DE102012111865A1

DE102012111865A1 - Brandschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102012111865A1
Application number: DE201210111865
Authority: DE
Inventors: Reinald Reher
Original assignee: SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH INTERNATIONAL; SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGMBH INTERNAT
Current assignee: SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH INTERNATIONAL; SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGMBH INTERNAT
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: DE102012111865B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache, kostengünstige und dabei wirksame Möglichkeit bereitzustellen, einen brandbedingten Temperaturanstieg in einem zu schützenden Raum, beispielsweise einer Fahrzeugkabine, hinauszuzögern oder sogar ganz zu verhindern. Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung in einem Aspekt eine Brandschutzvorrichtung (1) zum Brandschutz eines Raumes (5) bereit, umfassend ein flächiges Substrat (2), dessen dem Raum (5) zugewandte Fläche (7) eine Ablationsbaustoff-Schicht (3) und dessen vom Raum (5) abgewandte Fläche (8) eine Dämmschichtbildner-Schicht (4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzvorrichtung, insbesondere für Fahrzeuge.
Es ist im Falle eines Brandes häufig erforderlich, einen allzu raschen Temperaturanstieg auf den den Brandraum abschließenden Begrenzungsflächen oder in einem noch nicht brennenden benachbarten Raum oder Bereich, in dem sich beispielsweise Menschen aufhalten können, z.B. in einer Fahrzeugkabine, oder in dem sich Sicherheitseinrichtungen befinden, zu verhindern bzw. das Erreichen einer bestimmten Temperatur hinauszuzögern. Hierzu ist es bekannt, ein Substrat, beispielsweise eine Wand, mit einem Dämmschichtbildner oder Ablationsbaustoff zu beschichten. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Beschichtungen insbesondere bei stark wärmeleitenden Substraten, beispielsweise aus Aluminium-, Titan- oder Magnesiumlegierungen, auf der feuerabgewandten Seite frühzeitig im Bereich der Grenzschicht zwischen Substrat und Beschichtung reagieren und sich die gewünschte Schutzschicht nicht nur nicht oder nur ungenügend ausbildet, sondern es zur Ablösung der Beschichtung vom Substrat kommt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine einfache, kostengünstige und dabei wirksame Möglichkeit bereitzustellen, einen brandbedingten Temperaturanstieg in einem zu schützenden Raum oder Bereich bzw. auf einer den Raum/Bereich begrenzenden Fläche hinauszuzögern oder sogar ganz zu verhindern.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Brandschutzvorrichtung zum Brandschutz eines Raumes oder Bereiches bereit, wobei die Brandschutzvorrichtung ein flächiges Substrat umfasst, dessen dem Raum/Bereich zugewandte Fläche eine Ablationsbaustoff-Schicht und dessen vom Raum/Bereich abgewandte Fläche eine Dämmschichtbildner-Schicht aufweist.
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Brandschutzvorrichtung im Vergleich zu einem beidseitig mit Dämmschichtbildner beschichteten Substrat einen deutlich langsameren bzw. geringeren Temperaturanstieg ermöglicht. Insbesondere in der Anfangszeit der Brandbeanspruchung, bevor die isolierende Wirkung des Dämmschichtbildners auf der feuerzugewandten Seite einsetzt, ergibt sich ein deutlich weniger schnelles Ansteigen der Temperatur auf der feuerabgewandten Seite. Darüber hinaus führt die verzögerte Erwärmung des Substrats dazu, dass sich auf der feuerzugewandten Seite ein qualitativ verbesserter, d.h. feinporiger und gleichmäßiger strukturierter Schaum ausbilden kann, der sein Isoliervermögen über eine längere Zeit beibehalten kann.
Die Erfindung ist in einem weiten Bereich anwendbar und kann vorteilhaft beispielsweise als Brandschutzverkleidung von geschlossenen Räumen, beispielsweise Wohnräumen oder Kabinen, eingesetzt werden, ist jedoch auch für Kabelkanäle und dergleichen geeignet. Besonders gut ist die Erfindung zum Schutz von gefährdeten Bereichen im Fahrzeugbau geeignet, zum Beispiel zum Schutz von Räumen in Flugzeugen, schienengebundenen Fahrzeugen, Schiffen oder Personenkraftwagen, in denen ein Temperaturanstieg möglichst lange hinausgezögert werden soll. Die Erfindung ist nicht auf den Brandschutz von Innenräumen bzw. -bereichen beschränkt. Vielmehr können Bereiche mit Anforderungen hinsichtlich reduzierter Temperaturerhöhungen im Brandfall beispielsweise auch auf der Außenseite von Fahrzeugen liegen. Die Erfindung kann auch für diesen Fall vorteilhaft eingesetzt werden.
Unter einem „Dämmschichtbildner“ oder „intumeszierenden Material“ wird hier ein Material verstanden, das bei Raumtemperatur ein vergleichsweise geringes Volumen aufweist und unter Hitzeeinwirkung, vorzugsweise bei 150 °C bis 200 °C, eine deutliche Volumenzunahme erfährt, vorzugsweise unter Erzeugung eines erheblichen Blähdrucks von z.B. 1–2 N/mm². In der Regel wird bei einem solchen Material unter Wärmeeinwirkung, d.h. bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur, z.B. 150 °C, ein Flammschutzmittel zu einem Schaum aufgebläht, bis sich eine stark wärmedämmende, thermisch weitgehend stabile Schaumschicht bildet, die die dahinter liegenden bzw. davon umschlossenen Materialien schützt. Der Schaumfaktor, d.h. das Verhältnis zwischen der Schichtdicke des Dämmschichtbildners im aufgeschäumten Zustand und der Schichtdicke des Dämmschichtbildners vor dem Aufschäumen, beträgt vorzugsweise mindestens 1, 5, weiter bevorzugt mindestens 2, 3, 4, 5, 6, 8 oder mindestens 10, besonders bevorzugt mindestens 15, 20, 30, 40, 50 oder 60.
Unter einem „Ablationsbaustoff“ werden ablativ wirkende Materialien verstanden, die bei Hitzeeinwirkung nur vergleichsweise gering expandieren, jedoch durch chemische und/oder physikalische Prozesse der Umgebung Wärmeenergie entziehen und dadurch eine Kühlung des mit dem Ablationsbaustoff beschichteten Trägermaterials bewirken. Der Ablationsbaustoff kann sich beispielsweise durch endotherme Reaktionen chemisch verändern, beispielsweise keramisieren, oder verdampfen, sublimieren oder schmelzen. Der Ablationsbaustoff kann beispielsweise Hydrate beinhalten, die bei Erhitzung Wasserdampf freisetzen. Darüber hinaus kann der Ablationsbaustoff gegebenenfalls Substanzen abgeben, die eine flammhemmende Wirkung haben. Nach Abschluss der chemischen und/oder physikalischen Prozesse bleibt häufig eine nichtbrennbare Masse zurück, die zusätzlich thermisch isolierend wirkt.
Der Begriff „Ablationsbaustoff-Schicht“ wird hier synonym zum Begriff „Ablationsbeschichtung“ verwendet und bedeutet eine Beschichtung bzw. Schicht aus einem Ablationsbaustoff.
Unter einem „flächigen Substrat“ wird hier ein im Wesentlichen flächig ausgebildeter, d.h. sich in zwei Dimensionen in nennenswertem Umfang ausdehnender, flexibler oder starrer, vorzugsweise starrer fester Träger verstanden, der mit einem Dämmschichtbildner und/oder einem Ablationsbaustoff beschichtet werden kann. Beispiele für flächige Träger im Sinne der Erfindung sind Wände, Decken, Elemente eines Flugzeugrumpfes, Innenschalen von Flugzeugkabinen an Decken und Wänden etc.
Unter einem „gut wärmeleitenden Material“ wird hier ein Material verstanden, das eine spezifische Wärmeleitfähigkeit (in W·m^–1·K^–1) von ≥ 10, bevorzugt ≥ 20, ≥ 30, ≥ 40, ≥ 50, ≥ 60 oder ≥ 100, besonders bevorzugt ≥ 110, ≥ 120, ≥ 130, ≥ 140 oder ≥ 150 aufweist.
Unter „Fahrzeugen“ werden hier Wasser-, Land-, Luft- und Raumfahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge verstanden.
Unter einer „Fahrzeugkabine“wird hier jeder Raum eines Fahrzeugs verstanden, in dem sich der/die Fahrer und/oder andere Personen, beispielsweise Passagiere, aufhalten oder der für den Aufenthalt von einer oder mehreren Personen vorgesehen ist.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung einsetzbar, wenn das Substrat aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einem Metall wie Aluminium, Stahl oder dergleichen, besteht. In diesem Fall verhindert insbesondere in der Anfangsphase eines Brandes, in der die Schutzwirkung des Dämmschichtbildners noch nicht voll ausgebildet ist und es zu einer raschen Erwärmung der feuerabgewandten Seite des Substrats kommen kann, die Kühlwirkung der Ablationsbeschichtung dort einen unerwünscht schnellen Temperaturanstieg.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung enthält die Ablationsbaustoff-Schicht und/oder die Dämmschichtbildner-Schicht Fasern eines thermoplastischen Kunststoffs (Thermoplasten), die hier auch als „Thermoplastfasern“ bezeichnet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Thermoplasten um ein Polyolefin, besonders bevorzugt Polypropylen (PP). Beispiele für Thermoplasten sind Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polyamide (PA), Polylactat (PLA), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS) und Polyetheretherketon (PEEK). Es hat sich herausgestellt, dass die Beimischung von Thermoplastfasern im Brandfall zu einer Stabilisierung der entsprechenden Schicht(en) beiträgt und deren Verbund zum Substrat wesentlich verbessert bzw. eine Blasenbildung oder gar ein Abplatzen auf der feuerabgewandten Seite verhindert oder zumindest wesentlich vermindert.
Die Thermoplastfasern weisen bevorzugt eine durchschnittliche Länge im Bereich von 100–600 μm, bevorzugt 100–500 μm, 150–400 μm, 200–350 μm oder 200–300 μm, besonders bevorzugt etwa 250 μm auf. Durchschnittliche Durchmesser können im Bereich von 10–50 μm, bevorzugt 15–25 μm oder 18–22 μm, beispielsweise bei etwa 21 μm liegen. Vorzugsweise wird die verwendete Durchschnittslänge der Thermoplastfasern von der beabsichtigten Dicke der Ablationsbaustoff-Schicht bzw. Dämmschichtbildner-Schicht abhängig gemacht, wobei mit zunehmender Schichtdicke größere Durchschnittslängen verwendet werden und umgekehrt.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff und/oder dem Dämmschichtbildner, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, > 0 Gew.-% und ≤ 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5–5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,5–3 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5–2 Gew.-%, 0,5–1,5 Gew.-% oder 0,5–1 Gew.-%.
In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung auch eine Brandschutzanordnung, umfassend eine Brandschutzvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung und einen durch die Brandschutzvorrichtung von einem Raum oder Bereich abgetrennten und vor einem Brand in dem Raum oder Bereich zu schützenden Raum oder Bereich, wobei die Ablationsbaustoff-Schicht der Brandschutzvorrichtung dem Raum oder Bereich zugewendet ist, der vor dem Brand zu schützen ist, und die Dämmschichtbildner-Schicht dem Raum oder Bereich zugewendet ist, der als Brandherd in Frage kommt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Brandschutzanordnung handelt es sich bei dem vor einem Brand zu schützenden Raum/Bereich um den Innenraum einer Fahrzeugkabine, und die den Innenraum umgebende Wandung der Fahrzeugkabine umfasst eine Brandschutzvorrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung, so dass die Ablationsbaustoff-Schicht der Brandschutzvorrichtung dem Innenraum der Fahrzeugkabine zugewendet ist.
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Brandschutz eines Raumes oder Bereiches, wobei ein den Raum oder Bereich begrenzendes flächiges Substrat auf seiner dem Raum oder dem Bereich zugewandten Fläche mit einem Ablationsbaustoff und auf seiner vom Raum oder Bereich abgewandten Fläche mit einem Dämmschichtbildner beschichtet wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten der Ablationsbaustoff und/oder der Dämmschichtbildner Thermoplastfasern, vorzugsweise Polypropylenfasern, wobei die Thermoplastfasern vorzugsweise eine Länge im Bereich von 100–600 μm, bevorzugt 100–500 μm, 150–400 μm, 200–350 μm oder 200–300 μm, besonders bevorzugt etwa 250 μm, und durchschnittliche Durchmesser im Bereich von 10–50 μm, bevorzugt 15–25 μm oder 18–22 μm, beispielsweise etwa 21 μm aufweisen. Der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff und/oder dem Dämmschichtbildner beträgt vorzugsweise > 0 Gew.-% und ≤ 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5–5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,5–3 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5–2 Gew.-%, 0,5–1,5 Gew.-% oder 0,5–1 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung. Vorzugsweise wird die Durchschnittslänge der verwendeten Thermoplastfasern in Abhängigkeit von der beabsichtigten Dicke der Ablationsbaustoff-Schicht bzw. Dämmschichtbildner-Schicht gewählt, wobei mit zunehmender Schichtdicke größere Durchschnittslängen verwendet werden und umgekehrt.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden rein zu Veranschaulichungszwecken anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung.
2 das Ergebnis eines Brandversuchs mit der erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung. DSB = Dämmschichtbildner, AB = Ablationsbeschichtung
1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung 1 im Querschnitt. Auf der Fläche 7 eines Substrats 2, hier ein Aluminiumblech, ist eine Schicht 3 eines Ablationsbaustoffs aufgebracht, während auf der gegenüberliegenden Fläche 8 des Substrats 2 eine Schicht 4 eines Dämmschichtbildners aufgebracht ist. Die Ablationsbaustoff-Schicht 3 ist dabei dem Raum oder Bereich 5 zugewendet, bei dem eine zu rasche Temperaturerhöhung verhindert werden soll, während die Dämmschichtbildner-Schicht 4 dem Raum oder Bereich 6 mit dem potentiellen Brandherd 9 zugewendet ist.
2 zeigt das Ergebnis eines Brandversuchs mit der in 1 dargestellten Brandschutzvorrichtung (DSB/AB) im Vergleich zu einer Vorrichtung, bei der beide Flächen des Aluminiumblechs jeweils mit einem Dämmschichtbildner (DSB/DSB) beschichtet waren. Wie aus 2 deutlich ersichtlich ist, bleibt die auf der feuerabgewandten Seite gemessene Temperatur über die gesamte Versuchsdauer von etwa 10 min bei der erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung nicht nur deutlich (mind. 75 K) unterhalb der Temperatur, die für die beidseitig mit Dämmschichtbildner beschichtete Vorrichtung gemessen wurde, sondern auch deutlich unterhalb von 200 °C. Die Kühlwirkung der Ablationsbeschichtung führte hier gegenüber dem beidseitig mit Dämmschichtbildner beschichteten Aluminiumblech vor allem in der Anfangszeit der Brandbeanspruchung vor Einsetzen der isolierenden Wirkung des Dämmschichtbildners auf der Feuerseite zu einem deutlich langsameren Temperaturanstieg auf der feuerabgewandten Seite. Bei dem beidseitig mit Dämmschichtbildner beschichteten Aluminiumblech konnte der Dämmschichtbildner auf der feuerabgewandten Seite wegen Blasenbildung keine Wirkung entfalten. Es zeigten sich auch Unterschiede in der Qualität und Struktur des aufgeschäumten Dämmschichtbildners auf der feuerzugewandten Seite. Durch die verzögerte Erwärmung der Trägerplatte bei der erfindungsgemäßen Brandschutzvorrichtung bildete sich ein deutlich feinerer und gleichmäßiger strukturierter Schaum aus, der sein Isoliervermögen aufgrund des daraus resultierenden besseren Zusammenhalts der Schaumstruktur auch über eine längere Zeit beibehielt.
Bezugszeichenliste

1: Brandschutzvorrichtung
2: Substrat
3: Ablationsbaustoff-Schicht
4: Dämmschichtbildner-Schicht
5: Raum/Bereich
6: Raum/Bereich
7: Fläche
8: Fläche
9: Brandherd

Claims

Brandschutzvorrichtung (1) zum Brandschutz eines Raumes oder Bereiches (5), umfassend ein flächiges Substrat (2), dessen dem Raum/Bereich (5) zugewandte Fläche (7) eine Ablationsbaustoff-Schicht (3) und dessen vom Raum/Bereich (5) abgewandte Fläche (8) eine Dämmschichtbildner-Schicht (4) aufweist.
Brandschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (2) aus einem gut wärmeleitenden Material, vorzugsweise Metall, besteht.
Brandschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablationsbaustoff-Schicht (3) und/oder die Dämmschichtbildner-Schicht (4) Thermoplastfasern, vorzugsweise Polypropylenfasern, enthält.
Brandschutzvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Thermoplastfasern eine Länge im Bereich von 100–600 μm, bevorzugt 100–500 μm, 150–400 μm, 200–350 μm oder 200–300 μm, besonders bevorzugt etwa 250 μm aufweisen.
Brandschutzvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff und/oder dem Dämmschichtbildner > 0 Gew.-% und ≤ 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5–5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,5–3 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5–2 Gew.-%, 0,5–1,5 Gew.-% oder 0,5–1 Gew.-% beträgt.
Brandschutzanordnung, umfassend eine Brandschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einen durch die Brandschutzvorrichtung (1) von einem Raum oder Bereich (6) abgetrennten und vor einem Brand in dem Raum oder Bereich (6) zu schützenden Raum oder Bereich (5), wobei die Ablationsbaustoff-Schicht (3) der Brandschutzvorrichtung (1) dem zu schützenden Raum oder Bereich (5) zugewendet ist und die Dämmschichtbildner-Schicht (4) dem Raum oder Bereich (6) zugewendet ist.
Brandschutzanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem zu schützenden Raum oder Bereich (5) um den Innenraum einer Fahrzeugkabine handelt und die Brandschutzvorrichtung (1) die den Innenraum umgebende Wandung oder einen Bestandteil davon bildet.
Verfahren zum Brandschutz eines Raumes oder Bereiches, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Raum oder Bereich begrenzendes flächiges Substrat auf seiner dem Raum/Bereich zugewandten Fläche mit einem Ablationsbaustoff und auf seiner vom Raum/Bereich abgewandten Fläche mit einem Dämmschichtbildner beschichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ablationsbaustoff und/oder der Dämmschichtbildner Thermoplastfasern, vorzugsweise Polypropylenfasern, bevorzugt mit einer Länge im Bereich von 100–600 μm, bevorzugt 100–500 μm, 150–400 μm, 200–350 μm oder 200–300 μm, besonders bevorzugt etwa 250 μm, enthält.
Verfahren nach Anspruch 9, dass der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff und/oder dem Dämmschichtbildner > 0 Gew.-% und ≤ 5 Gew.-%, bevorzugt 0,5–5 Gew.-%, weiter bevorzugt 0,5–3 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5–2 Gew.-%, 0,5–1,5 Gew.-% oder 0,5–1 Gew.-% beträgt.