Forschung zur Flammschutzwirkung von Automobilwerkstoffen und Anwendungstrends von flammhemmenden Fasern in Fahrzeugen

Forschung zur Flammschutzwirkung von Automobilwerkstoffen und Anwendungstrends von flammhemmenden Fasern in Fahrzeugen

Mit der rasanten Entwicklung der Automobilindustrie sind Autos – ob für den Arbeitsweg oder den Warentransport – zu unverzichtbaren Begleitern im Alltag geworden. Obwohl sie Komfort bieten, bergen sie auch Sicherheitsrisiken wie Verkehrsunfälle und Selbstentzündung. Aufgrund des begrenzten Raums und der brennbaren Materialien im Innenraum ist ein Brand im Fahrzeug oft schwer zu kontrollieren und gefährdet Leben und Eigentum der Insassen. Daher sollte die Brandsicherheit in Fahrzeugen für die Nutzer höchste Priorität haben.

Die Ursachen von Fahrzeugbränden lassen sich im Allgemeinen in folgende Kategorien einteilen:
(1) Fahrzeugbezogene Faktoren, einschließlich elektrischer Fehler, Kraftstofflecks und mechanischer Reibung, die durch unsachgemäße Änderungen, Installationen oder Wartungsarbeiten verursacht werden.
(2) Äußere Einflüsse wie Kollisionen, Überschläge, Brandstiftung oder unbeaufsichtigte Zündquellen.

Neue Energiefahrzeuge, die mit Hochleistungsbatterien ausgestattet sind, sind besonders anfällig für Brände aufgrund von Kurzschlüssen, die durch Kollisionen, Beschädigungen, thermisches Durchgehen aufgrund hoher Temperaturen oder übermäßigen Strom beim Schnellladen verursacht werden.

01 Forschung zur Flammschutzwirkung von Automobilwerkstoffen

Die Erforschung flammhemmender Materialien begann im späten 19. Jahrhundert in den Vereinigten Staaten. Mit den technologischen Fortschritten der letzten Jahre sind neue Anforderungen an die Forschung zur Flammhemmung von Materialien für den Fahrzeuginnenraum entstanden, vor allem in folgenden Bereichen:

Erstens, theoretische Forschung zur Flammschutzwirkung. In den letzten Jahren haben Forscher in China großen Wert auf die Untersuchung der Verbrennungsmechanismen verschiedener Fasern und Kunststoffe sowie auf die Anwendung von Flammschutzmitteln gelegt.

Zweitens die Entwicklung flammhemmender Materialien. Derzeit befinden sich viele Arten flammhemmender Materialien in der Entwicklung. International werden Materialien wie PPS, Kohlenstofffasern und Glasfasern erfolgreich in verschiedenen Branchen eingesetzt.

Drittens: Forschung zu flammhemmenden Textilien. Flammhemmende Textilien sind einfach herzustellen und hocheffizient. Während flammhemmende Baumwollgewebe bereits gut entwickelt sind, ist die Forschung an anderen flammhemmenden Textilien in China noch begrenzt.

Viertens: Vorschriften und Prüfmethoden für flammhemmende Materialien.

Materialien für den Fahrzeuginnenraum lassen sich grob in drei Kategorien einteilen:

1. Faserbasierte Materialien (z. B. Sitze, Teppiche, Sicherheitsgurte) – die am weitesten verbreiteten und in direktem Kontakt mit den Fahrgästen stehenden.
2. Werkstoffe auf Kunststoffbasis.
3. Werkstoffe auf Kautschukbasis.

Faserbasierte Materialien sind leicht entzündlich und befinden sich in unmittelbarer Nähe der Fahrzeuginsassen, was im Brandfall erhebliche Risiken birgt. Hinzu kommt, dass sich einige Fahrzeugkomponenten wie Batterien und Motoren in der Nähe von Textilien befinden, was die Brandausbreitung begünstigt. Daher ist die Untersuchung der Flammschutzwirkung von Materialien im Fahrzeuginnenraum von entscheidender Bedeutung, um die Entzündung zu verzögern und den Insassen mehr Zeit zur Flucht zu geben.

02 Klassifizierung von flammhemmenden Fasern

Im Bereich industrieller Textilanwendungen nehmen Automobiltextilien einen bedeutenden Anteil ein. Ein durchschnittlicher Pkw enthält etwa 20–40 kg Innenraummaterialien, die größtenteils aus Textilien bestehen, darunter Sitzbezüge, Kissen, Sicherheitsgurte und Kopfstützen. Diese Materialien tragen wesentlich zur Sicherheit von Fahrern und Beifahrern bei und müssen daher flammhemmende Eigenschaften aufweisen, um die Flammenausbreitung zu verlangsamen und die Fluchtzeit zu verlängern.

Flammhemmende FasernAls solche Fasern gelten Fasern, die sich bei Kontakt mit einer Feuerquelle entweder gar nicht oder nur unvollständig entzünden, minimale Flammen erzeugen und nach Entfernung der Feuerquelle schnell selbstverlöschen. Der Sauerstoffindex (LOI) wird häufig zur Messung der Entflammbarkeit verwendet; ein LOI-Wert über 21 % deutet auf eine geringe Entflammbarkeit hin.

Flammhemmende Fasern werden in zwei Kategorien unterteilt:

1. Inhärent flammhemmende Fasern
   Diese Fasern besitzen in ihren Polymerketten eingebaute Flammschutzgruppen, die die thermische Stabilität verbessern, die Zersetzungstemperaturen erhöhen, die Bildung brennbarer Gase unterdrücken und die Verkohlung fördern. Beispiele hierfür sind:

• Aramidfasern (z. B. Para-Aramid, Meta-Aramid)
• Polyimidfasern (z. B. Kermel, P84)
• Polyphenylensulfid (PPS)-Fasern
• Polybenzimidazol (PBI)-Fasern
• Melaminfasern (z. B. Basofil)

Meta-Aramid-, Polysulfonamid-, Polyimid- und PPS-Fasern werden in China bereits in Massenproduktion hergestellt.

1. Modifizierte flammhemmende Fasern
   Diese Fasern erhalten ihre Flammschutzwirkung durch Additive oder Oberflächenbehandlungen, darunter:

• Flammhemmendes Polyester
• Flammhemmendes Nylon
• Flammhemmende Viskose
• Flammhemmendes Polypropylen

Zu den Modifizierungsmethoden gehören Copolymerisation, Mischen, Kompositspinnen, Pfropfen und Nachbearbeitung.

03 Anwendungen von Hochleistungs-Flammschutzfasern im Automobilbereich

Flammschutzmaterialien für Automobile müssen aufgrund von Platzmangel spezifische Anforderungen erfüllen. Im Gegensatz zu anderen Anwendungsbereichen sollten diese Materialien entweder entflammbar sein oder eine kontrollierte Brenngeschwindigkeit aufweisen (z. B. ≤ 70 mm/min für Pkw).

Darüber hinaus sind folgende Aspekte zu berücksichtigen:

• Geringe Rauchdichte und minimale Emissionen toxischer Gaseum die Sicherheit der Fahrgäste zu gewährleisten.
• Antistatische Eigenschaftenum Brände durch Kraftstoffdämpfe oder Staubansammlungen zu verhindern.

Statistiken zeigen, dass jedes Auto 20–42 m² Textilmaterial benötigt, was auf ein enormes Wachstumspotenzial im Bereich der Automobiltextilien hindeutet. Diese Textilien werden in funktionale und dekorative Typen unterteilt, wobei der Fokus aufgrund von Sicherheitsbedenken zunehmend auf der Funktionalität – insbesondere der Flammschutzwirkung – liegt.

Hochleistungsfähige, flammhemmende Textilien werden eingesetzt in:

• Sitzbezüge
• Türverkleidungen
• Reifencord
• Airbags
• Dachhimmel
• Schallschutz- und Dämmstoffe

Auch Vliesstoffe aus Polyester, Kohlenstofffaser, Polypropylen und Glasfaser finden breite Anwendung im Automobilinnenraum.

Die Förderung flammhemmender Fahrzeuginnenausstattungen erhöht nicht nur die Sicherheit der Fahrzeuginsassen, sondern trägt auch zum gesellschaftlichen Wohlbefinden bei.