Neue Infrastruktur für die Untersuchung des Brandverhaltens nachwachsender Rohstoffe in Tulln!

Der Bereich Wood Materials Technologies (Team Smart Wood and Natural Building Materials) in Tulln beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit dem grundlegenden Brandverhalten und der Modifikation von Holz, um die Brennbarkeit nachwachsender Rohstoffe zu reduzieren. Nach der Entwicklung und dem Bau verschiedener, an Normen angelehnter Versuchsstände, konnte nun durch eine Infrastrukturförderung des Landes Niederösterreich und der Gesellschaft für Forschungsförderung Niederösterreich (GFF NÖ) ein Kegel-Kalorimeter, das go-to Gerät für Branduntersuchungen jeglicher Art, angeschafft werden! 

Im Rahmen des FTI-Infrastruktur Calls im Bereich Umwelt, Klima und Ressourcen der GFF NÖ wurde im Jahr 2022 ein Antrag für die Anschaffung eines Kegel-Kalorimeters (Cone Calorimeter) eingereicht. Dabei handelt es sich um einen in der ISO 5660-1 beschriebenen Prüfaufbau für die umfassende Analyse des Brandverhaltens von Materialien aller Art. Bei der Kegel-Kalorimetrie wird eine 10 x 10 cm große Probe einer thermischen Beanspruchung, erzeugt durch einen kegelförmigen Heizstrahler, ausgesetzt und dabei der Masseverlust und der Sauerstoff-, Kohlendioxid- und Kohlenmonoxid Gehalt der entstehenden Rauchgase aufgezeichnet. Aus der Rauch-gaszusammensetzung kann auf die Wärme-freisetzung der brennenden Probe zurück-geschlossen werden. Außerdem wird die Dichte des Rauches durch die Messung der Abschwächung eines Laserstrahls bestimmt. Mit nur einer Messung im Kegel-Kalorimeter können somit bis zu 3 verschieden Variablen (Wärmefreisetzung, Masseverlust und Rauchdichte) simultan erfasst werden.

Hervorzuheben ist, dass es sich bei dieser Infrastruktur um die Erste Ihrer Art handelt, die in Österreich explizit für die Forschung (und nicht für das Prüfwesen) an nachwachsenden Rohstoffen angeschafft wird und somit ein weiteres Alleinstellungsmerkmal für die Kompetenzen von Wood K plus darstellt.

In Zukunft soll das Gerät nicht nur in Projekten, die sich explizit mit dem Brandverhalten beschäftigen genutzt werden, sondern ein integraler Bestandteil der Infrastruktur in Tulln und darüber hinaus werden, um eine sichere Nutzung von Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen als Baumaterialien der Zukunft zu ermöglichen.

Für die Installation des Kegel-Kalorimeters waren umfassende Umbauarbeiten im Technikum in Tulln notwendig. Der Anlass wurde genutzt, um auch die schon vorhandene Infrastruktur für die Untersuchung des Brandverhaltens optimal unterzubringen und die Nutzung zu vereinfachen. Der Einbau eines Rauchfanges mit aktiver Absaugung und einer Abzugshaube ermöglicht nun die Durchführung kleiner bis mittelgroßer Brandversuche unter reproduzierbaren Bedingungen.

Als erste Versuchsreihe wurden mit einem Flammschutzmittel imprägnierte Sperrholzproben und dazugehörige Referenzproben auslaufenden COMET Forschungsarbeiten herangezogen. An demselben Material wurden auch Untersuchungen mit dem selbst gebauten Mini-SBI (Single Burning Item) Prüfstand in Tulln durchgeführt.

Dieser wird seit Jänner 2021 im Rahmen einer Kooperation im COMET Programm entwickelt. Beim Wood K plus eigenen Mini-SBI Prüfstand handelt es um einen auf ein Drittel reduzierten Single Burning Item Test (EN 13823), welcher innerhalb der Europäischen Union ein Kriterium für die Einstufung von Baumaterialien (ausge-nommen Böden) in die Brandklassen B und C darstellt. Untersucht wird die Reaktion von Materialien auf das Auftreffen einer Gasflamme. Auch hierbei wird die Wärmefreisetzung des brennenden Materials durch eine Messung der Sauerstoff- und Kohlendioxidkonzentration im Rauchgas berechnet.

Bisher wird der Prüfstand vorrangig für die Untersuchung der Wirksamkeit von Flamm-schutzmitteln verwendet und um verschiedene Einflussfaktoren auf das Brandverhalten von Holzwerkstoffen zu untersuchen.

So konnte etwa in einer Studie über den Einfluss des Leimsystems auf das Brandverhalten festgestellt werden, dass mit Urea-Formaldehyd (UF) verklebtes Sperrholz ein schlechteres Brandverhalten aufweist als mit Melamin-Urea-Formaldehyd (MUF) oder Phenol-Formaldehyd (PF) verklebtes. Zusätzlich konnte der Einfluss der Faserrichtung der ersten Lage auf das Brandverhalten aufgezeigt werden. In der Abbildung ist die sogenannte Wärmefreisetzungsrate (Heat Release Rate – HRR) als Ergebnisse der Untersuchungen dargestellt. Bei den Proben PF_C ist am Ende der Prüfung ein starker Anstieg der Wärmefreisetzungsrate zu erkennen, dies ist auf ein Durchbrennen der Proben zurückzuführen. In Zukunft wird daran gearbeitet, eine Korrelation zwischen dem hauseigenen Mini-SBI und einem SBI-Test in Originalgröße zu erarbeiten.

In Kombination mit den schon seit längerer Zeit vorhandenen Prüfständen hinsichtlich Entzündbarkeit (Enzelflammtest - ISO 11925-2), dem Fußbodenbrandstand (EN 9239-1) und zahlreichen thermischen Analysemethoden im Mikrobereich (DMA, DSC, TG und STA) kann nun in Tulln ein ganzheitliches Bild über das Brandverhalten von nachwachsenden Rohstoffen und den Einfluss von Flammschutzmitteln erarbeitet werden.

Die Kompetenzzentrum Holz GmbH will sich an dieser Stelle noch einmal herzlich für die schon viele Jahre bestehende gute Zusammenarbeit in Form von Projektunterstützung und Förderungen bei der Gesellschaft für Forschungsförderung des Landes Niederösterreich bedanken.