Freisetzung von alveolengängigem Faserstaub aus Carbonfasern durch Aufspaltung entlang der Faserachse

Ziel dieses Berichts ist es, auf die Tatsache zu aufmerksam zu machen, dass sich einige Arten von Kohlenstofffasern während des Bearbeitungsprozesses entlang der Faserachse aufspalten können und so zu einer Quelle für lungengängige Faserfragmente in hohen Konzentrationen werden. Das Risiko der Freisetzung von lungengängigem Faserstaub muss sowohl hinsichtlich der Kohlenstofffasermaterialien als auch der Handhabungsprozesse bewertet werden. Wir präsentieren eine Analyse der Faserkonzentrationen, die während der mechanischen Verarbeitung von kohlenstofffaserverstärkten Polymeren an zwei verschiedenen Arbeitsplätzen freigesetzt werden, zusammen mit Messungen aus Abriebtests in einem geschlossenen Laboraufbau mit inhärenter Analyse der Sammelproben. Bei Arbeitsplatzmessungen zur Bearbeitung von Polymerverbundwerkstoffen, die mit Kohlenstoffasern auf Pechbasis verstärkt wurden, wurden Konzentrationen von 830.000 WHO-Fasern/m³ in 15 cm Entfernung von der Quelle und von 33.000 WHO-Fasern/m³ in etwa 3 m Entfernung beobachtet. Eine Erklärung für eine solch hohe Freisetzungsneigung für einatembare Fasern mit Durchmessern unter 3 µm ist eine Faserspaltung entlang der Achse des untersuchten Fasertyps. Vergleichende Abriebversuche mit kohlenstofffaserverstärkten Polymerverbunden auf Pech- und Polyacrylnitrilbasis ergaben, dass sich deren Bruchverhalten voneinander unterscheidet. Die untersuchten Kohlenstofffasern auf Polyacrylnitrilbasis brachen hauptsächlich senkrecht zu ihrer Achse, wohingegen die untersuchten Kohlenstofffasern auf Pechbasis ein Spleißen und Spalten der Fasern entlang der Faserachse zeigten. Um die Gesundheitsrisiken der Vielzahl der vorhandenen Kohlenstofffasermaterialien vorhersagen und bewältigen zu können, muss das Verständnis der Beziehung zwischen Fasermikrostruktur, Bruchmorphologie und der Neigung zur Freisetzung von WHO-Fasern dringend verbessert werden. In der Zwischenzeit müssen alle Handhabungs- und Verarbeitungsschritte von Kohlenstofffasern auf Pechbasis von vorsorglichen oder expositionsmessungsgesteuerten Sicherheitsmaßnahmen zum Schutz der Mitarbeiter begleitet werden.

Dieser Artikel ist im Journal "Aerosol and Air Quality Research" (2019) erschienen.