Welche Vorschriften sind beim Umgang mit CFK-Werkstoffen zu beachten?

Glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK) und Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK) sind Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) -Werkstoffe, die aus den Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix bestehen. Glas- und Carbonfasern gehören zu den künstlich hergestellten Synthesefasern.

Kohlenstoff- und Graphitfasern bestehen aus chemisch reinem Kohlenstoff in Form seiner Modifikation Graphit. Im Unterschied zu den weiteren bekannten Formen mit mikrokristallinem Graphit wie z.B. Aktivkohle, Koks, Holzkohle und Ruß enthalten die Fasern herstellungsbedingt keine weiteren chemischen Elemente wie z. B. Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff oder Schwefel bzw. andere möglicherweise toxische Verbindungen wie z. B. polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK).

Die thermisch und mechanisch hoch belastbaren Fasern aus der Kohlenstoff-Modifikation Graphit werden nach Angaben aus Band 11 in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie (Ullmann Bd. 11) seit ca. 1960 industriell produziert. Als Ausgangsmaterial dienen z.B. Fasern aus Polyacrylnitril (PAN), die in einem kontrollierten thermischen Prozess bis ca. 1.600°C unter Erhalt der Faserstruktur zu reinem Kohlenstoff abgebaut werden (Carbonisation). In einem zweiten thermischen Prozess bis ca. 2.800°C kann die mechanische Festigkeit durch gezielte Rekristallisation in Faserrichtung noch erheblich gesteigert werden (Graphitisierung). Die beiden Kohlefasertypen von sehr unterschiedlicher mechanischer Stabilität werden daher auch als Kohlenstoff-Faser und Graphit-Faser unterschieden.

Kohlefasern werden in Reinform als Filamentgarne und Garne verwendet, am häufigsten jedoch zur Verstärkung von Kunststoffen wie z. B. Epoxid- und Polyurethansystemen, Polyestern, Polyimiden und Phenolharzen sowie von Leichtmetallen und Metall-Legierungen eingesetzt. Nach Band 23 in Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie (Ullmann Bd. 23) werden die Zugfestigkeiten von Textilfasern wie z. B. Polyamid 66 (Nylon) und Polyethylenterephthalat (Trevira) durch 30 bis 40 % Graphitfasern entscheidend verbessert. Kohlefasern sind auch Ersatz für das heute verbotene Asbest als verstärkender Anteil in härtbaren Kunstharzen in der Elektro- und Wärmeisolation sowie bei Brems- und Kupplungsbelegen. Neben Glasfasern kommen Kohlefasern auch in Verbundwerkstoffen bei der Herstellung von Flugzeug- und Bootsrümpfen zum Einsatz.

Nach Gefahrstoffverordnung (GefStoffV) bzw. CLP-Verordnung ist die in Kohlefasern enthaltene Kohlenstoffmodifikation Graphit nicht als gefährlicher Stoff einzustufen und daher auch nicht kennzeichnungspflichtig. Weitere Informationen sind auch in der GESTIS-Stoffdatenbank zu finden.

Bezüglich der Frage, ob CFK-Werkstoffe gesundheitschädlich sind, können wir folgende Informationen geben:

Kohlenstoff bzw. die Kohlenstoff-Modifikation Graphit stellt selbst keinen gefährlichen Stoff dar.

Die bei einem mechanischen Bearbeitungsvorgang entstehenden Partikel- und Faserstäube können aber gefährliche Eigenschaften haben.

Außerdem müssen bei der Betrachtung des Gefährdungspotentials auch die möglicherweise gefährlichen Eigenschaften der weiteren im Verbund vorkommen Materialien berücksichtigt werden. Obwohl es bisher keine gesicherten Erkenntnisse für krebserzeugende Eigenschaften von Kohlefasern gibt, sollte sich der konkrete Umgang mit diesen Materialien an den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS) orientieren.  

Bewertung von Partikelstäuben:

Bei der mechanischen Bearbeitung von Kohlefaserverbundwerkstoffen durch z. B. Drehen und Schleifen ist die Freisetzung von Stäuben zu beachten. 

In den Technischen Regeln für Gefahrstoffe (TRGS 900) sind allgemeine Staubgrenzwerte für alveolengängige, d. h. bis in die Lungenbläschen gelangende Partikelstäube, das ist A-Staub mit Partikelgrößen unter 10 µm, und für einatembare Partikelstäube, das ist E-Staub mit Partikelgrößen über 10 µm, festgelegt. Damit soll diesen stofflich unspezifischen Wirkungen auf die Atmungsorgane, die alle unlöslichen Stäube zeigen können, vorgebeugt werden. Durch technischen Arbeitsschutz, z. B. durch Erfassung bzw. Absaugen der Stäube am Entstehungsort ist sicherzustellen, dass der Allgemeine Staubgrenzwert von 1,25 mg/m³ für alveolengängige Stäube (A-Stäube) nicht überschritten wird. Für einatembare Stäube (E-Stäube) ist ein Grenzwert von 10 mg/m³ einzuhalten.

Bewertung von Faserstäuben:

Eine Belastung durch Partikelstäube ist grundsätzlich von der Belastung durch Faserstäube zu unterscheiden. Dabei ist vor allem die Größe und räumliche Gestalt der freigesetzten Fasern zu beachten. Nach den Kriterien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) sind insbesondere Fasern mit Längen über 10 µm, Durchmessern kleiner 3 µm und Länge-Durchmesser-Verhältnissen größer als 3:1 (WHO-Fasern) aufgrund ihrer mechanischen Einwirkungen auf das Lungengewebe als kritisch zu bewerten, wie das vor allem beim Asbest bekannt ist.

Derzeit gibt es keine gesicherten Erkenntnisse für krebserzeugende Eigenschaften von Kohlenstoff- bzw. Graphitfasern. Beim Umgang mit diesen bisher nicht krebsverdächtigen Fasermaterialien sind daher zunächst die Maßnahmen der TRGS 500 "Schutzmaßnahmen" zu beachten. 

Beim Umgang mit Partikel- und Faserstäuben steht aus Sicht des Arbeitsschutzes die Staubvermeidung bzw. die Staubreduzierung im Vordergrund. Im Betrieb sind grundsätzlich technische Lösungen (Einhausungen, Absaugungen) den organisatorischen und persönlichen Maßnahmen vorzuziehen. Die konkreten Maßnahmen sind vom Arbeitgeber im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung zu ermitteln und festzulegen. Dabei soll er sich von der Fachkraft für Arbeitssicherheit und dem Betriebsarzt beraten und unterstützen lassen.

Auf die DGUV-Informationen "Bearbeitung von CFK-Materialien - Orientierungshilfe für Schutznaßnahmen" (FB-HM 074, Ausgabe 10/2014) weisen wir hin.