.

Holzmaterial
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.

FireDrone
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.

empa.ch

(Erschienen im EU-Recycling Magazin 11/2026, Seite 24, Fotos: Empa)