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Verfahren zur Herstellung von Flammschutzplatten
Der Schutz von Bauwerken, Fahrzeugen, Behältern und sonstigen Konstruktionen gegen die Einwirkung von Hitze und Brand ist ein für die Sicherheit bedeutsames Problem.
Es ist bekannt, einen derartigen Schutz dadurch zu erreichen, dass man die zu schützenden Objekte mit einem Anstrich aus einem nicht brennbaren und flammwidrig machenden Material, wie z. B. Alkalisilikat-und Alkaliphosphatlösungen u. dgl., versieht.
Die feuerhemmenden und wärmedämmenden Anstriche werden beispielsweise mittels Pinseln, Aufdüsen u. dgl. auf die zu schützenden Flächen aufgebracht, wobei naturgemäss die Wirkung dieser Anstri-
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striche hintereinander aufgebracht werden. Das Aufbringen von genügend dicken Anstrichschichten ist infolgedessen mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden ; anderseits neigen zu dicke Schichten nach der Trocknung stark zum Abblättern und Abreissen. In vielen Fällen, wie z. B. bei Stahlkonstruktionen, ist auch ein Schutz mit einem Anstrich nicht ausreichend, da die aufgetragene Schicht unter anderem nicht genügend fest auf der Metallunterlage haftet. Anderseits ist bei Materialien, die eine gewisse Saugfähigkeit aufweisen, wie z. B.
Holz, die Gefahr gegeben, dass die wasserglashaltige Anstrichmasse in den Werkstoff eindringt und diesen durch die starke alkalische Wirkung erheblich schädigt. Ein so behandelter Gegenstand ist zwar schwer entflammbar, jedoch ist die Wärmeisolation dieser Anstriche nur gering, so dass nicht verhindert werden kann, dass die hindurchdringende Hitze den zu schützenden Werkstoff bei längerer Einwirkung entzündet oder sonstwie schädigt.
Im Falle eines Brandes blähen sich diese Anstriche teilweise stark auf, um schliesslich bei längerer Hitzeeinwirkung die geschlossene Struktur, z. B. durch Reissen, Abblättern u. dgl., zu verlieren, wodurch die zu schützenden Objekte der Flammeinwirkung ausgesetzt sind. Um diesen Nachteil zu beheben, ist bereits der Vorschlag bekanntgeworden, den als Anstrichmittel dienenden Alkalisilikatlösungen unbrennbare, fein zerteilte Füllstoffe, wie z. B. Schiefermehl, zuzusetzen. Durch diese Massnahme wird zwar die Neigung der Anstriche, bei Hitzeeinwirkung Risse zu bilden, herabgesetzt, jedoch nicht völlig vermieden.
Auch die oben erwähnten Nachteile der Anstriche werden hiedurch nicht beseitigt.
Um die Rissbildung bei Hitzeeinwirkung zu vermindern, ist auch schon bekanntgeworden, den zu schützenden Werkstoff mit zwei sich in ihren physikalischen Eigenschaften wesentlich voneinander unterscheidenden Schutzanstrichen, einem Grund- und einem Deckanstrich, zu versehen, wobei der Grundanstrich einen niedrigeren Schmelzpunkt und einen geringeren Ausdehnungskoeffizienten als der Deckanstrich besitzt. Der Grundanstrich besteht aus Kieselgur und Glaspulver, während der Deckanstrich aus gemahlenem Porzellan und Steingut besteht. In beiden Fällen dient als Bindemittel eine Wasserglaslösung.
Zwar wird hiebei die Neigung zur Rissbildung beim Auftreten eines Brandes vermindert, jedoch können auch bei diesem Verfahren die oben bereits aufgezeigten Nachteile der Anstriche nicht beseitigt werden.
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Derartige Körper können dadurch hergestellt werden, dass man eine, gegebenenfalls mit Faser- oder andern Verstärkungsstoffen, wie Asbest, versetzte Alkalisilikatlösung so weit zur Trockne eindampft, dass sie noch 10 - 350/0 Wasser enthält und das so erhaltene Produkt zerkleinert, gegebenenfalls zur Erhöhung der Wasserbeständigkeit mit gepulvertem Alkaliborat versetzt und die Mischung anschliessend in Formen auf Temperaturen von 200 bis 5000C erhitzt. Zur Erhöhung der Porosität eines derartigen Baustoffes ist auch schon der Vorschlag bekanntgeworden, das Erhitzen in einer kohlensäurehaltigen Atmosphäre durch- zuführen. Zu dem gleichen Zweck kann man der Wasserglaslösung eine Kochsalzlösung zusetzen, wobei infolge Zerplatzens der Kochsalzkristalle beim Erhitzen das Aufblähen und Auflockern der Masse begün- stigt werden soll.
Gemäss der österr. Patentschrift Nr. 129763 stellt man zellige feste Körper aus wasserlöslichen Alka- lisilikaten dadurch her, dass man festes, wasserhaltiges, leicht lösliches Alkalisilikat auf hohe Tempera- turen, vorzugsweise auf solche zwischen 200 und 500 C, erhitzt. Die Dauer der Erhitzung wird nach dem gewünschten Ausmass der Ausdehnung und dem porösen Charakter des herzustellenden Formkörpers ge- wählt.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 430, 483 ist ein Verfahren beschrieben, wonach man poröse Stoffe da- durch erhält, dass man eine wässerige Natriumsilikatlösung mit gewissen Füllstoffen und Salzen versetzt, die die Viskosität der Silikatlösung erhöhen. Die Mischung wird nach ihrer Verformung getrocknet.
Ein wesentlicher Nachteil dieser Wärmeschutzmasse besteht darin, dass sie mechanisch sehr wenig stabil sind und auf Grund ihrer porösen Struktur und der von ihnen gewünschten Wirkung viel Raum im
Rahmen der Gesamtkonstruktion beanspruchen. Zudem ist die Herstellung solcher Wärmeschutzmassen infolge der vielen Arbeitsgänge und der erforderlichen hohen Temperaturen aufwendig und zeitraubend.
Gegenstand der Erfindung sind Flammschutzplatten, die bei Einwirkung hoher Temperaturen ther- misch isolierende Eigenschaften annehmen und die gegenüber vergleichbaren Platten ähnlicher Art we- sentliche Vorteile aufweisen.
Die Platten werden gemäss der Erfindung in technisch sehr einfacher Weise dadurch hergestellt, dass man künstliche Fasern anorganischer Natur in eine Schicht einer Alkalisilikatlosung in einer Menge bis zu 60 Gew. -0/0, bezogen auf das wasserfreie Alkalisiiikat, einbettet und die erhaltene Schicht anschlie- ssend durch Wasserentzug zu einer dichten Platte verfestigt.
Das Verfahren kann in der Weise durchgeführt werden, dass man die Fasern in einer Wanne in Form von Einzelfasern, Strängen oder in Form von Vliesen, Geweben oder Gewirken mit einer Alkalisilikatlösung überdeckt oder sie in die Alkalisilikatlösung einbringt und dann die Masse so lange erhöhten Temperaturen, vorzugsweise Temperaturen, die unterhalb des Siedepunktes des in den Alkalisilikatlösungen enthaltenen Wassers liegen, aussetzt, bis sich eine dichte Platte gebildet hat. Wie in einem Handversuch festgestellt werden kann, beträgt der Wassergehalt in einer Brandschutzplatte, bei dem diese schon genügend fest ist, bis maximal etwa 80%, bezogen auf das in ihr enthaltene wasserfreie Alkalisilikat.
Um ein Ablösen der fertigen Platte aus der Wanne zu erleichtern, ist es zweckmässig, diese mit hydrophoben Substanzen zu bestreichen, zu belegen oder auszukleiden. Geeignete Substanzen sind z. B. Silikone, Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, Gummi u. dgl. Für das Verfahren haben sich vor allem Glasfasern bewährt. Auch Quarzfasern, Steinwolle und Stahlwolle sind verwendbar.
Es ist auch möglich, derartige Platten kontinuierlich herzustellen, indem die Einbettung der Fasern und der anschliessende Wasserentzug auf einem in Bewegung gehaltenen, endlosen Band bewirkt wird. Die aus der Trockenzone austretenden endlosen Platten können je nach Verwendungszweck mittels einer Schneidevorrichtung auf die jeweils gewünschten Formate zugeschnitten werden.
Das als Unterlage dienende endlose Band, auf dem die Herstellung der Platten vorgenommen wird, besitzt zweckmässig eine hydrophobe Oberfläche, wie z. B. eine solche aus Gummi, um ein unerwünschtes Anhaften des nach der Trocknung verfestigten Alkalisilikates zu verhindern. Der gleiche Zweck kann auch durch eine auf dem Band mitlaufende Folie erreicht werden. Die Oberfläche des endlosen Bandes kann entweder eben sein oder eine besondere Form aufweisen, durch die den Platten im Endzustand eine gewünschte Profiloberfläche erteilt wird. Beispielsweise können so gewellte Platten hergestellt werden.
Die Alkalisilikatlösung kann unter und/oder über dem Fasermaterial, beispielsweise durch Aufdüsen, zugeführt werden.
Die Trocknung der Schichten kann z. B. mittels Infrarotstrahlern, elektrisch beheizten Strahlern, allein oder in Kombination mit im Gegenstrom zum beschichteten Gewebeband eingeblasener Warmluft durchgeführt werden.
In der Figur ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens beispielsweise und schematisch veranschaulicht.
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1 stellt ein über die Rollen 2 und 3 geführtes endloses bewegtes Band dar, wobei Rolle 2 mittels eines geeigneten Antriebes in Rotation versetzt werden kann. Durch die Düsen 5 bzw. 6 wird eine wässerige Alkalisilikatlösung, gegebenenfalls vermischt mit einem Netzmittel, laufend zugegeben, in die die Gewebebahn 4 eingebettet wird. Mit 7 ist die Trockenzone wiedergegeben. Das die Trockenzone verlassende Schichtgut kann mit einer Schneidevorrichtung 8 auf jedes gewünschte Format zugeschnitten werden.
Die auf diese Weise erhaltenen Flammschutzplatten sind überraschenderweise sehr flexibel und mechanisch bemerkenswert stabil, obwohl sie noch Wasser in nicht unerheblicher Menge enthalten. Auf Grund dieser Eigenschaften ist es möglich, die Flammschutzplatten ohne erhebliche Schwierigkeiten auf die zu schützenden Gegenstände mittels mechanischer Methoden oder Verkleben aufzubringen oder innerhalb derselben anzuordnen. Sie haben ferner die Eigenschaft, sich zu einer stabilen und sehr feinporigen Schaumschicht aufzublähen. wenn sie mindestens so hohen Temperaturen, wie z. B. im Falle eines Brandes, ausgesetzt werden, dass das in ihnen noch enthaltene Wasser siedet.
Diese Schaumschichten haben im Gegensatz zu Schichten, die man ohne den Zusatz der Fasern herstellt, wegen der Verstärkung durch das Fasergerüst nicht mehr die Neigung zum Reissen und ergeben infolgedessen geschlossene Gebilde mit einem sehr hohen Widerstand gegen den Durchgang von Wärmeenergien. Vor allem können offene Flammen wegen der geschlossenen Struktur der Schaumschichten nicht mehr durchschlagen. Je nach der Art des Erhitzens werden die Platten verschieden stark bis auf etwa das 15fache ihrer ursprünglichen Stärke aufgebläht. Die wärmedämmende Wirkung der erfindungsgemäss hergestellten Brandschutzplatten übersteigt zudem ganz erheblich die Wirkung der oben erwähnten Anstriche bzw. die der porösen Baustoffe.
Technisch besonders vorteilhaft ist, dass die neuen Flammschutzplatten in ungeschäumter Form eingebaut werden können. Damit ist es möglich, gegenüber den vorgeformten Isolierstoffen, z. B. den oben genannten porösen Asbestplatten, verformten Filzen und Schaumstoffen, mit einem sehr geringen Raumbedarf auszukommen.
Die erfindungsgemäss angewandten Alkalisilikate, vorzugsweise Natrium- und Kaliumsilikate, können als wässerige Lösungen beliebiger Konzentration angewandt werden. Unter Lösungen verstehen wir auch kolloidale Lösungen, d. h. auch Dispersionen. Vorteilhafterweise verwendet man jedoch konzentrierte, aber noch fliessbare wässerige Lösungen, z. B. im Falle von Natriumsilikatlösungen solche mit einem Gehalt von etwa 50 bis 70 Gew.-*% (entsprechend 37-50 Be) Trockensubstanz, bezogen auf die Lösung.
Es ist zweckmässig, etwa 10 - 25 Gew. -0/0 Fasermaterial, bezogen auf die angewandte Menge des wasserfreien Alkalisilikates. zuzusetzen, um einen mechanisch festen, gut verarbeitbaren und wirksamen Körper zu erhalten. Es ist aber auch möglich, mit einem Faserzusatz bis zu 60% zu arbeiten. Anderseits werden auch, gegenüber einer Wasserglasplatte ohne Faserzusatz, schon deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften und ein verbessertes Schaumvermögen beobachtet, wenn die erfindungsgemässen Flammschutzplatten einen Faser-bzw. Gewebeanteil von nur 0, 5le, bezogen auf das wasserfreie Alkalisilikat. enthalten.
Verfahrenstechnisch ist es besonders zweckmässig, bei der Behandlung des Fasermaterials mit Alkalisilikatlösung so vorzugehen, dass diese mit einem Netzmittel versetzt wird. Dadurch erreicht man, dass die Benetzung schnell und einwandfrei geschieht. Es können die üblichen Netzmittel, wie z. B. Alkalisalze von Sulfonsäuren, verwendet werden.
Durch Zusatz von färbenden Stoffen werden farbige Flammschutzplatten erhalten, die sich auf Grund ihrer Farbigkeit und Unbrennbarkeit vorzüglich für Dekorationen in Warenhäusern oder Schaufenstern sowie als unbrennbare Kulissen in Filmateliers und Theatern eignen.
Derartige gefärbte Flammschutzplatten lassen sich in einfacher Weise, beispielsweise durch Schneiden in Segmente der jeweils gewünschten Form zerlegen, die dann durch an sich bekannte Methoden, wie z. B. Aufnageln oder Aufkleben auf eine Unterlage zu der gewünschten Bildkomposition zusammengefügt werden können.
Die erfindungsgemässen, blähbaren Flammschutzplatten können durch Überzüge, wie z. B. Kunststoffschichten, gegen das Verdunsten des als Treibmittel dienenden Wassers bzw. gegen eine äussere Einwirkung von Wasser, Chemikalien usw.. geschützt werden.
Zur Erzielung eines fest haftenden Verputzes oder eines fest haftenden Überzuges durch Aufkaschieren von Kunststoffplatten u. dgl. ist es zweckmässig, in die Fasern oder Gewebe enthaltenden Alkalisilikatplatten vor oder nach ihrer Verfestigung teilweise aus der Oberfläche herausragende, vorzugsweise längliche oder kantige Körper einzubringen.
Hiefür kommen beispielsweise körniger Sand, Gipsbrocken, Dübel aus Metall oder andern Materialien in Betracht. Die Grösse dieser Körper richtet sich einerseits nach der Dicke der Alkalisilikatschicht,
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stündiger Hitzebeanspruchung nicht, da die Flamme an keiner Stelle durch die Schaumschicht durch- schlagen kann.
Beschichtet man eine Polystyrol-Schaumplatte nur mit Wasserglas, so schlägt bei der gleichen Ver- suchsanordnung die Flamme bereits nach wenigen Minuten durch und setzt den dahinter liegenden Polyi styrolschaum in Brand, weil die Schutzschicht aufreisst.
Beispiel 12 : Auf eine glasfaserverstärkte Polyesterplatte wird eine gemäss Beispiel 1 - 3 herge- stellte Flammschutzplatte unter Verwendung eines hochviskosen Dispersionsklebers aus einem Mischpoly- merisat aus Acrylsäuremethyl- und Acrylsäurebutylester aufgeklebt. Setzt man die derart hergestellte
Zweischichtplatte, wie im vorhergehenden Beispiel beschrieben, einer Flamme aus, so zersetzt sich zu- ) nächst die Klebeschicht unter Braunfärbung. Die glasfaserverstärkte Polyesterplatte wird jedoch infolge der guten Wärmedämmung der unter der Hitzeeinwirkung entstandenen Schaumschicht vor der Zersetzung bewahrt. Auch nach mehrstündiger Hitzeeinwirkung hat sich die Polyesterplatte nicht entzündet.
Beispiel 13 : In eine Metallwanne mit den Abmessungen 135 x 45 X 5 cm, die mit einer Folie aus Polypropylen ausgekleidet ist, werden 100 g Glasfasern mit einer mittleren Stapellänge von 3 bis 5 cm i und 4000g einer wässerigen Lösung von Natriumwasserglas mit einem Trockengehalt von 50% eingegeben und etwa 1 h bei Temperaturen von etwa 1100C getrocknet. Auf die hiebei entstandene, noch plastische
Platte werden etwa 2 kg Sand mi : einer durchschnittlichen Korngrösse von 2 bis 3 mm gleichmässig auf- gestreut und gelinde eingedrückt. Anschliessend wird nochmals 2 h bei etwa 1100C getrocknet. Auf die nunmehr feste Platte wird eine etwa 2 cm dicke Verputzschicht, hergestellt aus 3 Gew.-Teilen feinem ) Sand, 1 Teil Zement und etwa 1 Teil Wasser, aufgebracht.
Die Verputzschicht haftet nach dem Abbin- den gut auf der Alkalisilikatplatte.
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eingelegt. Darüber werden 250 g Glasfasern mit einer Stapellänge von 3 bis 5 cm gleichmässig aufge- ! schüttet. Mit Hilfe einer durchlochten ebenen Schale werden 5000 g einer wässerigen Natriumwasserglas- lösung mit einem Trockengehalt von etwa 500/0 eingegeben und die Mischung über Nacht bei 70 C ge- trocknet, wobei eine etwa 1, 5 mm starke Platte mit einem durchschnittlichen Wassergehalt von 20% er- halten wird.
Die so hergestellte Platte wird auf einen quadratischen Holzrahmen mit einer Kantenlänge von 40 cm aufgenagelt, wobei die mit dem Drahtnetz versehene Seite zum Rahmen hin gerichtet ist. Der Rahmen wird derart in eine Halterung eingespannt, dass die mit der Flammschutzplatte versehene Seite nach un- ten gerichtet ist. Nach Auflegen eines 5 kg-Gewichtes. wird die Platte 30 min lang intensiv von unten mit zwei Bunsenbrenner erhitzt. Die hiebei entstehende Schaumschicht weist erst nach dem Abkühlen lediglich kleine Risse auf, wobei jedoch eine zusammenhängende Platte erhalten bleibt. Auch an der
Nagelstelle bricht die Schaumschicht nicht durch. Dem gegenüber bricht bei einem entsprechenden Ver- such, der mit einer Flammschutzschicht ohne eingebautes Drahtnetz durchgeführt wird, das Gewicht durch.
Ähnliche Ergebnisse werden erzielt, wenn nur 110 g Glasfasern oder an Stelle der Glasfasern ein
800 g schweres Glasfaservlies verwendet werden.
Beispiel 15 : In die in Beispiel 14 beschriebene Form werden 120 g Glasfasern gleichmässig ein- gegeben, dann wird das in Beispiel 14 beschriebene Drahtnetz aufgelegt und schliesslich nochmals 130 g
Glasfasern eingegeben. Hierauf werden 5000 g einer wässerigen Natriumwasserglaslösung mit einem
Trockengehalt von 50% vorsichtig eingedüst. Es wird 16 h bei 700C getrocknet, wobei eine Schichtplatte mit hoher Dauerstandfestigkeit erhalten wird.
Beispiel 16 : Zwischen zwei quadratischen, l, 2 mm starken Brandschutzplatten mit einer Kan- tenlänge von 30 cm, die 33% eines Glasfaservlieses enthalten, wird ein Maschendrahtnetz mit einem
Drahtabstand von 2, 5 cm und einem Gewicht von 40 g eingelegt. Auf die äusseren Oberflächen der Brand- schutzplatten wird ein mit Polyäthylen beschichtetes Papier aufgelegt, wobei die Papierseite auf die
Oberfläche der Flammschutzschichten zu liegen kommt. In einer Presse werden diese Schichten zwischen einigen Bogen weichen Filterpapieres 30 min bei 1000C und einem Druck von 200 atm verpresst.
Die so erhaltene Flammschutzplatte ist ausserordentlich druck-und biegefest und widerstandsfähig gegenüber Einwirkung von Wasser oder Feuchtigkeit.
Beispiel 17 : In die in Beispiel 14 beschriebene Form werden zunächst 140 g Stapelglasseide mit einer Stapellänge von 3 bis 5 cm gleichmässig eingestreut und darüber 130 g Steinwolle aufgelegt. Dann werden 7000 g Natriumwasserglas (37 Bé) eingegeben.
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Mit Hilfe einer Gummiwalze wird die Steinwolle gut in die Wasserglasschicht eingedrückt. Anschlie- ssend wird etwa 15 h bei 70 C getrocknet. Die so hergestellte 3 - 4 mm dicke Brandschutzplatte mit einem Wassergehalt von etwa 40%, bezogen auf das Gewicht der festen Platte, gibt beim Erhitzen auf
4000C eine besonders druckfeste und feinporige Schaumschicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von unter der Einwirkung von hohen Temperaturen verstärkt thermisch isolierende Eigenschaften annehmenden Flammschutzplatten, dadurch gekennzeichnet, dass man künstliche Fasern anorganischer Natur in eine Schicht einer Alkalisilikatlösung in einer Menge bis zu 60 Gew.- bezogen auf das wasserfreie Alkalisilikat, einbettet und die erhaltene Schicht anschliessend durch Wasserentzug zu einer dichten Platte verfestigt.