Erklärt: 3D-Druck mit flammhemmenden Polymeren

Viele 3D-Druckmaterialien kommen regelmäßig auf den Markt, aber schwer entflammbare Polymere sind eine wachsende Kategorie. Flammhemmende Materialien, die oft mit flammhemmenden Zusätzen versehen sind, verhindern die Ausbreitung von Bränden und sind für einige Anwendungsfälle unerlässlich. Sie können hohen Temperaturen standhalten und sind viel weniger anfällig für Feuer und Flammen.aFlammhemmend

In einigen Regionen und Branchen verlangen Gesetze und Vorschriften flammhemmende Eigenschaften von Endverbrauchsteilen. In anderen Fällen müssen die 3D-gedruckten Werkzeuge hohen Temperaturen standhalten können. Flammhemmende Materialien tragen zur Verbesserung der Sicherheit bei. Andernfalls bestünde die Gefahr, dass ein Teil versagt oder sich ein Feuer ausbreitet.

Aus all diesen Gründen erfüllen flammhemmende Materialien hohe Zertifizierungsstandards für bestimmte Branchen. Dieser Leitfaden befasst sich mit einigen kritischen Anwendungsfällen und beschreibt einige verfügbare flammhemmende Materialien.

Einführung in flammhemmende Polymere

Flammhemmende Polymere sind eine spezielle Klasse von Materialien, die so konstruiert sind, dass sie einer Entzündung widerstehen und die Brandausbreitung verlangsamen. Diese schwer entflammbaren Materialien sind in Branchen, in denen Sicherheit an erster Stelle steht, unverzichtbar, z. B. in der Bau-, Automobil- und Elektronikindustrie. Flammhemmende Polymere können aus verschiedenen Basismaterialien gewonnen werden, darunter Kunststoffe, Elastomere und Verbundstoffe. Diese Polymere werden häufig mit speziellen Zusatzstoffen behandelt, um ihre flammhemmenden Eigenschaften zu verbessern. Zu diesen Additiven können halogenierte Flammschutzmittel, bromierte Flammschutzmittel und anorganische Flammschutzmittel gehören, die jeweils zur Gesamtflammhemmung des Materials beitragen. Durch die Zugabe dieser Additive können flammhemmende Polymere Brände effektiver verhindern und die Sicherheit in kritischen Anwendungen gewährleisten.

Eigenschaften von flammhemmenden Polymermaterialien

Flammenhemmend polymere Werkstoffe verfügen über mehrere wichtige Eigenschaften, die sie für Brandschutzanwendungen unverzichtbar machen:

• Hohe Hitzebeständigkeit: Diese Materialien können hohen Temperaturen standhalten, ohne sich zu entzünden oder zu schmelzen, und eignen sich daher für Umgebungen, in denen große Hitze ein Problem darstellt.

• Schwer entflammbar: Flammhemmende Polymere sind so konzipiert, dass sie sich nicht entzünden und die Ausbreitung des Feuers verlangsamen, wodurch wertvolle Zeit für die Evakuierung und Brandbekämpfung gewonnen wird.

• Hohe Abriebfestigkeit: Neben ihren feuerfesten Eigenschaften sind diese Polymere langlebig und widerstehen erheblichem Verschleiß, was sie ideal für den Einsatz im Bauwesen und in der Automobilindustrie macht.

• Gute chemische Beständigkeit: Flammhemmende Polymere sind gegen verschiedene Chemikalien beständig, so dass sie ihre Integrität und Leistung auch in rauen Umgebungen beibehalten.

Diese Eigenschaften erhöhen insgesamt die Sicherheit und Zuverlässigkeit flammhemmender Polymermaterialien in verschiedenen Anwendungen und gewährleisten, dass sie strenge Brandschutznormen erfüllen.

Flammhemmende Polymermaterialien Anwendungen

Luft- und Raumfahrt

In der Luft- und Raumfahrtindustrie, in der flammhemmende Kunststoffe unverzichtbar sind, ist Sicherheit von entscheidender Bedeutung. Strenge Vorschriften geben den Standard vor, und die Industrie muss sich bei der Verwendung von Teilen an sie halten. Airbus hat erfolgreich Teile für die Innenkabine, z. B. Paneele, mit flammhemmenden Materialien durch selektives Lasersintern und Fused Deposition Modeling. Emirates verwendet auch flammhemmende Materialien für den 3D-Druck einiger Teile, wie z. B. Videomonitor-Abdeckungen. Alle diese Teile erfüllen strenge Anforderungen an die Wärmeabgabe, so dass sie im Falle eines Brandes wirksam sind.

Schiene

Wie die Luft- und Raumfahrtindustrie unterliegt auch die Bahnindustrie strengen Sicherheitsvorschriften. Um diese strengen Sicherheitsstandards zu erfüllen, werden in der Bahnindustrie in der Regel Halogen-Flammschutzmittel verwendet. Der 3D-Druck mit flammhemmenden Materialien hat sich als sehr hilfreich erwiesen. Der multinationale Hersteller Alstom verwendet flammhemmende 3D-gedruckte Lüftungsschlitze in einigen Zügen. Additive Fertigung ist besonders vorteilhaft für Erstellung von Ersatzteilen auf Anfrage in der Eisenbahnindustrie, wodurch sich die Durchlaufzeiten und Lagerkosten verringern.

Elektronik

Flammwidrigkeit ist eine nützliche Eigenschaft für elektronische Bauteile. In diesen Bauteilen werden häufig Metalloxide verwendet, um ihre flammhemmenden Eigenschaften zu verbessern. 3D-gedruckte Materialien werden üblicherweise in "passiven" Teilen des Elements - wie Gehäusen und Steckern - für den Fall eines elektrischen Fehlers verwendet. Diese Teile sind nicht nur schwer entflammbar, sondern können auch sehr individuell gestaltet werden.

Bauingenieurwesen

Im Bauwesen spielen flammhemmende Polymere eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Brandsicherheit. Diese Materialien werden in mehreren wichtigen Anwendungen eingesetzt:

• Gebäudeisolierung: Flammhemmende Polymere werden zur Isolierung von Gebäuden eingesetzt, um die Brandgefahr zu verringern und die Energieeffizienz zu verbessern.

• Bedachungsmaterialien: Diese Polymere werden in Bedachungsmaterialien verwendet, um die Feuerbeständigkeit und Haltbarkeit zu erhöhen und einen zusätzlichen Schutz gegen potenzielle Brandgefahren zu bieten.

• Wandmaterialien: Flammhemmende Polymere werden in Wandmaterialien eingearbeitet, um die Ausbreitung von Feuer zu verhindern und die allgemeine Sicherheit und Langlebigkeit von Gebäuden zu verbessern.

Durch die Integration flammhemmender Polymere in Baumaterialien können Ingenieure das Brandrisiko deutlich verringern und die Sicherheit von Bauwerken erhöhen.

Andere Anwendungen

Neben dem Bauwesen werden flammhemmende Polymere auch in verschiedenen anderen Branchen eingesetzt:

• Automobil: Im Automobilsektor werden flammhemmende Polymere in Bauteilen wie Sicherheitsgurten und Airbags verwendet, deren Feuerbeständigkeit für die Sicherheit der Insassen entscheidend ist.

• Elektronik: Diese Polymere sind in elektronischen Anwendungen, einschließlich Leiterplatten und Verdrahtung, unverzichtbar, wo sie dazu beitragen, elektrische Brände zu verhindern und den sicheren Betrieb von Geräten zu gewährleisten.

• Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrtindustrie werden flammhemmende Polymere in Bauteilen von Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet, die in hochriskanten Umgebungen einen lebenswichtigen Feuerschutz bieten.

Die Vielseitigkeit und Wirksamkeit flammhemmender Polymere machen sie in vielen Bereichen unentbehrlich und erhöhen die Sicherheit und Zuverlässigkeit.

Schwer entflammbar vs. flammhemmend: Was ist der Unterschied? 

Die Begriffe "schwer entflammbar" und "schwer entflammbar" bedürfen häufig der Klärung. Schwer entflammbare Materialien sollen die Ausbreitung von Feuer auf brennbare Materialien verhindern, während flammhemmende Materialien gebaut werden um Verbrennungen gänzlich zu vermeiden. Das ist verständlich, denn es gibt einige Ähnlichkeiten zwischen den beiden Begriffen. Der Hauptunterschied besteht darin, dass schwer entflammbare Materialien einer gewissen Hitze widerstehen können, aber sie sind so konzipiert, dass sie die Ausbreitung von Bränden verhindern. Schwer entflammbare Materialien sind so konstruiert, dass sie gar nicht erst brennen.

Normen und Klassifizierungen für flammhemmende Polymere

Um die Sicherheit und Wirksamkeit von flammhemmenden Polymeren zu gewährleisten, gibt es verschiedene Normen und Klassifizierungen:

• UL94: Diese international anerkannte Entflammbarkeitsprüfung für Kunststoffe bewertet die Fähigkeit des Materials, eine Flamme nach der Entzündung zu löschen.

• EN-45545: EN-45545 ist eine europäische Norm für den Brandschutz in Schienenfahrzeugen und klassifiziert Materialien nach ihrem Brandverhalten und ihrer Rauchentwicklung.

• FMVSS 302: Diese Automobilnorm schreibt vor, dass Materialien bestimmte Anforderungen an die Entflammbarkeit erfüllen müssen, um die Sicherheit von Fahrzeugkomponenten zu gewährleisten.

• FAR 25.853: Eine Luftfahrtnorm, FAR 25.853, schreibt vor, dass in Flugzeugen verwendete Materialien strenge Entflammbarkeitsanforderungen erfüllen müssen, um die Sicherheit der Passagiere zu gewährleisten.

Diese Normen und Klassifizierungen bieten einen umfassenden Rahmen für die Bewertung der flammhemmenden Eigenschaften von flammhemmenden Polymeren und stellen sicher, dass sie die notwendigen Sicherheitsanforderungen für ihre vorgesehenen Anwendungen erfüllen.

Beispiele für flammhemmende Polymere

Es gibt viele verschiedene flammhemmende Polymere, und die Unternehmen entwickeln regelmäßig neue Materialien oder Varianten. Mehrere verschiedene flammhemmende Polymere sind auf der MakerVerse Plattform verfügbar.

PA-12 flammhemmend

Technologie: Selektives Laser-Sintern (SLS)

PA 12 ist ein Standardmaterial für die SLS-Technologie. Es verbindet hohe Zugfestigkeit mit Stabilität. Dieser Variante von PA 12 ist eine einzigartige flammhemmende Chemikalie zugesetzt. Dieses Material wird häufig in der Luft- und Raumfahrt und im Schienenverkehr eingesetzt. Siehe die Datenblatt.

Wesentliche Qualifikationen: CS 25 (Spezifikation der Europäischen Agentur für Flugsicherheit für Großflugzeuge), JAR 25 (Joint Aviation Requirement), FAR 25 (Federal Aviation Administration der USA), UL 94 V-0 (Standard for Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances).

ULTEM 1010

Technologie: Fused Deposition Modeling (FDM)

ULTEM 1010 ist ein hochleistungsfähiges thermoplastisches Polyetherimid (PEI) mit dem niedrigsten Wärmeausdehnungskoeffizienten unter allen FDM-Materialien. Es zeichnet sich außerdem durch eine hohe Wärmebeständigkeit, Zugfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit aus und ist damit ideal für anspruchsvolle und spezielle Anwendungsfälle. Bitte sehen Sie sich das Datenblatt an.

Wesentliche Qualifikationen:  FAR 25 und OSU 65/65 (USA Federal Aviation Administration) UL 94 V-0 und 5 VA

ULTEM 9085

Technologie: Fused Deposition Modeling (FDM)

ULTEM 9085 ist ein Hochleistungsthermoplast mit hoher Festigkeit. In Verbindung mit seiner Flammwidrigkeit wird er daher häufig in der Luftfahrt- und Eisenbahnindustrie eingesetzt. Bitte sehen Sie sich das Datenblatt an.

Wesentliche Qualifikationen:  FAR 25 und OSU 65/65, EN45545 R6-HL3 (Europäische Eisenbahnnorm für Brandschutz), UN ECE Regelung 118 (Brandschutz von Bussen).