Anwendung von Klebstoffen / Dichtstoffen / Flammschutzmitteln
Bauwesen:Installation von Brandschutztüren, Brandschutzwänden und Brandschutzplatten
Elektronik- und Elektrotechnikbereich:Leiterplatten, elektronische Bauteile
Automobilindustrie:Sitze, Armaturenbretter, Türverkleidungen
Luft- und Raumfahrtbereich:Instrumente für die Luftfahrt, Raumfahrzeugstrukturen
Haushaltsgegenstände:Möbel, Fußböden, Tapeten
Flammhemmendes Klebeband für Transferfolien:Hervorragend geeignet für Metalle, Schäume und Kunststoffe wie Polyethylen
Funktionsweise von Flammschutzmitteln
Flammschutzmittel hemmen oder verzögern die Ausbreitung von Bränden, indem sie die chemischen Reaktionen in der Flamme unterdrücken oder eine Schutzschicht auf der Oberfläche eines Materials bilden.
Sie können dem Grundmaterial beigemischt (additive Flammschutzmittel) oder chemisch daran gebunden werden (reaktive Flammschutzmittel). Mineralische Flammschutzmittel sind typischerweise additiv, während organische Verbindungen sowohl reaktiv als auch additiv wirken können.
Entwicklung feuerhemmender Klebstoffe
Ein Brand durchläuft im Wesentlichen vier Phasen:
Einleitung
Wachstum
Stationärer Zustand und
Verfall
Vergleich der Zersetzungstemperaturen eines typischen Duroplastklebstoffs
Mit denjenigen, die in verschiedenen Stadien eines Brandes erreicht wurden.
Jeder Zustand hat eine entsprechende Zersetzungstemperatur, wie in der Abbildung dargestellt. Bei der Entwicklung eines flammhemmenden Klebstoffs müssen die Formulierer darauf achten, dass die Temperaturbeständigkeit in der für die Anwendung relevanten Brandphase gewährleistet ist.
● In der Elektronikfertigung muss beispielsweise ein Klebstoff die Neigung des elektronischen Bauteils unterdrücken, sich zu entzünden oder einen Brand auszulösen, falls es zu einem durch einen Fehler verursachten Temperaturanstieg kommt.
● Für die Verklebung von Fliesen oder Paneelen müssen Klebstoffe in der Wachstums- und der stationären Phase beständig sein und auch bei direktem Kontakt mit der Flamme einer Ablösung widerstehen.
● Außerdem müssen die Emissionen giftiger Gase und Rauch minimiert werden. Tragende Bauteile können alle vier Brandphasen durchlaufen.
Begrenzung des Verbrennungszyklus
Um den Verbrennungszyklus zu begrenzen, müssen ein oder mehrere der zur Brandentstehung beitragenden Prozesse entweder durch Folgendes beseitigt werden:
● Beseitigung des flüchtigen Brennstoffs, z. B. durch Kühlung
● Erzeugung einer thermischen Barriere, beispielsweise durch Verkohlung, wodurch der Brennstoff durch Verringerung des Wärmeaustauschs eliminiert wird, oder
● Unterdrücken der Kettenreaktionen in der Flamme, beispielsweise durch Zugabe geeigneter Radikalfänger
Flammschutzmittel wirken dabei chemisch und/oder physikalisch in der kondensierten (festen) Phase oder in der Gasphase, indem sie eine der folgenden Funktionen erfüllen:
●Char-Former:Üblicherweise Phosphorverbindungen, die den Kohlenstoff als Brennstoffquelle binden und eine Isolierschicht gegen die Hitze des Feuers bilden. Es gibt zwei Mechanismen der Verkohlung:
Umleitung der an der Zersetzung beteiligten chemischen Reaktionen zugunsten von Reaktionen, die Kohlenstoff anstelle von CO oder CO2 liefern, und
Bildung einer schützenden Oberflächenschicht aus Kohle
●Wärmeabsorber:Üblicherweise handelt es sich um Metallhydrate, wie beispielsweise Aluminiumtrihydrat oder Magnesiumhydroxid, die Wärme durch Verdampfung von Wasser aus der Struktur des Flammschutzmittels abführen.
●Flammenlöscher:Üblicherweise handelt es sich um brom- oder chlorbasierte Halogensysteme, die die Reaktionen in einer Flamme stören.
● Synergisten:Üblicherweise Antimonverbindungen, die die Leistung des Flammenlöschers verbessern.
Bedeutung von Flammschutzmitteln im Brandschutz
Flammschutzmittel sind ein wichtiger Bestandteil des Brandschutzes, da sie nicht nur das Risiko eines Brandausbruchs, sondern auch dessen Ausbreitung verringern. Dies verlängert die Fluchtzeit und schützt somit Menschen, Sachwerte und die Umwelt.
Es gibt viele Möglichkeiten, einen Klebstoff als Flammschutzmittel einzusetzen. Lassen Sie uns die Klassifizierung von Flammschutzmitteln genauer betrachten.
Der Bedarf an schwer entflammbaren Klebstoffen steigt und ihre Verwendung weitet sich auf eine Reihe verschiedener Industriezweige aus, beispielsweise Luft- und Raumfahrt, Bauwesen, Elektronik und öffentlicher Verkehr (insbesondere Züge).
1: Eines der offensichtlichen Schlüsselkriterien ist also, dass das Material flammwidrig/nicht brennbar ist oder, noch besser, die Flammenbildung hemmt – also richtig feuerhemmend ist.
2: Der Klebstoff sollte keinen übermäßigen oder giftigen Rauch abgeben.
3: Der Klebstoff muss seine strukturelle Integrität auch bei hohen Temperaturen beibehalten (eine möglichst gute Temperaturbeständigkeit aufweisen).
4: Zersetztes Klebstoffmaterial darf keine giftigen Nebenprodukte enthalten.
Es scheint eine große Herausforderung zu sein, einen Klebstoff zu entwickeln, der all diese Anforderungen erfüllt – und in dieser Phase wurden Viskosität, Farbe, Aushärtungsgeschwindigkeit und bevorzugtes Aushärtungsverfahren, Spaltfüllung, Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und Verpackung noch gar nicht berücksichtigt. Aber die Entwicklungschemiker lieben Herausforderungen, also nur her damit!
Umweltvorschriften sind in der Regel branchen- und regionsspezifisch.
Eine große Gruppe der untersuchten Flammschutzmittel wies ein gutes Umwelt- und Gesundheitsprofil auf. Dazu gehören:
● Ammoniumpolyphosphat
● Aluminiumdiethylphosphinat
● Aluminiumhydroxid
● Magnesiumhydroxid
● Melaminpolyphosphat
● Dihydrooxaphosphaphenanthren
● Zinkstannat
● Zinkhydroxidstannat
Flammschutz
Klebstoffe können so entwickelt werden, dass sie einer abgestuften Skala der Brandschutzklasse entsprechen – hier finden Sie Details zu den Prüfklassifizierungen der Underwriters Laboratories (UL). Als Klebstoffhersteller erhalten wir hauptsächlich Anfragen nach der UL94 V-0-Klassifizierung und gelegentlich nach der HB-Klassifizierung.
UL94
● HB: Langsames Abbrennen an einer horizontalen Probe. Abbrenngeschwindigkeit <76 mm/min bei einer Dicke <3 mm oder Abbrennstopp vor Erreichen einer Dicke von 100 mm.
● V-2: (vertikal) Brennen erlischt in <30 Sekunden und eventuelle Tropfen können brennen
● V-1: (vertikal) Brennen stoppt in <30 Sekunden, Tropfen sind zulässig (müssen aber)nicht(brennen)
● V-0 (vertikal): Die Verbrennung stoppt in weniger als 10 Sekunden, Tropfen sind zulässig (müssen abernicht(brennen)
● 5VB (vertikale Plaqueprobe): Brennen stoppt in <60 Sekunden, kein Tropfen; bei der Probe kann sich ein Loch bilden.
● 5VA wie oben, jedoch darf kein Loch entstehen.
Die beiden letztgenannten Klassifizierungen beziehen sich eher auf eine verklebte Platte als auf eine Klebstoffprobe.
Die Tests sind recht einfach und erfordern keine aufwendige Ausrüstung. Hier ist ein grundlegender Testaufbau:
Bei manchen Klebstoffen kann dieser Test allein recht schwierig sein. Das gilt insbesondere für Klebstoffe, die außerhalb einer geschlossenen Verbindung nicht richtig aushärten. In diesem Fall kann der Test nur zwischen verklebten Substraten durchgeführt werden. Epoxid- und UV-Klebstoffe hingegen können als festes Prüfstück aushärten. Setzen Sie das Prüfstück anschließend in die Spannbacken des Prüfständers ein. Halten Sie einen Eimer mit Sand bereit und führen Sie den Test unbedingt unter einem Abzug oder in einem Abzugsschrank durch. Achten Sie darauf, keine Rauchmelder auszulösen! Insbesondere nicht solche, die direkt mit der Notrufzentrale verbunden sind. Entzünden Sie das Prüfstück und messen Sie die Zeit, bis die Flamme erlischt. Prüfen Sie, ob Klebstoff unter das Prüfstück getropft ist (idealerweise haben Sie eine Einwegwanne bereitliegen; andernfalls ist Ihre schöne Arbeitsfläche ruiniert).
Klebstoffchemiker kombinieren eine Reihe von Additiven, um feuerhemmende Klebstoffe herzustellen – und manchmal sogar, um Flammen zu löschen (wobei diese Eigenschaft heutzutage schwieriger zu erreichen ist, da viele Warenhersteller jetzt halogenfreie Rezepturen fordern).
Zu den Additiven für feuerfeste Klebstoffe gehören
● Organische, kohlebildende Verbindungen, die dazu beitragen, Hitze und Rauch zu reduzieren und das darunter liegende Material vor weiterer Verbrennung zu schützen.
● Wärmeabsorber, dabei handelt es sich um normale Metallhydrate, die dem Klebstoff hervorragende thermische Eigenschaften verleihen (oft werden feuerhemmende Klebstoffe für Anwendungen zur Verklebung von Kühlkörpern ausgewählt, bei denen eine maximale Wärmeleitfähigkeit erforderlich ist).
Es ist ein sorgfältiges Abwägen erforderlich, da diese Zusatzstoffe andere Eigenschaften des Klebstoffs wie Festigkeit, Rheologie, Aushärtungsgeschwindigkeit, Flexibilität usw. beeinträchtigen.
Gibt es einen Unterschied zwischen feuerbeständigen und feuerhemmenden Klebstoffen?
Ja! Das gibt es. Beide Begriffe wurden im Artikel verwendet, aber es ist wohl am besten, die Sache klarzustellen.
Feuerbeständige Klebstoffe
Dabei handelt es sich häufig um Produkte wie anorganische Klebstoffe und Dichtstoffe. Sie sind nicht brennbar und widerstehen extremen Temperaturen. Anwendungsgebiete dieser Produkte sind beispielsweise Hochöfen und Brennöfen. Sie verhindern zwar nicht das Verbrennen einer Konstruktion, halten aber die brennenden Teile zuverlässig zusammen.
Feuerhemmende Klebstoffe
Diese helfen, die Flammen zu löschen und die Ausbreitung des Feuers zu verlangsamen.
Viele Branchen benötigen diese Art von Klebstoffen.
● Elektronik– zum Vergießen und Einkapseln von Elektronikbauteilen, zum Verbinden von Kühlkörpern, Leiterplatten usw. Ein elektronischer Kurzschluss kann leicht einen Brand auslösen. Leiterplatten enthalten jedoch feuerhemmende Verbindungen – daher ist es oft wichtig, dass auch Klebstoffe diese Eigenschaften aufweisen.
● Bauwesen– Verkleidungen und Bodenbeläge (insbesondere in öffentlichen Bereichen) müssen oft nicht brennbar sein und mit einem feuerhemmenden Klebstoff verbunden werden.
● Öffentliche Verkehrsmittel– Zugwaggons, Businnenausstattungen, Straßenbahnen usw. Zu den Anwendungsbereichen von flammhemmenden Klebstoffen gehören das Verkleben von Verbundplatten, Bodenbelägen und anderen Einbauten. Die Klebstoffe tragen nicht nur zur Verhinderung der Brandausbreitung bei, sondern ermöglichen auch eine ästhetische Verbindung ohne unansehnliche (und klappernde) mechanische Befestigungsmittel.
● FlugzeugeWie bereits erwähnt, unterliegen die Materialien für den Kabineninnenraum strengen Vorschriften. Sie müssen feuerhemmend sein und dürfen die Kabine im Brandfall nicht mit schwarzem Rauch füllen.
Normen und Prüfmethoden für Flammschutzmittel
Normen für Brandprüfungen dienen der Bestimmung des Verhaltens eines Materials hinsichtlich Flammen-, Rauch- und Toxizitätsverhalten (FST). Verschiedene Prüfverfahren werden häufig eingesetzt, um die Beständigkeit von Materialien gegenüber diesen Bedingungen zu ermitteln.
Ausgewählte Prüfungen für Flammschutzmittel
| Brennbeständigkeit | |
| ASTM D635 | „Verbrennungsrate von Kunststoffen“ |
| ASTM E162 | „Entflammbarkeit von Kunststoffen“ |
| UL 94 | „Entflammbarkeit von Kunststoffen“ |
| ISO 5657 | „Entzündbarkeit von Bauprodukten“ |
| BS 6853 | „Flammenausbreitung“ |
| FAR 25.853 | „Lufttüchtigkeitsstandard – Kabineninnenausstattung“ |
| NF T 51-071 | „Sauerstoffindex“ |
| NF C 20-455 | „Glühdrahtprüfung“ |
| DIN 53438 | „Flammenausbreitung“ |
| Beständigkeit gegenüber hohen Temperaturen | |
| BS 476 Teil Nr. 7 | „Flammenausbreitung an der Oberfläche – Baumaterialien“ |
| DIN 4172 | „Brandverhalten von Baumaterialien“ |
| ASTM E648 | „Bodenbeläge – Strahlungsheizpaneele“ |
| Toxizität | |
| SMP 800C | „Toxizitätstests“ |
| BS 6853 | „Rauchemission“ |
| NF X 70-100 | „Toxizitätstests“ |
| ATS 1000.01 | „Rauchdichte“ |
| Raucherzeugung | |
| BS 6401 | „Spezifische optische Dichte von Rauch“ |
| BS 6853 | „Rauchemission“ |
| NES 711 | „Rauchindex der Verbrennungsprodukte“ |
| ASTM D2843 | „Rauchdichte bei der Verbrennung von Kunststoffen“ |
| ISO CD5659 | „Spezifische optische Dichte – Raucherzeugung“ |
| ATS 1000.01 | „Rauchdichte“ |
| DIN 54837 | „Raucherzeugung“ |
Prüfung der Brennbeständigkeit
Bei den meisten Tests zur Messung der Brennbeständigkeit eignen sich Klebstoffe, die nach dem Entfernen der Zündquelle nicht über einen nennenswerten Zeitraum weiterbrennen. In diesen Tests kann die ausgehärtete Klebstoffprobe unabhängig vom Fügeteil entzündet werden (der Klebstoff wird als freier Film geprüft).
Obwohl dieser Ansatz die praktische Realität nicht simuliert, liefert er dennoch nützliche Daten über die relative Beständigkeit des Klebstoffs gegenüber Verbrennungen.
Es können auch Probenstrukturen mit Klebstoff und Fügeteil getestet werden. Diese Ergebnisse sind möglicherweise repräsentativer für das Verhalten des Klebstoffs in einem realen Brand, da der Beitrag des Fügeteils sowohl positiv als auch negativ sein kann.
UL-94 Vertikalbrennprüfung
Es liefert eine erste Einschätzung der relativen Entflammbarkeit und des Abtropfens von Polymeren, die in elektrischen Geräten, elektronischen Vorrichtungen, Haushaltsgeräten und anderen Anwendungen eingesetzt werden. Dabei werden die Endanwendungseigenschaften wie Zündung, Brenngeschwindigkeit, Flammenausbreitung, Brennstoffanteil, Brennintensität und Verbrennungsprodukte berücksichtigt.
Durchführung und Aufbau – Bei diesem Test wird eine Film- oder beschichtete Substratprobe senkrecht in einem zugfreien Gehäuse montiert. Ein Brenner wird für 10 Sekunden unter die Probe platziert, und die Brenndauer wird gemessen. Jegliches Tropfen, das 30 cm unterhalb der Probe platzierte Watte entzündet, wird notiert.
Der Test umfasst mehrere Kategorien:
94 V-0: Keine Probe zeigt nach der Zündung länger als 10 Sekunden eine Flammenbildung. Die Proben brennen nicht bis zur Halteklammer ab, tropfen nicht und entzünden die Watte nicht, und es besteht keine anhaltende Glühung nach dem Entfernen der Prüfflamme über 30 Sekunden.
94 V-1: Die Flammenbildung an den Proben darf nach jeder Zündung 30 Sekunden lang nicht anhalten. Die Proben dürfen nicht bis zur Halteklammer abbrennen, tropfen und die Watte entzünden oder länger als 60 Sekunden nachglühen.
94 V-2: Hierbei gelten die gleichen Kriterien wie bei V-1, allerdings darf die Watte unter der Probe abtropfen und sich entzünden.
Andere Strategien zur Messung der Brennbeständigkeit
Eine weitere Methode zur Messung der Brennbeständigkeit eines Materials ist die Bestimmung des Sauerstoffindex (LOI). Der LOI ist die minimale Sauerstoffkonzentration, ausgedrückt als Volumenprozent eines Sauerstoff-Stickstoff-Gemisches, die gerade noch die Flammenverbrennung eines Materials bei Raumtemperatur ermöglicht.
Neben den Auswirkungen von Flammen, Rauch und Toxizität ist die Beständigkeit eines Klebstoffs gegenüber hohen Temperaturen im Brandfall von besonderer Bedeutung. Oftmals schützt das Substrat den Klebstoff vor einem Brand. Löst sich der Klebstoff jedoch aufgrund der Brandtemperatur oder zersetzt er sich, kann die Verbindung versagen und eine Trennung von Substrat und Klebstoff verursachen. In diesem Fall werden der Klebstoff und das Substrat freigelegt. Diese offenen Oberflächen können dann zur weiteren Ausbreitung des Brandes beitragen.
Die NIST-Rauchdichtekammer (ASTM D2843, BS 6401) findet in allen Industriezweigen breite Anwendung zur Bestimmung der Rauchentwicklung von vertikal montierten Feststoffen und Baugruppen in einer geschlossenen Kammer. Die Rauchdichte wird optisch gemessen.
Wenn ein Klebstoff zwischen zwei Substraten eingebettet ist, bestimmen die Feuerbeständigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Substrate die Zersetzung und die Rauchentwicklung des Klebstoffs.
Bei Rauchdichtetests können Klebstoffe auch als freie Beschichtung getestet werden, um einen Worst-Case-Fall zu simulieren.
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TF-101, TF-201, TF-AMP
