DE69915402T2

DE69915402T2 - Intumeszierendes Material

Info

Publication number: DE69915402T2
Application number: DE1999615402
Authority: DE
Inventors: Diane Shelia Burton in Kendal Knight; Simon Kendal Pinch; Nigel Julian Burneside Walker
Original assignee: Technical Fibre Products Ltd
Current assignee: Technical Fibre Products Ltd
Priority date: 1998-04-02
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: PT949313E; DE69915402D1; EP0949313A1; ES2217690T3; US6274647B1; EP0949313B1; DK0949313T3; ATE261486T1; GB9807028D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flexibles, aufschäumendes Material zur Verwendung für den passiven Brandschutz und betrifft ebenfalls ein Verfahren für die Herstellung eines solchen Materials.
Flexible, aufschäumende Materialien (z. B. in Form eines Flächenmaterials oder eines Streifens) finden zunehmend Verwendung für eine Vielzahl von Anwendungen zum passiven Brandschutz. Ein solches Material lässt sich auf einer Anlage zur Papiererzeugung herstellen und weist eine überwiegend faserige Matrix auf (z. B. eine Vliesstoffbahn), die mit einer aufschäumenden Substanz beladen ist (z. B. aufblähender Graphit). Bei Gebrauch wird das aufschäumende Material auf eine zu schützende Oberfläche mit Hilfe beliebiger geeigneter Mittel aufgebracht, z. B. unter Verwendung von Klebmittel. Die Oberfläche kann beispielsweise um eine Türkante gelegt sein. Im Fall eines Brandes hat das Vorhandensein der aufschäumenden Substanz die Wirkung, dass sich das Produkt in einer Mehrzahl von Richtungen ausdehnt und so eine Dichtung bildet und einen Schutz gegen Feuer gewährt.
Eines solcher Materialien wurde in der GB-A-2273100 offenbart und weist Mineralwollfasern auf, elastomeres Bindemittel und aufblähenden Graphit. Das aufschäumende Material nach der GB-A-2273100 wird erzeugt durch Nassauflegen einer wässrigen Suspension, in die Mineralwollfasern eingearbeitet sind, ein elastomeres Bindemittel und ein aufblähendes Graphit auf ein Formfilz, wie er beispielsweise bei der Papiererzeugung verwendet wird, und Abziehen von Wasser aus der Suspension unter Erzeugung eines Bogens, der anschließend getrocknet wird. Obgleich in der GB-A-2273100 nicht speziell offenbart, ist es übliche Praxis, den Bogen durch Walzen vor dem Trocknen zu verfestigen. Eine solche Verfestigung hat die Hauptaufgabe der Entfernung von Wasser und wird nicht zur Kontrolle von Dichte und Dicke des Fertigerzeugnisses angewendet. Der Feuchtigkeitsgehalt nach der Verfestigung beträgt nicht weniger als 40% und beträgt nach dem Trocknen im typischen Fall weniger als 5%.
Die GB-A-2233678 und 2271362 beziehen sich ebenfalls auf die Herstellung von aufschäumendem flächigen Material und offenbaren nicht die Verfestigung der Bahn vor dem letzten Trocknen. Das aufschäumende Material, das in den GB-A-2233678 und 2271362 offenbart wird, ist jedoch von einer anderen Beschaffenheit als das in der GB-A-2273100 offenbarte insofern, dass das Erstere über eine Matrix verfügt, deren überwiegender Bestandteil ein ungebrannter kaolinitischer Ton ist, der Töpferton aufweist, verstärkt durch anorganische glasartige Fasern, wobei in das Material ein organisches Bindemittel einbezogen ist sowie (im Fall der GB-A-2271362) wahlweise außerdem Kunstseidefasern eingearbeitet sind.
Das Endverhalten des aufschäumenden Materials hinsichtlich seiner Volumenausdehnung und der Fähigkeit der Druckerzeugung bei Exponierung an Feuer steht im direkten Zusammenhang mit der Materialdichte und diese ist wiederum in der Regel eine Funktion der Fähigkeit der Papiererzeugungsanlage, das auf die aufschäumende Substanz zu halten. Es existiert eine Grenze der Materialdichte, die von einem Prozess der Papiererzeugung erzeugt werden kann.
Es besteht eine Nachfrage nach dünnen, flexiblen aufschäumenden Produkten mit hoher Volumenexpansion und der Fähigkeit für Druckerzeugung, um den Anforderungen einer zunehmend komplizierteren und anspruchsvolleren Brandschutztechnik zu genügen.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein flexibles, aufschäumendes Material bereitgestellt, das anorganische Fasern und flexible organische Fasern aufweist, die gemeinsam eine überwiegend faserige Matrix erzeugen; ein elastomeres Bindemittel und eine aufschäumende Substanz, die dadurch gekennzeichnet ist, dass das Material bei einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% komprimiert worden ist.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines flexiblen, aufschäumenden Materials gewährt, welches Verfahren das Komprimieren eines im Nassverfahren aufgelegten Materials mit einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% umfasst und das eine Matrix aufweist, die überwiegend aus Fasern erzeugt ist, die von anorganischen Fasern und flexiblen organischen Fasern, einem elastomeren Bindemittel und einer aufschäumenden Substanz bereitgestellt werden.
Bevorzugt hat das im Nassverfahren aufgelegte flächige Material einen Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% und kann hergestellt werden durch Nassauflegen einer wässrigen Aufschlämmung von anorganischen Fasern, flexiblen organischen Fasern, einer aufschäumenden Substanz und einem elastomeren Bindemittel auf einen wasserdurchlässigen Träger, durch Abziehen von Wasser aus der Aufschlämmung, um ein Flächengebilde zu erzeugen und durch Trocknen des Flächengebildes bis zu einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-%.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung haben wir entdeckt, dass die Volumenexpansion und Druckerzeugung von nassaufgelegten aufschäumenden Materialien mit überwiegend faseriger Matrix, in die anorganische Fasern eingearbeitet sind und die mit einer aufschäumenden Substanz beladen ist, wesentlich verbessert werden kann, indem flexible organische Fasern in die einem Nassauflegen zu unterziehende Suspension einbezogen werden und eine Kompression herbeigeführt wird, sobald das resultierende flächige Material bis zu einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% (normalerweise weniger als 2 Gew.-%) getrocknet worden ist. Die Verbesserung der Eigenschaften wird speziell durch die Einbeziehung der flexiblen organischen Fasern erhalten, wodurch es möglich ist, dass ein komprimiertes Produkt mit erhöhter Dichte erzeugt und die vorgenannten Vorteile erhalten werden können. Im Gegensatz dazu wird das aufschäumende Material der GB-B 2273100 (in das keine flexiblen organischen Fasern eingebaut sind) unverarbeitbar und zerbricht während eines Kompressionsprozesses, so dass es für die Verwendung für Anwendungen zum passiven Brandschutz nicht mehr länger geeignet ist.
Der in der vorliegenden Erfindung zum Einsatz gelangende Kompressionsschritt (der auf ein Material mit einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% wirkt) muss von dem Verfestigungsschritt unterschieden werden, der während der Erzeugung des aufschäumenden flächigen Materials, wie vorstehend im Zusammenhang mit dem Stand der Technik beschrieben wurde, vor dem Trocknen herbeigeführt wird. Bei derartigen Verfestigungsschritten würde der Feuchtegehalt weit über 5 Gew.-% (z. B. 40 Gew.-%) betragen und die Verfestigung würde nicht zustande kommen, um die Verbesserung der Eigenschaften der Volumenexpansion der Unterdruckerzeugung zu erreichen, wie sie mit Hilfe der vorliegenden Erfindung erzielt werden.
Ein aufschäumendes Material nach dem ersten Aspekt der Erfindung (das gemäß den Verfahren des zweiten oder dritten Aspektes erzeugt wird) wird im typischen Fall eine Dicke von 0,25 bis 5 mm und eine Dichte von 500 bis 2000 kg/m³ haben. Das Material wird im typischen Fall ein Verhältnis der Volumenexpansion von 15 : 1 bis 50 : 1 haben, wenn auf freie Expansion durch Erhitzen in einem Ofen bei 400°C für 15 bis 30 getestet wird. Im Gegensatz dazu wird das Material vor der Kompression im typischen Fall eine Dicke von 0,5 bis 12 mm und eine Dichte von 150 bis 400 kg/m³ haben und ein Verhältnis der Volumenexpansion von 3 : 1 bis 15 : 1. Die Zugfestigkeit des Materials vor der Kompression muss ausreichend sein, um zu ermöglichen, dass dieser Arbeitsschritt ausgeführt werden kann, und beträgt im typischen Fall nicht weniger als 3 kN/m².
Der Kompressionsprozess macht es möglich, dass die Eigenschaften des aufschäumenden Materials kontrolliert werden können. Im typischen Fall wird das Material von 20% bis 75% seiner ursprünglichen Dicke komprimiert. Die Kompression kann unter Verwendung einer Presse herbeigeführt werden, wie beispielsweise eine Presse vom Typ einer Plattenpresse, jedoch wird die Kompression bequemerweise durch Kalandrieren ausgeführt, d. h. das zu komprimierende Material wird durch den Einzug zwischen zwei Walzen unter Anwendung konventioneller Methoden durchgeführt. Der Kompressionsgrad und die Dicke des fertigen Erzeugnisses können kontrolliert werden, indem der Spalt zwischen den Walzen fixiert wird und darauf ein ausreichender Druck gegeben wird, um die Rückstellfähigkeit des zu komprimierenden Materials zu überwinden. Kalander, die für die Gummiverarbeitung verwendet werden, sind für die Herstellung des kalandrierten Materials besonders geeignet. Alternativ können auch Kalander angewendet werden, die zur Verwendung bei Papier, Textilien oder Vliesstoffen ausgelegt sind. Die zum Kalandrieren verwendeten Walzen können geglättet oder gemustert sein und können erhitzt sein, gekühlt oder sich auf Umgebungstemperatur befinden.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das zu komprimierende Material mit einem warmhärtbaren Harz imprägniert sein und in einer Hochdruckform unter Bedingungen komprimiert werden, die zum Härten des Harzes führen. Das warmhärtbare Harz kann beispielsweise ein Epoxidharz sein, Polyester-, Vinylester-, Phenol-, Melanin- oder Acrylatharz.
Im typischen Fall weist das aufschäumende Material nach dem ersten Aspekt der Erfindung 2% bis 20 Gew.-% (vorzugsweise 2% bis 8 Gew.-%) der organischen Fasern auf, die beispielsweise eine Länge von 3 bis 25 mm und einen Durchmesser von 2 bis 20 Mikrometer haben können. Besonders geeignete organische Fasern zur Verwendung in der Erfindung schließen Polyesterfasern ein, Nylon-, Aramid-, Acryl-, Olefin- und Cellulosefasern.
Besonders bevorzugt sind die organischen Fasern aus einem thermoplastischen Polymer, das zum Schmelzen und Fließen während des Prozesses der Kompression (z. B. Kalandrieren) ausgelegt ist, so dass es zu einem Schmelzbonden der Fasern kommt. Geeignete Fasern für diese Aufgabe sind Olefinfasern und Polyesterfasern sowie Bikomponentenfasern, die 2 Polymere mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufweisen. Das Schmelzbonden ist deshalb von Vorteil, weil es zu einem Produkt mit verbessertem Zusammenhalt und Querfestigkeit führt.
Anorganische Fasern zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Produkt können beispielsweise Fasern aus Glas sein, Mineralwolle, Steinwolle, Schlackenwolle, Asbest, Keramik, Zirconiumdioxid, Aluminiumoxid oder andere glasartige Chemiefasern. Im Allgemeinen werden die anorganischen Fasern in dem aufschäumenden Material in einer Menge von 10% bis 80 Gew.-% (bevorzugt 20% bis 40 Gew.-%) vorliegen. Im typischen Fall haben die anorganischen Fasern eine Länge von 0,2 bis 20 mm und einen Durchmesser von 0,1 bis 15 Mikrometer.
Die aufschäumende Substanz kann ein sich aufblähendes Material sein, z. B. schäumbarer (eingelagerter) Graphit, Vermiculit und Perlit. Allgemein wird das aufschäumende Material nach dem ersten Aspekt der Erfindung 10% bis 85 Gew.-% (bevorzugt 40% bis 70 Gew.-%) der aufschäumenden Substanz aufweisen.
Das wässrige elastomere Bindemittel kann beispielsweise ein acrylisches Polymer aufweisen, ein Butadien-, Vinyl- oder Silicon-Polymer. Vorzugsweise wird ein Acrylharzlatex verwendet. Das aufschäumende Material wird im typischen Fall 2% bis 30 Gew.-% (bevorzugt 5% bis 20 Gew.-%) des Bindemittels aufweisen.
Aufschäumende Materialien im Sinne der Erfindung können unter Anwendung des Hochleistungsmischens hergestellt worden sein, um eine Dispersion der sich aufblähenden Substanz, der organischen Fasern, anorganischen Fasern und des Bindemittels (in den erforderlichen Anteilen) in Wasser herzustellen. Im typischen Fall wird diese Dispersion 0,1% bis 3,0 Gew.-% Feststoffe aufweisen. Die Dispersion wird sodann zu einem flächigen Material unter Anwendung der Standardmethoden der Papiererzeugung ausgeformt und bis zu einem Wassergehalt von weniger als 5 Gew.-% (gewöhnlich weniger als 2 Gew.-%) getrocknet. Das resultierende flächige Material wird sodann verdichtet, wie vorstehend detaillierter ausgeführt wurde.
Das aufschäumende Material der Erfindung kann unter Bedingungen des passiven Brandschutzes in gänzlich konventioneller Weise verwendet werden, z. B. indem das Material unter Verwendung von Klebmittel auf eine zu schützende Oberfläche befestigt wird.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele veranschaulicht.
BEISPIEL 1
Unter Anwendung der Standardmethoden der Papiererzeugung wurde ein Flächengebilde der folgenden Zusammensetzung erzeugt:

Komponente Gew.-%

INORPHIL (Steinwollfaser) 30

GRILENE NV2 (Polyesterfaser) 5

eingelagerter Graphit 55

Acrylharz-Latexbindemittel 10

Feuchte < 2
Das Flächengebilde hatte die folgenden Merkmale:

Flächengewicht 1300 g/m²

Dicke 4 mm

Zugfestigkeit 5,3 kNm/m²

Expansionsverhältnis 10 : 1
Einfachheitshalber wird dieses flächige Material nachfolgend als "nichtkalandriertes flächiges Material" bezeichnet.
Das nichtkalandrierte flächige Material wurde durch einen Kalander für die Gummiverarbeitung geschickt, der zwei Walzen aus rostfreiem Stahl mit einer Breite von 2 m und eine Aufgabelast von 3 Tonnen aufwies. Der Spalt zwischen den Walzen wurde bei 1,6 mm fixiert und die Durchlaufgeschwindigkeit betrug 5 m/min. Die auf diese Weise verdichteten Flächengebilde hatten die folgenden Merkmale:

Flächengewicht 1300 g/m²

Dicke 1,8 mm

Zugfestigkeit 2,5 kNm/m²

Expansionsverhältnis 20 : 1
BEISPIEL 2
Das entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1 erzeugte nichtkalandrierte flächige Material wurde durch einen Kalander zur Gummiverarbeitung geschickt, der zwei Walzen aus rostfreiem Stahl mit einer Breite von 2 m und einer Aufgabelast von 3 Tonnen aufwies. Der Spalt zwischen den Walzen wurde bei 0,8 mm fixiert und die Durchlaufgeschwindigkeit betrug 5 m/min. Die auf diese Weise verdichteten Flächengebilde hatten die folgenden Merkmale:

Flächengewicht 1300 g/m²

Dicke 1,0 mm

Zugfestigkeit 1,5 kNm/m²

Expansionsverhältnis 30 : 1
BEISPIEL 3
Das entsprechend der Beschreibung in Beispiel 1 erzeugte nichtkalandrierte flächige Material wurde mit 1300 g/m² Epoxidharz imprägniert, gemischt mit Dicyandiamid-Härter. Die resultierende Matte wurde gepresst und in einer hydraulischen Bogenpresse bei einer Temperatur von 200°C für 5 min gehärtet.
Das so erzeugte Material hatte die folgenden Merkmale:

Flächengewicht 2600 g/m²

Dicke 0,5 mm

Zugfestigkeit 15 kNm/m²

Expansionsverhältnis 40 : 1

Claims

Flexibles, aufschäumendes Material, welches aufweist: anorganische Fasern und flexible organische Fasern, die gemeinsam eine überwiegend faserige Matrix erzeugen; ein elastomeres Bindemittel und eine aufschäumende Substanz, dadurch gekennzeichnet, dass das Material bei einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% komprimiert worden ist.
Material nach Anspruch 1 mit einer Dicke von 0,25 bis 5 mm.
Material nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Dichte von 500 bis 2.000 kgm^–3.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Verschäumungsverhältnis von 15 : 1 bis 50 : 1, getestet für die freie Verschäumung durch Erhitzen in einem Ofen bei 400°C für 15 bis 30 Minuten.
Material nach Anspruch 1, welches 2% bis 20 Gew.-% der organischen Fasern aufweist.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die organischen Fasern Fasern aus Polyester, Nylon, Aramid, Acrylharz, Olefin oder Cellulose sind.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem die organischen Fasern in der Schmelze zusammen verfestigt wurden.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 7, aufweisend 10% bis 80 Gew.-% der anorganischen Fasern.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem die anorganischen Fasern Fasern aus Glas, Mineralwolle, Steinwolle, Schlackenwolle, Asbest, Keramik, Zirconiumdioxid, Aluminiumoxid oder andere glasartige Synthesefasern sind.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 9, enthaltend 10% bis 85 Gew.-% der aufschäumenden Substanz.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die aufschäumende Substanz ein blähendes Material ist.
Material nach Anspruch 11, bei welchem das blähende Material schäumbarer Graphit, Vermiculit oder Perlit ist.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 12, aufweisend 2% bis 30 Gew.-% des Bindemittels.
Material nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welchem das Bindemittel ein Acryl-, Butadien-, Vinyl- oder Silicon-Polymer ist.
Verfahren zum Herstellen eines flexiblen, aufschäumenden Materials, umfassend das Komprimieren eines im Nassverfahren aufgelegten Materials mit einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-%, das eine Matrix aufweist, die überwiegend aus Fasern erzeugt ist, die von anorganischen Fasern und flexiblen organischen Fasern, einem elastomeren Bindemittel und einer aufschäumenden Substanz bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem das im Nassverfahren aufgelegte flächige Material einen Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-% hat und erzeugt ist durch Nassauflegen einer wässrigen Aufschlämmung von anorganischen Fasern, flexiblen organischen Fasern, einer aufschäumenden Substanz und eines elastomeren Bindemittels auf einem wasserdurchlässigen Träger; Abziehen von Wasser aus der Aufschlämmung, um ein Flächengebilde zu erzeugen, und Trocknen des Flächengebildes bis zu einem Feuchtegehalt von weniger als 5 Gew.-%.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem die Kompression durch Kalandrieren herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, bei welchem vor der Kompression das Flächengebilde mit einem warmhärtbaren Harz getränkt wird und die Kompression unter Bedingungen herbeigeführt wird, die zu einem Aushärten des Harzes führen.
Verfahren nach Anspruch 15 zum Herstellen eines Produktes nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei welchem das Flächengebilde bis zu 20% bis 75% seiner Dicke komprimiert wird.