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Tutorial MenueEigenschaften von PolymerenLerneinheit 5 von 7

Werkstoffprüfung: Thermische Eigenschaften von Polymeren

Grundlagen des Brandverhaltens

Da Polymere im Bauwesen, im Fahrzeug- und Schiffbau und vielen anderen Bereichen eingesetzt werden, ist eine vorbeugende Behandlung zum Zwecke des Brandschutzes notwendig. Aufgrund der vielfältigen Spezialqualitäten, Rohstoffzusammensetzungen, der Führung des Polymerisationsprozesses und der anschließenden Verarbeitung verfügen die Polymere über unterschiedliches Brandverhalten.

Jeder Brand wird durch die Zündung, z.B. durch Zigarettenasche, eingeleitet und beginnt normalerweise in einem nahezu punktförmigen Bereich. Voraussetzung ist das Vorhandensein hinreichender Zündenergie und ausreichender Materialmenge. Das Brandgeschehen (Umfang, Geschwindigkeit) wird von folgenden Faktoren, die zum Teil in Wechselwirkung miteinander stehen, beeinflusst:

  • Art, Intensität und Einwirkungsdauer der Zündenergie
  • Art des brennbaren Materials, dessen Gestalt, Masse und spezifische Oberfläche
  • Anordnung der Zündquelle gegenüber dem Werkstoff
  • thermische Vorgeschichte des Werkstoffes und Ventilation
  • Verbund mit anderen Stoffen und Art des Verbindungsmittels

Die Wärmeübertragung auf das zündfähige System erfolgt je nach Art der Zündquelle mittels Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmemitführung (Konvektion).

Liegt eine äußere Zündquelle vor, so findet Fremdzündung statt, wenn die Wärmeanlieferung die notwendige Mindestzündenergie erreicht hat. In Abwesenheit einer äußeren Zündquelle erfolgt die Aktivierung bei entsprechenden Umgebungsbedingungen durch chemische Reaktionen und es findet eine Selbstentzündung statt.

Die Untersuchungen zum Brandverhalten von Polymeren beschäftigen sich in diesem Zusammenhang mit der Entstehung und dem Verlauf einer normalen Verbrennung, d.h. den Bedingungen eines Schadenfeuers. Als Ausgangspunkt muss ein brennbares System Sauerstoff/Polymer vorhanden sein. Bei Erreichen der erforderlichen spezifischen Temperatur- und Wärmeverhältnisse kommt es zur Zündung. Für die Feuergefährlichkeit oder auch Verbrennungseinleitung gelten folgende Kriterien:

  • Der Zündpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der sich eine brennbare Substanz bei Einwirken von Wärme von selbst entzündet.
  • Der Brennpunkt ist die niedrigste Temperatur, bei der die von der Substanz entwickelten Dämpfe nach vorübergehender Annäherung einer Zündflamme von selbst weiterbrennen.
  • Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der die von der erhitzten Substanz entwickelten Dämpfe ihre unterste Explosionsgrenze erreichen.
  • Der Explosionsbereich liegt zwischen den Explosionsgrenzen, d.h. den unteren und oberen Grenzkonzentrationen eines brennbaren Gases oder Dampfes im Gemisch mit Luft oder einem anderen die Verbrennung unterhaltenden Gas, innerhalb derer das Gemisch durch Erhitzen zum Entflammen gebracht werden kann.

Sowohl im praktischen Fall als auch im Laborversuch können diese Bedingungen selten so genau festgelegt werden.

Brandart, Art und Menge der entstehenden Gase, deren Brennbarkeit, die Reaktionsgeschwindigkeit, Verbrennungswärme und Verbrennungstemperatur werden von der Oxidierbarkeit, der Wärmeleitung und den physikalischen Zustandsänderungen bei Einwirkung von Wärme bestimmt.

In der Praxis kommt es stets zu einer Überlagerung von Flammbrand und Schwelbrand. Beim Flammbrand reicht die Wärmequelle zur Verdampfung oder Vergasung des Polymers zu brennbaren Gasen aus. Die Verbrennung findet also in der Gasphase statt. Liegt die Verdampfungs- oder Vergasungstemperatur höher als die Verbrennungstemperatur, so spricht man von einem Schwelbrand.

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