DE102012111865B4

DE102012111865B4 - Brandschutzvorrichtung

Info

Publication number: DE102012111865B4
Application number: DE102012111865.5A
Authority: DE
Inventors: Reinald Reher
Original assignee: Svt Brandschutz Vertriebsgesellschaft Mbh Int; SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH INTERNATIONAL
Current assignee: Svt Brandschutz Vertriebsgesellschaft Mbh Int; SVT BRANDSCHUTZ VERTRIEBSGESELLSCHAFT MBH INTERNATIONAL
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2017-06-29
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: DE102012111865A1

Abstract

Brandschutzvorrichtung (1) zum Brandschutz eines Raumes (5) in einem Fahrzeug, umfassend ein flächiges Metallsubstrat (2) mit einer dem zu schützenden Raum (5) zugewandten Fläche (7) und einer einem Raum (6) mit einem potentiellen Brandherd (9) zugewandten Fläche (8), wobei die dem zu schützenden Raum (5) zugewandte Fläche (7) eine Ablationsbaustoff-Schicht (3) und die dem Raum (6) mit dem potentiellen Brandherd (9) zugewandte Fläche (8) eine Dämmschichtbildner-Schicht (4) aufweist, und wobei die Ablationsbaustoff-Schicht (3) Thermoplastfasern enthält, die eine Länge im Bereich von 100–600 μm aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzvorrichtung 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.
Die DE 20 2009 008 978 U1 , DE 20 2006 012 626 U1 und DE 20 2006 012 624 U1 beschreiben Kabelbandagen, die ein Trägermaterial aufweisen, das auf seiner einen Seite mit einem Dämmschichtbildner oder Ablationsbaustoff versehen ist und auf seiner anderen Seite mit einer Kunststoff- oder Metallschicht versehen ist.
Die DE 20 2011 103 146 U1 betrifft eine Anordnung zum brandsicheren Ausfüllen von Öffnungen in Mauerwerk mit einem Block aus einer ausgehärteten Mischung von Polystyrol-Granulat, nicht brennbarem Bindemittel und Wasser. Der Block kann auf mindestens einer Seite mit einer Feuerschutzschicht beschichtet sein, wobei es sich sowohl um eine Ablationsschicht als auch um eine Intumeszenzschicht handeln kann.
Die EP 0 694 574 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von brandschützenden Verbundwerkstoffen unter Verwendung von hochkonzentrierten Intumeszenzplastisolen.
Die GB 2 011 278 A beschreibt die Einbringung einer feuerhemmenden Zusammensetzung, beispielsweise mit intumeszierenden Eigenschaften, in die Oberfläche eines brennbaren Materials.
Die US 5 645 926 A betrifft ein flexibles feuerfestes Material, das eine Mischung aus einem organischen intumeszierenden Füllmaterial und organischen Fasern umfasst, die im Temperaturbereich von 200–500°C stark verkohlt.
Die WO 2004/022320 A1 beschreibt ein Halbzeug und Herstellungsverfahren für ein Bauelement eines Fahrzeuges, wobei die Faserstruktur des Halbzeugs mit einem mit Brandschutzmitteln versetzten Harz vorimprägniert sein kann.
Die US 3 755 223 A beschreibt ablative Beschichtungszusammensetzungen für Hochgeschwindigkeitsvehikel wie Raketen.
Die US 5 433 991 A beschreibt eine Bewehrung in Form eines Fasernetzwerks für intumeszierende Brandschutzbeschichtungen.
Die US 2004/0147184 A1 betrifft eine flexible intumeszierende Zusammensetzung für den Brandschutz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, 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 bzw. auf einer den Raum 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 in einem Fahrzeug bereit, wobei die Brandschutzvorrichtung ein flächiges Metallsubstrat umfasst mit einer dem zu schützenden Raum zugewandten Fläche und einer einem Raum mit einem potentiellen Brandherd zugewandten Fläche, wobei die dem zu schützenden Raum zugewandte Fläche eine Ablationsbaustoff-Schicht und die dem Raum mit dem potentiellen Brandherd zugewandte Fläche eine Dämmschichtbildner-Schicht aufweist, und wobei die Ablationsbaustoff-Schicht Thermoplastfasern enthält, die eine Länge im Bereich von 100–600 μm aufweisen.
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 besonders gut zum Schutz von gefährdeten Bereichen im Fahrzeugbauvorgesehen, 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.
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.
Das Substrat besteht aus einem Metall wie beispielsweise Aluminium, Stahl oder dergleichen. 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, verhindert die Kühlwirkung der Ablationsbeschichtung dort einen unerwünscht schnellen Temperaturanstieg.
Darüber hinaus enthält die Ablationsbaustoff-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 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 abhängig gemacht, wobei mit zunehmender Schichtdicke größere Durchschnittslängen verwendet werden und umgekehrt.
Vorzugsweise beträgt der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff, 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 abgetrennten und vor einem Brand in dem Raum zu schützenden Raum, wobei die Ablationsbaustoff-Schicht der Brandschutzvorrichtung dem Raum zugewendet ist, der vor dem Brand zu schützen ist, und die Dämmschichtbildner-Schicht dem Raum zugewendet ist, der als Brandherd in Frage kommt.
In noch einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Brandschutz eines Raumes in einem Fahrzeug, wobei ein den Raum begrenzendes flächiges Substrat auf seiner dem Raum zugewandten Fläche mit einem Ablationsbaustoff und auf seiner einem Raum mit einem potentiellen Brandherd zugewandten Fläche mit einem Dämmschichtbildner beschichtet wird, und wobei der Ablationsbaustoff Thermoplastfasern, vorzugsweise Polypropylenfasern, enthält, wobei 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, 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 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 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 5 zugewendet, bei dem eine zu rasche Temperaturerhöhung verhindert werden soll, während die Dämmschichtbildner-Schicht 4 dem Raum 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
6: Raum
7: Fläche
8: Fläche
9: Brandherd

Claims

Brandschutzvorrichtung (1) zum Brandschutz eines Raumes (5) in einem Fahrzeug, umfassend ein flächiges Metallsubstrat (2) mit einer dem zu schützenden Raum (5) zugewandten Fläche (7) und einer einem Raum (6) mit einem potentiellen Brandherd (9) zugewandten Fläche (8), wobei die dem zu schützenden Raum (5) zugewandte Fläche (7) eine Ablationsbaustoff-Schicht (3) und die dem Raum (6) mit dem potentiellen Brandherd (9) zugewandte Fläche (8) eine Dämmschichtbildner-Schicht (4) aufweist, und wobei die Ablationsbaustoff-Schicht (3) Thermoplastfasern enthält, die eine Länge im Bereich von 100–600 μm aufweisen.
Brandschutzvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff > 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 für den Fahrzeugbau, umfassend eine Brandschutzvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und einen durch die Brandschutzvorrichtung (1) von einem Raum (6) abgetrennten und vor einem Brand in dem Raum (6) zu schützenden Raum (5), wobei die Ablationsbaustoff-Schicht (3) der Brandschutzvorrichtung (1) dem zu schützenden Raum (5) zugewendet ist und die Dämmschichtbildner-Schicht (4) dem Raum (6) zugewendet ist.
Verfahren zum Brandschutz eines Raumes (5) in einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Raum (5) begrenzendes flächiges Metallsubstrat (2) auf seiner dem Raum (5) zugewandten Fläche (7) mit einem Ablationsbaustoff und auf seiner einem Raum (6) mit einem potentiellen Brandherd (9) zugewandten Fläche (8) mit einem Dämmschichtbildner beschichtet wird, wobei der Ablationsbaustoff Thermoplastfasern mit einer Länge im Bereich von 100–600 μm enthält.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Thermoplastfasern an dem Ablationsbaustoff > 0 Gew.-% und ≤ 5 Gew.-% beträgt.