Optimierung der Faserprobenahme im Hinblick auf Größenseparation und Maximierung der Massenausbeute zur Untersuchung der Toxikologie von Faserbruchstücken
29. Fachtagung „Experimentelle Strömungsmechanik“
06.-08. September
Ilmenau
2022
Type: Konferenzbeitrag
Abstract
Beim Laserstrahltrennen von Faserverbundkunststoffen (FVK) mit kurzgepulster Laserstrahlung mit einer mittleren Leistung von 1,5 kW wird lokal eng begrenzt durch Strahlungsabsorption eine sehr große thermische Energie eingebracht, die die Matrix zusammen mit der Faserverstärkung innerhalb kürzester Zeit zersetzt und eine große Anzahl an luftgetragenen und lungengängigen Faserbruchstücken generiert. Die zur Untersuchung der Toxikologie erforderliche Masse wird mit konventionellen größenseparierenden Probenahmesystemen auch bei erweiterter Probenahme-dauer (> 60 Min.) nicht erreicht. Ebenso ist eine nachträgliche Abtrennung der entsprechenden Faserfraktionen mit den verfügbaren Techniken (Sieben, Ultraschall etc.) nicht erfolgreich.
Deshalb werden neue strömungstechnische experimentelle Erfassungsgeometrien für das kontaminierte Prozessabgas zur Separation während der Probenahme untersucht und validiert. Ebenso werden unterschiedliche Filtermedien (Cellulosenitrat, Glasfaser Planfilter) verglichen. Im sogenannten „Partikel-induzierten Zellmigrationstest“ (PICMA) kann die Toxizität der FVK-Stäube einschließlich der freigesetzten Faserfragmente evaluiert werden. Existierende Kenntnislücken im Hinblick auf den Arbeits- und Gesundheitsschutz werden so geschlossen.
Die von Wirbeln geprägte Strömung der luftgetragenen Gefahrstoffe von der Prozesszone in die Umgebung ist hauptsächlich bestimmt durch die Druckluftkühlung der FVK-Oberfläche. Strömungsmessungen und -visualisierungen sollen zeigen, wie ein Teil der freigesetzten Gefahr-stoffe sich in der unmittelbaren Umgebung zum Prozess und der resultierenden, von der Oberfläche weg gerichteten, typischerweise turbulenten Strömung unkontrolliert verteilt. Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten der Partikel und Faserfragmente werden somit möglich.
Auf Basis der Projektergebnisse lassen sich spezifische, im Vergleich zu konventionellen Prozes-sen effektivere Maßnahmen (technisch, organisatorisch und persönlich) zum Schutz der Beschäf-tigten und der Umwelt realisieren.
Ein Großteil der Arbeiten wird gemeinsam von LZH und IPA im Rahmen des AiF-IGF-Forschungs-projektes Nr. 21629 N „Risikominimierung der Gefahren durch Kontamination im Arbeitsumfeld und Betrachtung der Toxikologie von Faserbruchstücken beim laserbasierten Trennen von Faserver-bundkunststoffen“ (RisoTto) durchgeführt. Die Autoren danken dem Bundesministerium für Wirt-schaft und Klimaschutz (BMWK) sowie der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungs-vereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) für die Förderung und der Forschungsvereinigung des Deutschen Verbandes für Schweißen und verwandte Verfahren e. V. (DVS) für die Betreuung des Projektes.