J. Walter
V. Wippo
P. Jäschke
S. Kaierle
N. Rosenkranz
J. Bünger
G. A. Westphal

Bewertung der Untersuchungen zu den Gefahren und zur Toxikologie von Faserbruchstücken beim Laserstrahltrennen von Faserver-bundkunststoffen

30. Fachtagung „Experimentelle Strömungsmechanik“
06. September
München
2023
Type: Konferenzbeitrag
Abstract
Der Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) bei neuen Leichtbaukonzepten führt u. a. zur Einsparung von CO2–Emissionen. Die trennende Bearbeitung von FVK erfolgt im hier beschriebenen Fall mit kurzgepulster Laserstrahlung bei einer mittleren Leistung von 1,5 kW. Dieser Prozess führt dazu, dass die Matrix zusammen mit der Faserverstärkung innerhalb kürzester Zeit zersetzt und eine große Anzahl an luftgetragenen und lungengängigen Faserbruchstücken generiert wird. Die zur Untersuchung der Toxikologie erforderliche Masse (mind. 200 mg lungengängige Fasern) von Faserbruchstücken wird mit einer angepassten strömungstechnischen Erfassungsgeometrie zur Größenseparation, während der Filterbeaufschlagung im Prozessabgas, erzeugt. Die Methode eignet sich nicht zur Bestimmung der Anzahl an Faserbruchstücken. Deshalb werden parallel weitere Filtermedien (Cellulosenitrat Planfilter, goldbedampfte Kernporenfilter) zur Probenahme und standardisierten Auswertung mittels REM eingesetzt. Die Toxizität der FVK-Stäube kann anschließend im sogenannten „Partikel induzierten Zellmigrationstest“ (PICMA) evaluiert werden. Existierende Kenntnislücken im Hinblick auf den Arbeits- und Gesundheitsschutz werden so geschlossen. Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten der Partikel und Faserfragmente werden mit Strömungsmessungen und -visualisierungen möglich. Die von Wirbeln geprägte, turbulente Strömung der luftgetragenen Gefahrstoffe ist von der Prozesszone in die Umgebung von der FVK-Oberfläche aus weg gerichtet. Ein Teil der freigesetzten (elektrisch leitfähigen) Gefahr¬stoffe verteilt sich in der unmittelbaren Umgebung zum Prozess unkontrolliert. Somit ist das Risiko eines Kurzschlusses für elektrische Komponenten, die ungeschützt sind, erhöht. Auf Basis der Projektergebnisse lassen sich für das Laserstrahltrennen von Faserverbund-werkstoffen effektive Schutzmaßnahmen für die Beschäftigten und die Umwelt ergreifen.