Auf der FeuerTrutz 2026 in Nürnberg präsentierte das Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP Materialien, die im Brandfall selbsttätig Schutzfunktionen übernehmen und damit neue Ansätze für den passiven Brandschutz eröffnen. In Halle 4 zeigte das Institut thermoresponsive Funktionsmaterialien und biobasierte Flammschutzmittel für Anwendungen in Bauwesen, Mobilität und Industrie.
Im Zentrum standen Werkstoffe, die Temperaturänderungen eigenständig erkennen und ohne externe Energiezufuhr reagieren. Damit greift das Fraunhofer IAP die steigenden Anforderungen an Energieeffizienz und Nachhaltigkeit auf, denen viele bestehende Systeme mit mechanischen Komponenten oder elektronischer Steuerung nur mit erhöhtem Aufwand und höherer Komplexität gerecht werden.
Temperatur als Auslöser für selbsttätige Schutzfunktionen
Den Kern der gezeigten Entwicklungen bildeten Formgedächtnispolymere, die die Temperatur unmittelbar als Auslöser nutzen. Dr. Thorsten Pretsch, Leiter des Forschungsbereichs Funktionale Polymersysteme am Fraunhofer IAP, erläuterte den Ansatz: „Unsere Formgedächtnispolymere nutzen die Temperatur als natürlichen Auslöser. Dadurch können Brandschutzfunktionen ohne zusätzliche Sensorik, Elektronik oder externe Energie aktiviert werden. Das eröffnet neue Möglichkeiten für wartungsarme und gleichzeitig leistungsfähige Brandschutzsysteme“.
Anders als viele konventionelle Lösungen reagiert das Material eigenständig auf Temperaturänderungen, wobei sich die Auslösetemperatur gezielt an die jeweilige Anwendung anpassen lässt, beispielsweise auf 60 °C oder 120 °C. Darüber hinaus lassen sich die Materialien so programmieren, dass sie beim Erreichen dieser Temperatur eine definierte Zielgeometrie einnehmen. Auf diese Weise können sie Kanalquerschnitte verschließen, Spalte abdichten oder weitere Schutzfunktionen autonom ausführen.
Vom 4D-Druck zum FOIM-Prinzip neue Bauteile aus Formgedächtnispolymeren
Wie sich das Prinzip in die Praxis übertragen lässt, machte ein Demonstrator mit einer thermisch aktivierbaren Brandschutzklappe deutlich. Das mittels 4D-Druck gefertigte Stellglied reagiert auf die im Brandfall auftretende Wärme und verschließt selbsttätig den Kanalquerschnitt, etwa für den künftigen Einsatz in Lüftungsanlagen oder Leitungsdurchführungen. „Der 4D-Druck hebt Formgedächtnispolymere im Brandschutz auf eine neue Stufe. Er ermöglicht geometrisch hochkomplexe, individuell angepasste und funktional programmierte Bauteile, ohne Werkzeuge, mit minimalem Materialverschnitt und integrierter thermischer Responsivität“, so Pretsch.
Einen zweiten Weg verfolgt das FOIM-Prinzip (Foil + Foam), bei dem ein Formgedächtnispolymerschaum zunächst in einen kompakten Folienzustand programmiert wird. Bei erhöhter Temperatur kehrt das Material selbsttätig in seine ursprüngliche Schaumstoffform zurück. Im Einbauzustand benötigt es dadurch nur wenig Bauraum und bleibt einfach handhabbar, während es im Brandfall autonom expandiert und Hohlräume verschließt. Mögliche Anwendungen reichen von Brandschutztürdichtungen über Brandbarrieren im Fahrzeug- und Flugzeugbau bis zu thermischen Schutzsystemen für Batterien.
Biobasierte Flammschutzmittel für den nachhaltigen Brandschutz
Neben den reaktiven Funktionsmaterialien stellte das Fraunhofer IAP biobasierte Flammschutzmittel als nachhaltige Alternative vor. Dr. Christian Neumann, der in der Abteilung Mikroverkapselung und Polysaccharidchemie am Fraunhofer IAP forscht, ordnete sie ein: „Biobasierte Flammschutzadditive wie Stärkephosphate sind eine umweltfreundliche Alternative zu konventionellen Lösungen, die oftmals brom- oder chlorhaltige Komponenten enthalten. Im Brandfall setzen herkömmliche Mittel toxische Substanzen frei, zudem beschränken sie die Recyclingfähigkeit von Kunststoffen“. Stärkephosphate kommen unter anderem zum Einsatz, um thermoplastische Biokunststoffe wie PLA für brandschutztechnisch sensible Anwendungen, etwa in elektronischen Bauteilen, sicherer zu machen.
Die Additive erfüllen strenge Umwelt- und Gesundheitsstandards und lassen sich aus natürlichen Quellen oder Reststoffen gewinnen. Das verringert die Abhängigkeit von importierten Rohstoffen, während kürzere Transportwege und der Verzicht auf energieintensive Rohstoffgewinnung zur Senkung des CO₂-Fußabdrucks beitragen können. Damit verbinden die Mittel einen Beitrag zur Sicherheit mit der Förderung einer Kreislaufwirtschaft.
Ergänzend entwickelt das Fraunhofer IAP mikroverkapselte biobasierte Ammoniumsalze, die unter Hitzeeinwirkung eine schützende, isolierende Schicht bilden. Die Mikroverkapselung erhöht die thermische Stabilität der Ammoniumsalze und ermöglicht so ihre Verarbeitung in Kunststoffen, Beschichtungen und weiteren Materialsystemen.
Einsatzfelder von der Bautechnik bis zur Luftfahrt
Die vorgestellten Technologien richten sich an Unternehmen aus der Bau- und Gebäudetechnik, der Mobilitätsindustrie, der Luftfahrt sowie der Kunststoff- und Werkstoffentwicklung. Besonders geeignet sind die Lösungen für Anwendungen, die zuverlässigen Brandschutz mit geringem Gewicht, hoher Designfreiheit und möglichst niedrigem Wartungsaufwand verbinden sollen.
Entlang der gesamten Innovationskette unterstützt das Fraunhofer IAP seine Industriepartner, von der Materialentwicklung über Machbarkeitsstudien und Demonstratoren bis hin zur Skalierung neuer Technologien. Die aktuellen Entwicklungen bieten damit verschiedene Ansatzpunkte für gemeinsame Forschungs- und Entwicklungsprojekte.
