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Brandschutzeigenschaften von Werkstoffen flexibel gestalten

Wie Sie mit Faserverbundwerkstoffen Brandschutzvorschriften erfüllen können

In der Industrie wie im Bauwesen ist es oft wichtig, dass Bauteile gewisse Kriterien im Brandschutz erfüllen. Dafür gibt es vielfältige Vorschriften, beispielsweise die DIN EN 13501-1 “Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten” oder die DIN EN 45545 im Schienenverkehr. Hier ist es hilfreich, wenn man die Eigenschaften der Werkstoffe so gestalten kann, dass sie sowohl wirtschaftliche Ziele erreichen, als auch die Vorgaben der gesetzlichen Normen und Verordnungen erfüllen. Faserverbundwerkstoffe sind hervorragend geeignet, um solche Eigenschaften passgenau zu gestalten: Kunststoff und Faserverbund können gezielt in ihren besonderen Vorteilen kombiniert werden, sind zudem sehr leicht und chemisch beständig. Lesen Sie hier mehr zum Thema Brandschutz und den Brandschutzeigenschaften von CFK, GFK und aramidfaserverstärkten Kunststoffen.

Welche Brandschutzeigenschaften haben Faserverbundwerkstoffe?

Welche Brandschutzeigenschaften haben Faserverbundwerkstoffe gemeinsam?

Ebenso vielfältig wie die nationalen und internationalen Vorschriften für Brandschutz in verschiedenen Bereichen sind, so flexibel sind auch die Möglichkeiten, Faserverbundwerkstoffe normen-konform einzusetzen. Die Brandschutzeigenschaften der Fasern sind von Haus aus gut, und die Verwendung spezieller Brandschutzharze verbessert die Beständigkeit der Kunststoffmatrix zusätzlich.
Wenn es zu einem Brand von faserverstärkten Kunststoffen kommt, brennt zuerst der Kunststoff ab - normalerweise geschieht das bei der Matrix zwischen 300 und 400°C. Sollen diese Werte zur Verbesserung der Brandschutzeigenschaften erhöht werden, können Phenolharze mit entsprechenden Brandschutzadditiven verwendet werden. So steigt nicht nur die Haltbarkeit des Materials bis zur Verkohlung, sondern auch die Glasübergangstemperatur des Bauteils.
Bei Duroplasten bildet sich bei entsprechender Hitze eine glühende, poröse Kohleschicht an der Oberfläche, ohne dass der Stoff weich oder flüssig wird. Es entsteht eine Zersetzungsschicht, die schrittweise den Werkstoff durchdringt, bis das gesamte Bauteil verkohlt ist. Die verkohlte Schicht des Faserverbund-Formteils besteht aus Fasern und Resten von verkohltem Kunststoff. Dieser Verbund wirkt wärmedämmend und kann den Brand und die Ausgasung kurzzeitig abschwächen.

CFK Brandschutz-Eigenschaften - Was ist zu beachten?

Carbonfaserverstärkte Kunststoffe werden im Bauwesen in Form von CFK-Lamellen eingesetzt, um Betonbauteile zu verstärken und instandzusetzen. Diese Lösung sorgt auch dafür, dass eine solche “Nachrüstung” wirtschaftlich sinnvoll und visuell ansprechend erreicht werden kann. Aber wie ist bei den CFK-Lamellen Brandschutz einhaltbar?
Die Kohlenstofffasern an sich können Temperaturen von bis zu über 600°C aushalten. Das Material an sich ist also sehr hitzebeständig, und für viele Anwendungsfälle reicht diese Beständigkeit aus. Sollten Kohlenstofffasern tatsächlich Feuer fangen, besteht Gefahr durch freigesetzte Fasern, die schädlich für die Lunge sind. Diese Gefahr besteht insbesondere bei Stahlträgern, da sie im Brandfall sehr hohen Temperaturen ausgesetzt sind. In solchen Fällen gibt es Lösungen wie eine erhöhte Betondeckung, beispielsweise durch eine 10mm dicke Brandschutzplatte an tragenden Stahlteilen. Eine solche Lösung sorgt dafür, dass bei Bränden die fehlende CFK-Verstärkung kurzfristig auch ausgeglichen werden kann.

Welche Brandschutz-Eigenschaften haben GFK-Composites?

GFK ist selbstverlöschend, es ist also keine Löschung durch Wasser notwendig. Eine weitere positive Eigenschaft von GFK ist, dass er schlecht Wärme leitet. Das schützt Bauteile davor, bei Brand zu versagen. Die Schichten außen schützen dann die Stoffe darunter durch Isolation. Außerdem gibt die feste Struktur der Fasern halt. Das weitere Verhalten bei Brand kann durch Zusatzstoffe beeinflusst werden. So kann Aluminiumhydroxid bei höheren Temperaturen eine kühlende Wirkung haben, die auf das ganze Bauteil wirkt.
So entstehen GFK-Bauteile die nach der DIN 4102-1 der Klasse im Brandschutz B1 entsprechen. Aber sogar die Brandschutzklasse A ist mit entsprechenden Verfahren erreichbar.

Wie sind Composites mit Aramidfaser für Brandschutz geeignet?

Aramide gelten als sehr beständig gegen Hitze und Feuer. Besonders Meta-Aramidfasern wie Polyphenylenisophthalamid (z. B. Teijinconex und Nomex) sind für den Brandschutz geeignet. Sie werden für Feuerschutz-Kleidung verwendet, beispielsweise Feuerwehr-Uniformen oder Rennfahrer-Anzüge. Bei hohen Temperaturen schmelzen die Aramidfasern nicht, vielmehr beginnt eine Verkohlung der Stoffe ab 400°C. Sie weisen außerdem stark Hitze ab, auch ohne engen Kontakt, und sind gut als thermischer Isolierstoff geeignet.
Die Brandschutzeigenschaften können auch in der Industrie gut verwendet werden zur Isolation von Anlagen. Da aramidfaserverstärkte Kunststoffe zusätzlich über eine hohe Schlagzähigkeit verfügen, ergänzen sich diese Eigenschaften mit Anforderungen an die Arbeitssicherheit bei Maschinen.

Was ist Brandschutz?

Was versteht man grundsätzlich unter Brandschutz (Definition)?

Unter Brandschutz versteht man alle Maßnahmen mit dem Ziel, Bränden vorzubeugen oder sie zu bekämpfen. Als Brand (Definition) wird die Verbindung aus Feuer und Rauch bezeichnet. Unterschiedliche Teilaufgaben werden in einem Brandschutzkonzept zusammengefasst, mit dem Schutzziele durch geeignete Maßnahmen erreicht werden sollen.

Welche Teilbereiche gibt es im Brandschutz?

Folgende Gebiete sind zu unterscheiden
  • vorbeugender Brandschutz (Definition): Er versucht im Vorfeld zu verhindern, dass Feuer und Rauch entstehen, und wird auch Brandverhütung genannt. Unterbereiche des vorbeugenden Brandschutzes sind baulicher Brandschutz und organisatorischer bzw. betrieblicher Brandschutz. Dabei sind im Brandschutz Schutzziele zu verfolgen.
  • abwehrender Brandschutz: Ist nötig wenn es bereits brennt. Dieses Gebiet ist vor allem ein Aufgabenbereich der Feuerwehr. So muss man den Brand im Brandfall löschen und Menschen und Tiere in Sicherheit bringen. Dies muss jedoch durch geeignete betriebliche und bauliche Maßnahmen unterstützt werden.
  • technischer Brandschutz: Er umfasst alle technischen Anlagen und Einrichtungen in einem Bauwerk die dem Brandschutz dienen.
  • anlagentechnischer Brandschutz: Er umfasst zwei Bereiche: Zum einen den Brandschutz in der technischen Gebäudeausrüstung (z. B. Schächte, Rauchansaugsysteme etc.). Zum anderen den Bereich des Brandschutzes durch technische Einrichtungen und Anlagen wie Feuermelder, Löschanlagen etc.

Was ist vorbeugender baulicher Brandschutz (Definition)?

Der bauliche Brandschutz umfasst Maßnahmen, um die Ziele nach §14 der Musterbauordnung (MBO 2002) umzusetzen: „Bauliche Anlagen sind so anzuordnen, zu errichten, zu ändern und instand zu halten, dass der Entstehung eines Brandes und der Ausbreitung von Feuer und Rauch (Brandausbreitung) vorgebeugt wird und bei einem Brand die Rettung von Menschen und Tieren sowie wirksame Löscharbeiten möglich sind.“
Bei den Maßnahmen zur Umsetzung dieser Ziele steht also vorbeugender baulicher Brandschutz im Mittelpunkt. Darunter versteht man alle Vorkehrungen, die man treffen kann um Brände im Vorfeld zu verhindern. Die Landesbauverordnungen erlassen hier spezifische Regelungen zu...
  • den Gebäudegeometrien und der Lage von Gebäuden
  • der Brennbarkeit der Baustoffe und der Feuerwiderstandsdauer von Bauteilen
  • der Dichtheit von Verschlüssen
  • der Ausgestaltung von Fluchtwegen

Werkstoffe und ihre Brandschutzeigenschaften: Was muss man über gesetzliche Vorgaben wissen?

Was sind gesetzliche Grundlagen für vorbeugenden Brandschutz bei Gebäuden?

Die Regelungen des Bauordnungsrechts für den Bereich vorbeugender Brandschutz finden sich vor allem in den Landesbauordnungen und Feuerwehrgesetzen der Bundesländer. Privatrechtlich erheben Sachversicherer weitere Anforderungen an die technische Sicherheit von Gebäuden. Die 4 Schutzziele ( vorbeugender Brandschutz) sind Schutz von Leben, Gesundheit, Eigentum und Umwelt.

Brandschutz im Bauwesen: Was ist das Brandverhalten von Baustoffen nach DIN EN 13501-1 und DIN 4102-1?

Im baulichen Brandschutz gruppiert man Baustoffe nach der DIN EN 13501 “Klassifizierung von Bauprodukten und Bauarten zu ihrem Brandverhalten” in verschiedene Brandschutzklassen bzw. Euroklassen ein:
BrandschutzklasseBedeutung
A
kein Beitrag zum Brand
B
sehr begrenzter Beitrag zum Brand
C
begrenzter Beitrag zum Brand
D
hinnehmbarer Beitrag zum Brand
E
hinnehmbares Brandverhalten
F
keine Leistung feststellbar
Für den Brandschutz relevant sind neben den nicht brennbaren Baustoffen der Brandschutzklasse A auch Baustoffe der Klasse DIN 4102 1 B1 (Brandschutz ist hier nach DIN 4102 möglich).

Was sind nicht brennbare Baustoffe?

Unter diesem Begriff versteht man Baustoffe, die größtenteils aus nicht entzündlichen Stoffen bestehen. Obwohl sie nicht brennen, können sie sich trotzdem bei einem Brand verändern: Sie dehnen sich beispielsweise aus oder schmelzen sogar. Man unterscheidet dabei zwischen der Baustoffklasse A1 (kein besonderer Nachweis über Nichtbrennbarkeit, z B. Kies, Beton, Stahl) und der Baustoffklasse A2 (enthalten geringe Anteile brennbarer Substanzen wie z. B. Gipskartonplatten deren Oberfläche geschlossen ist).

Was sind schwer entflammbare Baustoffe für den Brandschutz (B1)?  

Werkstoffe der Baustoffklasse B1 brennen nicht selbstständig weiter, wenn die Wärmequelle entfernt wird. Eine genauere Auflistung der Stoffe findet sich in der DIN 4102-4. Beispiele sind hier Kunstharzputze oder Wärmedämmputzsysteme.

Was sind die Brandschutzvorgaben für Schienenfahrzeuge nach der Norm für Brandschutz DIN EN 45545?

Schienenfahrzeuge müssen sich in Europa an die Norm EN 455454 halten, die sich in unterschiedliche Gefährdungsklassen gliedert (HL = “Hazard Levels” HL1, HL2, HL3). Es geht dabei darum, dass bei einem Brand Fahrgäste möglichst sicher aus dem Fahrzeug evakuiert werden müssen, gerade auch in schwierigen Szenarien wie beispielsweise unter einer Brücke oder in einem Tunnel.
In Schienenfahrzeugen kommen immer mehr Faserverbundwerkstoffe zum Einsatz, vor allem wegen ihren hervorragenden Leichtbaueigenschaften. Hier sind bereits mit günstigen glasfaserverstärkten Kunststoffen Bauteile möglich, die den Vorgaben aus der EN 45545-2 HL2 und sogar der EN 45545 HL3 entsprechen und den EN 45545 fire test bestehen.

Brandschutz und Gebäudeklassen: Welche Vorgaben gelten im baulichen Brandschutz?

Welche Anforderungen Gebäude im Brandschutz von den Baustoffen her erfüllen müssen, wird nach der Musterbauordnung (MBO) nach einer Einteilung in Gebäudeklassen bestimmt. Dabei gibt es Gebäudeklassen von GK1 bis GK5: Eine höhere Klasse bedeutet hierbei auch höhere Anforderungen daran, wie der Brandschutz zu gestalten ist. Welche Gebäudeklassen es in einem Bauwerk gibt, richtet sich danach, welche Art, Fläche und Höhe das Gebäude hat. Früher teilte man ein in Gebäude niedriger Höhe (Heute GK1 bis GK3) und Gebäude mittlerer Höhe und darüber hinaus (heute GK4+GK5).
Gebäudeklassen im Brandschutz
Geb udeklassen Brandschutz
Dabei gibt es, abhängig von der Gebäudeklasse, folgende Bereiche an erforderlichem Feuerwiderstand:
  • Feuerhemmend (fh): erfordert 30 Minuten Feuerwiderstand, sämtliche Bauteile aus brennbarem Baustoff sind zulässig
  • Hochfeuerhemmend (hfh): erfordert 60 Minuten Feuerwiderstandsdauer. Tragende und aussteifende Bauteile können aus brennbaren Baustoffen bestehen, brauchen dann aber eine brandschutztechnisch wirksame Verkleidung aus nicht brennbaren Baustoffen, außerdem nicht brennbare Dämmstoffe.
  • Feuerbeständig (fb): 90 Minuten Feuerwiderstand sind erforderlich. Tragende und aussteifende Bauteile müssen überwiegend aus nicht brennbaren Baustoffen bestehen.
Gebaeudeklassen und Anforderungen Tabelle

Brandschutz im Betrieb: Was ist betrieblicher Brandschutz (Definition)?

Unter betrieblichem Brandschutz versteht man vorbereitende Maßnahmen und Planungen, um Brandausbrüche und ihre Verbreitung zu verhindern. Die Bereiche umfassen unter anderem:
  • Brandmeldung
  • Maßnahmen zur Brandbekämpfung
  • Unterweisung von Mitarbeitern für den Fall eines Brandes
  • Die Gestaltung von Brandschutzeinrichtungen (Wartung und Pflege)
  • Bestellung eines Brandschutzbeauftragten oder einer Werkfeuerwehr
Man unterscheidet hier wieder Maßnahmen zum vorbeugenden Brandschutz sowie zur Abwehr bzw. Eindämmung eines bestehenden Brandes.
Norbert Frick
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