DE60209489T2

DE60209489T2 - Feuerschutzartikel

Info

Publication number: DE60209489T2
Application number: DE2002609489
Authority: DE
Inventors: G. Michael Saint Paul DYKHOFF
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-05-16
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2022-05-17
Also published as: EP1414928A1; DE60209489D1; US20030049406A1; CN1262623C; US7018699B2; EP1414928B1; CN1539002A; WO2003014260A1; ATE318878T1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein feuerhemmende Vorrichtungen und insbesondere eine feuerhemmende Vorrichtung, die ein Isoliermaterial aufweist, das mit Schichten aus Intumeszenz-Material verbunden ist, und im Falle eines Feuers dazu dient, eine Feuerschutzvorrichtung zu bilden.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Mechanismus, durch den sich Feuer von einem Abschnitt einer Struktur zu einem anderen ausbreiten kann, ist durch Durchlässe oder Öffnungen, oftmals als Durchführungen bezeichnet, in den Böden und Wänden. Zu solchen Öffnungen gehören beispielsweise Kabelzugangslöcher, durch die Signal- und Energieübertragungskabel führen.
Gegenwärtige Verfahren, die benutzt werden, um das Ausbreiten von Feuer und das Hindurchtreten von Rauch durch solche Öffnungen zu verhindern, weisen das Zuschneiden von zwei Intumeszenz-Blättern, derart, dass sie den Umrissen der hindurchführenden Kabel angepasst werden, und das Bilden einer Wulst aus formbarem Intumeszenz-Kitt längs des Umfanges jedes Blattes auf. Obwohl diese Technik im Allgemeinen in zufriedenstellender Weise der Ausbreitung von Feuer widersteht und das Hindurchtreten von Rauch von einem Abschnitt zu einem anderen verhindert, ist die Installation arbeitsintensiv und zeitraubend. Außerdem eignen sich Feuerbarrieren, die in dieser Weise hergestellt sind, nicht zum mehrfachen Wiedereinbau.
Techniken und Materialien zum Hemmen von Feuer an Durchführungen sind im patentierten Stand der Technik bekannt. US-A-5,032,447 beispielsweise offenbart ein Feuerschutzmaterial zur Verwendung im Hochbau, das eine Kernverbundstruktur mit einer ersten und einer zweiten Außenschicht, die geriffeltes hochtemperaturbeständiges Metall aufweist, und mindestens einer Zwischenschicht aufweist, die ein flammenhemmendes Fasermaterial aufweist, wobei die Riffelungen an den Außenschichten in einer Anordnung angeordnet sind, die ermöglicht, das Schutzmaterial in eine Richtung zu falten, die zu den Riffelungen im Wesentlichen senkrecht ist.
US-A-5,402,615 offenbart eine flexible Barriere zum Verhindern der Ausbreitung von Feuer über Bereiche eines Gebäudes hinweg, die eine Schicht aus anorganischem Fasermaterial aufweist, die zwischen zwei. Tafeln aus Material eingefügt ist, das eine ausreichend hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, um Hitze zu zerstreuen und abzuleiten, und nicht brennt, wenn es einer Flamme ausgesetzt wird. Die Tafeln und das Fasermaterial sind mit einem Filament zusammengefügt, das eine ausreichend hohe Zugfestigkeit und Hitzebeständigkeit aufweist, um die Tafeln und Schichten in laminarem Verhältnis zu bewahren.
US-A-5,681,640 offenbart ein passives Feuerschutzsystem zum Schutz von Kabelkanälen, Kabelpritschen, Halterungsstäben und Strukturstahl vor Flammen und Hitze in einem starken Feuer der gesamten Umgebung, das ein mehrschichtiges flexibles Material aufweist, das mehrere Schichten aus Intumeszenz-Material enthält.
GB 2 278 083 betrifft feuerbeständige Verkleidungsmaterialien und beschreibt eine Verkleidungstafel, die eine Schicht aus thermisch isolierendem Material aufweist, das aus Steinwolle oder ähnlichen Mineralfasern gebildet ist, die zwischen zwei Schichten aus Intumeszenz-Material eingefügt ist. Das Intumeszenz-Material ist aus einem Alkalimetallsilikat und einem Bindemittel gebildet.
Außerdem sind verschiedene beutelartige Vorrichtungen zum Hemmen von Feuer an Durchführungen handelsüblich. Jede dieser vorherigen Vorrichtungen oder Techniken weist jedoch bestimmte Nachteile oder Unzulänglichkeiten auf. Beispielsweise benötigen gegenwärtig erhältliche Produkte sekundäre Verstärkungsstrukturen, um das Intumeszenz-Material in allen bis auf die kleinsten Öffnungen zu halten.
Demgemäß besteht in der Industrie ein Bedarf an einer feuerhemmenden Vorrichtung zum Hemmen von Feuer an Durchführungen, die preiswert und leicht zu installieren ist und ohne die Notwendigkeit einer sekundären Haltestruktur wirkungsvoll Feuer an größeren Öffnungen als herkömmliche Vorrichtungen hemmen kann.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt einen feuerhemmenden Verbundgegenstand, wie in Anspruch 1 definiert, und die Verwendung eines feuerhemmenden Gegenstandes, wie in Anspruch 10 definiert, bereit. Die abhängigen Ansprüche betreffen einzelne Ausführungsformen der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung stellt eine feuerhemmende Verbundvorrichtung bereit, die ein inneres Isoliermaterial und ein Intumeszenz-Material aufweist, das um mindestens einen Teil des inneren Materials herum angeordnet ist, wobei das Intumeszenz-Material im Wesentlichen aus Füllmaterial, Bindematerial und einem hydratisierten Alkalimetallsilikat als einer Intumeszenz-Komponente besteht. Das Intumeszenz-Material weist Füllmaterial, Bindematerial und ein Intumeszenz-Mittel auf, das weniger als 10 Gew.-% Graphit, typischerweise weniger als 5% Graphit und typischer weniger als 1% Graphit und vorzugsweise weniger als 0,5% Graphit, aufweist.
Die Vorrichtung ist derart gestaltet, dass, wenn mehrere der feuerhemmenden Gegenstände in einer Blind öffnung in einer Trennwand angeordnet werden, die ein Stahl-, Holz- oder Betonsubstrat aufweist, wodurch sie in der Öffnung eine Feuerschutzvorrichtung bilden, und wenn die Feuerschutzvorrichtung gemäß der ASTM-Prüfung E814 geprüft wird, die Feuerschutzvorrichtung die Prüfung für eine Öffnung mit einer Fläche von mindestens 1.935 cm² (300 Quadrat-Inch) ohne die Unterstützung durch eine sekundäre Haltevorrichtungsstruktur bestehen wird. Das Substrat ist die Innenfläche der Öffnung, die durch die Trennwand führt, und ist die Fläche, gegen die sich die feuerhemmenden Gegenstände im Falle eines Feuers oder feuerartiger Bedingungen ausdehnen. Allgemein ist festgestellt worden, dass größere Öffnungen die ASTM-Prüfung E814 hinsichtlich des Schlauchstrahl-Kriteriums nicht bestehen. Die Öffnungen können entweder leer sein, als „Blindöffnungen" bezeichnet, oder sie können hindurchführende Objekte aufweisen, wie z.B. Kabel, Rohre oder dergleichen, die dadurch hindurchführen. Da hindurchführende Objekte typischerweise für einen Halt des Feuerschutzsystems sorgen, verringern die hindurchführenden Objekte die effektive Fläche der Öffnung. Wenn hindurchführende Objekte vorhanden sind, beziehen sich die Öffnungsweiten, die hierin beschrieben sind, somit auf die kleinere effektive Fläche (d.h. die gesamte Querschnittsfläche der Öffnung minus der Querschnittsfläche des hindurchführenden Objektes), an der Feuer gehemmt werden soll, und nicht auf die größere Gesamtfläche der Öffnung.
In einer Ausführungsform weist das Intumeszenz-Material ferner organische kohlebildende Komponenten auf. In einer anderen Ausführungsform weist das innere Isoliermaterial. anorganisches Fasermaterial auf. Das anorganische Fasermaterial kann Glasfaser, Mineralwolle, feuerfeste keramische Materialien und Gemische davon aufweisen. In einer Ausführungsform ist das anorganische Fasermaterial Mineralwolle mit einer Nenndichte von mindestens 64,08 kg/m³ (4 Pound pro Kubikfuß). Mineralwolle wird im Handel oft mit Dichten von 64,08, 96,12 und 144,18 kg/m³ (4, 6 und 9 Pound pro Kubikfuß) vertrieben. Die tatsächliche Dichte ist jedoch oftmals bedeutend niedriger als die Nenndichte.
Unter einem Gesichtspunkt weist das innere Isoliermaterial einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen auf, und blattförmiges Intumeszenz-Material ist jeweils mindestens einer der ersten und zweiten Fläche benachbart angeordnet. Das blattförmige Intumeszenz-Material kann mit der ersten und zweiten Hauptfläche des Isoliermaterials verklebt sein. In einer Ausführungsform weist der Gegenstand einen Beutel auf, der das Intumeszenz-Material umgibt, wodurch die Installation erleichtert und das Ausgesetztsein des Installateurs gegenüber unangenehmen oder irritierenden Komponenten, wie z.B. Schmelzperlen, des Isoliermaterials minimiert wird.
In einer spezifischen Ausführungsform stellt die Erfindung eine feuerhemmende Verbundvorrichtung bereit, die eine erste Außenschicht aus Intumeszenz-Material, eine Innenschicht aus Mineralwolle, die der ersten Außenschicht aus Intumeszenz-Material benachbart angeordnet ist, wobei die Mineralwolle eine Dichte von mindestens 64,08 kg/m³ (4 Pound pro Kubikfuß) aufweist, und eine zweite Außenschicht aus Intumeszenz-Material aufweist, die der Innenschicht aus Mineralwolle benachbart, der ersten Außenschicht aus Intumeszenz-Material gegenüber, angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Intumeszenz-Schicht beide im Wesentlichen aus Füllmaterial, Bindematerial und einem hydratisierten Alkalimetallsilikat als Intumeszenz-Mittel bestehen, wodurch, wenn mehrere solcher feuerhemmender Verbundgegenstände in einer Blindöffnung (d.h. eine, durch die keine Objekte hindurchführen) in einer Trennwand mit einem Betonsubstrat angeordnet sind, wodurch sie in der Öffnung eine feuerhemmende Barriere bilden, die feuerhemmende Barriere in der Lage ist, die Schlauchstrahl prüfung gemäß der ASTM-Prüfung E814 für eine Öffnung mit einer Fläche von mindestens 1.935 cm² (300 Quadrat-Inch) zu bestehen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben, wobei
1 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen feuerhemmenden Gegenstandes ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie hierin benutzt, bezeichnet der Ausdruck „Intumeszenz-Mittel" einen Einsatzstoff, der sich beim Erhitzen auf Temperaturen, die typischerweise unter feuerartigen Bedingungen angetroffen werden, auf mindestens das 1,5-fache seines ursprünglichen Volumens ausdehnt. Der Ausdruck „Intumeszenz-Material" bezeichnet eine Zusammensetzung, die ein Intumeszenz-Mittel enthält.
In 1 ist ein Intumeszenz-Gegenstand 2 gezeigt, der eine erste Schicht aus Intumeszenz-Material 4, eine Innenschicht aus Isoliermaterial 6 und eine zweite Schicht aus Intumeszenz-Material 8 aufweist. Zwischen der ersten Intumeszenz-Schicht 4 und dem Isoliermaterial 6 sowie zwischen der zweiten Intumeszenz-Schicht 8 und dem Isoliermaterial 6 sind unter Bildung einer laminierten Verbundstruktur Klebstoffschichten 10, 12 gebildet. Zu geeigneten Klebstoffen gehören Haftklebstoffe, Schmelzklebstoffe und dergleichen. Alternativ können die Intumeszenz-Schichten 4, 8 ohne die Hilfe eines Klebstoffes direkt auf die Isolierschicht extrudiert oder aufgetragen sein. Eine Umhüllung 14 ist um die Schichten aus Intumeszenz-Material 4, 8 und das Isoliermaterial 6 gebildet. Die Umhüllung ist für leichte Handhabung und Installation gebildet, ist aber nicht erforderlich.
Die Innenschicht aus Isoliermaterial 6 ist vorzugsweise ein ungewebtes Fasermaterial mit einer Dichte von nominal mindestens 64,08 kg/m³ (4 Pound pro Kubikfuß), typischer nominal mindestens 96,12 kg/m³ (6 Pound pro Kubikfuß). Materialien mit einer Dichte von nominal mindestens 128,15 kg/m³ (8 Pound pro Kubikfuß) können ebenfalls benutzt werden. Das Isoliermaterial ist auch vorzugsweise bis zu einer Temperatur von mindestens etwa 871°C (1.600°F) thermisch stabil.
Zu geeigneten Materialien gehören ungewebte Bahnen die glasartige Synthesefasern und wahlweise 5 bis 10 Gew.-% organisches Bindemittel aufweisen. Beispiele sind Glasfaser, Mineralwolle, feuerfeste keramische Materialien und Gemische davon. Diese Materialien sind preiswert und weisen gute thermische Isolierwerte auf, wodurch der Wärmedurchgang durch die installierte feuerhemmende Barriere wirksam verringert wird. Die Auswahl eines bestimmten Isoliermaterials wird von einer Anzahl Faktoren abhängen, die sowohl mit den einzelnen Gegenständen als auch dem installierten feuerhemmenden System in Beziehung stehen. Zu den Faktoren gehören die Gesamtmenge an faserigem Isoliermaterial sowohl in dem Gegenstand als auch in dem fertiggestellten System, die Materialkosten, gesundheitliche Bedenken und Einfachheit der Installation.
Die Gesamtmenge an Fasern wird typischerweise durch die Dichte des Materials, die Stauchung des Fasermaterials bei der Installation und das Verhältnis von Fasermaterial zu nichtfaserigem Material bestimmt. Die ungewebte Faserbahn enthält vorzugsweise ein hohes Verhältnis von Fasermaterial zu nichtfaserigem Material, das auch als „Schmelzperlen" bezeichnet wird. Materialien, die weniger Schmelzperlen aufweisen, weisen höhere Isolierwerte auf. Zu geeigneten Materialien gehören glasartige Synthesefasern. Ein bevorzugtes Isoliermaterial ist Mineralwolle, bedingt durch ihre im Verhältnis zu anderen ungewebten faserigen Isoliermaterialien sowohl geringen Kosten als auch minimale gesundheitliche Bedenklichkeit. Ein stärker bevorzugtes ungewebtes faseriges Isoliermaterial ist Mineralwolle, die aus Basaltgestein hergestellt ist. Zu weniger bevorzugten Materialien gehören diejenigen, die aus gemischten Oxiden, auch als Schlacke bezeichnet, hergestellt sind.
Da Mineralwolle typischerweise bei Temperaturen sintert, die während eines Feuers auftreten, kommt es zwischen der heißen und der kalten Seite der feuerhemmenden Barriere zu einem Fortschreiten des Materials von dem ungesinterten in den gesinterten Zustand. Allgemein wird ein Material beim Sintern als ein feuerhemmendes Material weniger wirksam. Daher verbleibt während des Ausgesetztseins gegenüber Bedingungen, die denjenigen von ASTM E814 gleichwertig sind, oder Bedingungen, die typischerweise in einem Feuer oder unter feuerartigen Bedingungen anzutreffen sind, vorzugsweise mindestens ein Teil des Isoliermaterials unter etwa 871°C (1.600°F). Außerdem ist es wünschenswert, dass die durchschnittliche Temperatur der Feuerbarriere zwischen der heißen Seite und der kalten Seite weniger als etwa 871°C (1.600°F) beträgt. Es ist möglich, den Temperaturanstieg auf der kalten Seite der Feuerbarriere durch Maximieren des Isolierwertes des Isoliermaterials zu minimieren. Die Auswahl von Bahnen mit höheren Dichten und/oder einem höheren Verhältnis von Faser zu Schmelzperlen erhöht den Isolierwert der Bahn.
Außerdem ist das Sintern der Mineralwolle wegen der bedeutenden Schrumpfung, die durch das Sintern verursacht wird, nachteilig. Dies weist den Effekt auf, dass der Isolierwert und die Integrität sowohl der Gegenstände als auch des installierten Systems vermindert werden. Auch kann Schrumpfung zu Hohlräumen führen, die sich zwischen benachbarten feuerhemmenden Gegenständen bilden, die in einer Durchführung zur Bildung einer Feuerschutzvorrichtung angeordnet wurden. Diese Hohlräume stellen Wege bereit, die ermöglichen, dass Hitze, Flammen und Rauch durch die feuerhemmende Barriere hindurchtreten.
Ein bevorzugtes ungewebtes Bahnenmaterial ist 1260 BOARD MINERAL WOOL, erhältlich von Fibrex Insulation, Sarnia, Ontario. Für Anwendungen, in denen glasartige Fasermaterialien unerwünscht sind, ist ULTRA DAM 4000 STRIPS, erhältlich von der 3M Company, St. Paul, MN, ein geeignetes Material.
Die Schichten aus Intumeszenz-Material 4, 8 weisen vorzugsweise ein Intumeszenz-Mittel, das im Wesentlichen frei von Graphit ist, ein Stabilisierungsmittel und ein Bindemittel auf. Das Intumeszenz-Material kann auch Füllstoffe und organische kohlebildende Komponenten aufweisen. Ein geeignetes Intumeszenz-Material ist in US-A-5,476,891 beschrieben. Ein geeignetes handelsübliches Intumeszenz-Material ist ein blattförmiges organisches/anorganisches feuerbeständiges Elastomer, das von der 3M Company unter der Handelsbezeichnung 3M FIRE BARRIER FS-195+ WRAP/STRIP erhältlich ist. Ein bevorzugtes handelsübliches Intumeszenz-Material ist ein flexibler Intumeszenz-Streifen, der von der 3M Company unter der Handelsbezeichnung E-FIS erhältlich ist.
Gemäß einem kennzeichnenden Merkmal der Erfindung ist das Intumeszenz-Mittel im Wesentlichen frei von Graphit. Überraschenderweise ist festgestellt worden, dass ein Intumeszenz-Material mit einem Intumeszenz-Mittel, das im Wesentlichen frei von Graphit ist, bei Einwirkung von Hitze wünschenswerte Klebe- und Kohäsionseigenschaften entwickelt. Die Klebe- und Kohäsionseigenschaften ermöglichen, dass feuerhemmende Gegenstände, die in einer Durchführung angeordnet sind und eine feuerhemmende Barriere in einer Durchführung bilden, sich ausdehnen und verkleben, wodurch sie eine Barriere bilden, die ausreichende mechanische Integrität aufweist, um die Schlauchstrahlkomponente von ASTM E814 ohne die Notwendigkeit einer sekundären Verstärkung zu bestehen.
Obwohl nicht gewünscht ist, durch irgendeine bestimmte Theorie eingeschränkt zu sein, entwickeln Intumeszenz-Materialien, die Graphit enthalten, bei Ausdehnung begrenzte Klebe- und Kohäsionseigenschaften. Die begrenzten Klebe- und Kohäsionseigenschaften begrenzen wiederum die Weite der Durchführung, an der durch solche Gegenstände ohne die Verwendung einer sekundären Verstärkungsstruktur Feuer wirkungsvoll gehemmt werden kann. Das bedeutet, dass feuerhemmende Barrieren, die unter Verwendung von feuerhemmenden Gegenständen konstruiert werden, die ein Intumeszenz-Material auf Basis von Graphit aufweisen, im Allgemeinen schwach sind und dass nur an verhältnismäßig kleinen Durchführungen mit solchen Gegenständen Feuer gehemmt werden kann, derart, dass sie in der Lage sind, die Schlauchstrahlkomponente von ASTM E814 zu bestehen. Beispielsweise zeigt Tabelle 1 die Öffnung mit der maximalen Weite, an der mit den feuerhemmenden Gegenständen, die ein herkömmliches Intumeszenz-Material auf Basis von Graphit aufweisen, und eine Öffnung, an der mit feuerhemmenden Gegenständen der vorliegenden Erfindung in Trennwänden, die aus drei verschiedenen Materialien gebildet waren, und zwar Stahl, Holz und Beton, Feuer gehemmt werden konnte, die die Schlauchstrahlkomponente von ASTM E814 bestanden.
Tabelle 1 – Vergleich der Weite einer Blindöffnung, an der unter Bestehen der Schlauchstrahlprüfung unter Verwendung eines Gegenstandes mit herkömmlichem Intumeszenz-Material auf Basis von Graphit und unter Verwendung eines erfindungsgemäßen feuerhemmenden Gegenstandes Feuer gehemmt werden kann.
Es wurde festgestellt, dass die Weite der Öffnung, an der unter Bestehen der Schlauchstrahlprüfung von ASTM E814 ohne die Notwendigkeit einer sekundären Verstärkung Feuer gehemmt werden konnte, bei erfindungsgemäßen feuerhemmenden Gegenständen im der gleich zu herkömmlichen Gegenständen für Stahl 98% größer war, für Holz 210% größer war und für Beton 108% größer war.
Die Intumeszenz-Mittel weisen körniges hydratisiertes Alkalimetallsilikat, wie z.B. in US-A-4,273,879 beschrieben, auf. Ein geeignetes handelsübliches Intumeszenz-Mittel ist eine Intumeszenz-Zusammensetzung aus körnigem hydratisiertem Alkalimetallsilikat, die unter der Handelsbezeichnung EXPANTROL 4BW PLUS von der 3M Company, St. Paul, MN erhältlich ist.
Zu nützlichen Stabilisierungsmitteln gehören Verbindungen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Diaryl-para-phenylendiaminen mit der folgenden allgemeinen Formel I besteht, wobei die Diaryl-para-phenylendiamine einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 105 bis etwa 125°C aufweisen: Formel I
wobei R¹ bis einschließlich R⁴ unabhängig aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Wasserstoff („H") und Alkylgruppen mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen besteht, mit der Maßgabe, dass i) entweder beide von R¹ und R² oder beide von R³ und R⁴ Alkylgruppen mit 1 bis etwa 5 Kohlenstoffatomen sein müssen und ii) das Stabilisierungsmittel einen Schmelzpunkt im Bereich von etwa 105 bis etwa 125°C aufweist.
Das Stabilisierungsmittel ist entweder ein Antioxidationsmittel und/oder ein Antiozonans, definiert als eine Verbindung oder ein Gemisch aus Verbindungen, die/das in der Lage ist, den Abbau des organischen Bindemittels, der durch das Einwirken von Sauerstoff und/oder Ozon auf die Zusammensetzungen der Erfindung bedingt ist, zu vermindern oder zu verhindern.
Ein bevorzugtes Stabilisierungsmittel ist im Handel von Goodyear Chemical Co., Akron, OH unter der Handelsbezeichnung WINGSTAY 100 AZ erhältlich. Dieses ist ein gesetzlich geschütztes Gemisch aus Diaryl-para-phenylendiaminen gemäß der allgemeinen Formel I mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 108 bis 114°C.
Das Bindemittel ist vorzugsweise ein organisches Bindemittel, stärker bevorzugt ein Elastomer, am stärksten bevorzugt ein chloriertes Elastomer, wie z.B. die Polychlorpren-Elastomere, die unter der Handelsbezeichnung NEOPREN bekannt sind, und dergleichen. Elastomere Bindemittel sind vorzugsweise aus einer Klasse von organischen kohlebildenden Elastomeren, wie z.B. Naturkautschuk und synthetische Kautschuke, wie z.B. Polyisopren- und Polychlorprenkautschuke, ausgewählt. Polychlorpren ist ein bevorzugtes Elastomer, weil es ausgezeichnete Alterungseigenschaften und gute Witterungsbeständigkeit aufweist und von sich aus ein Kohlebildner ist, wenn Feuer oder Hitze darauf einwirken.
Das Intumeszenz-Material kann Füllstoffe, wie z.B. Quarzsand (Siliciumdioxid), Farbmittel, Ton, Flugasche, Blähmittel, Perlit, Vermiculit, anorganische Fasern, wie z.B. Glasfasern und Mineralwolle, und organische Fasern aufweisen, um die Härte einzustellen und Kosten zu verringern.
Wenn das Bindemittel nicht kohlebildend ist, wird der Zusammensetzung vorzugsweise ein kohlebildender Zusatzstoff zugegeben. Zu geeigneten nichtkohlebildenden Polymeren gehören chlorierte Polyethylene, wie z.B. diejenigen, die unter den Handelsbezeichnungen PARACHLOR (von Uniroyal Chemical) und TYRIN (von Dow Chemical) bekannt sind; chlorsulfonierte Polyethylene, wie z.B. diejenigen, die unter der Handelsbezeichnung HYPALON (du Pont) bekannt sind; Polybuten; und Polysulfidpolymere.
Zu kohlebildenden Harzen, die in den Zusammensetzungen nützlich sind, gehören phenolische Harze, Polycarboimidharze, Harnstoff-Aldehyd-Harze und Melamin-Aldehyd-Harze. In den allgemeinen Ausdruck „phenolisch" sind Phenol-Formaldehyd-Harze sowie Harze, die andere von Phenol abgeleitete Verbindungen und Aldehyde umfassen, einbezogen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Gegenstand derart konstruiert, dass die ungewebte Bahn aus Isoliermaterial 6 zwischen Schichten aus Intumeszenz-Material 4, 8 eingefügt ist. Alternativ kann das Intumeszenz-Material 4, 8 das faserige Isoliermaterial 6 völlig umgeben. Das Bilden des Gegenstandes derart, dass er Intumeszenz-Material an der Außenfläche aufweist, ermöglicht es dem Intumeszenz-Material, sich im Falle eines Feuers auszudehnen und in Kontakt mit Intumeszenz-Material von einem benachbarten Gegenstand zu kommen. Da das ausge dehnte Intumeszenz-Material klebend ist, verbinden sich die Gegenstände unter Bildung einer strukturellen Barriere, die verhindert, dass Feuer und Rauch durch die Öffnung hindurchtreten, und bilden ferner eine Barriere mit ausreichender mechanischer Integrität, derart, dass sie die Schlauchstrahlkomponente von ASTM E814 ohne die Verwendung sekundärer Haltevorrichtungsstrukturen oder einer Verstärkung besteht.
Wie in Tabelle 1 dargestellt, können die erfindungsgemäßen feuerhemmenden Gegenstände beispielsweise in einer Öffnung in einer Trennwand, wie z.B. Wand, Boden oder Deck, angeordnet werden, um eine feuerhemmende Barriere bereitzustellen, die in der Lage ist, die Schlauchstrahlprüfung gemäß ASTM E814 in einer Öffnung von 3.484 cm² (540 Quadrat-Inch) für eine Trennwand, die aus Stahl konstruiert ist, in einer Öffnung von 3.484 cm² (540 Quadrat-Inch) für eine Trennwand, die aus Holz konstruiert ist, und in einer Öffnung von 1.935 cm² (300 Quadrat-Inch), die aus Beton konstruiert ist, jeweils ohne irgendeine sekundäre Verstärkungsstruktur zu bestehen.
Die Fähigkeit der vorliegenden Erfindung benutzt werden zu können, um ohne die Notwendigkeit einer sekundären Verstärkung Feuer an größeren Öffnungen als herkömmliche Techniken zu hemmen, verkürzt die Installationszeit, erleichtert den Wiedereinbau in die Öffnung, vermindert Kosten, senkt die Komplexität der Installation und vereinfacht die Logistik am Arbeitsort.
Die Umhüllung 14, die um die Schichten aus Intumeszenz-Material 4, 8 und das Isoliermaterial 6 gebildet ist, verhindert oder minimiert das Ausgesetztsein des Installateurs gegenüber unangenehmen Komponenten der Zusammensetzung. Außerdem ermöglicht die Umhüllung 14, dass benachbarte Gegenstände nebeneinander geschoben werden, wodurch die Installation erleichtert wird. Eine bevorzugte Umhüllung ist ein dicht verschlossener Beutel, der aus einem geeigneten polymeren Filmmaterial, wie z.B. Polyethylenfilm, gebildet ist.
Ein wünschenswertes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass sie Kohäsions- und Klebeeigenschaften entwickelt, die das Bestehen der Schlauchstrahlkomponente von ASTM E814 ohne die Notwendigkeit einer sekundären Verstärkung ermöglichen. Die Notwendigkeit einer sekundären Verstärkung ist ein markantes unerwünschtes Merkmal feuerhemmender Systeme, die aus handelsüblichen Materialien konstruiert sind.
Da feuerhemmende Barrieren oftmals wieder eingebaut werden, bilden die Gegenstände der vorliegenden Erfindung bei Umgebungstemperaturen vorzugsweise keine Klebe- oder Kohäsionsbindungen aus. Wenn die Gegenstände bei Umgebungstemperaturen Klebebindungen ausbilden, können die Gegenstände während des Wiedereinbaus beschädigt werden, was den Wiedereinbau schwierig, teuer und zeitraubend macht. Die vorliegende Erfindung weist vorzugsweise nur bei hohen Temperaturen Klebe-/Kohäsions-Eigenschaften auf. Die Bindungsbildungstemperatur kann durch Auswählen von Außenschichten aus Intumeszenz-Material, das bei Umgebungstemperaturen nicht klebend/kohäsiv ist, oder durch Einbeziehen von Gleitschichten (z.B. ein Polyethylenfilm) an den Außenflächen des Intumeszenz-Materials gesteuert werden. Wie vorher angemerkt, können die Gleitschichten durch Umhüllen des Intumeszenz-Materials mit einem dicht verschlossenen Beutel gebildet werden.
Feuerhemmende Materialien sind im Allgemeinen mindestens teilweise ablativ, sodass beim Fortschreiten eines Feuers die Materialien in der Nähe der heißen Seite ihre Wirksamkeit verlieren. Folglich ablatieren sowohl das ungewebte faserige Innenmaterial als auch das Intumeszenz-Material und verlieren ihre Wirksam keit. Dies hat die Wirkung des Zerstörens der Kohäsions- und/oder Klebebindungen.
Um eine wirksame Bindung zwischen benachbarten Gegenständen sicherzustellen, können zwei Ansätze benutzt werden. Erstens können die Bindungen sich bei niedrigen Temperaturen ausbilden und dabei einen großen Anteil der Grenzfläche abdecken, dessen Übermaß während eines Feuers ablatiert wird. Alternativ kann sich eine Bindungsregion an oder nahe der heißen Seite bilden und allmählich zur kalten Seite hin bewegen, während die Kohäsions-/Klebe-Komponente allmählich ablatiert und die Bindung zerstört wird. Im Allgemeinen wird das Fortschreiten der Bindungslinie durch das Intumeszenz-Material schneller sein als das Fortschreiten der Sinterlinie durch die ungewebte faserige Bahn. Es ist wünschenswert, dass die Kohäsions-/Klebekomponente eine Kohle bildet, wodurch sie die Bindung schützt und die Ablation des Gegenstandes verlangsamt. Die Kohle kann denselben Ort einnehmen wie die Bindung.
Die Zusammensetzung des Intumeszenz-Materials weist vorzugsweise einen hohen Anteil eines thermoplastischen Polymers auf, das entweder unvernetzt oder zu einem kleinen Grad vernetzt sein kann. Thermoplastische Polymere sind bevorzugt, da sie typischerweise bei Temperaturen, die in Feuern auftreten, viskos fließen. Das Fließen des Materials ermöglicht, dass das Material in das ungewebte faserige Isoliermaterial eindringt und eine Bindung damit ausbildet. Das Fließen der meisten thermoplastischen Polymere ist jedoch unter feuerartigen Bedingungen zu stark. Die Eigenschaften des viskosen Fließens des thermoplastischen Polymers können jedoch durch Zugeben von Füllstoffen und durch Vernetzen des thermoplastischen Polymers modifiziert werden. Zudem verleihen zweckmäßige Füllstoffe, wie z.B. Aluminiumtrihydroxid (ATH), der Zusammensetzung auch Feuerbeständigkeitseigenschaften. Zu geeigneten Polymeren gehören Polychlorpren, Fluorpolymere, EVA und Acryle. Polymere, die von sich aus feuerhemmend sind, sind für diese Anwendung besonders gut geeignet.
Intumeszenz-Systeme der vorliegenden Erfindung weisen ein mittleres Maß an Ausdehnung auf. Wenn die Ausdehnung zu groß ist, kann es die wand (oder den Boden) zerstören oder aus der Durchführung herausgedrückt werden und dadurch versagen. Außerdem werden feuerhemmende Intumeszenz-Materialien im Allgemeinen während oder nach der Ausdehnung bröckliger. Bei zunehmender Ausdehnung und der entsprechenden Abnahme der Dichte wird ein Punkt erreicht, an dem die Integrität des Material zu gering ist, um die ASTM-E814-Schlauchstrahlprüfung zu bestehen.
BEISPIEL
Feuerhemmende Gegenstände wurden konstruiert, wie in 1 gezeigt. Jeder Gegenstand wurde mit einer Innenschicht 6 aus 1260 BOARD MINERAL WOOL, erhältlich von Fibrex Insulation aus Sarnia, Ontario, die aus Basaltgestein hergestellt ist und eine Nenndichte von 96,12 kg/m³ (6,0 Pound pro Kubikfuß) und eine tatsächliche Dichte von nicht weniger als etwa 64,08 kg/m³ (4,0 Pound pro Kubikfuß) und einen Schmelzperlengehalt von etwa 12% aufweist, die zwischen Außenschichten 4, 8 aus 1,6 mm (1/16 Inch) dicken flexiblen Intumeszenz-Streifen, erhältlich von der 3M Company, St. Paul, MN unter der Handelsbezeichnung E-FIS, eingefügt wurde, konstruiert. Die Außenschichten 4, 8 aus E-FIS wurden mit 9672LE HIGH STRENGTH ADHESIVE, erhältlich von der 3M Company, St. Paul, MN, mit der Innenschicht aus Mineralwolle verklebt. Die Gegenstände wurden in Polyethylenbeuteln von 76,2 μm (3 Mil) eingepackt. Die Nennabmessungen des fertiggestellten Gegenstandes betrugen 5,397 cm × 15,24 cm × 22,86 cm (2,125 Inch × 6,0 Inch × 9,0 Inch).
Fünfzig der oben beschriebenen Gegenstände wurden in eine gerahmte Öffnung von 76,2 cm × 45,72 cm (30 Inch × 18 Inch) in einer gerahmten 2-hr-Wand der Reihe UL400 installiert. Die gerahmte Öffnung wies ein Stahlsubstrat zur Verklebung auf. Die Gegenstände wurden so eingebaut, dass sich die Abmessung von 9,0 Inch quer in der Wand befand. Die Gegenstände wurden in fünf Säulen von jeweils zehn gestapelt. Die senkrechte Stauchung betrug 18,0%, die waagerechte Stauchung betrug 0,0%, und die Flächenstauchung betrug 18,1%.
Bei einer einstündigen Feuerprüfung gemäß ASTM E814 bestand die Vorrichtung das Schlauchstrahl-, das F-Rating- und das T Rating Kriterium.
Es wird dem Durchschnittsfachmann in dem Fachgebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen, das oben bekannt gemacht ist. Daher sollte der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die Strukturen beschränkt werden, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, sondern nur auf die Strukturen, die durch die Ansprüche sprachlich beschrieben sind, sowie auf die Äquivalente dieser Strukturen.

Claims

Feuerschutzvorrichtung zum Hemmen von Feuer an einer Öffnung in einer Trennwand, mit mehreren feuerhemmenden Verbundgegenständen, die ohne eine sekundäre Haltevorrichtung in der Öffnung angeordnet sind, wobei jeder feuerhemmende Verbundgegenstand (2) aufweist: (a) ein inneres Isoliermaterial und (b) ein Intumeszenz-Material, das um mindestens einen Teil des inneren Materials herum angeordnet ist, wobei das Intumeszenz-Material Füllmaterial, Bindematerial und hydratisiertes Alkalimetallsilikat als. eine Intumeszenz-Komponente aufweist, die weniger als 10 Gew.-% Graphit enthält.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach Anspruch 1, wobei das Intumeszenz-Material ferner organische kohlebildende Komponenten aufweist.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach Anspruch 2, wobei das innere Isoliermaterial anorganisches Fasermaterial aufweist.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach Anspruch 3, wobei das anorganische Fasermaterial mindestens eines von Glasfaser, Mineralwolle, feuerfesten keramischen Materialien und Gemischen davon aufweist.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das innere Isoliermaterial einander gegenüberliegende erste und zweite Hauptflächen aufweist und wobei ferner blattförmiges Intumeszenz-Material (4; 8) jeweils der ersten und der zweiten Fläche benachbart angeordnet sind.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Umhüllung (14), die um das Intumeszenz-Material herum angeordnet ist.
Feuerschutzvorrichtung (2) nach Anspruch 6, wobei die Umhüllung ein Polyethylenbeutel ist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Intumeszenz-Material eine Außenfläche definiert, die dem inneren Isoliermaterial gegenüberliegt, und wobei ferner die Außenfläche bei Umgebungstemperaturen keine Klebeeigenschaften aufweist.
Feuerschutzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Intumeszenz-Material eine Außenfläche definiert, die dem inneren Isoliermaterial gegenüberliegt, und wobei ferner die Außenfläche bei Umgebungstemperaturen keine Kohäsionseigenschaften aufweist.
Verwendung eines feuerhemmenden Verbundgegenstandes (2) zur Bildung einer Feuerschutzvorrichtung in einer Öffnung in einer Trennwand ohne die Notwendigkeit einer sekundären Haltevorrichtungsstruktur, wobei die Öffnung eine Fläche von mehr als 1.935 cm² (300 Quadrat-Inch) aufweist und ein Betonsubstrat zur Verklebung aufweist, wobei die Feuerbarriere in der Lage ist, eine Schlauchstrahlprüfung gemäß ASTM-Prüfung E814 zu bestehen, wobei der feuerhemmende Verbundgegenstand (2) aufweist: (a) ein inneres Isoliermaterial und (b) ein Intumeszenz-Material, das mindestens um einen Teil des inneren Materials herum angeordnet ist, wobei das Intumeszenz-Material im Wesentlichen aus Füllmaterial, Bindematerial und hydratisiertem Alkalimetallsilikat als einer Intumeszenz-Komponente besteht, die weniger als 10 Gew.-% Graphit enthält.