CH667642A5

CH667642A5 - Verfahren zur herstellung eines verbundschichtkoerpers.

Info

Publication number: CH667642A5
Application number: CH610/85A
Authority: CH
Inventors: Jeffery Lee Barrall; Ronald Jay Leib; Debra Lynne-Truman Morris
Original assignee: Armstrong World Ind Inc
Priority date: 1984-03-12
Filing date: 1985-02-11
Publication date: 1988-10-31
Also published as: NL8500706A; AT388703B; JPS60228142A; GB2155402A; ES8603614A1; CA1229294A; AU572943B2; FR2560820A1; GB2155402B; AU3775385A; DE3504953A1; FR2560820B1; IT8519316A0; ES541161A0; SE8501186L; GB8506393D0; IT1183129B; BE901902A; ATA23585A; LU85766A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundschichtkörpers, insbesondere eines für Wände, Trennwände , dekorative Oberflächen und dergleichen verwendbaren Verbundschichtkörper.

Der Aufbau von laminierten Plattenmaterialien war bereits Gegenstand umfangreicher Untersuchungen in der Industrie. Insbesondere ist nach Stoffen gesucht worden, die geringes Gewicht aufweisen, gut aussehen sowie robust, dauerhaft und feuerbeständig sind. Die letzteren Eigenschaften haben besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Innenflächen von

Gebäuden, Flugzeugen, Autos und dergleichen werden häufig aus organischen Stoffen hergestellt. Wenn diese Wärme oder Feuer ausgesetzt sind, wird toxischer Rauch frei, der in vielen Fällen zur Erstickung oder bei den diesem Rauch ausgesetzten 5 Personen zu schweren Lungenschäden führt. Die Industrie hat daher viel Zeit und Anstrengungen für den Versuch aufgewandt, Produkte zu entwickeln, die sämtliche erwähnten Eigenschaften aufweisen, jedoch bei Feuereinwirkung keinen toxischen Rauch entwickeln.

io Bekannt ist eine Anzahl von Druckschriften, die sich mit den Möglichkeiten der Herstellung von feuerbeständigen Produkten beschäftigen. So z. B. beschreibt die US-PS 2 744 589 Wandplatteneinheiten, die eine isolierte Platte enthalten, wobei der Kern doppelt isoliert ist. Als Isoliermaterialien werden Steinwolle und 15 Gipsplatten angegeben. In ähnlicher Weise beschreibt auch die US-PS 3 466 222 ein Gemisch aus Stoffen, die als solche für die Verwendung als Feuerhemmittel nicht geeignet sind, jedoch in Kombination Schichtkörper zu bilden vermögen, die feuerbeständig sind.

20 Die US-PS 4 375 516 beschreibt formhaltige, wasserbeständige phosphatkeramische Stoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung. Sowohl geschäumte als auch ungeschäumte Stoffe können nach den in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die danach hergestellten Produkte sind sehr 25 geeignet für die Verwendung als Wandplatten, Deckenplatten und dergleichen. Ausserdem sind diese Produkte feuerbeständig, da sie ausschliesslich oder vorwiegend als anorganische Gemische hergestellt werden können.

Dennoch sind die gemäss der zitierten Patentschrift hergebe stellten Produkte nicht für alle Verwendungszwecke völlig zufriedenstellend, da sie ihrer Natur nach steif sind, d. h. dass die Platten unter Spannung eher dazu neigen zu brechen, als sich zu verbiegen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit 35 in der Bereitstellung von anorganischen Platten, die ihrer Natur nach biegsam, jedoch auch fest und dauerhaft sind,

in der Bereitstellung von feuerbeständigen Platten, die bei Wärme- oder Feuereinwirkung quellen und nur wenig oder überhaupt keinen Rauch und keine Dämpfe erzeugen, und 40 in der Bereitstellung von anorganischen Schichtkörpern, die biegsam sind, selbst wenn sie unter Verwendungvon Stoffen ausgeführt werden, die im Stand der Technik als zur Herstellung von steifen Produkten geeignet beschrieben werden.

Diese Aufgabe wird durch die gemäss Anspruch 1 erhaltenen 45 Verbundschichtkörper gelöst. Die bevorzugten Produkte sind feuerbeständig, quellen bei Hitze- oder direkter Hammeneinwirkung und erzeugen nur wenig oder überhaupt keinen Rauch. Dennoch sind diese Produkte zäh, dauerhaft und geeignet für die Erzielung eines dekorativen und ansprechenden Aussehens, so Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens führen zu feuerbeständigen Verbundschichtkörpern, die eine Vielzahl von Schichten zumindest eines Typs von Schichtmaterial und eine Vielzahl von Schichten aus einem wasserbeständigen Phosphatbindemittel enthalten. Das Binde-55 mittel enthält ein Gemisch, das ein Metalloxid, Calciumsilikat und Phosphorsäure aufweist. Jede Schicht des Schichtmaterials an die angrenzenden Schichten des Schichtmaterials ist durch das Bindemittel gebunden. Der erfindungsgemäss erhaltene Verbundschichtkörper vermag bei Flammen- und/oder Wärmeein-60 Wirkung zu quellen.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Bildung eines Verbundschichtkörpers umfasst die Stufen der Herstellung von zusammengesetzten Schichten aus zumindest einer Schicht eines Phosphatbindemittelgemisches, das ein Metalloxid, Calciumsili-65 cat und Phosphorsäure aufweist, wobei dieses Gemisch geeignet ist für die Erzielung eines wasserbeständigen Phosphatbindemittels, und zumindest einer Schicht zumindest eines Typs von Schichtmaterial, wobei der Verbundschichtkörper so angeordnet

ist, dass die angrenzenden Schichten des Schichtmaterials mit den dazwischenliegenden Schichten des Bindemittelgemisches in Kontakt stehen, und der Härtung des geschichteten Gemischs, gegebenenfalls unter Anwendung von Wärme und/oder Druck.

Die einzigartigen Eigenschaften der Produkte, die erfin-dungsgemäss hergestellt werden können, sind in erheblichem Masse der Verwendung eines Phosphatbindemittelgemisçhs zuzuschreiben, das für die Erzielung eines wasserbeständigen phosphatkeramischen Materials geeignet ist. Gemäss der gegenwärtigen Lehre des Standes der Technik sind diese Stoffe für die Herstellung von steifen geschäumten und ungeschäumten phosphatkeramischen Produkten geeignet. Überraschenderweise wurde jedoch gefunden, dass derartige Gemische, als relativ dünne verbindende Schicht angewandt, geeignet sind für die Herstellung von hochbiegsamen Schichtkörpern. Beispiele für Gemische, die geeignet sind für die Erzielung dieses Ergebnisses, werden z. B. in der US-PS 4 375 516 beschrieben. In dieser Patentschrift heisst es, dass Gemische, die Calciumsilikat, Phosphorsäure und ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Zinkoxid sowie Hydrate davon, enthalten, zur Herstellung von wasserbeständigen Phosphatstoffen umgesetzt werden können. Es wurde jetzt jedoch gefunden, dass auch andere Metalloxide wasserbeständige Phosphatstoffe erzielen lassen. Die Erfindung umfasst somit sämtliche Gemische, die ein Metallo-xid, Calciumsilikat und Phosphorsäure enthalten, mit der Massgabe, dass diese Gemische unter Erzielung eines wasserbeständigen Stoffes reagieren.

Diese Gemische werden vorzugsweise in relativ dünnen Schichten in einer Dicke in der Grössenordnung von ca. 0,025 bis 0,5 mm auf die Oberfläche eines Schichtmaterials aufgebracht, das ein verstärkendes oder ein nichtverstärkendes Material sein kann. Die Gemische können in normaler Konsistenz aufgebracht werden, können aber auch als mechanisch geschäumte Gemische aufgebracht werden. Sind sehr dünne Beschickungen oder Schichtkörper von geringem Gewicht erwünscht, so wird die zuletzt genannte Technik bevorzugt, da der Schaum in einer Dicke von ca. 0,025 mm aufgebracht werden kann, wonach die Dicke auf ein geringeres Mass reduziert werden kann, sobald der Schaum zusammenfällt. Als weitere Alternative kann das Bindemittelgemisch diskontinuierlich auf Teile des Schichtkörpers aufgebracht werden. Der Ausdruck «Schicht» des Bindemittels umfasst somit Anwendungsformen, bei denen dieses gieichmäs-sig und auch ungleichmässig aufgebracht wird.

Nach der Aufbringung des Bindemittelgemisches kann dann das beschichtete Material gehärtet werden oder es wird mit einer zweiten Schicht desselben oder eines anderen Schichtmaterials beschichtet und danach gehärtet. Die Härtung kann unter Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Sind jedoch dichtere Produkte erwünscht, kann die Härtung auch unter Druck erfolgen. Ausserdem kann zur Beschleunigung des Härtungsprozesses die Wärme auch während der Härtung zugeführt werden.

Für die erfindungsgemässen Schichtkörper kann eine Vielzahl von Stoffen verwendet werden. So z. B. können Packpapier, Handtuchpapier, Mull, gewebte und nicht gewebte Glasmatten, gewebte und nichtgewebte synthetische Stoffe wie Polyester, Nylon u. a., gehackte Fasern aus verschiedenen Stoffen, Mineralwolle, Drahtnetzgewebe und andere allgemein bekannte Stoffe, allein oder in Kombination als Schichtstoffe verwendet werden. Ausserdem können auch nichtverstärkende Stoffe, wie verkittende Stoffe und dergleichen verwendet werden, obwohl diese in den meisten Fällen zu steifen Produkten führen.

Besonders wirksame verstärkende Stoffe zur Verwendung im Gemisch mit Phosphatbindemitteln sind erfindungsgemäss solche, wie sie in der US-PS 4 239 519 beschrieben werden. Die zitierte Patentschrift beschreibt eine Klasse von Stoffen, die hier als «synthetische Glimmerstoffe» bezeichnet werden. Im wesentlichen handelt es sich um Nicht-Asbestpapieie oder -bahnen, die

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aus Silicatgelen durch Kationenaustauschreaktionen erhalten werden. Stoffe dieses Typs sind für ihre relative Unbeeinflussbar-keit durch hohe Temperaturen bekannt, ausserdem weisen sie eine hohe Biegsamkeit auf.

Schichtkörper, die Schichten aus Phosphatbindemitteln und synthetischen Glimmerbahnen umfassen, haben bemerkenswerte Eigenschaften gezeigt. Werden z. B. derartige Verbundstoffe der direkten Flammeneinwirkung ausgesetzt, dann erweisen sich diese nicht nur als feuerbeständig und relativ rauchfrei, sondern zeigen auch Quellungseigenschaften. Die direkte Flammeneinwirkung auf eine Fläche des Schichtkörpers verursacht nämlich eine offensichtliche Schichtentrennung innerhalb des Körpers, was zur Bildung von lufterfüllten Räumen führt. Diese haben isolierenden Charakter, was starke Temperaturunterschiede zwischen den beiden Seiten eines auf diese Weise getesteten Körpers bewirkt. Obwohl z. B. eine Seite eines relativ dünnen Körpers mit einer Dicke in der Grössenordnung von 1,5 mm der direkten Flammeneinwirkung bei einer Temperatur von ca. 1120 °C während 1 Minute ausgesetzt wurde, kam es zu einer inneren Quellung, wobei die Temperatur auf der entgegengesetzten Seite des Körpers unter 316 °C lag.

Dieses Phänomen beschränkt sich nicht nur auf unter Verwendung von synthetischen Glimmerstoffen aufgebauten Schichtkörpern. So z. B. zeigen auch Packpapier enthaltende Schichtkörper Quellungseigenschaften. Auch diese Schichtkörper zeigen beim Test, wie oben beschrieben, starke Temperaturunterschiede. Der Grund für die Schichtentrennung ist noch nicht bis ins letzte geklärt, obwohl angenommen wird, dass dies mit dem im Körper enthaltenen Wasser zusammenhängt.

Neben den quellungsfähigen Schichtkörpern können auch durch Aufnahme eines Drahtsiebes als einer der Schichten wärmeleitende Schichtkörper hergestellt werden. Schichtkörper dieses Typs haben sich als durchaus wirksam bei der Wärmeableitung von der Einsatzstelle erwiesen. Auf diese Weise sind diese Stoffe geeignet für wärmeleitende Dichtungen und dergleichen.

Die Dicke der erfindungsgemäss hergestellten Schichtkörper kann stark variieren. Je nach Wunsch kann der Körper zwischen sehr dünn (z. B. 0,76 mm) und sehr dick (z. B. 12,7 mm oder darüber) variieren. Es sind Schichtkörper hergestellt worden, die lediglich aus einer einzigen Schicht eines verstärkenden Stoffes und einer Schicht Phosphatbindemittel bestehen oder aus 37 Verstärkungsschichten und 36 Schichten Phosphatbindemittel. Diese Illustration bedeutet jedoch keine Einschränkung der Zahl der Schichten, aus denen ein Schichtkörper aufgebaut werden kann. Ausserdem ist keine Notwendigkeit gegeben, die verstärkenden Stoffe, wie sie zur Herstellung des Schichtkörpers verwendet werden, auf einen einzigen Typ zu beschränken. Es können auch Gemische bzw. Kombinationen von verstärkenden Stoffen vorteilhaft sein.

Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen deutlich, die lediglich illustrierenden und nicht einschränkenden Charakter haben.

Beispiele

Beispiel 1

Ein Phosphatbindemittel wurde aus folgenden Komponenten hergestellt:

Komponenten Gewicht (g)

A1203.3H20 15,0

MgO 8,0

Talk 16,0

75% H3PO4 (53,0% P205) 105,0

H3BO3 4,0

CaSi03 100,0

H20 18,0

3

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

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Ein Phosphatbindemittel wurde hergestellt durch Bereitung einer Reaktionslösung, die Phosphorsäure, Aluminiumoxid und Wasser enthielt. Nach Erhalt einer klaren Lösung, und während diese noch warm war, wurde Borsäure zugesetzt, wonach das Gemisch gerührt wurde, bis es wieder klar war. Die Reaktionslösung wurde auf 4 °C abgekühlt, wonach ein Gemisch der trockenen Komponenten zugesetzt wurde.

Auf jede von 5 Doppelschichten aus Maschengewebe vom Typ Reichhold Modiglass 2,5X-SM mit einer Abmessung von 7,6 cm x 30,5 cm wurden rasch 0,075 mm dicke Schichten der angeführten Rezeptur aufgezogen. Die fünf Schichten wurden dann unverzüglich übereinander geschichtet und während 25 Sekunden unter einem Druck von 3,9 MPa in einer auf 121 °C erwärmten Presse miteinander verpresst. Die erhaltene Bahn war fest und wasserbeständig, ausserdem auch noch biegsam.

Der Bruchmodul des Schichtkörpers, im wesentlichen gemessen nach ASTM D-1037 betrug 14,8 MPa. Der Elastizitätsmodul wurde mit 9,6 MPa errechnet. Die Feuerbewertungsskala umfas-ste die Werte 0 für Schwelen und 2 für Entflammen, im wesentlichen gemessen nach ASTM E-662-79.

Beispiel 2

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, nur dass die Presse auf einer Fläche mit einer Prägeplatte ausgestattet war. Die erhaltene Probe gab die sehr feinen Details der Prägeplatte wieder.

Beispiel 3

Auf jede von 10 getrennten Packpapierbahnen mit den Abmessungen 30,5 cm x 30,5 cm x 0,03 mm wurde eine 0,025 mm dicke Schicht Phosphatbindemittel der in Beispiel 1 angeführten Rezeptur aufgezogen. Unmittelbar danach wurden die 10 Bahnen aufeinandergeschichtet und 1 Minute lang unter einem Druck von 3,9 MPa in einer auf 93 °C erwärmten Presse miteinander verpresst. Die erhaltene Probe war fest und biegsam , wenn auch nicht so biegsam wie der glasverstärkte Körper in Beispiel 1. Der Bruchmodul, gemessen wie in Beispiel 1, betrug 31,6 MPa.

Der Verbundkörper wurde in Stücke mit den Abmessungen 10,2 cm x 10,2 cm geschnitten, wonach zweiStücke willkürlich für Testzwecke ausgewählt wurden. Jedes Stück wurde waagrecht auf einem Ringständer angeordnet, wonach an der Stelle der Unterseite, an der die Spitze derblauen Propanflamme vorgesehen war, ein erstes Thermoelement angebracht wurde. Ein zweites Thermoelement wurde auf der Oberseite des Schichtkörpers unmittelbar über dem ersten Thermoelement angeordnet. Bei der Einwirkung der Flamme wurden dann an beiden Thermoelementen die Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Die Dicke von Probe 3A stieg bei Erwärmung während 7 Minuten von 2,2 mm auf 5,1 mm. Nach diesem Zeitraum mass das Thermoelement auf der Flammenseite eine Temperatur von 1034 °C, während dieTemperatur auf der Oberseite 328 °C betrug. Die Probe 3B wurde 6 Minuten lang erwärmt und zeigte einen Anstieg der Dicke von 2,2 mm auf 4,2 mm. Auf der Flammenseite wurde eine Temperatur von 1066 °C gemessen und auf der Oberseite eine Temperatur von 378 °C.

Beispiel 4

Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde ein Phosphatbindemittel hergestellt, nur dass es 50 Gew.-% gefärbtes Kieselerdegranulat Nr. 17 der Firma Ottawa Silica Company enthielt. Die Bereitung des Phosphatbindemittels erfolgte durch Mischen des Granulats mit den Trockenkomponenten. Das gefüllte Bindemittel wurde dann in einer 0,075 mm dicken Schicht auf eine Bahn von Glaspapier der Firma Johns-Manville aufgezogen. Gleichzeitig wurden auch 0,08 mm dicke Schichten auf drei getrennte Dreifachbahnen von Modiglass-Maschengewebe, wie im Beispiel 1

beschrieben, aufgezogen. Die drei Modiglass-Schichten wurden aufeinandergeschichtet, wonach über dieses Paket noch die Aussenschicht aus granulatgefülltem Bindemittel geschichtet wurde. Das so gebildete Paket wurde dann unter einem Druck

5 von 3,9 MPa bei einer Temperatur von 104 °C während 2 Minuten verpresst, wodurch man eine biegsame Bahn mit guter Kratzfestigkeit erhielt.

Beispiel 5

io Das Verfahren nach Beispiel 4 wurde wiederholt, nur dass die Presse auf einer Seite mit einer Prägeplatte ausgestattet war. Das erhaltene Produkt zeigte die feinen Details der Prägeplatte.

Beispiel 6

15 Ein Phosphatbindemittel wurde aus den folgenden Komponenten bereitet:

Komponenten Gewicht (g)

20 A1203.3H20 18,0

MgO 8,0

Talk 16,0

75% H3PO4 (53,0% P205) 108,0

H3BO3 4,0

25 CaSi03 100,0

H20 18,0

Die Reaktionslösung wurde durch Mischen von Phosphorsäure, Wasser und Aluminiumoxidtrihydrat und Rühren bis 30 zur Erzielung einer klaren Lösung bereitet. Danach wurde der erhaltenen warmen Lösung Borsäure zugesetzt und gerührt. Nachdem die Reaktionslösung wieder klar geworden war, wurde sie auf ca. 2 bis 4 °C abgekühlt.

148 g der kalten Flüssigkeit wurden dann unter starkem 35 Rühren mit 124 g der Trockenkomponenten versetzt, die vorgängig zur Erzielung eines gleichförmigen Materials gemischt worden waren. Das erhaltene Gemisch wurde dann bis zur Homogenität gerührt und dann zur Aufrechterhaltung der flüssigen Konsistenz, d. h. zur Verzögerung der Wechselwirkung zwischen 40 den Komponenten in ein Eisbad gegeben. Die Topfzeit für dieses Material konnte je nach dem Vermögen der Kontrolle der exothermen Reaktionstemperatur im Eisbad zwischen ca. 30 Sekunden und ca. 7 Minuten schwanken.

Aus den nachfolgend genannten Komponenten wurde eine 45 synthetische Glimmerplatte hergestellt:

Komponenten Gewicht (g)

Magnesiumfluorhectorit 100,0

50 gebleichte Rotholzzellulose 10,0

Glasfasern 1/8" DE 5,0

Flockungsmittel Polymin P 0,075

Flockungmittel Hydraid 777 0,037

5;

Wasser

Die gebleichte Rotholzzellulose wurde mit Hilfe eines Holländers (Hydropulper) in Wasser dispergiert und in einer Stoffmühle vom Typ Jordan Refiner bis zu einem Mahlgrad von 500 60 (Canadian Freeness) raffiniert. Die raffinierte Pulpe wurde dann in einen grossen, oben offenen Tank transferiert und mit den Glasfasern aufgeschlämmt. Nach Beschickung des Tanks mit der erforderlichen Wassermenge zur Erzielung einer Konsistenz von 1,3% Feststoffgehalt wurde der ausgeflockte Niederschlag von 65 Magnesiumfluorhectorit zugesetzt und das Gemisch bis zur Homogenität gerührt. Danach wurden Polymin P und Hydraid 777 zugesetzt. Unmittelbar danach liess man das Gemisch auf das Formungssieb einer Fourdrinier-Maschine fliessen. Nach Entfer-

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nung des Hauptanteils des Wassers wurde die Matte in einer Reihe von Vakuumpressen der Vakuumbehandlung unterzogen. Durch den Transport der synthetischen Glimmermatte über eine erwärmte Trommel wurde der Restwassergehalt entfernt.

Eine dünne Schicht des erwähnten Phosphatbindemittels (I) wurde in einer annähernden Dicke von 0,25 mm auf die Oberfläche einer synthetischen Glimmerplatte (S) aufgebracht. Unmittelbar danach wurde ein Stück Microlith-Glasplatte (G) vom Typ SH20/1 der Firma Glaswerk Schuller GmbH auf das Bindemittel gelegt und damit durchtränkt, wonach auf die Glasschicht eine zweite Bahn aus synthetischem Glimmer gelegt wurde. Das gesamte Paket wurde dann in eine Presse zwischen Glasoberflächen gelegt und unter einem Druck von 1,8 MPa 5 Minuten lang bei 77 °C verpresst. Nach dem Pressen wurde der verpresste Verbundkörper bei 77 °C einige Minuten lang zur Entfernung des Wassers konditioniert, wodurch man ein festes und biegsames Produkt erhielt.

Es ist festzustellen, dass aufgrund der Porosität der Glasplatte das Bindemittel nicht auf beiden Seiten aufgebracht werden musste. Das Bindemittel war in der Lage, unter Druck durch die Glasschicht hindurchzutreten, d. h. sie zu durchtränken, so dass die beiden angrenzenden Schichten des synthetischen Glimmers mit dem Glas über eine einzige Bindemittelschicht verbunden werden konnten. In diesem Beispiel und in den folgenden Beispielen ist die Durchtränkung mit (Gl) oder (IG) angegeben. Bei diesem Beispiel handelte es sich somit um die Schichtstruktur S(IG)S.

Beispiel 7

Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, nur bildeten die Glasplatten die Aussenschichten, und der Verbundkörper hatte die Struktur (GI)S(IG). Die Glasplatten wurden über das Phosphatbindemittel mit der einzigen Innenschicht aus der synthetischen Gümmerbahn verbunden, indem man den Verbundkörper in eine Presse legte, die mit muldenförmig gemusterten Prägeplatten ausgestattet war. Diese verliehen der Oberfläche des Schichtkörpers eine feine Textur in einer gewünschten Zeichnung.

Probe Struktur

Bruch

Elastizi

modul tätsmodul

(MPa)

5 9A SISISIS

10,2

2,5

9B S(IG)S(IG)S(IG)S

11,0

2,7

9C* S(IG)S(IG)S(IG)S

11,8

3,3

9D (GI)S(IG)S(IG)S(IG)S(IG)

24,2

8,9

10 * = wurde in einer 0,3 mm dicken Schicht aufgezogen.

15

Die Ergebnisse für diese Proben zeigen einen erheblichen Anstieg der Festigkeit, wenn der Schichtkörper mit der Glasplatte abgedeckt wird.

Probe

•>n

Struktur

Bruchmodul (MPa)

Elastizitätsmodul (MPa)

9E

9F**

9G 9H

25

(GI)SISISIS(IG) (GI)SISISIS(IG) (GI)SISIS(IG) (GI)SIS(IG)

22,6 27,4 22,8 24,6

9,1 8,8 9,5 9,0

** = anstelle der Glasplatte SH20/1 wurde die Glasplatte SH 50/ 1 verwendet.

30

Bei Vergleich mit den für Probe 9D erhaltenen Werten zeigen diese Ergebnisse, dass die Abdeckung mit den Maschengewebebahnen erheblich mehr zur Festigkeitdes Schichtkörpers beiträgt als die inneren Glasplatten.

35 91 9J 9K

40

SISIS

S(IG)S(IG)S IS(IG)S(IG)SI

12,0 16,3 16,5

5,0 6,0 7,3

Diese Daten dienen zu Vergleichszwecken.

Beispiel 8

Das Verfahren nach Beispiel 7 wurde wiederholt, nur dass man den Schichtkörper zwischen ein geschäumtes Silikonkautschukpolster und eine eine Zeichnung aufweisende Metallpatrize oder -matrize legte. Diese ergab Formprodukte mit tief eingeprägten Bildern.

Beispiel 9

Eine Serie von Formkörpern wurde im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, wobei jede Probe synthetischen Glimmer, Phosphatbindemittel und gegebenenfalls eine Glasplatte enthielt. Wie in Beispiel 6 angegeben, durchtränkte das Phosphatbindemittel die Glasplatte derart, dass dieses, wenn es im Inneren eines Schichtkörpers enthalten war, zur Verbindung der angrenzenden Schichten aus synthetischem Glimmer diente, selbst wenn es nur auf eine Oberfläche der Glasplatte oder nur auf eine einzige Oberfläche der angrenzenden Bahnen aus synthetischem Glimmer aufgebracht worden war.

Die Bruchmodulwerte wurden nach ASTM D-1037 ermittelt, wohingegen der Elastizitätsmodul mit den üblichen mathematischen Mitteln aus dem Bruchmodul errechnet wurde. Der Aufbau jedes Schichtkörpers ist von der Oberseite zur Unterseite hin angegeben. Wenn nicht anders angegeben, wurde das Bindemittel in 0,20 mm dicken Schichten aufgezogen, und es wurde die Glasplatte SH 20/1 verwendet.

Beispiel 10

Dieses Beispiel illustriert die Ergebnisse, die erzielt werden, 45 wenn verschiedene Proben mit einem Propanbrenner, wie in Beispiel 3 beschrieben, erwärmt werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind nachfolgend für Schichtkörper mit verschiedenen Komponenten und verschiedener Gefügeanordnung angegeben.

so Die Erwärmung bewirkte merkliche Veränderungen in den Schichtkörpern, und diese Veränderungen waren umso stärker, je grösser die Zahl der Schichten war. Wurde z. B. eine einzige Bahn aus synthetischem Glimmer erwärmt, so kam es nur zu einer geringen Ausdehnung dieser Bahn. Wurden jedoch zwei 55 oder mehr Bahnen aus synthetischem Glimmer und Phosphatbindemittelschichten verwendet (mit oder ohne Glasverstärkung) , war die Blasenbildung stärker ausgeprägt. Die Wirkung dickerer Proben lag, wie unten zu ersehen ist, in den guten isolierenden Eigenschaften. Die Tabelle zeigt die Zunahme der 60 Dicke, die bei jeder Probe durch die Erwärmung verursacht wurde.

Die Proben waren aus Schichten aus der Glasplatte SH 20/1 und/oder synthetischem Glimmer verbunden, die miteinander durch Phosphatbindemittel, im wesentlichen wie im Beispiel 9 65 beschrieben, verbunden waren. Die erhaltenen Schichtkörper waren nicht geprägt. Sie wurden als Proben 10A bis 10H bezeichnet. In der Spalte «Struktur» ist die Schichtenfolge von oben nach unten angegeben.

667 642

6

Änderung der Dicke (mm)

Probe

Struktur

Probe

Struktur

Anfangsdicke

Enddicke

Zunahme

10A

S

0,7

0,9

0,2

10B

ISI

0,9

3,2

2,3

10C

(GI)S(IG)

0,9

3,3

2,4

10D

ISISI

1,4

3,8

2,4

10E

(GI)S(GI)S(IG)

1,6

4,4

2,8

10F

ISISISI

1,8

4,9

3,1

10G

(GI)S(GI)SIS(IG)

2,1

5,3

3,2

10H

(GI)S(GI)S(GI)S

2,1

6,3

4,2

IIA IIB lie im

11E 11F

SIS ISI S(IG)S (GI)S(IG) S(IB)S S(IW)S

10

Die Temperaturunterschiede wurden, wie folgt, bei den angegebenen Temperaturintervallen gemessen. Die Messungen erfolgten durch Subtraktion der Temperatur am Thermoelement der Oberseite (Ts) von der des Thermoelements der Flammenseite (Fs), was den Temperaturunterschied (D) ergibt.

Die Produkte wurden auf Zugfestigkeit und auf Biegsamkeit geprüft. Die Zugfestigkeit wurde im wesentlichen nach ASTM F-152 unter Verwendung von Probengrössen Typ 1 mit Hilfe eines Zugfestigkeitsprüfgeräts vom Typ Instron bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 2,54 cm/min und einer Geschwindigkeit des Registrierstreifens von 2,54 cm/min ermittelt; die Proben 15 waren jedoch nicht vorkonditioniert. Die Proben wurden in 1,25 cm lange hanteiförmige Stücke geschnitten mit Ausnahme von Probe 11F, die zu einem 2,54 cm langen hanteiförmigen Stück zugeschnitten wurde. Es wurden die nachfolgenden Ergebnisse erzielt:

20

Temperatur (in °C) wie angegeben

Probe Tempera- Zeitintervall (s) turmess-stelle

15

30

60

120

180

10A

Fs

1184

1193

1202

Ts

547

588

597

-

—

D

611

588

-

10B

Fs

1201

1217

1227

-

Ts

457

555

551

-

D

727 "

643

657

-

10C

Fs

1246

1277

1268

1254

1262

Ts

234

573

579

576

D

993

679

677

658

669

10D

Fs

1016

1091

1102

1115

1126

Ts

83

174

423

463

465

D

916

900

661

633

643

10E

Fs

1036

1117

1133

1137

Ts

71

118

289

390

402

D

948

985

810

725

718

10F

Fs

1127

1152

1183

1200

1190

Ts

82

93

185

379

385

D

1027

1042

981

803

787

10G

Fs

1194

1216

1213

1234

1239

Ts

77

83

138

348

364

D

1100

1114

1057

868

857

10H

Fs

1121

1108

1134

1176

1185

Ts

70

80

104

306

328

D

1033

1011

851

818

25

30

Probe

Ergebnisse

Last (in N)

Bruch

Druck

(in MPa)

IIA

112

(6,8)

7,2

(0,75)

IIB

53

(10,9)

5,5

(1,98)

11C

136

(16,8)

9,0

(1,69)

HD

111

(8,2)

8,5

(1,26)

11E

205

(9,1)

13,2

(1,26)

11F

663

(49,9)

41,0

(1,20)

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Erwärmung die Quellung der Schichtkörper verursacht.

Beispiel 11

Das Verfahren gemäss Beispiel 6 wurde unter Verwendung von synthetischem Glimmer, Glasmaschengewebe Schuller 20/1, Glasmaschengewebe Burlington Nr. 1653 Lenoweave (16 X 8) (abgekürzt «B») und/oder eines Windschutzscheibenrasters aus galvanisiertem Eisendraht (W) mit 2,2 bzw. 2,6 Litzen pro cm2 wiederholt. Es wurden folgende Proben hergestellt:

Die ermittelten Werte stellen einen Durchschnitt aus drei 35 Messungen dar, wobei die in Klammern angegebenen Werte die Differenz zwischen den bei jedem Versuch festgestellten höchsten und niedrigsten Werten darstellt.

Die Biegsamkeit wurde im wesentlichen nach dem üblicherweise als «Dornbiegeversuch» bezeichneten Versuch nach 40 ASTM F-147 ermittelt. Die Proben HA bis HD versagten beim Versuch unter Verwendung eines 2,54-cm-Dorns, die Probe 11F bestand den Versuch bei Verwendung eines 2,54 cm-Dorns, und die Probe HE bestand den Versuch bei Verwendung eines 2,22-cm-Dorns. Keine der Proben war vorkonditioniert.

45

Beispiel 12

Dieses Beispiel illustriert die Ergebnisse bezüglich des Wärmeableitungsvermögens bei Aufnahme eines Metallgitters in 50 einen Schichtkörper. Der Schichtkörper C mit der Struktur (GI)S(WI)S wurde auf übliche Weise hergestellt, nur dass in diesen Thermoelemente eingebaut wurden, wobei diese auf die obere Fläche der oberen Bahn aus synthetischem Glimmer gelegt wurden. Die Thermoelemente wurden dann durch Aufbringen 55 der oberen Schicht (Gl) eingehärtet. Die Thermoelemente wurden in genau definierten Abständen vom Punkt der Flammeneinwirkung entweder in Richtung des Drahtnetzes (WD) oder diagonal dazu angeordnet:

so Thermoelement

Anbringung

Abstand (cm)

TC1

Flammeneinwirkungspunkt

_

TC2

diagonal

5,08

65TC3

diagonal

10,16

TC4

diagonal

12,70

TC5

diagonal

15,24

TC6

WD

10,16

7 667 642

Der Schichtkörper C wurde unter Verwendung eines Draht- Kupferdrahtnetz enthielt. Der Schichtkörper A, der kein Drahtnetzes aus galvanisiertem Eisendraht, wie in Beispiel 11 beschrie- netz enthielt, wurde für Kontrollzwecke hergestellt. Es wurden ben, hergestellt, während der Schichtkörper B ein vergleichbares die nachfolgend angeführten Temperaturen gemessen.

Temperaturen

Zeit TC1 TC2

(min) A B C A B C

0 26,7 26,7 25,6 27,2 26,7 25,6

3 1088 1033 1043 74 88 99

10 1049 1018 1049 71 104 124

15 1016 1025 1021 93 114 127

TC3

TC4

A

B

C

A

B

C

0

27,2

26,7

26,1

27,2

26,1

0

37,2

38

35,6

34,4

35,0

31,7

10

37,8

42

35,0

37,2

35,6

15

39,0

43

35,6

37,8

36,7

TC5 TC6

A B C A B C

0 27,2 27,2 26,1 27,2 26,7 25,6

3 32,2 33,3 30,0 46 69 62

10 32,8 34,4 32,8 46 72 76

15 33,3 35 33,9 49 78 77

Diese Ergebnisse zeigen, dass ein in den Schichtkörper eingebautes Netz die Wärme vom Einwirkungsort aus zerstreut und dass ein Kupferdrahtnetz die Wärme wirksamer zerstreut als ein Drahtnetz aus galvanisiertem Eisendraht. Ausserdem ist bei Vergleich der Ergebnisse von TC 5 und TC 6 festzustellen, dass die Wärme in Drahtnetzrichtung wirksamer abgeleitet wird als diagonal dazu.

Beispiel 13

Dieses Beispiel illustriert die Herstellung einer Probe, die nicht unter Wärme- und Druckeinwirkung gehärtet worden war. Eine 0,15 mm dicke Schicht des im Beispiel 12 beschriebenen Bindemittelgemisches (ca. 125 g) wurde auf ein Stück 2,5X-SM-Modiglass-Maschengewebe mit den Abmessungen 30,48 x 30,48 cm aufgebracht, wonach ein zweites Stück Maschengewebe auf die Beschichtung gelegt wurde. Der so erhaltene Schichtkörper wurde kurz verpresst, um das Bindemittelgemisch in die entsprechenden Gewebeschichten zu drücken, wonach der Schichtkörper unter Umgebungsbedingungen gehärtet wurde. Die Härtung 35 wurde innerhalb von ca. 5 Minuten durchgeführt.

Beispiel 14

Dieses Beispiel illustriert die Beschichtung einer Maschenge-40 webeschicht mit einer geschäumten Bindemittelmischung. Das Bindemittelgemisch wurde hergestellt, wie in Beispiel 1 beschrieben, und während ca. 25 Sekunden gemischt. Der Mischung (268 g) wurden 10,1 g (3,8%) Tensid Millifoam der Firma Onyx Chemical Co. zugesetzt.

45 Der Schaum wurde durch mechanisches Mischen mit Hilfe eines Luftrührwerks während 40 Sekunden hergestellt. Dann wurde auf beide Flächen eines Stückes 7,5X-SM-Modiglass-Maschengewebe mit den Abmessungen 30,48x30,48 cm eine 0,075 mm dicke Schicht (ca. 82 g) aufgebracht. Das beschichtete 50 Maschengewebe wurde 25 Sekunden lang bei 82 °C zur Erzielung . einer gehärteten Bahn verpresst.

M

Claims

667 642 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundschichtkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens eine Seite wenigstens einer Schicht wenigstens einer Art von Schichtmaterial eine Schicht aus einem Phosphatbindemittelgemisch, enthaltend ein Metalloxid, Calciumsilikat und Phosphorsäure aufgebracht wird, wobei dieses Gemisch geeignet ist, ein wasserbeständiges Phosphatbindemittelmaterial als Deckschicht oder zum Binden weiterer Schichten von Schichtmaterial zu bilden, und der Schichtkörper gehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtkörper unter Anwendung von Wärme und/oder Druck gehärtet wird.

3.Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch in einer Dicke von 0,025 bis 0,5 mm aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch als mechanisch geschäumter Schaum aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch als im wesentlichen kontinuierliche Schicht aufgebracht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch als im wesentlichen diskontinuierliche Schicht aufgebracht wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Cal-ciumoxid und Zinkoxid sowie Hydraten davon.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch Aluminiumoxidtrihydrat enthält.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelgemisch als eine im wesentlichen gleichförmige Schicht aufgebracht wird.

10. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, "dass das Bindemittelgemisch als eine im wesentlichen diskontinuierliche Schicht aufgebracht wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht synthetisches Glimmerschichtmaterial enthält.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein gewebtes, nichtgewebtes oder ein geschnittenes synthetisches Glasschichtmaterial enthält.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein Packpapierschichtmaterial enthält.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht ein Drahtnetzschichtmaterial enthält.

15. Verbundschichtkörper, erhalten nach einem der Ansprüche 1 bis 14.