Effizienter Brandschutz durch aufschäumende Kunststoffe

Brandschutz kann mehr sein, als die nur das Verzögern von Zersetzungsprozessen. Lernen Sie in diesem Beitrag die gängigen Flammschutzmittel kennen sowie die Vorteile des Brandschutzes durch aufschäumende Kunststoffe.

Der Ruf nach Sicherheit wird lauter. Als Folge steigen die Anforderungen an die Bauteile und ihre Funktionen. Gerade Kunststoffe haben beim Thema «Brandschutz» einiges zu leisten und strenge Kriterien bezüglich Brandverhalten, Rauchentwicklung und brennendem Abtropfen zu erfüllen. So werden immer häufiger flammgeschützte Kunststoffe eingesetzt – in Gebäuden, Fahrzeugen oder in Gerätegehäusen – um in einem Brandfall die Gefährdung von Menschenleben und eintretende Schäden so gering wie möglich zu halten.

Lernen Sie in diesem Beitrag die gängigen Flammschutzmittel und die Vorteile eines Brandschutzes mit aufschäumenden Kunststoffen kennen. Bei dieser Art des Flammschutzes ist mobil Kunststoffprofile mit der Entwicklung des Materials Fireblock ein Meilenstein gelungen.

 

Gängige Flammschutzmittel

Versteht man den Kunststoff und sein Verhalten im Feuer, so können die richtigen Stoffe verwendet werden, um das Brandverhalten zu optimieren. Zum Beispiel mit Flammschutzmitteln, welche die Ausbreitung von Bränden einschränken, verlangsamen oder verhindern. Flammschutzmittel sind Zusatzstoffe, die während dem Compoundierprozess eingearbeitet werden. Je nach Typ und Anforderung werden kleinere oder grössere Mengen benötigt. Je grösser der Anteil an Zusatzstoffen ist, desto wahrscheinlicher verändern sich die mechanischen + thermischen Eigenschaften des Kunststoffes. Flammschutzmittel können unterschiedlich wirken und es treten zumeist mehrere Mechanismen gleichzeitig auf.

Daraus resultieren folgende Wirkungsarten:

  • Physikalische Verdünnung des Substrats durch nicht brennbare Stoffe
  • Freisetzung nicht brennbarer Gase
  • Kühlen des Substrats und / oder Brandgase
  • Chemische Unterbrechung des Verbrennprozesses in der Gasphase
  • Aufschäumen, Schutzschicht durch Verkohlung, Intumeszenz (chemisch wirkend / Festphase)
  • Vernetzung im Substrat

Es kann eine Reihe an verschiedenen Mitteln eingesetzt werden – halogenierte und nicht halogenhaltige.

Die halogenen Stoffe Chlor, Fluor und Brom haben den Vorteil, dass sie mit mengenmässig geringem Einsatz eine grosse Wirkung erzielen, dadurch geniessen die bromhaltigen Flammschutzmittel an grosser Beliebtheit und nehmen wertmässig den grössten Anteil an. Jedoch sind diese Stoffe teilweise umstritten, da sie bei Bränden hohe Konzentrationen von Dioxinen (hohe Toxizität) abstossen.

Alternativen bieten beispielsweise die Metallhydroxide (ATH und MDA), welche mengenmässig bezogen auf die Masse das meistverwendete Flammschutzmittel sind. Denn durch die hohe Konzentration von 30 – 60 Gewichtsprozenten (gwt-%) bewirken sie ein Kühlen des Substrats und / oder Brandgases durch Umwandlungsprozesse zu Wasserdampf.

Weitere Verbindungen können Phosphor, Stickstoffe, Bor- und Zinkverbindungen sowie Graphite und nicht gruppierbare Flammschutzmittel sein.

 

Flammschutz durch Aufschäumen

Beim Flammschutz durch Aufschäumen wird ein intumeszierendes Material (auch «Dämmschichtbildner» genannt) verwendet, welches sich unter Hitzeeinwirkung zu einer geschäumten Masse herausbildet und wie eine «Hitzebremse» funktioniert. Dabei wird die Sauerstoffzufuhr und somit die Flammenausbreitung über einen bestimmten Zeitraum hinweg behindert.

Vereinfacht formuliert, funktioniert das Bilden der geschäumten Masse so: das im Material enthaltene Blähgraphit setzt durch Wärmeinwirkung Gase frei. Dadurch nimmt das Volumen der Masse zu, die Dichte nimmt ab. Durch die Expansion der geschäumten Masse wird Druck auf die angrenzenden Bauteile ausgeübt – auch «Blähdruck» genannt.

Bild 2 zeigt das Schäumverhalten von Fireblock, einem aufschäumenden Kunststoff von mobil Kunststoffprofile.

 

Das Aufschäumen bietet folgende Vorteile im Brandfall:

Brandschutzmittel, die eine Schutzschicht durch Aufschäumen im Brandfall bilden, bieten verschiedene Vorteile:

  • Abdichtung von z.B. Türspalten gegenüber Sauerstoff
  • Abschottung von Wärmeentwicklung bei Feuer
  • Abdichtung gegen Rauchentwicklung
  • Thermischer Isolationseffekt

Wie das Diagramm Wärmeleitfähigkeit, Bild 3 zeigt, wird durch das Blähen von Fireblock nicht nur thermische Energie endotherm aufgenommen, sondern es entsteht durch die geschäumte Struktur zusätzlich ein thermischer Isolationseffekt. Die Wärmeleitfähigkeit (abhängig von der Kompaktheit des Schaums) des Materials halbiert sich.

 

Brandschutz Normen

Für unterschiedliche Anwendungsbereiche gibt es eine grosse Anzahl nationaler und internationaler Prüfnormen bezüglich Brandschutz. Praktikern ist insbesondere die Klassierung der UL94-Norm bekannt.

Klassierung der UL94-Norm

HB Langsames Brennen einer horizontal eingespannten Probe.
V2 Verlöschen einer vertikal eingespannten Probe innerhalb von 30 Sekunden. Brennendes Abtropfen von Kunststoffschmelz ist zulässig.
V1 Wie V2, kein brennendes Abtropfen von Kunststoffschmelze zulässig. Max. 60 Sekunden Nachglimmen.
V0 Wie V1, jedoch verlöschen der Flamme innerhalb von 10 Sekunden. Max. 30 Sekunden Nachglimmen.

In vielen Fällen von anspruchsvollen Brandschutzanforderungen genügt es nicht, nur die Materialien alleine verifizieren zu lassen, sondern es müssen komplette Systemprüfungen bestanden werden.

 

Ein Anwendungebeispiel von "Fireblock"

Die Bilder 4 und 5 zeigen als Anwendungsbeispiel die Prüfung für die Zulassung einer neuen Brandschutztüre (EI30). Die Türe wird einseitig mit bis zu ca. 900°C und glühenden Flammen beaufschlagt. Um im Brandfall eine Abschottung der Flammen zu erreichen, wird das von mobil Kunststoffprofile entwickelte Material Fireblock eingesetzt.

 

Fireblock lässt sich individuell auf Anwendungen zuschneiden

Je nach Brandschutzanforderung entwickeln wir mit Fireblock eine anwendungsgerechte Brandschutzdichtung unter Berücksichtigung von Reaktionstemperatur, Blährichtung, Blähvolumen und Blähdruck. Diese einmalige Kompetenz hat sich mobil Kunststoffprofile über die vergangenen Jahre hinweg in unterschiedlichsten Entwicklungsprojekten Schritt für Schritt aufgebaut.

Das Material besitzt die herausragende Eigenschaft, sich in nahezu allen beliebigen Profilformen und auch als Mehrkomponentenprofil extrudieren zu lassen. Ebenfalls kann es in weiteren kunststoffverarbeitenden Verfahren wie zum Beispiel dem Spritzguss eingesetzt werden. Dies ermöglicht es, Formteile ergänzend zu den Profilen zu realisieren.

Standardmässig führen wir zwei Materialtypen mit unterschiedlichem Reaktionszeitpunkt und Blähfaktor. Es kann selbstverständlich auf die individuellen Bedürfnisse jedes Kunden hin ausgerichtet werden. Das bedeutet: Fireblock bietet ein immenses Innovationspotenzial für Ihre Produkte.

Fireblock ist nach dem Brandverhalten der DIN EN 13501 in der Kategorie E zertifiziert. Diese Zertifizierung weist eine hohe Konformität zu der DIN 4201 B2, der DIN 5510 Teil 2 und der UL94 V0 auf.

 

 

 

 

Weitere Informationen
Produktgruppen:
Materialien Kunststoffe
    Compounds

Anwendungsbereich:
Bau

Ihre Kontaktperson für dieses Fachwissen
Foto von MAS Kunststoff (FH) Ramona Furgler

MAS Kunststoff (FH) Ramona Furgler

mobil Kunststoffprofile AG

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