DE4109903A1

DE4109903A1 - Kalt- oder warmhaertbare masse zur herstellung von unbrennbaren oder feuerhemmenden formkoerpern oder dergleichen

Info

Publication number: DE4109903A1
Application number: DE4109903A
Authority: DE
Inventors: Heinz Bernhard Mader
Original assignee: FLAM X VERWALTUNG
Current assignee: FLAM X VERWALTUNG
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-01
Also published as: WO1992017534A1; EP0548298A1

Description

Die Erfindung betrifft eine kalt- oder warmhärtbare Masse zur Herstellung von un brennbaren oder feuerhemmenden Formkörpern, Laminaten, Überzügen oder Be schichtungen von feuergefährdeten Unterlagen, Bauteilen oder dergleichen.

Für Bereiche und Anwendungsfälle, bei denen Fragen des Feuerschutzes eine wichtige Rolle spielen, sind Werkstoffe und besondere Bauteile entwickelt worden, die sich jedoch nur begrenzt für den Einsatz in kritischen Bereichen eignen. Vor allem verlieren diese häufig nach einmaliger Hitze- oder Flammeneinwirkung ihre Form und Schutzwirkung. Viele sind auch nur für bestimmte Gefährdungsbereiche bzw. Brandklassen geeignet.

In der älteren, nachveröffentlichten Anmeldung P 40 27 678.3 ist eine kalt- oder warmhärtbare Kunststoffmasse vorgeschlagen worden, die aus einem Duroplast und wenigstens 50 Gew.-%, bezogen auf die Kunststoffmasse, einen trockenen, pulver förmigen Füllstoff aus gegen Flammen löschaktiven Teilchen enthält, wobei der Füllstoff aus einem Pulver mit mindestens 10⁴ löschaktiven Teilchen pro ml des Füllstoffes besteht. Als Füllstoff ist dabei ein handelsübliches und für bestimmte Brandklassen geeignetes Löschpulver vorgeschlagen.

Es ist gegenüber dem Stand der Technik Aufgabe der Erfindung, die Möglichkeit zu geben, das Entstehen oder Weitergreifen von Bränden auch in kritischen Bereichen auf zuverlässige und einfache Weise ohne die Gefährdung der Gesund heit auszuschalten, und zwar auch noch nach erstmaliger Einwirkung von Hitze oder Flammen und für alle kritischen Anwendungsbereiche.

Die Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugt werden dabei handelsübliche Löschpulver verwendet, die für alle Brandklassen zuge lassen sind, also sogenannte ABC-Löschpulver.

Der Anteil an H₂O-abspaltenden Füllstoffen ist gering und sollte maximal 10 Gew.-% der gesamten Masse nicht überschreiten. Es eignen sich in diesem Zusammenhang vor allem Tonmineralpulver, insb. Vermikulitpulver. Bevorzugt wird der Anteil dieses Füllstoffes unter 5 Gew.-% der Gesamtmasse eingesetzt. Auch der Anteil an CO₂ abspaltenden Füllstoffen sollte maximal 20 Gew.-% nicht übersteigen. Bevorzugt werden Werte unter 10 Gew.-% der Gesamtmasse, wobei die in Anspruch 3 angeführten Füllstoffe für diesen Zweck bevorzugt werden. Die zuvor angegebenen H₂O- und CO₂-abspaltenden Füllstoffe sollten in Verbindung mit dem handelsüblichen Löschpulver insb. dann eingesetzt werden, wenn als Bindemittelmatrix auf 100 Teile handelsüblichem Löschpulver etwa 90 bis 110 Teile Epoxidharz, zuzüglich der erforderlichen Bindermenge, eingesetzt wird.

Wird dagegen als Bindemittelmatrix Phenolharz eingesetzt, so kann auf ge sonderte Füllstoffe, die CO₂ und H₂O abscheiden, ganz verzichtet werden. Die kalt- oder warmhärtbare Masse kann vielmehr aus 100 Teilen handelsüblichem Löschpulver und mindestens etwa 300 Teilen, vorzugsweise mindestens 400 Tei len Phenolharz bestehen.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn man bei der Herstellung des Formkörpers oder der Beschichtung als der kalt- oder warmhärtbaren Masse gemäß der Lehre des Anspruchs 8 vorgeht. Dies gilt insbesondere bei Verwendung von Phenolharz als Bindemittelmatrix. Die kalt- oder warmhärtbare Masse kann in diesem Fall außerordentlich dünn und damit leichtgewichtig ausgebildet werden, wobei die Oberflächenstruktur eine Vielfalt von Anwendungsmöglichkeiten und verbessertem Brandschutz eröffnet. So können die Oberflächenvertiefungen mit einem geeigneten Material, z. B. mit einem Keramikmaterial oder dgl. ausgefüllt werden. Man kann auch die sich bei der Strukturierung bildenden dünnen Stege auf die feuergefährdete Unterlage auf setzen. Die dünnen Stege bilden hohe Wärmeübergangswiderstände, während die in den Vertiefungen befindliche Luft ebenfalls wärmedämmende Wirkung entfaltet. Man kann auch zwei solche profilierte Elemente mit ihren freien Stegflächen einander zugewandt aufeinanderlegen, um so einen noch weiter verstärkten Flammen- und Brandschutz zu erhalten.

Die Phenolharzmatrix kann in sehr dünner Schicht zwischen 0,5 und 2 mm auf einem Mineral- oder Abreißvlies aufgebracht und ausgeformt werden. Die me chanisch feste Bindung zwischen der Masse und dem Vlies kann durch Verwendung eines Lochvlieses erreicht werden, dessen Löcher von der Masse ausgefüllt sind.

Die dünne Phenolharzmasse kann aber auch auf einem Träger aus Epoxidharz aufgebracht werden, wobei es in diesem Falle zweckmäßig ist, eine Haft vermittlungsschicht, insb. eine dünne Aluminiumfolie zu verwenden. Das Epoxldharz kann gemäß der Lehre nach der Erfindung selbst in der angegebenen Weise als Brandschutzmasse ausgebildet sein.

Es hat sich gezeigt, daß zur Erzielung optimaler Brandschutzwirkungen die be vorzugt angegebenen Verhältnisse zwischen pulverförmigem Füllstoff und Bindemittelmatrix in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Duroplastes relativ kritisch ist. Höhere oder niedrigere Duroplastanteile im Vergleich zu den als optimal angegebenen Verhältnissen verschlechtern deutlich das Brandschutz verhalten.

Das Verhalten der beschriebenen Massen gegenüber Hitze und Flammeneinwir kung ist in Abhängigkeit von dem verwendeten Duroplast unterschiedlich.

Beispiel 1

Die Masse besteht aus

100 Teilen ABC-Löschpulver
100 Teilen Epoxidharz
32 Teilen Härter
8-10 Anteilen Vermikulit
8-10 Anteilen CO₂-abspaltende Stoffe

Hierzu gehören Ammoniumhydrogencarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kalium hydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat oder dergleichen und Mischungen daraus.

Die Teilchenzahl pro ml der Pulvermenge liegt über 10⁴.

Die Korngröße der pulverförmigen Füllstoffe kann zwischen 50 und 200 µm liegen.

Die beschriebene Masse läßt sich ohne weitere Zusatzmaterialien zu einem auch bei Einwirkung von Hitzegraden von 1000°C und bei direkter Beflammung form beständigen Körper, z. B. eine Platte, verarbeiten, die nur eine Schichtdicke von 2 bis 3 mm aufzuweisen braucht. Die Masse kann auch als Schicht auf einer tragenden Unterlage aufgebracht werden.

Wird ein solcher plattenförmiger Formkörper beflammt, so wird ab 180°C CO₂-Gas in geringen Mengen abgespalten. Dieses Gas kann auf der der Flamme zugewandten Fläche der Platte zur Entstehung kleiner Bläschen führen. Im Bereich zwischen 300°C und 400°C wird H₂O abgeschieden. Dadurch wird bei dieser Temperatur der Umgebung Sauerstoff entzogen und die Temperatur abge senkt. Die Verdampfung des Wassers führt außerdem dazu, daß sich an der Oberfläche der Platte bei direkter Flammeneinwirkung eine zusammenhängende Haut bildet, die sich von der Oberfläche der Platte um mehrere mm (bis zu 15 mm) abhebt und so die darunterliegenden Teile der Platte vor der direkten Flammeneinwirkung und der unmittelbaren Hitzeeinwirkung abschirmt. Diese Haut oder Schicht verkohlt und fällt schließlich ab, bildet sich jedoch bei erneuter Flammeneinwirkung wiederum aus.

Der Abbrand eines solchen Plattenelementes bei direkter Flammeneinwirkung und einer Temperatur zwischen 900 und 1000°C liegt nur bei etwa 0,2 bis 0,3 mm Schichtdicke bzw. 2 bis 3 g Masse pro Minute. Bei Temperaturen über 400 bis 500°C ist vor allem das handelsübliche Löschpulver in der Masse verantwortlich für den Brandschutz. Bei einer Matrix aus Epoxidharz tritt bei diesen hohen Temperaturen eine oberflächennahe Verkohlung ein. Ein Brennvorgang tritt jedoch nicht auf. Das Werkstück behält vielmehr seine Strukturfestigkeit und seine Brandschutzfähigkeiten und widersteht somit auch wiederholte Male einer direkten Flammeneinwirkung. Die Rauchentwicklung ist nur gering.

Beispiel 2

Die aushärtbare Masse besteht aus

100 Teilen ABC-Löschpulver
400 Teilen Phenolharz

Die Korngröße des Pulvers beträgt maximal etwa 200 µm. Die Masse enthält keine anderen Füllstoffe.

Diese Masse wurde auf einem Mineralvlies ausgebreitet und unter Strukturierung der freiliegenden Oberfläche nach Abdampfen eines Anteils des Wassergehaltes ausgehärtet. Die Schichtdicke lag bei etwa 1 mm, stellenweise niedriger. Als Struktur waren näpfchenförmige Einprägungen nach Art und Größe natürlichen Waben vorgesehen.

Aus der Masse wurde auch eine ebene Platte von 2 mm Stärke hergestellt.

Beide Formkörper wurden direkt der Flammeneinwirkung ausgesetzt. Es zeigt sich, daß bei zunehmender Temperatur die Masse ohne sichtbare Oberflächenveränderung oder Verfärbung Wasserdampf abscheidet, der aus dem Phenolharzanteil stammt. Außer dem Wasserdampf werden andere Aus scheidungskomponenten weder sichtbar noch geruchsmäßig bemerkbar. Bei steigender Temperatur (oberhalb etwa 400°C) tritt eine Verfärbung des Werkstückes zu schwarz hin ein, wobei der Verfärbungsgrad ein direktes Maß für die Höhe der einwirkenden Temperatur ist. Eine sichtbare Verkohlung oder eine sonstige Veränderung der Oberflächenstruktur findet nicht statt. Gas- oder rauchförmige Ausscheidungen sind weder geruchsmäßig noch optisch wahrnehm bar. Bei Annäherung an eine Temperatur von etwa 1000°C kann an örtlich be grenzten Stellen ein leichtes Glühen des Werkstückes beobachtet werden, wel ches jedoch weder die Struktur noch die Brandschutzfähigkeit des Werkstückes beeinträchtigt.

Wenn die Masse nach Beispiel 2 weitere Füllstoffe nach Beispiel 1 einzeln oder zusammen enthalten, sollte der gesamte Füllstoffgehalt nicht mehr als etwa 1/3 der Gesamtmasse betragen.

Die Mischung kann auf unterschiedliche Trägerstoffe in unterschiedlicher Schichtdicke aufgebracht werden, wie aus diesen beiden Vergleichsversuchen aus dünnem Wabenmaterial und aus einer Plattenstärke von 2 mm ersichtlich ist. Für viele Zwecke hat sich als Trägermaterial ein Glasfaservlies oder Mineralvlies als zweckmäßig erwiesen. Dieses kann gelocht werden, so daß über die die Löcher ausfüllende Masse eine feste Verankerung zwischen Masse und Vlieslage erfolgt.

Es kann aber auch als Unterlage ein Epoxydharzkörper verwendet werden. Dieser kann nach Beispiel 1 selbst mit Brandschutzeigenschaften versehen wer den. Es kann aber auch ein reiner Harzkörper sein, der beispielsweise Glasfasern oder dgl. als Füllstoff aufweist. In diesem Fall wird eine Haftvermittlungs schicht zwischen Epoxidharzträgerkörper und der Phenolharzbrandschutzmasse vorgesehen, bevorzugt in Form einer Aluminiumfolie. Gerade bei Phenolharz brandschutzmassen nach Beispiel 2 zeigen bereits sehr dünne Schichtdicken der Brandschutzmasse volle Brandschutzwirkung. Der Brandschutzkörper bzw. die Brandschutzüberzüge aus der Phenolharzmasse können daher mit nur geringem Gewicht hergestellt werden, was die Verwendung besonders in Flugzeugen und anderen Fahrzeugen begünstigt. Bei der Phenolharzmasse wird die einsetzbare Schichtdicke nach unten lediglich durch die Ausformtechnik begrenzt.

Bei der direkten Beflammung der Muster nach Beispiel 1 bzw. Beispiel 2 lag auch bei fünf Minuten andauernder direkter Beflammung mit einer Temperatur von 1000°C die auf der Rückseite der Formkörper gemessene Temperatur noch unter 400 bis 500°C.

Die Elemente nach Beispiel 1 wurden unter Verschwelungsbedingungen geprüft. Dabei wurde selbst bei diesen Elementen auf der Basis von Epoxidharz eine Rauchdichte von nur 76,9 Einheiten gemessen (zulässige Grenze 200 Einheiten). Bei direkter Beflammung wurde eine Rauchdichte von 187 Einheiten gemessen (zugelassen sind 2500 Einheiten). Die Rauchentwicklung ist daher gering. Es konnten im Rauch auch keine toxisch relevanten Werte festgestellt werden.

Bei den Mustern nach Beispiel 2 liegen die gemessenen Werte noch wesentlich günstiger als bei den Mustern nach Beispiel 1. Eine Rauchentwicklung und eine Verkohlung finden nicht statt. Die einzig Ausscheidungskomponente, die geruchsmäßig wahrnehmbar ist, ist Wasserdampf.

Es können Phenolharzverbindungen verwendet werden, die als solche bei Flammeneinwirkung durchaus selbst entflammbar sind. In der Masse selbst wird ein Entflammen oder verkohlen der Phenolharzmatrix vollständig vermieden.

Neben Epoxidharz können wenigstens für weniger kritische Anwendungsfälle auch andere Duroplaste wie Polyesterharze oder Melaminharze oder Amino plaste oder sogar Polyurethane verwendet werden. Bevorzugt werden jedoch Massen auf Epoxidharz oder Phenolharzbasis.

Claims

1. Kalt- oder warmhärtbare Masse zur Herstellung von unbrennbaren oder feuer hemmenden Formkörpern, Laminaten, Überzügen oder Beschichtungen von feuerge fährdeten Unterlagen, Bauteilen oder dergleichen, bestehend aus einer Binde mittelmatrix aus einer verformbaren und aushärtbaren Grundmasse, bestehend aus einem Duroplast oder einem Kunstharz mit duroplastischen Eigenschaften, und einem trockenen Füllstoff aus gegenüber Flammen löschaktiven Teilchen, wobei der Füllstoff ein handelsübliches, für ausgewählte oder alle Brandklassen geeigne tes Löschpulver enthält, dadurch gekennzeichnet, daß - bezogen auf 100 Teile des handelsüblichen Löschpulvers - der Füllstoff bis zu maximal 10 Tei len an bei Erhitzung CO₂ abscheidenden, bis zu maximal 10 Teile an bei Erhitzung H₂O abgebenden pulverförmigen Stoffen enthält und zwischen etwa 100 Teilen und 500 Teilen Harz.

2. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß als alleiniger H₂O abspaltender Füllstoff Tonmineralpulver, insb. Vermikulitpulver zwischen 0 Gew.-% und maximal 10 Gew.-%, vorzugsweise unter 5 Gew.-% der Gesamtmasse eingesetzt ist.

3. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als alleiniger CO₂ abspaltender Füllstoff Ammoniumhydrogen carbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Ammoniumcarbonat oder Mischungen daraus zwischen 0 Gew.-% und maximal 20 Gew.-%, vorzugs weise unter 10 Gew.- % der Gesamtmasse eingesetzt ist.

4. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittelmatrix auf 100 Teile handels üblichem Löschpulver etwa 90 bis 110, vorzugsweise 100 Teile Epoxidharz, zuzüglich einer erforderlichen Härtermenge, eingesetzt ist.

5. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittelmatrix auf etwa 100 Teile des handelsüblichen Löschpulvers mindestens 300 Teile Phenolharz eingesetzt sind.

6. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß sie aus mindestens 100 Teilen handelsüblichem Löschpul ver, insb. ABG-Pulver, und aus mindestens etwa 400 Teilen Phenolharz be steht und keine weiteren pulverförmigen Füllstoffe enthält.

7. Kalt- oder warmhärtbare Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge an pulverförmigen Füll stoffen an der Gesamtmasse auf maximal 30% begrenzt ist und die Teilchen des pulverförmigen Füllstoffgemisches eine Teilchengröße zwischen 50 und 200 m aufweisen.

8. Verfahren zum Herstellen eines Formkörpers oder einer Beschichtung aus der kalt- oder warmhärtbaren Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insb. nach den Ansprüchen 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man nach Einbringen der Masse in die Form oder nach Auftragen auf eine Unter lage oder einem Bauteil die freiliegende Oberfläche der Masse durch Einprägen einer Vielzahl von durch dünne Stege voneinander getrennten näpf chen-, kästchen- oder wabenförmigen Vertiefungen strukturiert und die struk turierte Oberfläche mit einer glatten oder gleich oder ähnlich strukturierten Oberfläche der Unterlagen bzw. des Bauteils in Kontakt gebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man als Unterlagen ein gelochtes Mineralvlies verwendet und durch Ausfüllen der Lochung mit der Masse das Vlies mit dieser Masse fest verbindet.