CN102985388A - 超低重量隔热板 - Google Patents

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Abstract

提供了轻质纤维隔热板，其包括耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维。进一步提供了用于制备轻质纤维高温隔热板的方法，其包括：(a)提供包含以下的含水浆料：约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%膨胀珍珠岩、按重量计0%-约50%有机粘合剂或0%-约20%无机粘合剂中的至少一种和任选地0%-约70%常规耐高温纤维；(b)通过将所述含水浆料沉积到基底上形成轻质纤维隔热板；(c)使基底上的浆料部分脱水以形成纤维层，和(d)将纤维层干燥至不大于约5重量%的含水量。

Description

超低重量隔热板
轻质纤维隔热板被提供用于多种行业包括运输、航空、海运和建筑行业，用于制造车身、墙壁和底板、舱板和隔板等。
在某些实施方案中，轻质纤维隔热板被提供用于防火应用，其中实质减重和使附加重量最小化是重要的，特别是在海运、航空/航空航天和陆地/铁路运输行业，其中政府和运输行业规章要求遵守防火和非可燃性标准。例如，具有高热阻率和高阻燃性的轻质隔热材料适合于车辆内部结构的防火板和组件比如客舱和货舱、隔板、防火门等，或用于运输易燃材料。
在运输行业，材料必须满足联邦运输管理局(FTA)的燃烧性及防火等级并且遵守基于ASTM E162、ASTM 662或ASTM E119试验的FTA标准，以延迟火灾蔓延、限制传热和在火灾时使烟雾产生达到最小。
在航空/航空航天行业，材料除其他以外必须遵守基于联邦航空管理局条例AC 20-135的15分钟防火或5分钟耐火试验。因此，对薄、轻质、耐高温和非可燃性的隔热板存在需求。
在海运应用中，政府机构要求用于火灾区域和其它船舱的舱壁、甲板和天花板的适当评级的防火墙、防火结构隔热和防火板用于防火。在美国海岸警卫队条例下，防火意指结构必须能够承受暴露于热量和火焰并承受暴露于最高约1700℉(927℃)的温度最多60分钟，这取决于舱壁的位置。美国海岸警卫队和国际海事组织所要求的标准见于IMO Resolution A.754(18)。
通常，船舶的舱壁和天花板通过使用隔热毯或隔热板防火，所述隔热毯或隔热板在舱壁安装后固定于舱壁侧面。这些毯或板不实用或者由于多种原因遭受性能下降，比如重量重、厚度、耐用性和对涂层或表面修整的要求，这增加易燃顶层和显著的额外费用。喷涂防火涂料对于施用和检查较为困难和耗时，并且由于开裂和剥落必须经常替换或修理。这增大安装和维护成本并且由于工艺而包含停工期。
需要薄、轻质、耐高温和非可燃性的隔热板，其遵守IMO(国际海事组织)的SOLAS(海上生命安全(Safety of Life at Sea))A60要求、IMO FTP Code防火试验要求，详述于FTP Code Book和IMO Res.A.754(18)、高速航行器的防火分区(HSC A60)、B0和N30防火评级、ASTM E162、ASTM 662和ASTM E119试验和/或联邦航空管理局条例AC 20-135，耐水、易于安装、不需另外的表面涂层、安装毯或任何其它类型防火材料、与当今使用的典型防火板相比便宜、具有低的有机和粘合剂含量并且无毒和环境安全。
图1为描绘按照FTP Code (1998) Resolution A.754(18)的时间温度加热曲线试验的8个样品的火焰试验结果的图表。
图2为描绘按照FTP Code (1998) Resolution A.754(18)的时间温度加热曲线试验的5个样品的火焰试验结果的图表。
图3为描绘按照FTP Code (1998) Resolution A.754(18)的时间温度加热曲线试验的7个样品的火焰试验性能的图表。
本发明提供了轻质纤维高温隔热板，其包含耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、有机和/或无机粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维。短语“高温隔热”，当本文用于指轻质纤维隔热板时，意指隔热板能够承受约600℃-约1200℃的温度。
根据某些实施方案，轻质纤维高温隔热板包含按重量计约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%珍珠岩、0%-约50%有机粘合剂和任选地0%-约70%常规耐高温无机纤维。
根据其它实施方案，轻质纤维高温隔热板包含按重量计约15%-约90%硅酸镁纤维、约10%-约80%珍珠岩、0%-约70%矿物棉和0%-约50%丙烯酸胶乳粘合剂。
根据某些实施方案，轻质纤维高温隔热板为实质上非可燃性，并且包含按重量计约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%珍珠岩、任选地0%-约70%常规耐高温无机纤维和0%-约6%有机粘合剂和/或0%-约20%无机粘合剂。
根据一个实施方案，轻质纤维高温隔热板包含按重量计约15%硅酸镁纤维、约40%矿物棉、约40%膨胀珍珠岩和约3.5%丙烯酸胶乳。
本发明也提供用于制备轻质纤维高温隔热板的方法，该方法包含提供含水浆料，其包含耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、有机和/或无机粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维，和将含水浆料沉积到基底上，使基底上的浆料部分脱水以形成纤维层，且将纤维层干燥至不大于约0.5重量%的含水量。
本发明进一步提供用于制备轻质纤维高温隔热板的方法，该方法包含：(a) 提供含水浆料，其包含约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%膨胀珍珠岩、包含按重量计0%-约50%有机粘合剂或0%-约20%无机粘合剂中至少一种的粘合剂和任选地0%-约70%常规耐高温纤维；(b) 通过将所述含水浆料沉积到基底上形成轻质纤维隔热板；(c) 使基底上的浆料部分脱水以形成纤维层，和(d) 将纤维层干燥至不大于约5重量%的含水量。
轻质纤维高温隔热板的某些实施方案具有遵守以下的防火等级：国际海事组织SOLAS A60、B0或N30防火等级和耐火要求、ASTM E162、ASTM 662、ASTM E119、ASTM D136、ASTM E136或ISO 1182试验、或者联邦航空管理局条例AC 20-135，其全部通过引用结合到本文中。
可用于制备轻质纤维高温隔热板的合适的耐高温生物可溶性无机纤维非限制地包括生物可溶性碱土硅酸盐纤维比如氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维或氧化镁-硅酸盐纤维、氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化铝-硅酸盐纤维或氧化钠-氧化铝-硅酸盐纤维。
术语“生物可溶性”无机纤维指在生理介质或在模拟生理介质比如模拟肺液中可溶或可分解的无机纤维。纤维溶解性可通过测量纤维在模拟生理介质中随时间推移的溶解性得到评价。用于测量纤维在生理介质中的生物可溶性(即不耐久性)的方法在受让给Unifrax I LLC的美国专利第5,874,375号中得到公开，该专利通过引用结合到本文中。其它方法适合于评价无机纤维的生物可溶性。根据某些实施方案，当在37℃下，作为0.1 g样品暴露于0.3 ml/分钟的模拟肺液流时，生物可溶性无机纤维呈现至少30 ng/cm2-hr的溶解性。根据其它实施方案，当在37℃下，作为0.1 g样品暴露于0.3 ml/分钟的模拟肺液流时，生物可溶性无机纤维可呈现至少50 ng/cm2-hr、或至少100 ng/cm2-hr、或至少1000 ng/cm2-hr的溶解性。
不受限制，可用于制备隔热板的生物可溶性碱土硅酸盐纤维的合适实例包括在美国专利号6,953,757、6,030,910、6,025,288、5,874,375、5,585,312、5,332,699、5,714,421、7,259,118、7,153,796、6,861,381、5,955,389、5,928,075、5,821,183和5,811,360中公开的那些纤维，所述专利通过引用结合到本文中。
耐高温生物可溶性碱土硅酸盐纤维通常为可熔化形成的无定形无机纤维，并可具有在约1 µm -约10 µm范围内，并且在某些实施方案中在约2 µm -约4 µm范围内的平均直径。尽管没有具体要求，纤维可如本领域熟知的那样进行加工。
根据某些实施方案，生物可溶性碱土硅酸盐纤维可包含氧化镁和二氧化硅混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为镁-硅酸盐纤维。镁-硅酸盐纤维通常包含约60-约90重量%二氧化硅、大于0-约35重量%氧化镁和约5重量%或更少杂质的纤维化产品。根据某些实施方案，碱土硅酸盐纤维包含约65-约86重量%二氧化硅、约14-约35重量%氧化镁、0-约7重量%氧化锆和约5重量%或更少杂质的纤维化产品。根据其它的实施方案，碱土硅酸盐纤维包含约70-约86重量%二氧化硅、约14-约30重量%氧化镁和约5重量%或更少杂质的纤维化产品。合适的镁-硅酸盐纤维可以注册商标ISOFRAX®下市售得自Unifrax I LLC (Niagara Falls，纽约)。市售可得的ISOFRAX®纤维通常包含约70-约80重量%二氧化硅、约18-约27重量%氧化镁和约4重量%或更少杂质的纤维化产品。ISOFRAX®碱土硅酸盐纤维可具有约1 µm -约3.5 µm；并且在一些实施方案中为约2 µm -约2.5 µm的平均直径。
根据某些实施方案，生物可溶性碱土硅酸盐纤维可或者包含钙、镁和硅的氧化物混合物的纤维化产品。这些纤维通常称为氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维。根据某些实施方案，氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维包含约45-约90重量%二氧化硅、大于0-约45重量%氧化钙、大于0-约35重量%氧化镁和约10重量%或更少杂质的纤维化产品。有用的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维可以注册商标INSULFRAX®市售得自Unifrax I LLC (Niagara Falls，纽约)。INSULFRAX®纤维通常包含约61-约67重量%二氧化硅、约27-约33重量%氧化钙和约2-约7重量%氧化镁的纤维化产品。其它合适的氧化钙-氧化镁-硅酸盐纤维可以商品名SUPERWOOL® 607、SUPERWOOL® 607 MAX和SUPERWOOL® HT市售得自Thermal Ceramics (Augusta，Georgia)。SUPERWOOL® 607纤维包含约60-约70重量%二氧化硅、约25-约35重量%氧化钙、约4-约7重量%氧化镁和痕量氧化铝。SUPERWOOL® 607 MAX纤维包含约60-约70重量%二氧化硅、约16-约22重量%氧化钙、约12-约19重量%氧化镁和痕量氧化铝。SUPERWOOL® HT包含约74重量%二氧化硅、约24重量%氧化钙和痕量氧化镁、氧化铝和铁氧化物。
根据某些实施方案，可用于制备轻质纤维高温隔热板的常规耐高温无机纤维非限制地包括耐火陶瓷纤维比如铝-硅酸盐纤维、高岭土纤维或氧化铝-氧化锆-二氧化硅纤维；矿物棉纤维；氧化铝-氧化镁-二氧化硅纤维比如S-玻璃纤维或S2-玻璃纤维；E-玻璃纤维；二氧化硅纤维；氧化铝纤维；玻璃丝；玻璃纤维；或其混合物。
耐火陶瓷纤维(RCF)通常包含氧化铝和二氧化硅。合适的铝-硅酸盐陶瓷纤维可以注册商标FIBERFRAX市售得自Unifrax I LLC (Niagara Falls，纽约)。FIBERFRAX®陶瓷纤维包含含有约45-约75重量%氧化铝和约25-约55重量%二氧化硅的熔体的纤维化产品。FIBERFRAX®纤维呈现最多约1540℃的操作温度和最多约1870℃的熔点。在某些实施方案中，铝-硅酸盐纤维可包含约40重量%-约60重量% Al2O3和约60重量%-约40重量% SiO2，并且在一些实施方案中包含约47-约53重量%氧化铝和约47-约53重量%二氧化硅。
RCF纤维为可自组分材料的熔体吹制或纺制的纤维化产品。RCF可另外包含氧化铝、二氧化硅和氧化锆的纤维化产品，在某些实施方案中的量为约29-约31重量%氧化铝、约53-约55重量%二氧化硅和约15-约17重量%氧化锆。RCF纤维长度在某些实施方案中在约3 mm-6.5 mm的范围内，通常少于约5 mm，并且平均纤维直径范围在约0.5 µm-约14 µm。
根据某些实施方案，可用于制备轻质纤维隔热板的矿物棉纤维非限制地包括岩棉纤维、矿渣棉纤维、玻璃棉纤维或辉绿岩纤维中的至少一种。矿物棉纤维可自玄武岩、工业冶炼渣等形成并且通常包含二氧化硅、氧化钙、氧化铝和/或氧化镁。玻璃棉纤维通常自砂与回收玻璃材料的融合混合物制备。矿物棉纤维可具有约1 µm -约20 µm，在一些情况中为约5 µm -约6 µm的直径。
耐高温无机纤维可包含氧化铝/二氧化硅/氧化镁纤维比如来自Owens Corning，Toledo，Ohio的S-2玻璃。氧化铝/二氧化硅/氧化镁S-2玻璃纤维通常包含约64重量%-约66重量% SiO2、约24重量%-约25重量% Al2O3和约9重量%-约11重量% MgO。S2玻璃纤维可具有约5 µm -约15 µm，在一些实施方案中为约9 µm的平均直径。
E-玻璃纤维通常包含约52重量%-约56重量% SiO2、约16重量%-约25重量% CaO、约12重量%-约16重量% Al2O3、约5重量%-约10重量% B2O3、最多约5重量% MgO、最多约2重量%氧化钠和氧化钾及痕量铁氧化物和氟化物，典型组成为约55重量% SiO2、约15重量% Al2O3、约7重量% B2O3、约3重量% MgO、约19重量% CaO和最多约0.3重量%的痕量其它上述材料。
合适的二氧化硅纤维的实例包括可以商标BELCOTEX®得自BelChem Fiber Materials GmbH，德国；和以注册商标REFRASIL®得自Hitco Carbon Composites, Inc.，Gardena，加利福尼亚；和以名称PS-23®得自Polotsk-Steklovolokno，白俄罗斯共和国的那些浸渍玻璃纤维。用于制造浸渍玻璃二氧化硅纤维的方法包含在美国专利第2,624,658号和欧洲专利申请公开第0973697号中。
通常，浸渍玻璃二氧化硅纤维将具有至少约67重量%的二氧化硅含量。在某些实施方案中，二氧化硅纤维含有至少约90重量%，并且在其中某些中含有约90重量%-少于约99重量%的二氧化硅。
这些浸渍玻璃二氧化硅纤维的平均纤维直径可为大于至少约3.5 µm，并且通常大于至少约5 µm。平均起来，二氧化硅纤维通常具有直径约9 µm，最多约14 µm，并且为不可呼吸的。
BELCOTEX®纤维为标准类型的人造短纤维预制纱(pre-yarn)。这些纤维具有约550特克斯的平均细度并且通常自经氧化铝改性的硅酸制造。BELCOTEX®纤维为无定形并且通常含有按重量计约94.5%二氧化硅、约4.5%氧化铝、少于0.5%氧化钠和少于0.5%其它组分。这些纤维的平均纤维直径为约9 µm且熔点在1500℃-1550℃范围内。这些纤维对最高1100℃的温度耐热。
REFRASIL®纤维，像BELCOTEX®纤维一样，为二氧化硅含量高的无定形浸渍玻璃纤维，用于对在1000℃-1100℃温度范围内的应用提供隔热。这些纤维直径在约6 µm-约13 µm之间，并且熔点为约1700℃。纤维在浸渍之后通常具有约95重量%的二氧化硅含量。氧化铝可以约4重量%的量存在，其它组分以1%或更少的量存在。
来自Polotsk-Steklovolokno的PS-23®纤维为二氧化硅含量高的无定形玻璃纤维并且适合于对需要耐至少约1000℃的应用隔热。这些纤维具有约5 mm-约20 mm范围内的纤维长度和约9 µm的纤维直径。这些纤维，像REFRASIL®纤维一样，熔点为约1700℃。
珍珠岩为天然存在的火山矿物，其通常包含约70-75% SiO2、约12-15% Al2O3、少于约5%每一种的Na2O、K2O、MgO和CaO及约2-5% 结合水。未加工的珍珠岩通过加热至约850℃-900℃膨胀至其初始体积的约4-约20倍，并可在其用于配制主题轻质板之前碾磨至约10 µm-约50 µm的粒度，或者具有小于325目的目径，尽管这不是关键。通常，在膨胀之后，至少约0%-约31%的珍珠岩颗粒被+70目筛保留，至少约0%-约51%的珍珠岩颗粒被+140目筛保留，和至少约1%-约77%的珍珠岩颗粒被+325目筛保留。
珍珠岩可得自多种市售来源并可根据密度以千克每立方米(kg/m3)分级。根据某些实施方案，用于制备轻质纤维隔热板的珍珠岩为膨胀珍珠岩，其密度为约30 kg/m3-约150 kg/m3。在某些实施方案中，珍珠岩的密度在55 kg/m3-146 kg/m3范围内。
轻质纤维高温隔热板可进一步包括一种或多种有机粘合剂。有机粘合剂可作为固体、液体、溶液、分散体、胶乳或类似形式提供。合适的有机粘合剂的实例非限制地包括丙烯酸胶乳、(甲基)丙烯酸胶乳、酚醛树脂；苯乙烯与丁二烯、乙烯基吡啶、丙烯腈的共聚物；丙烯腈与苯乙烯、氯乙烯的共聚物；聚氨酯；乙酸乙烯酯与乙烯的共聚物；聚酰胺、硅酮、不饱和聚酯、环氧树脂、聚乙烯基酯(比如聚乙酸乙烯酯或聚丁酸乙烯酯胶乳)等。根据某些实施方案，轻质纤维隔热板采用丙烯酸胶乳粘合剂。
有机粘合剂可以基于板的总重量0-约50重量%，在某些实施方案中以0-约20重量%，和在一些实施方案中以0-约10重量%的量包括在隔热板中。在其中隔热板为非可燃性的实施方案中，有机粘合剂可以0-约6重量%的量包括在内。
所述板可替代树脂或液体粘合剂或在此之外包括聚合粘合剂纤维。这些聚合粘合剂纤维，如果存在的话，可以基于100重量%的总组合物大于0-约5重量%，在其它实施方案中以0-约2重量%范围内的量使用，以助于将纤维粘合在一起。粘合剂纤维的合适实例包括聚乙烯醇纤维、聚烯烃纤维比如聚乙烯和聚丙烯、丙烯酸纤维、聚酯纤维、乙基乙烯基乙酸酯纤维、尼龙纤维及其组合。
用于粘合剂的溶剂，如果需要的话，可包括水或合适的有机溶剂，比如用于所采用的粘合剂的丙酮。粘合剂在溶剂(如果使用)中的溶液浓度可通过常规方法基于期望的粘合剂负载和粘合剂体系的可加工性(粘度、固体含量等)而测定。
所述板可包括无机粘合剂。不受限制，合适的无机粘合剂包括氧化铝、二氧化硅、氧化锆及其混合物的胶态分散体。无机粘合剂，如果存在的话，可以基于组合物总重量0-约20重量%范围内的量使用。
用于制备轻质纤维隔热板的方法包括制备垫或片，其包含耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、有机和/或无机粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维。轻质纤维高温隔热板可以本领域已知用于形成片状材料的任何方法生产。例如，常规造纸工艺(手工铺设或机器铺设)，可用于制备片状材料。手抄纸模、Fourdrinier造纸机、真空圆网造纸机或者任何已知造纸机或其它装置可用于自浆料制造片状材料，所述浆料的组分用于形成纤维材料的厚板、板或片。
其它组分也可存在于浆料中比如分散剂、助留剂、絮凝剂、染料、颜料、抗氧化剂、表面活性剂、防水剂、填料、阻燃剂等，只要它们不影响组合物的防火和耐热性质。组分可以任何顺序混合在一起，但是混合直到实现彻底共混。
例如，可制备含有许多组分的絮凝的浆料。浆料可包括耐高温生物可溶性纤维、常规耐高温无机纤维、膨胀珍珠岩、有机粘合剂和载体液体比如水。浆料可用絮凝剂和排水助留化学品絮凝。絮凝的混合物或浆料可置于造纸机上以形成含有垫或纸的纤维板层或片。片可经空气干燥或烘箱干燥而干燥。对于所采用的标准造纸技术的更详细描述，参见美国专利第3,458,329号，其公开通过引用结合到本文中。
或者，板层或片可通过浆料真空流延而形成。根据该方法，将组分的浆料湿法铺设到可透过的网格上。向网格施加真空以自浆料提取大部分水分，从而形成湿片。然后将湿的板层或片干燥，通常在烘箱中。可使片通过一组辊筒以在干燥之前将片压缩。可将组合物压缩以形成可用于从火焰或高温屏蔽物体的薄、轻质、低密度片。
可形成约1/8英寸直到约2英寸或更多，并且在一些实施方案中为约1英寸的各种板厚度。可形成基重在约100克每平方米(g/m2或“gsm”)-约5000 gsm范围内，并且在一些实施方案中为约1000 gsm-约3000 gsm的板产品。
尽管以上所描述的方法涉及制造板，但应意识到如果期望可从上述制剂制造成形的形状。在该情况下，基本形状可在初始操作期间和在进入干燥器之前形成。这样的方法在用于形成成形产品的领域是公知的。
以下实施例旨在仅进一步举例说明轻质纤维高温隔热板和用于制备所述板的方法的说明性实施方案。应该理解这些实施例仅用于说明并且不应看作是限制主题轻质纤维高温隔热板；用于制备轻质纤维高温隔热板的方法；结合轻质纤维高温隔热板的产品以及使用轻质纤维高温隔热板的方法。
试验系列1
制备纤维高温隔热板的样品，用于根据FTP Code (1998) Resolution A.754(18)的时间温度加热曲线进行测试，使用包含如表I阐述的制剂和如下所述生产的板。
表I
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Isofrax生物可溶性纤维可自Unifrax I LLC (Niagara Falls，NY)市售得到。
“高”密度珍珠岩的密度为约93 kg/m3，可自Harborlite Corporation (Lompoc，加利福尼亚)市售得到。
“中”密度珍珠岩的密度为约72 kg/m3。
“低”密度珍珠岩的密度为约56 kg/m3。
矿物棉为可得自Fibrox Technology, Ltd. (Thetford Mines，魁北克，加拿大)的Fibrox 030 Mineral Wool。
粘合剂为丙烯酸酯树脂。
将用于低密度板的制剂组分合并、混合并在实验室流延机中手工形成板。低密度板全部制成基重规格为2000 gsm。然而，主题轻质纤维高温隔热板的基重可为约500 gsm -约6000 gsm。试验系列1中的全部板落入约4 lbs/ft3-约10 lbs/ft3 (约60 kg/m3-约160 kg/m3)的密度范围，特别是约4.5 lbs/ft3-约6 lbs/ft3 (约72 kg/m3-约96 kg/m3)的范围。相比之下，Duraboard® LD材料的密度通常为约14-21 lbs/ft3，通常为约14-18 lbs/ft3。
由上述组分在含有约1重量%固体的水中通过混合形成含水浆料。浆料然后通过使用15英寸Hg真空的60目筛。在自浆料真空形成垫之后，将所述垫在对流烤箱中于120℃下干燥直到实质上除去全部水，产生刚性板。
所生成的板的密度为4-10 lb/ft3 (60-160 kg/m3)且挠曲强度为约15-20 psi。板的厚度在0.5-1.2英寸(1.3-3.1 cm)范围内。
测试规程：火焰试验
隔热板根据FTP Code FTP Code (1998) Resolution A.754(18) (其被纳入国际海事组织的(“IMO”) SOLAS A60要求中，其通过引用结合到本文中)的时间温度加热曲线进行测试。
IMO SOLAS A60在相关部分中提供：
SOLAS A60认证(60分钟防火隔板)-耐火试验按照FTP Code对于A60舱壁(受限)，A60甲板
防火试验详述于FTP Code Book和IMO Resolution A.754.(18)。
对于该测试方法的通过/失败标准为：
最高平均冷面温度：
高于环境(对于期望评级的时间期间结束时)140℃(284℉)。
单一冷面温度：
高于环境(对于期望评级的时间期间结束时)180℃(256℉)。
铝结构核心的最高温度：
高于环境(60分钟结束时)200℃(392℉)。
SOLAS A60火焰试验规程在相关部分中提供：
面板样品制作并切割为11.5” x 11.5”正方形，厚度范围在0.5-1.2”。
测试材料通过以下安装和定位：使用4个焊钉和4个直径圆垫圈钉至13规格(0.089”)，12”x 12”铝板。
样品在熔炉开口上竖直取向，隔热侧面向熔炉。
4个热电偶置于铝板的非暴露面，用
Figure DEST_PATH_IMAGE006
厚隔热纸覆盖，并贴于板上。
熔炉根据IMO Resolution A.754(18)的要求按照以下标准IMO加热曲线用天然气炉加热：
T = 345 log(8t + 1)+20
其中T为平均熔炉温度(℃)且t为时间(分钟)。
记录时间、熔炉温度和非暴露面温度。
将数据报告为非暴露面温度达到高于初始温度500℉(260℃)的时间(以分钟表示)。
计算的数据基于4个非暴露面热电偶读数的平均值。
图1：火焰试验结果
在表1中所描述的纤维隔热板的8个样品按照以上所述的方法进行测试。图1为对于8个板样品(即实施例1-8)显示非暴露面温度达到高于初始温度500℉(260℃)的时间(以分钟表示)的条形图。
如图1所示，火焰试验表明向纤维板加入膨胀珍珠岩增大其耐热性。另外，增大珍珠岩负载的水平进一步增大板的性能。降低膨胀珍珠岩的密度增大耐热性能。用耐高温纤维和密度为约56 kg/m3的“低”密度珍珠岩制造的板得到最佳性能结果。
通常，增大生物可溶性纤维的水平同时降低矿物棉的水平增大板的性能，如表2所示。根据表2显示的矿物棉质量%，将Isofrax®生物可溶性纤维和矿物棉结合于一系列7 lb/ft3毯中。样品在500℉(260℃)进行火焰试验3小时，随后快速坡升至2000℉(1093℃)。在表2中显示的是冷面达到高于环境温度250℉(121℃)的时间，时间起始于2000℉(1093℃)坡升开始时。
表2
矿物棉水平(质量%) 至250℉升温的时间(分钟)
0% 20
20% 18.7
40% 17.1
60% 13.5
100% <10 (材料熔化)
试验系列2
火焰试验结果
另外，从生产批量中取出4个具有标准密度的市售可得隔热板的样品，并切割成用于根据国际海事组织依照SOLAS A60要求所要求的规程的测试的尺寸。具体地讲，比较板包含：
a. Fiberfrax® DURABOARD®陶瓷纤维板-2000 gsm，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
英寸
b. Fiberfrax® DURABOARD®陶瓷纤维板-4000 gsm，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
英寸
c. Fiberfrax® DURABOARD®陶瓷纤维板-6000 gsm，3/4英寸
d. Fiberfrax® DURABOARD®陶瓷纤维板-8000 gsm，1英寸。
这4个市售板与主题超轻板相比较的火焰试验结果显示在图2中。图2为对于5个板样品显示非暴露面温度达到高于初始温度500℉(260℃)的时间(以分钟表示)的条形图，所述样品即4个各种密度和厚度的市售可得隔热板和密度为2000 gsm的1英寸超轻板(来自试验系列1的实施例8)。
如图2所示，火焰试验结果表明，当与市售可得的标准密度板产品相比较时，实施例8的超轻板(2000 gsm, 1”)大大胜过相同重量的板(即Duraboard 2000 gsm,
Figure DEST_PATH_IMAGE006A
)，并且显著胜过3倍重量的板(即Duraboard 6000 gsm, 3/4”)。
试验系列3
火焰试验结果
图3为说明7个具有以下组成的板的火焰试验性能的图表。
a. Fiberfrax® Duraboard® LD1陶瓷纤维板，基重为1800克每平方米。
b. 包含生物可溶性纤维和30%蛭石纸的板，基重为2000克每平方米。
c. 一层非膨胀隔热垫，含有包括RCF的常规高温无机纤维，基重为1456克每平方米。
d. 两层Isofrax QSP2纸，含有生物可溶性纤维、不可呼吸的无机纤维及有机和无机粘合剂，基重为1860克每平方米。
e. 不含有珍珠岩的来自试验系列1实施例1的纸，基重为2000克每平方米。
f. 来自试验系列1实施例4的板，基重为2000克每平方米。
g. 来自试验系列1实施例8的板，基重为2000克每平方米且密度为约4.5 lbs./ft2。
1 Fiberfrax® Duraboard® LD为包含Fiberfrax®氧化铝-二氧化硅纤维和粘合剂的刚性、高温陶瓷纤维板，可得自Unifrax I LLC。
2 Isofrax® QSP Insulation为包含Isofrax® 1260℃纤维的薄、柔性、非织造隔热材料，可得自Unifrax I LLC。
将各个纸和板(板)钉至铝板并如试验系列1中所描述的那样进行火焰试验。
总的来说，该数据说明，包含耐高温生物可溶性纤维、膨胀珍珠岩、耐高温无机纤维和不大于5%有机粘合剂的轻质纤维隔热板，与其它市售可得的材料相比呈现增大的耐火性。轻质纤维隔热板为实质上非可燃性并通过国际海事组织SOLAS A60防火等级试验或者B0或N30耐火试验。
ISO 1182试验设备包含耐火管熔炉，直径75 mm和高度150 mm。管在底部和顶部开口，并且空气由于自然对流而流经熔炉。锥形过渡片提供于熔炉底部以稳定气流。熔炉内的空气温度在测试之前稳定至750℃。在试验开始时将圆柱形试验样品(直径45 mm和高度50 mm)插入熔炉。使用装有护套的热电偶测量熔炉空气(Tf)、样品表面(Ts)和样品内部(Tc)的温度。试验根据FTP Code (2000年5月的IMP FP 44/18的附件3)的IMO解释进行30分钟的固定时间期间。在试验期间记录燃烧的时间期间，并且基于测试前和从熔炉移除并在干燥器冷却后的重量测量来测定样品质量损失。ISO 1182:1990要求对每一个样品进行一系列5个试验。
根据FTP Code的部分1，如果对于一系列5个试验满足以下标准，则将材料归类为“非可燃性”：
1. 平均最高炉温上升ΔTf(最终温度作为参考)不超过30℃；
2. 平均最高表面温度上升ΔTs(最终温度作为参考)不超过30℃；
3. 持续燃烧的平均持续时间不超过10秒；和
4. 平均质量损失(相对于初始样品质量)不超过50%。
表3显示如上所述对于试验系列1实施例4的5个样品进行的试验的结果。全部5个样品通过非可燃性标准。
表3
运行编号 质量损失(%) 燃烧持续时间(s) 平均炉温上升(℃) 平均表面温度上升(℃)
1 4 0 4 4
2 4 0 4 3
3 4 0 3 1
4 4 0 6 6
5 4 0 5 1
平均 4 0 4 3
主题轻质纤维高温隔热板的说明性实施方案包含耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维。
在某些实施方案中，说明性实施方案的轻质纤维高温隔热板可包含按重量计约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%珍珠岩、大于0%-约50%无机粘合剂和任选地0%-约70%常规耐高温无机纤维。
在某些实施方案中，以上实施方案中任何一个的轻质纤维高温隔热板可包含按重量计0重量%-约70重量%矿物棉、约10重量%-约80重量%膨胀珍珠岩、约15重量%-约90重量%硅酸镁纤维和大于0重量%-约50重量%丙烯酸胶乳粘合剂。
在某些实施方案中，以上实施方案的轻质纤维高温隔热板可包含按重量计0%-约6%有机粘合剂和/或0%-约20%无机粘合剂，其中隔热板为非可燃性。
在某些实施方案中，紧接前述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包含按重量计0重量%-约70重量%矿物棉、约10重量%-约80重量%膨胀珍珠岩、约15重量%-约90重量%硅酸镁纤维和大于0重量%-约6重量%丙烯酸胶乳粘合剂。
在某些实施方案中，紧接前述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包含按重量计：0%-约40%的量的矿物棉、约20%-约60%的量的膨胀珍珠岩、约30%-约70%的量的硅酸镁纤维、约2%-约4%的量的丙烯酸胶乳粘合剂和0%-约1%的量的聚乙烯醇。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包括，常规耐高温无机纤维包含耐火陶瓷纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、矿物棉纤维、浸渍玻璃二氧化硅纤维、玻璃丝、玻璃纤维中至少一种或其混合物；和/或其中耐高温生物可溶性纤维包含碱土硅酸盐纤维、氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化铝-硅酸盐纤维或氧化钠-氧化铝-硅酸盐纤维，任选地其中碱土硅酸盐纤维包含钙-氧化镁-硅酸盐纤维或镁-硅酸盐纤维中的至少一种。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包括，粘合剂包含含有按重量计约1%-约10%丙烯酸胶乳的有机粘合剂，任选地其中有机粘合剂包含按重量计约1%-约5%丙烯酸胶乳。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包括，粘合剂包含按重量计最多5%有机粘合剂纤维。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可包括，膨胀珍珠岩的密度在约30 kg/m3-约150 kg/m3的范围内，任选地其中膨胀珍珠岩的密度在约55 kg/m3-约146 kg/m3的范围内。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可具有约72 kg/m3-约96 kg/m3的密度。
在某些实施方案中，任何上述实施方案的轻质纤维高温隔热板可具有约500 gsm-约6000 gsm的基重。
用于制备轻质纤维高温隔热板的方法的说明性实施方案可包含：(a) 提供包含以下的含水浆料：约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%膨胀珍珠岩、包含按重量计0%-约50%有机粘合剂或0%-约20%无机粘合剂中至少一种的粘合剂和任选地0%-约70%常规耐高温纤维，并且任选地进一步包含分散剂、助留剂、絮凝剂、染料、颜料、抗氧化剂、表面活性剂、防水剂、填料或阻燃剂中至少一种；(b) 通过将所述含水浆料沉积到基底上形成轻质纤维隔热板；(c) 使基底上的浆料部分脱水以形成纤维层，和(d) 将纤维层干燥至不大于约5重量%的含水量。
在某些实施方案中，上述说明性实施方案的上述方法可进一步包括，粘合剂为按重量计大于0%-约6%有机粘合剂或大于0%-约20%无机粘合剂中的至少一种，其中隔热板为非可燃性。
在某些实施方案中，上述说明性实施方案的上述方法可进一步包含向基底上的浆料施加真空压力差以自浆料除水。
尽管已经联系多种说明性实施方案描述了轻质纤维隔热板及其制备方法，应该理解本文所描述的实施方案仅为示例性的，并且本领域技术人员可作出变化和修改而不脱离本发明的精神和范围。所有这样的变化和修改旨在包括在本文权利要求的范围内。另外，所公开的所有实施方案不一定是替代性的，因为各种实施方案可相结合以提供期望的结果。

Claims (15)

1. 轻质纤维高温隔热板，所述隔热板包含耐高温生物可溶性无机纤维、膨胀珍珠岩、粘合剂和任选地常规耐高温无机纤维。
2. 权利要求1的轻质纤维高温隔热板，其中所述板包含按重量计约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维、约10%-约80%珍珠岩、大于0%-约50%有机粘合剂和任选地0%-约70%常规耐高温无机纤维。
3. 权利要求1或2中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中所述板包含按重量计0%-约70重量%矿物棉、约10重量%-约80重量%膨胀珍珠岩、约15重量%-约90重量%硅酸镁纤维和大于0重量%-约50重量%丙烯酸胶乳粘合剂。
4. 权利要求1或2中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中粘合剂包含按重量计0%-约6%有机粘合剂和/或0%-约20%无机粘合剂，其中隔热板为非可燃性。
5. 权利要求4的轻质纤维高温隔热板，其中所述板包含按重量计0重量%-约70重量%矿物棉、约10重量%-约80重量%膨胀珍珠岩、约15重量%-约90重量%硅酸镁纤维和大于0重量%-约6重量%丙烯酸胶乳粘合剂。
6. 权利要求5的轻质纤维高温隔热板，其包含按重量计：
0%-约40%的量的矿物棉；
约20%-约60%的量的膨胀珍珠岩；
约30%-约70%的量的硅酸镁纤维；
约2%-约4%的量的丙烯酸胶乳粘合剂；和
0%-约1%的量的聚乙烯醇。
7. 权利要求1-6中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中常规耐高温无机纤维包含耐火陶瓷纤维、氧化铝-二氧化硅纤维、矿物棉纤维、浸渍玻璃二氧化硅纤维、玻璃丝、玻璃纤维中至少一种或其混合物；和/或其中耐高温生物可溶性纤维包含碱土硅酸盐纤维、氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化钙-铝酸盐纤维、氧化钾-氧化铝-硅酸盐纤维或氧化钠-氧化铝-硅酸盐纤维，任选地其中碱土硅酸盐纤维包含钙-氧化镁-硅酸盐纤维或镁-硅酸盐纤维中的至少一种。
8. 权利要求1-7中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中粘合剂包含按重量计含有约1%-约10%丙烯酸胶乳的有机粘合剂，任选地其中有机粘合剂包含按重量计约1%-约5%丙烯酸胶乳。
9. 权利要求1-8中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中粘合剂包含按重量计最多5%有机粘合剂纤维。
10. 权利要求1-9中任何一项的轻质纤维高温隔热板，其中膨胀珍珠岩的密度在约30 kg/m3-约150 kg/m3的范围内，任选地其中膨胀珍珠岩的密度在约55 kg/m3-约146 kg/m3的范围内。
11. 权利要求1-10中任何一项的轻质纤维高温隔热板，所述板的密度为约72 kg/m3-约96 kg/m3。
12. 权利要求1-10中任何一项的轻质纤维高温隔热板，所述板的基重为约500 gsm-约6000 gsm。
13. 用于制备轻质纤维高温隔热板的方法，所述方法包含：
(a) 提供包含以下的含水浆料：
约15%-约90%耐高温生物可溶性无机纤维，
约10%-约80%膨胀珍珠岩，
粘合剂，其包含按重量计0%-约50%有机粘合剂或0%-约20%无机粘合剂中至少一种，和
任选地0%-约70%常规耐高温纤维，并且任选地进一步包含分散剂、助留剂、絮凝剂、染料、颜料、抗氧化剂、表面活性剂、防水剂、填料或阻燃剂中至少一种；
(b) 通过将所述含水浆料沉积到基底上形成轻质纤维隔热板；
(c) 使基底上的浆料部分脱水以形成纤维层；
(d) 将纤维层干燥至不大于约5重量%的含水量。
14. 权利要求13的方法，其中粘合剂为按重量计大于0%-约6%有机粘合剂或大于0%-约20%无机粘合剂中的至少一种，其中隔热板为非可燃性。
15. 权利要求13或14中任何一项的方法，所述方法进一步包含向基底上的浆料施加真空压力差以自浆料除水。
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