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Brandschutz-Abschirmmassen
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Die Erfindung betrifft Brandschutzmassen. die der Kombination von
vorbeuaendem Brandschutz mit Abschirmwirkung gegen magnetische und elektromagnetische
Einflüsse dienen.
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Als Brandschutzmassen werden solche Werkstoffe verstanden, die allein
oder als Bestandteil spezieller Konstruktionselemente bzw. Konstruktionen und Fertigteile
für Zwecke des vorbeugenden Brandschutzes eingesetzt werden können. Es kann sich
um Brandschutzmassen handeln, die dadurch dem Durchtritt von Bränden Widerstand
leisten, daß sie aufgrund ihres Aufbaus durch die Möglichkeit des Ablaufes von stark
endothermen Zersetzungs-oder Umlagerungs- bzw. Verdampfungsprozessen bei Erhitzung
auf Temperaturen über 1000C den Wärmedurchtritt stark verzögern und gegebenenfalls
gleichzeitig noch poröse, isolierfähige Strukturen ausbilden oder Flammen erstickende
bzw. Radikal-abfangende Bestandteile abgeben.
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Vorzugsweise handelt es sich um sogenannte Intumeszenz-Brandschutzmassen,
die gegebenenfalls die vorgenannten Merkmale besitzen, darüberhinaus aber dadurch
gekennzeichnet sind. daß sie bei Feuereinwirkung unter Ausbildung feuerwiderstandsfähiger
isolierender Schaumstrukturen eine einigermaßen intensive Volumenexpansion durchmachen
und so dem Durchtritt von Feuer direkt oder auch im Falle der Ausbildung von Rissen
und arbeitender Fugen im geschützten Brandbereich durch eben das Intumeszenzverhalten
Widerstand leisten. Im Brandfalle auftretende Spalten können so durch den Intumeszenzschaum
verschlossen werden.
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Die bekannten Brandschutzmassen. sei es in Gestalt von Formkörpern,
Beschichtungen oder Hohlraumfüllungen.
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haben üblicherweise keine oder nur eine sehr geringe Abschirmwirkung
gegenüber gerichteten oder vagabundierenden magnetischen oder elektrischen bzw.
elektromagnetischen Feldern, obgleich dieses im Bereich der Kabelsicherung und im
Elektroniksektor zunehmend gefordert wird. Zumeist behilft man sich, indem man zu
der brandtechnischen Abschottung noch zusätzlich eine Abschottung gegen solche Felder
vornimmt.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Brandschutzmassen, die
selber neben der Brandsicherung auch die elektromagnetische Sicherung mit übernehmen
können. Sie stellen eine erhebliche technische Verbesserung dar.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Intumeszenz-Brandschutzmassen,
die auch die Aufgabe der elektromagnetischen Absicherung mit übernehmen können,
gegebenenfalls sogar selbst magnetisierbar, und gegebenenfalls
sogar
leitfähig sind bzw. magnetische Eigenschaften haben. Sie können z.B. besonders leicht
auf magnetisch korrespondierenden Untergründen, etwa Eisenflächen oder Flächen die
mit sonstigen Magnetschichten belegt sind.
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angebracht werden.
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Gegenstand der Erfindung sind Brandschutzmassen die neben den üblichen
Erfordernissen des vorbeugenden Brandschutzes auch eine Abschirmwirkung gegenüber
magnetischen. elektrischen und elektromagnetischen Einflüssen besitzen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Brandschutzmassen zusätzlich leitfähige und/oder magnetisch
aktive Partikel enthalten.
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Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf vorgenannte Brandschutzmassen
mit Intumeszenzcharakter und insbesondere auf solche Brandschutzmassen, die als
magnetisch aktive Partikel sogenannte Ferrite enthalten.
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Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf aus den erfindungsgemäßen
Brandschutzmassen herstellbare Formteile oder Hohlraumfüllungen bzw. Beschichtungen
sowie unter Mitverwendung solcher Brandschutzmassen hergestellte Konstruktionselemente
und Fertigteile.
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Als Brandschutzmassen werden z.B. bekannte, nicht intumeszente und
insbesondere intumeszente Brandschutzmassen verstanden. Diese können z.B. Kitte,
Mörtel, Anstrich-und Beschichtungsmaterialien sein.
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Es kann sich um Pulvermischungen, Granulate, Dichtungsmittel, faserige
Stoffe oder solche mit Klebstoffcharakter handeln bzw. um kautschukartige, weiche,
halbharte, harte Thermoplaste, Duroplase oder vulkanisierbare Materialien, die ihrerseits
wiederum als Folien, massive oder poröse oder schaumstoffartige Profile, Formkörper
und sonstige Halbzeuge Anwendung finden können.
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Von besonderer Bedeutung sind Brandschutzmassen, die frei von Halogen
und gegebenenfalls frei von Formaldehyd, Phenol oder Asbest sind.
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Zumeist bestehen solche Intumeszenzmassen aus einer Komposition aus
Bindemitteln, Generatoren für den Carbonisierungsschaum, zumeist auf Basis von Kohlehydraten,
Polyalkoholen, Polyurethanen, Phenol-, Furan-. bzw.
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Harnstoff-, Melamin-Formaldehydharzen, und Katalysatoren zur Carbonisierung
etwa Borsäure- bzw. Phosphorsäurebildnern sowie Treibmittel wie Ammoniumsalzen.
Harnstoff, Cyanursäure bzw. deren Abkömmlingen, wie Melamin oder Dicyandiamid u.ä.
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Es kommen ebenfalls Brandschutzmassen auf weitgehend anorganischer
Basis in Frage: z.B. wasserhaltige Alkalisilikate, Borate, Phosphate verschiedener
Basizität, sonstige bei Beflammung auftreibende natürliche silikatische Mineralien,
z.B. Glimmerartige Mineralien bzw.
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synthetische Produkte ähnlichen Verhaltens, weiterhin z.B. blähfähige
Graphit, intumeszent und flammabweisend
ausaerüstete Brandschutzmassen
auf z.B. Polychloroprenbasis oder Olefin-, z.B. Ethylen- Copolymerbasis mit kautschukelastischem
und/oder thermoplastischem Charakter Charakter massive Kunststoffe auf Basis der
Polysulfidchemie, der UP-Harzchemie, der Silikonchemie, der Polyurethanchemie, der
Epoxidharzchemie, der Formaldehydharzchemie, sonstige zu Zwecken des Brandschutzes
verwendbare Materialien, insbesondere in Form intumeszenter Formulierungen.
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Als leitfähige, bzw. magnetisch aktive Partikel kommen neben Metallpulvern,
-fasern, -granulaten, -blättchen, Folien( z.B. aus Al, Au, Ag, Cu> Zn, Sn, B,
Pt, Pd, Fe, Co, Ni und deren Legierungen) oder Graphit, Rußen, leitfähigen Polymeren,
vorzugsweise die sogenannten Ferrite in Betracht, bzw. ähnlich magnetisierbare Stoffgruppen.
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Ferrite können als Mischos:idphasen aus zwei und dreiwertigen Metalloiden
und gegebenenfalls zusätzlichen, zumeist oxidischen Komponenten aufgefaßt werden.
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Ferrit kann als dreiwertiges Metalloxid Fe203 enthalten, während die
zweiwertigen Metalloxidtypen sich von verschiedensten Metallen, etwa Zn, Cd, Cr,
Ba, Mn, Fe, Ni, Co ableiten lassen.
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Ferrite sind in gepulverter Form zugänglich und wurden auch schon
als Füllstoff für Kautschuke oder Gießharze verwendet. Eine Verwendung in Brandschutzmassen,
insbesondere in Intumenszenz-Brandschutzmassen stellt Jedoch einen technisch neuen,
vorteilhaften Einsatzzweck dar,
und bedeutet einen überraschend
leichten Wea zur Abschottung von empfindlichen Einrichtungen gegen einen von der
Wärmestrahlung bis zur Röntgenstrahlung reichenden Fremdeinfluß in einem Arbeitsgang.
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Die leitfähigen bzw. magnetisch aktiven Partikel haben vorzugsweise
Korngrößen unter 1 mm, insbesondere von 0,001 bis 0,3 mm, die Einlagerung größerer
und/oder geometrisch speziell geformter, z.B. in Kugel oder Faserform. Nadelform
vorliegender Partikel ist ebenfalls in Betracht zu ziehen.Die Länge der Fasern kann
gegenüber ihren Durchmesser auf das Herstellen eines elektronischen Kontaktes wichtiger
sein.
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Die leitfähigen bzw. magnetisch aktiven Partikel sind in den Brandschutzmassen
je nach gewünschter Intensität der gewünschten Wirkung in Mengen von ca. 0,5 bis
95, vorzugsweise 5 bis 65 Gew.-k enthalten.
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Die leitfähigen bzw. magnetisch aktiven Partikel werden den Brandschutzmassen
z.B. homogen vor der endgültigen Verarbeitung zugesetzt. Es ist jedoch auch in Betracht
zu ziehen, sie in den Brandschutzmassen in geometrisch bevorzugter Anordnung, z.B.
in Oberflächen, Mittel- oder Unterschichten angereichert anzuordnen, oder auch in
Form von Mustern oder textilen Flächengebilden die mehr oder weniger stark abschirmende
Bereiche vorsehen.
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Die erfindungsgemäßen Brandschutzmassen können mit konventionellen
Brandschutzmassen oder anderen Werkstoffen kombiniert werden.
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BeisDiele Die angegebenen Teile (Tle.) und Prozente (%) beziehen sich
auf das Gewicht, falls nichts anderes vermerkt ist.
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BeisPiel 1 a) Mit einer handelsüblichen Intumeszenz-Anstrichfarbe
auf Basis von Harnstoff/Melamin-Formaldehvdharzen, Ammonpolyphosphaten sowie Vinylacat-Lates:
und Pentaerythrit wird durch Mehrfachanstrich eine Scheibe aus schwer brennbaren
anorganischen oder organischen Material (z.B. Glas, Mörtel, Ca-Silikat, Glas) mit
3 cm Durchmesser 1 mm hoch beschichtet.
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b) Die Aluminiumscheibe wird wie bei a) beschichtet, nur wird auf
den letzten frischen Materialauftrag noch handelsübliches Mn-Ferritpulver satt aufgestreut
und nach dem Auftrocknen das nicht durch den Anstrich gebundene Ferritpulver abgeblasen.
Die Deckschicht auf der Musterscheibe enthält etzt ca.
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60 % Ferritpigment.
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c) 40 Tle der in a) verwendeten Anstrichfarbe werden mit 60 Tlen des
in b) verwendeten Ferritpulvers gemischt, wobei eine spachtelfähige Paste entsteht.
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Diese wird wiederum in 1 mm Dicke auf die Aluminium-Musterscheibe
aufgetragen.
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d) Wie b), nur anstelle von Ferrit Jetzt Ag-Pulver verwendet.
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Nachdem alle drei Scheiben aewichtskonstant bei RT aufaetrocknet
sind, werden sie als Bodenscheibe in ein Messingrohr mit 3 cm lichter Weite eingesetzt
und dann in einen auf 4000C vorgeheizten Umluftschrank gebracht. Nach 30 Minuten
wird sie aus dem Ofen entnommen und die Intumeszenz anhand der Steighöhe des Intumeszenzschaumes
im Messingrohr beurteilt.
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Die Steighöhe ist im Fall a) Ca. 10 mm b) ca. 10 mm c) ca. 7 mm d)
ca. 9 mm In allen Fällen ist eine ausreichende Intumeszenz gegeben. Die Abschirmwirkung
vor bzw. nach Magnetisierung entspricht der eingebrachten Ferritmenge je nach Art
der abzuschirmenden elektromagnetischen Einflußquelle, d.h. sie entspricht dem rechnerischen
Stand der Technik. Probe d) hat eine Oberflächenleitfähigkeit von 0,1 Ohm-cm 1.
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Beispiel 2 In 50 Tle eines trifunktionellen Ethylenoxid/Glycerin basierten
Polyethers mit der OH-Zahl 250 und 50 Tle eines Adipinsäure-GlykollGlyzerin Polyesters
mit OH-Zahl ca. 250 werden 60 Tle eines Phosphoresterdiols, OH-Zahl ca. 450 (Baytherm
4090 N, Bayer AG) sowie 2 Tle
Eisenoxid-Rotpigment, 10 Tle Al(OH)3,
50 Tle Diccyandiamid, 0,5 Tle Wasser, 300 Tle Ba-Ferritpulver sowie 100 Tle technisches
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat eingerührt. Nach kurzem Stehen beginnt die pastöse
Mischuna aufzuschäumen und liefert einen halbharten Schaumstoff mit einem Raumaewicht
von 620 kg/m3. Bei Beflammuna bildet das Material einen voluminösen Intumeszenzschaum.
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Das Intumeszenzmaterial läßt sich z.B. in Platten schneiden, die z.B.
zum brandsichernden Ausfüllen z.B.
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von Kabeldurchführungen z.B. bei Computergehäusen verwendet werden
können.
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Eine ca. 5 mm starke Platte des Intumeszenzmaterials mit einem Ferritgehalt
von ca. 50 z wird mit einer Megnetisierungseinrichtung magnetisiert und kann dann
auf einer aus Eisenblech bestehenden Kabelabdeckhaube zum magnetischen Haften gebracht
werden, d.h. die Abdeckhaube läßt sich ohne Problem bzw. ohne besondere Vorrichtung
beliebig mit dem Brandschutzmaterial haftend versehen.
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Beispiel 3 a) Bei 80"C werden in 20 Tlen Natronwasserglas 20 Tle gepulvertes
ca. 20 Wasser enthaldendes Natronwasserglas und 80 Tle Eisenpulver eingeknetet.
Man erhält ein walzbares Material, aus dem auf einem Kalander eine 3 mm dicke Folie
hergestellt und mit einem Glasgewebe einseitig durch Aufwalzen kaschiert wird. Bei
Abkühlen erhält man eine durch das Gewebe stabilisierte relativ spröde Platte.
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Diese stellt ein magnetisierbares abschirmendes und Brandschutzvermittelndes
Intumeszenzmaterlal dar, das z.B. zur Sicherung von Datenschränken Verwendung finden
kann.
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b) Es wird wie bei a) gearbeitet, nur anstelle von Eisenpulver verwendet
man Bariumferrit. Das Material kann dann auch in magnetisierten oder unmagnetisiertem
Zustand eingesetzt werden, z.B. zu Sicherungszwecken in Computerräumen und Schaltschränken.
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aa) Es wird wie bei a) gearbeitet, anstelle von Fe-Pulver verwendet
man geschnittene Fe-Wolle, mittlere Fadenlänge ca. 3 cm.
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ab) Es wurde ein Fe-Faservlies mit der Silikatmischung nach a) tränkend
bei 800C verpresst und nach Abkühlung so ein Plattenmaterial erhalten, Fe-Gehalt
ca. 40 .
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c) Wie a), nur wird statt Fe jetzt Cu-Pulver verwendet. Das Material
hat eine Leitfähigkeit von 0,3 Ohm com~1.
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d) Die nach a) und b) und c) erhaltenen Platten werden in Streifen
geschnitten und in Polyethylen-beschichtete Aluminiumfolie eingeschweißt, so daß
sie dem atmosphärischen Einfluß entzogen sind. (Dicke der S'treifen ca. 4 mm) Ein
solcher eingeschweißter Streifen von 2 cm Breite wird in eine 10 cm starke Schaumbetonwand
eingefräste Fuge von 1,4 cm Breite eingeklebt, die danach noch in ca. 1 cm Breite
durchgängig ist.
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Dieses Fugenstück wird in eine Kleinbrandkammer
nach
DIN 4102 eingebaut und nach der Einheitstemperaturkurve bei 10 mbar Ofendruck beflammt.
Die Fuge hat sich nach 6 Minuten entlang dem eingebauten Streifen des Intumeszenzmaterials
völlig geschlossen.
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Der leitfähige bzw. magnetisierbare Charakter solcher Intumeszenz-Brandschutzmaterialien
macht sie z.B. zum Einbau in Sicherheitsvorrichtungen z.B. bei wissenschaftlichen
Einrichtungen der Elektronik und Kerntechnik geeignet.
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Beispiel 4 In 100 Tle eines Ethylen-Vinylacetat-Copolymers werden
auf der Walze eingearbeitet 30 Tle Melamin, 100 Tle Na-Silikatpulver (Portil A,
Fa. Henkel, Düsseldorf). 30 Tle Aluminiumoxidhydrat, 5 Tle Ruß, 50 Tle Trikresylphosphat,
350 Tle Bariumferrit. Aus der gummiartigen Masse wird auf dem Kalander eine cal
4 mm dicke Folie hergestellt. die nach dem Abkühlen auf RT selbsttragend ist und
nach dem Magnetisieren auf Eisenblech haftet.
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Man kann auch anstatt Bariumferrit Cu-Bronze in gleicher Menge einarbeiten,
dann ist natürlich keine Magnetisierbarkeit mehr gegeben.
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Das Folienmaterial expandiert bei Beflammung, ohne nennenswert zu
brennen, um ca. 300 Vol.-% und kann z.B.
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neben der Absicherung gegen kurzfristige Brandeinwirkung auch z.B.
die Absicherung gegen den Durchtritt von Mikrowellenstrahlen wahrnehmen.
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Derartige Folien können, insbesondere nach Verstärkung z.B. durch
ein Glas- oder Baumwollgewebe als Feuerschutz und Strahlungsschutz vermittelnde
Vorhänge, Binden oder Schutzhüllen verwendet werden.