Wie erfüllt Polycarbonat die europäischen Brandklassifizierungen?

Zwar hatten Brandschutz und Brandschutzvorschriften in den Baunormen schon immer einen hohen Stellenwert, doch nach Ereignissen wie dem Brand im Londoner Grenfell Tower, bei dem 2017 72 Menschen ums Leben kamen, sind diese Anforderungen noch strenger geworden.

Daher müssen Architekten und Bauunternehmer bei der Festlegung von Baustoffen und -systemen mit den brandschutztechnischen Vorschriften sowie den Prüfverfahren und Leistungsklassen vertraut sein.

Im Folgenden wird ein Überblick über die aktuellen europäischen Brandnormen, Prüf- und Zertifizierungsstufen gegeben, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf der einzigartigen Fähigkeit von Polycarbonat liegt, im Vergleich zu anderen Kunststoffen Feuer zu widerstehen.

Europäische Norm EN 13501-1

Während in der Vergangenheit jedes europäische Land über eigene Zertifizierungsmechanismen für Baumaterialien verfügte, änderte sich dies, als die Europäische Union die harmonisierte Norm einführte, um die Einheitlichkeit und Qualität der Normen in den europäischen Ländern und darüber hinaus zu verbessern. Eine beträchtliche Anzahl von Ländern in Asien, dem Nahen Osten und Afrika sowie Russland haben entweder die Eurocodes übernommen oder ihr Interesse an der Übernahme der Codes bekundet.

Auswirkungen auf die Brandschutzvorschriften

Die europäische Norm EN 13501-1: Brandklassifizierung von Baustoffen und elementaren Bauelementen definiert die Prüfverfahren zur Bewertung und Klassifizierung des Brandverhaltens eines Materials. Gemäß der Norm, die für alle Bauprodukte gilt, muss das Material in einem zugelassenen Labor so geprüft werden, wie es auch in einem Gebäude eingebaut wird.

Bei der Prüfung nach EN 13501-1 kann eine Reihe von Stärken und Farben getestet werden. Wenn zum Beispiel eine 1 mm und eine 10 mm dicke Platte geprüft werden und die Prüfung bestehen, sind alle dazwischen liegenden Stärken zertifiziert. Ähnlich verhält es sich, wenn ein Hersteller seine hellste Farbe, seine dunkelste Farbe und eine Zwischenfarbe testet und besteht, dann wird davon ausgegangen, dass auch die anderen Farben bestehen.

Definitionen der Euro Klassen

Je nachdem, wie gut sich das Material im Brandfall verhält, wird es in eine der folgenden Klassen eingeteilt:

• Klasse F – Leicht entflammbar
• Klasse E – Kleine Brenndauer von 15 Sekunden mit weniger als 15 cm Brennweite
• Klasse D – Kleine Brenndauer von 30 Sekunden mit einer Brennweite von weniger als 15 cm und einer Wärmeabgabe von 750 Watt pro Sekunde oder weniger
• Klasse C – Die Wärmeabgabe eines einzelnen brennenden Gegenstandes beträgt weniger als 250 Watt pro Sekunde.
• Klasse B – Die Wärmeabgabe eines einzelnen brennenden Gegenstandes beträgt weniger als 120 Watt pro Sekunde.
• Klasse A2 – Das Material besteht eine Nichtbrennbarkeitsprüfung in einem Ofen bei 750 Grad Celsius oder eine Brennbarkeitsprüfung, bei der eine kleine Menge des Materials in reinem Sauerstoff in einem Bombenkalorimeter verbrannt wird.
• Klasse A1 – Das Material besteht sowohl die Prüfung der Nichtbrennbarkeit als auch die Prüfung des Brennwertes.

Bei den Euroklassen A1, A2 und B kommt es bei dem Material zu keinem Überschlag, was bedeutet, dass der Beitrag zu einem Brand minimal ist. Bei den Klassen C, D, E und F kann das Material bei einem Versuch einen Flächenbrand verursachen.

Um die Klassifizierung A2, B, C oder D zu erreichen, wird das Material auch danach bewertet, wie viel Rauch und brennende Tropfen es freisetzt.

• Ein Produkt, das wenig oder gar keinen Rauch freisetzt, erhält die Einstufung s1, eine mittlere Rauchentwicklung wird als s2 eingestuft und ein Produkt, das viel Rauch erzeugt und damit die Flucht erschwert, wird als s3 eingestuft.
• Flammende Tröpfchen oder Partikel können Verbrennungen der Haut und eine Brandausbreitung verursachen. Eine d0-Einstufung bedeutet, dass das Produkt keine brennenden Partikel erzeugt, wenn es 600 Sekunden lang einem Feuer ausgesetzt ist. Eine d1-Einstufung bedeutet, dass in diesem Zeitraum brennende Tröpfchen freigesetzt werden, die jedoch nicht länger als 10 Sekunden brennen. Eine d2-Einstufung gilt für Materialien, die über einen Zeitraum von 600 Sekunden Tröpfchen freisetzen, die länger als 10 Sekunden brennen.

Das Brandverhalten von Polycarbonat

Polycarbonat (PC) ist ein hochwirksamer Baustoff, der leicht, stoßfest, haltbar, leicht formbar und langlebig ist. Wie verhalten sich lichtdurchlässige und transparente Polycarbonatplatten, die nur halb so viel wiegen wie Glas, im Brandfall?

Das Material bietet zwei Hauptvorteile bei der Reaktion auf Feuer. Erstens ist Polycarbonat ohne besondere Zusätze als Klasse B zertifiziert, was bedeutet, dass die Platte nur minimal zur Brandausbreitung beiträgt. Wenn also in einem Gebäude ein Feuer ausbricht, wird das Material die Ausbreitung des Feuers nicht verhindern, sobald es das Polycarbonat erreicht. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist jedoch sehr gering, insbesondere im Vergleich zu anderen brennbaren Materialien. Zweitens erzeugt unbehandeltes Polycarbonat bei einem Brand nur sehr wenig Rauch. Dies ist insofern von Bedeutung, als nach Angaben der Universität Stanford Medicine etwa 70 Prozent der Todesfälle von Brandopfern auf Rauch zurückzuführen sind.

Polycarbonat hat eine Klassifizierung von s1, was bedeutet, dass die Geschwindigkeit oder Menge des Rauchs nicht oder nur sehr gering ist. Darüber hinaus erzeugt Polycarbonat nur sehr wenige brennende Tropfen, die zur Ausbreitung des Feuers beitragen, indem sie andere Oberflächen entzünden, und erhält daher eine d0-Einstufung gemäß EN 13501-1.

Zum besseren Verständnis des Materials selbst: Polycarbonat hat eine sehr breite Gebrauchstemperatur, die von -50 bis +120 Grad Celsius reicht. Bei etwa 135 Grad erreicht es die Wärmeformbeständigkeitstemperatur und beginnt, seine physikalischen Eigenschaften zu verlieren. Bei etwa 140 Grad beginnt sich die Platte zu verformen, was schließlich dazu führt, dass sich das Material faltet oder aus seinem Rahmen oder dem, was es an seinem Platz hält, herausbricht.

Zwischen 160 und 170 Grad beginnt die Platte, sich in ein geschmolzenes Material zu verwandeln, das zu tropfen beginnt.

Dieses Schmelzphänomen kann dazu beitragen, ein Feuer zu löschen, wenn es direkt auf der Flammenquelle schmilzt. Gleichzeitig kann dies die Prüfung erschweren, da das geschmolzene Polycarbonat auf den brennenden Gegenstand tropfen und die Flamme ausschalten kann, wodurch die Prüfung abgebrochen wird, bevor eine Klassifizierung vorgenommen werden kann. Daher kann eine massive Polycarbonatplatte, die dicker als 6 mm ist, nicht geprüft werden, da sie beim Schmelzen das Feuer löscht.

Stegplatten aus Polycarbonat können jedoch geprüft werden, auch wenn sie sehr viel stärker sind. Das liegt daran, dass bei dieser Variante des Produkts viel Luft und relativ wenig Material zum Schmelzen vorhanden ist.

Polycarbonat erhält nach EN 13501-1 in der Regel die Note B, s1, d0.

Massives Polycarbonat vs. mehrwandiges Polycarbonat

Für Architekten und Bauherren ist es nicht nur wichtig, die gesetzlichen Anforderungen und die Einzelheiten der EN-Labortests zu kennen, sondern auch zu wissen, wie die verschiedenen Arten von Polycarbonatplatten bei der Installation auf Feuer reagieren.

Eine wichtige Unterscheidung ist die zwischen massivem und Stegplatten-Polycarbonat. Massives Polycarbonat ist normalerweise schwerer, da es mehr Material pro Quadratmeter enthält, während Stegplatten mit Luftkammern oder Kanneluren versehen sind.

Nehmen wir zum Beispiel eine vertikale Verglasung, für die entweder massive oder Stegplatten aus Polycarbonat verwendet werden können. Im Falle eines Brandes brennt die Stegplatte schneller und erzeugt ein Loch in der Verglasung. Wenn der Brandherd im Inneren liegt und das Loch den Rauch aus dem Raum nach außen entweichen lässt, ist dies von Vorteil. Andererseits kann eine massive Scheibe die Ausbreitung des Feuers besser aufhalten, was besonders wichtig ist, wenn sich die Bewohner auf der anderen Seite der Verglasung befinden. Bei einer Dach- oder Vordachanwendung wiederum lässt die Stegplatte das Feuer schneller entstehen, wodurch ein Loch entsteht und der Rauch entweichen kann.

Feuerhemmende Zusatzstoffe

Während des Polycarbonat-Extrusionsverfahrens kann der Hersteller den Polycarbonatplatten flammhemmende Zusätze (FR) hinzufügen. Diese Zusätze schaden den natürlichen physikalischen und optischen Eigenschaften des Materials nicht, verringern sie nicht und beeinträchtigen sie nicht. Darüber hinaus kann FR im Falle eines Brandes die Eigenschaften der Polycarbonatplatte verbessern.

Das Additiv reagiert auf Feuer, indem es in unmittelbarer Nähe der Plattenoberfläche eine nebelartige Umgebung erzeugt. Dieser “Nebel” verdünnt dann den gasförmigen Sauerstoff und hemmt so den Brennvorgang. Der FR erhöht den Schmelzindex und bewirkt, dass die Platte zähflüssiger wird und langsamer schmilzt. Dies wiederum reduziert das Abtropfen.

In der Testumgebung der EN 13501-1 wird Polycarbonat ohne FR nicht als abtropfendes Material angesehen und erhält eine d0-Einstufung. Aus rein brandschutztechnischer Sicht bringt die Verwendung von FR daher keinen Vorteil, da die Klassifizierung gleich bleibt.

Im Hinblick auf andere transparente Kunststoffmaterialien

Polycarbonat bietet im Hinblick auf das Feuer einen deutlichen Vorteil gegenüber Acryl. Acryl gilt als brennbares Material und schneidet bei Brandtests wesentlich schlechter ab als Polycarbonat. Im Vergleich dazu bietet Polycarbonat einen viel besseren Brand- und Tropfwert. Was die Rauchentwicklung betrifft, gibt es keinen großen Unterschied zwischen den beiden Materialien.

PVC entwickelt mehr Rauch als Polycarbonat. Dünne PVC-Platten sind jedoch weniger brennbar als Polycarbonat.

Glasfaser ist leichter entflammbar als Polycarbonat. Um gute Testergebnisse mit Glasfaser zu erzielen, sind viele FR-Zusätze erforderlich, was das Material teurer macht als Polycarbonat.

Was können wir daraus gewinnen?

Architekten und Fachplaner, die strenge Brandtests und -anforderungen erfüllen müssen, werden mit einem besseren Verständnis der Brandklassifizierungsstufen der EN 13501-1 besser gerüstet sein. Bei der Bewertung von transparenten Kunststoffen kann ein tieferes Verständnis von Polycarbonat, seinem Brandverhalten und den Euroklassen dazu beitragen, die Materialien zu bestimmen, die den Projektvorschriften und -anforderungen entsprechen.