CarboBreak

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CarboBreak – Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser Bruchstücke

 

Innovative Fasermaterialien und Faserverbundwerkstoffe wurden in den letzten Jahren immer weiter entwickelt und erfreuen sich in den verschiedensten Anwendungsgebieten und Produkten einer steigenden Nachfrage.

Darstellung von Carbonfaser Bruchstücken im Mikrometerbereich aufgenommen mit einem Rasterelektronenmikroskop

Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme von Carbonfasern und kritischen, gesundheitsrelevanten Carbonfaser-Bruchstücken © BAuA

Insbesondere bei den Carbonfasern hat sich der globale Bedarf innerhalb dieses Jahrzehnts mehr als verdoppelt. Voruntersuchungen haben für die Fasern selbst und den aus ihnen hergestellten polymeren Verbundwerkstoffen bei mechanischer Beanspruchung und Bearbeitung teilweise eine ausgeprägte Neigung zum Splitterbruch gezeigt. Bisher ist ungeklärt, wie stark das Potential zur Freisetzung alveolengängiger Bruchstücke innerhalb des gesamten Lebenszyklus bei der mechanischen Beanspruchung der Fasern ist.

Im Licht der Asbestproblematik erscheint die Entwicklung materialwissenschaftlicher Expertise zum Bruchverhalten von Carbonfasern unterschiedlicher Typen und Herkunft als dringend geboten. Es ist notwendig, die stofflichen Voraussetzungen der Fasern für die Ausbildung alveolengängiger faserförmiger Fragmente aufzuklären.

Einblick in das Carbon-Faser Technikums des STFI mit Geräten und Laborpersonal

Arbeitsschutzmaßnahmen im Carbonfaser-Technikum des STFI © Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

 

Die wachsende Bedeutung von Carbonfasern insbesondere für Leichtbau- und Hochleistungsanwendungen erfordert aufgrund der hohen Beständigkeit graphitischer Werkstoffe in biologischen Systemen nicht nur aus der Sicht der Produktentwickler, sondern auch aus Sicht der Arbeits- und Produktsicherheit, ein tiefgehendes Verständnis von Staub- und Faserfreisetzungsprozessen. Dafür bedarf es gemeinschaftlicher übergreifender Anstrengungen unterschiedlicher Disziplinen wie Sicherheitsforschung, Materialwissenschaften und Produktentwicklung.

Ziel des Vorhabens CarboBreak ist ein verbessertes Verständnis des Splitterbruchverhaltens von Carbonfasern sowie die Untersuchung des Freisetzungsverhaltens von alveolengängigen Bruchstücken aus den Fasern und daraus hergestellten Faserverbundwerkstoffen bei mechanischer Beanspruchung. Als Ergebnis werden Empfehlungen für die Arbeitsweise und die persönliche Sicherheit sowie zu idealen bzw. optimierten Prozessparametern erstellt. Die Ergebnisse des Projektes CarboBreak leisten grundsätzliche Beiträge zur Entwicklung anwendungssicherer Materialinnovationen.

 

 


Förderkennzeichen: BMBF - 03XP0197
Laufzeit: 01.01.2019 - 31.12.2021

Projektleitung

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Dr. Anna Große, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V.

Projekt-Partner

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Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Chemnitz (DE)
http://www.stfi.de/
CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG Logo
CFK Valley Stade Recycling GmbH & Co. KG, Wischhafen (DE)
https://www.cfk-recycling.de/index.php?id=5
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH Logo
IMA Materialforschung und Anwendungstechnik GmbH, Dresden (DE)
https://www.ima-dresden.de/
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) Logo Deutsch
Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA), Berlin (DE)
https://www.baua.de/DE/Home/Home_node.html

Veröffentlichungen

2020

  • Meyer-Plath A., Bager D., Dziurowitz N., Perseke D., Simonow B.K., Thim C., Wenzlaff D., Plitzko S. (2020). A Practicable Measurement Strategy for Compliance Checking Number Concentrations of Airborne Nano- and Microscale Fibers. Atmosphere, 11(11): https://doi.org/10.3390/atmos11111254

2019

  • Kehren D., Simonow B., Bager D., Dziurowitz N., Wenzlaff D., Thim C., Neuhoff J., Meyer-Plath A., Plitzko S. (2019). Release of Respirable Fibrous Dust from Carbon Fibers Due to Splitting along the Fiber Axis. Aerosol and Air Quality Research, 19(10): 2185-2195. https://doi.org/10.4209/aaqr.2019.03.0149
  • Bäger D, Simonow, B, Kehren D, Dziurowitz N, Wenzlaff D, Thim C, Meyer-Plath A, Plitzko S (2019) Pechbasierte Carbonfasern als Quelle alveolengängiger Fasern bei mechanischer Bearbeitung von carbonfaser-verstärkten Kunststoffen (CFK). In: Gefahrstoffe - Reinhaltung der Luft, Volume 79, Nr. 1-2 2019. Seiten 13-16 (externer Link zu BAuA)
  • Große A, Naumann R, Hofmann M (2019). Auf Biegen und Brechen - Projekt CarboBreak untersucht arbeitsschutzrelevante Themenstellung. In: Carbo Composites Magazin, Ausgabe 2/2019, S.55

2021

  • Große, Anna; Kehren Dominic (2021). CarboBreak - Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke – Stand & Ergebnisse, 4. Fachtagung COMPOSITE RECYCLING & LCA, 25.02.2021 Online-Tagung [Vortrag]
 

2020

  • Große, Anna; Kehren Dominic (2020). CarboBreak - Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser-Bruchstücke – Stand & Ergebnisse, NanoCare 4.0 Clustertreffen 2020, 26.11.2020 Online Conference [Vortrag]
  • Rademacker, Tim (2020). „Carbonfaserrecycling“, Arbeitskreis Kreislaufwirtschaft/Niedersächsisches Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz, 02.03.2020, Hannover, Deutschland [Vortrag]
  • Große, Anna; Kehren, Dominic (2020). CarboBreak-Projekt – Stand & Ergebnisse. Webinar von Composites United (CU) am 07.07.2020 [Vortrag]
  • Rademacker, Tim (2020). „CFK-Recycling – durch Nachhaltigkeit zum Mehrwert“. Allianz Faserbasierte Werkstoffe Baden-Württemberg e.V. (AFBW) - Virtual Composites Show - 2. Virtuelles Live-Event am 15.07.2020 [Vortrag]

2019

  • Große A, Kehren D (2019). CarboBreak ‐ Voraussetzungen und Mechanismen einer Freisetzung alveolengängiger faserförmiger Carbonfaser‐Bruchstücke. NanoCare4.0-Clustertreffen 2019. 26.09.2019, Frankfurt/M. (DE) [Vortrag]
  • Plitzko S (2019). Faserförmige Materialien und Faserstäube am Arbeitsplatz: Forschungs‐ und Regulierungsansätze. NanoCare4.0-Clustertreffen 2019. 26.09.2019, Frankfurt/M. (DE) [Vortrag]
  • Hofmann M, Große A, Naumann R (2019). Innovative Konzepte zur optimierten, staubarmen Fertigung von Carbonfasernvliesstoffen. Fachaustausch Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle. 19./20.09.2019, Dessau (DE) [Vortrag]
  • Kehren D, Plitzko S, Meyer-Plath A (2019). Arbeitsschutz bei der Behandlung faserhaltiger Abfälle. Fachaustausch Aufbereitung und Verwertung carbonfaserhaltiger Abfälle. 19./20.09.2019, Dessau (DE) [Vortrag]
  • Hofmann M (2019). Recycling und Wiedereinsatz von Faserverbundstrukturen. Bayern Innovativ Cluster-Forum Werkstoffe der Zukunft – Faserverbundwerkstoffe. 17.07.2019, Bayreuth (DE) [Vortrag]

2019

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