Intumeszenz – wenn Hitze eine Schutzschicht entstehen lässt

Aufschäumverhalten von passiven Brandschutzmaterialien

Nicht jedes Brandschutzmaterial reagiert unter Hitze auf die gleiche Weise. Während manche Materialien Wärme aufnehmen und dadurch kühlen, verändern intumeszierende Materialien vor allem ihre Struktur: Sie vergrößern ihr Volumen und bilden dabei eine isolierende Schutzschicht.

In drei Versuchen machen wir sichtbar, wie unterschiedlich dieses Aufschäumverhalten ausfallen kann. Dabei geht es um den Aufschäumfaktor, den entstehenden Blähdruck und die Struktur des Materials. Andreas Pfitzinger erklärt, welche Mechanismen dahinterstehen und warum die jeweilige Materialeigenschaft zur konkreten Brandschutzanwendung passen muss.

Blähdruck: Wenn aus Volumen Kraft wird

KuhnOdice: Beim Aufschäumen geht es also nicht nur um das entstehende Volumen. Welche Rolle spielt dabei der Blähdruck?

Andreas Pfitzinger: Der Blähdruck beschreibt die Kraft, die ein intumeszierendes Material beim Aufschäumen entwickeln kann. Wichtig ist dabei: Nicht jedes intumeszierende Material erzeugt automatisch einen Blähdruck. Wenn ein Material frei und ohne Auflast aufschäumen kann, entsteht vor allem Volumen. Wird das Aufschäumen jedoch begrenzt, können bestimmte Materialien mechanischen Druck aufbauen. Dadurch wird der entstehende Schaum kompakter und stabiler.

KuhnOdice: Was macht der Testaufbau besonders deutlich?

Andreas Pfitzinger: Im Versuch wird sichtbar, dass das Material nicht einfach frei aufschäumt, sondern gegen einen Widerstand arbeitet. Dadurch lässt sich veranschaulichen, welche Kraft beim Aufschäumen entstehen kann. Für die Anwendung bedeutet das: Der Blähdruck ist besonders dort wichtig, wo Materialien aktiv abdichten, sich gegen einen Widerstand durchsetzen oder eine Öffnung zuverlässig verschließen müssen.

Aufschäumfaktor: Wie viel Volumen entsteht?

KuhnOdice: Neben dem Druck ist auch entscheidend, wie stark sich ein Material ausdehnt. Was beschreibt der Aufschäumfaktor?

Andreas Pfitzinger: Der Aufschäumfaktor beschreibt, wie stark sich ein intumeszierendes Material unter Hitzeeinwirkung vergrößert. Je höher der Aufschäumfaktor, desto mehr Volumen kann entstehen. Das ist besonders wichtig, wenn eine bestimmte Distanz überbrückt, ein Hohlraum gefüllt oder eine isolierende Schutzschicht aufgebaut werden soll.

KuhnOdice: Bedeutet ein hoher Aufschäumfaktor automatisch bessere Schutzwirkung?

Andreas Pfitzinger: Nein, nicht automatisch. Entscheidend ist immer die konkrete Anwendung. Ein hoher Aufschäumfaktor kann hilfreich sein, ist aber nicht in jeder Einbausituation die beste Lösung. Bei begrenztem Bauraum kann ein zu starkes Aufschäumen auch problematisch sein. Deshalb hat jedes Material seinen eigenen Einsatzbereich, seinen sogenannten Sweet Spot. Die Schutzwirkung entsteht erst dann optimal, wenn Aufschäumverhalten, Bauraum und Brandschutzanforderung zusammenpassen.

Schaumtypen: Nicht jede Intumeszenz ist gleich

KuhnOdice: Wenn intumeszierende Materialien sich im Schaumfaktor und Blähdruck unterscheiden, bilden sie dann auch unterschiedliche Schaumkörper?

Andreas Pfitzinger: Ja, intumeszierende Materialien können je nach chemischer Zusammensetzung sehr unterschiedliche Schaumkörper bilden. Silikatbasierte Produkte bilden einen sehr harten Schaumkörper der druckvoll und gerichtet entsteht. Phosphatbasierte erzeugen ein hohes Volumen, bauen aber kaum Druck auf und schäumen deshalb eher drucklos und dreidimensional auf. Materialien auf Basis von Graphit können hingegen stark aufschäumen und gleichzeitig hohen Blähdruck entwickeln.

KuhnOdice: Wann wird welcher Schaumtyp eingesetzt?

Andreas Pfitzinger: Das hängt stark von der Anwendung ab. Wenn viel Volumen benötigt wird, aber kein hoher Druck entstehen soll, kann ein drucklos aufschäumendes Material sinnvoll sein. Wenn beispielsweise eine Öffnung aktiv verschlossen oder ein Bauteil zusammengedrückt werden muss, ist wiederum ein Material mit entsprechendem Blähdruck gefragt.

Intumeszenz ist nicht gleich Intumeszenz

Entscheidend ist nicht nur, dass ein Material unter Hitzeeinwirkung sein Volumen vergrößert, sondern wie es das tut. Blähdruck, Aufschäumfaktor und Schaumstruktur müssen zur jeweiligen Anforderung passen.

Während intumeszierende Materialien durch Volumenvergrößerung und Schutzschichtbildung wirken, setzen ablative Materialien auf Energieaufnahme und Kühlung (durch Verdunstung).

Weiterlesen: Ablativ – wenn thermische Energie ein Bauteil schützt

Das Gesicht hinter den Versuchen

Andreas Pfitzinger ist seit 2018 Teil des Unternehmens, ehemals svt Products und mittlerweile KuhnOdice. Als Produkt Manager verbindet er technisches Wissen mit den Anforderungen aus der Praxis.