CN1312780A

CN1312780A - 耐热产品及其生产方法

Info

Publication number: CN1312780A
Application number: CN99808591A
Authority: CN
Inventors: P·M·伯林格
Original assignee: Welding Institute England
Current assignee: Welding Institute England
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-10
Publication date: 2001-09-12
Also published as: CA2333208A1; WO1999059935A1; KR20010034854A; EP1077908B1; AU746503B2; NO20005771D0; EP1077908A1; DE69903418T2; JP2002515398A; NO20005771L; DE69903418D1; DK1077908T3; AU3838099A

Abstract

一种耐热产品,包含陶瓷胶粘剂和蛭石,其中产品干重的35%到95%为蛭石,蛭石的粒径为60%以上的蛭石不能通过1mm的筛。

Description

耐热产品及其生产方法

本发明涉及一种耐热产品及其生产方法。

有许多应用场合要求绝热尤其是耐火。重要的例子包括建筑物和船只的防火墙和防火门，火车及其他交通工具的天花板、外墙和内板，以及用于高性能飞行器的隔热屏，例如机翼的前沿、机首和头锥。

为了提高这类应用中的隔热性能，过去建议采用各种涂料等，但发现这些材料效率太低和/或无成本效果，因此，需要提供一种价格低廉得多而性能可靠的隔热制品。

ZA-A-9701233(对应于WO-A-9730951)描述了一种不可燃性模制部件的生产方法，包括在高温时吹胀蛭石颗粒，然后将其与胶粘剂混合。在这一例子中，胶粘剂必须含磷，而在本发明与之有关的应用中这是不希望有的。

根据本发明的第一个方面，一种耐热产品包含陶瓷胶粘剂和蛭石，其中产品干重的35％到95％为蛭石，蛭石的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

根据本发明的第二个方面，一种生产耐热产品的方法，包括：将蛭石颗粒与陶瓷胶粘剂混合；将混合物进行干燥，其中产品干重的35％到95％为蛭石，蛭石的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

我们发现，通过使用蛭石颗粒和陶瓷胶粘剂的混合物可以得到一种具有高的成本效果的产品。这种产品可以与由造纸方法或其他方法制成的非常密实的云母板或云母面板相对照。该新产品的密度比这种板状材料更小，结果，其隔热性能由于密封在里面的空气而提高。而且，最终产品重量很轻，使其更易于加工处理，可以根据应用需要，以各种形式使用。

我们认识到，已知产品中存在的一个问题是，使用研磨或过筛的颗粒制成的产品会导致过高的密度，结果使得包含密封空气的孔隙减少，产品的隔热性能因此而降低。另一方面，如果粒径太大，则会导致产品内出现从产品一边通向另一边的开放的空气通道，由此形成了热的传导。通过使用落入本发明范围内的颗粒，克服了以上两个问题，同时生产出重量相对轻的产品。

我们还发现，最终产品还具有好的机械强度性能，例如，在250-300Kg/m³的密度范围内，可得到0.15-0.45MPa的抗弯强度。试验表明，在自承重的产品中，为了获得可接受的抗弯强度，产品密度优选不小于140Kg/m³。此外，蛭石所占的比例越大，产品的重量越轻。因此，我们发现，含95％干重蛭石的产品密度大约为730Kg/m³，而含35％干重蛭石的产品密度大约为350Kg/m³。

优选的是，产品干重的50％-90％为蛭石，蛭石的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

一种形式为，产品大体上是坚硬的，可以象木材等诸如此类的材料一样加工，将其切割成要求的形状。产品相对较脆，此一般可以将其夹在与其粘附在一起的承重板层之间。这些承重板层可以包括纤维增强材料薄片、钢或其他任何可使板材起到结构或半结构组件作用的材料。

在其他的应用中，该产品粘附在制品表面上。这样，大体坚硬的产品可以被生产出来然后粘附到制品上，或者更为方便地在制品上例如通过模制或者喷射到制品上现场形成产品。

本产品的一个重要应用是应用于已知的夹层结构。这些结构一般包括芯层材料例如发泡金属、塑料、木材、端面纹理轻木或具有蜂窝状结构的金属，塑料或复合材料夹在平面构件如酚醛玻璃层压板或任何其他合适的材料之间。这种夹层结构在结构工程领域具有相当高的重要性，广泛地应用于航空和其他工业领域，这是因为，这种材料提供了优于传统材料的主要优点，包括极低的重量、高的刚性、耐久性和生产成本的节省。然而，这种夹层结构在高于170℃时却不能正常使用。如果将本发明的产品粘附到结构表面，则这种结构便可在较高的温度下使用。如果本产品作为芯层材料用于结构体中，则热传导性和耐火性将得到提高。

产品可以制成各种不同的厚度和密度，可以粘附到大多数材料的表面，包括金属、木材和复合材料。本产品可以模制到具有复杂形状制品的外围，可以制成柔韧的非常薄的层。如果需要，可以使用玻璃纤维、纺织玻璃纤维或其他纤维材料来增强产品。这有赖于产品的厚度和使用的胶粘剂。

原则上可以使用任何陶瓷胶粘剂，这种胶粘剂一般包含一种碱性硅酸盐，或者与一种填料如氧化铝、氧化镁、二氧化硅其他陶瓷的共混物。优选的胶粘剂含有双组分胶粘剂的粘结部分如基于硅酸钠的共混物。这种胶粘剂工业上的例子是由Fortafix Limited制造的Al/CS和Aremco 571。这种Al/CS胶粘剂包括硅酸钠共混物的第一部分和氧化铝填料的第二部分。我们发现，通过只使用粘结部分(不使用填料)或者可能的话用粉状蛭石代替填料，可以得到很好的产品。

干燥混合物的步骤可以通过加热或任何其他干燥方法，包括真空干燥，选择性地辅助使用微波辐射来完成。

所用蛭石的用量依赖于产品所需要的密度和强度及其使用的方式。如果产品是夹在板层之间，则产品干重的至多95％可以为蛭石。在其他的应用中，较低的比例则更合适一些，优选的范围是50％-90％。

本产品可以用各种不同方式制成。在优选的方式中，采用两步法完成，步骤1包括用陶瓷胶粘剂涂覆颗粒，然后固化/干燥胶粘剂。步骤2可以包括用陶瓷胶粘剂(可能的话与步骤1中所用胶粘剂不同)涂覆预涂覆的颗粒，然后在加压或不加压的条件下固化/干燥胶粘剂。

干燥的步骤可以通过加热混合物而方便地完成，加热温度一般在40-120℃的范围内。但也可以采用其他的干燥形式，如不需要产生热的真空干燥。一般地，应对混合物进行搅拌以优化涂覆工艺。或者，也可以不进行搅拌，这意味着颗粒和胶粘剂将生成一个结实的物块，物块可以被破碎，生成单个的涂覆颗粒。

如步骤1一样，步骤2的干燥部分可以通过加热混合物或者通过不涉及热的其他方法如真空干燥来完成。

制成品具有耐热性能，可以用作防火墙等，优选还应有隔热性能。

本发明的应用实例列举如下：

1．建筑物和船只的防火墙和防火门。

2．靠近热源的保护面，如轿车和卡车上的排气管。

3．电缆工业，过去使用的是石棉材料。

4．电动机，换向器，绝缘体。

5．飞行器上的客舱和货舱。

6．火车的天花板，外墙和内板。

7．高性能飞行器上的阻热屏，即机翼的前沿、机首和头锥。

8．防太阳或其他热辐射的设施。

试验显示，根据本发明的隔热产品具有许多重要的性能：

1．耐热性能，该产品可以经受高达1000℃的高温。

2．耐火而不燃烧。

3．低的热传导性，此性能依赖于产品密度。

4．电绝缘性好于24kV/mm。

5．透微波性。

6．好的耐电弧和电弧腐蚀的性能。

7．蛭石对于大多数化学物质呈惰性。

8．很好的机械性能，尤其是抗压性。

9．好的拉伸和弯曲强度。

以上性能加上密度和机械强度可以根据蛭石和胶粘剂的特殊混合物以及所用处理方法的不同而变化，这些性能可根据不同的应用进行选择。

本发明的耐热产品及其制造方法的一些例子，参考附图给予说明，其中：

图1是结合到蜂窝状结构上的产品实例的截面简图；

图2表示对图1中所示结构进行耐火测试的结果；

图3为产品的另一个例子的照片；以及

图4图示说明厚度为25mm，跨长120mm以及加载率为2mm/min的样品的抗弯强度和密度的关系。

图1表示了由传统方法制成的铝质蜂窝状芯层1。该芯层插在一对酚醛面层2、3之间，酚醛面层2、3粘附在芯层1上。如前所述，这种夹层结构并不具有显著的耐火性，因此，为提高其耐火性能，在酚醛面层2上提供一蛭石隔热层4。这可以由以下方法得到。

选择常规双组分陶瓷胶粘剂Al/CS，将120克粘合部分(即硅酸钠的共混物)与2克蛭石粉末和26克蛭石颗粒混合。蛭石粉末取代了常规的氧化铝填料(此填料通常与陶瓷胶粘剂结合使用)并以与常规填料相同的比例使用。

在该例子中，由层状蛭石组成的颗粒具有以下的尺寸，即93％的颗粒通过8mm的筛，32％通过4mm的筛，而4％通过2mm的筛。

酚醛面层2的暴露表面经过脱脂，该面层的尺寸为150mm×150mm×12mm。将70克胶粘剂(Fortafix Al/CS)/蛭石粉末涂覆到酚醛面层或酚醛板2的干净表面，将该板置于粘结夹具上，带有胶粘剂的表面向上。

将蛭石颗粒和胶粘剂的混合物涂覆到酚醛面层2的预涂覆表面上，厚度大约为8mm。然后将一薄层蛭石粉末均匀地洒在预涂覆混合物的暴露表面，使用一带有释放纸的钢制垫板沿所得产品的整个面将其夹紧。结构体置于预热炉中于60℃下一个小时，以使蛭石颗粒与层4胶合，同时使该层粘合到酚醛面层2上。在某些情况下，利用高温可获得进一步提高的性能。

应该知道，在层4的表面上提供蛭石粉末薄层是任意的，正如在初始混合步骤中蛭石粉末的使开一样。已发现，将胶粘剂中的粉末填料取代或不用，使得重量大大减小，而并不会不利地影响其性能，同时节省了成本。

将热电偶放到结构体如图1所示的位置，对图1所示的结构体的性能进行了评定。系列1热电偶10放在酚醛面层3的表面，系列2热电偶11放在酚醛面层2和层4之间；系列3热电偶放在末涂覆的层4的外表面。由图2可见，此耐火试验表明，当将1000℃的火焰放到层4的暴露表面时，系列1热电偶表明结构体背面的温度在15分钟之内没有超过130℃。系列2热电偶表明层4和酚醛面层2之间的温度不超过220℃。

由于通过层4的热量大大减少，可以使用常规的胶粘剂将结构体粘结到支撑表面。

图3所示为本产品的另一种形式，该产品具有相当坚硬的结构并可自承重。该产品可以用作承重板或平板之间的芯层，例如由蛭石制成的承重板或平板(未显示)。由图3看出，该产品具有相当大的尺寸，颗粒清晰可见，最大尺寸高达15mm。可以按照与前面所提到的木材相同的方式处理该产品。该产品以模制方法形成，应该清楚，使用合适的模具可制成形状更为复杂的产品。这表明了本发明的灵活多样性。

生成芯层材料的优选方法包括两个步骤。

第一步骤要求将蛭石颗粒和陶瓷胶粘剂(该例中为硅酸钠的共混物)以蛭石与胶粘剂的最小重量比为1∶0.5混合。并将其在120℃的最高温度下至少固化1/2小时。由此生成用于步骤2的预涂覆蛭石。

步骤2要求用陶瓷胶粘剂以预涂覆蛭石与胶粘剂的最小重量比为1∶0.5的比例将由步骤1得到的预涂覆蛭石涂覆。将其在最高温度为100℃的温度下固化(通常在一模具中)至少1/2小时，同时施以一定的压力。

该产品适合与粘结面层一起或不与粘结面层一起使用。

我们研究了一些产品样品的机械性能随密度的变化关系，结果如图4所示。由图可见，在较低密度下，能够获得可接受的抗弯强度。

我们还对带有铝面层或不带铝面层的产品样品进行了一系列挠性测试。对密度为250Kg/m³，厚度为15mm的样品进行测试，按照标准ASTM C-393，但所用的跨长为120mm。

对不带面层的样品，以及对具有1.5mm厚的铝合全面层的样品进行了测试。结果如下：

平均抗弯强度(Mpa)

不带面层 0.31

具有铝面层

(1.5mm厚) 5.93

我们还研究了产品的热传导性。利用热成像技术完成。对于密度为250Kg/m³的板得到的值为0.06W/m/K。

Claims

1．一种耐热产品，包含陶瓷胶粘剂和蛭石，其中产品干重的35％到95％为蛭石，蛭石具有的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

2．根据权利要求1的产品，其中产品干重的50％到95％为蛭石，蛭石具有的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

3．根据权利要求1或2的产品，其中产品是大致坚硬的。

4．根据前述权利要求的任何一项的产品，其中胶粘剂包含双组分胶粘剂的粘合部分。

5．根据权利要求1到3的任何一项的产品，其中胶粘剂包括双组分胶粘剂的粘合部分，并与蛭石粉末混合。

6．根据前述权利要求的任何一项的产品，还包括玻璃纤维或其他纤维增强材料。

7．根据前述权利要求的任何一项的产品，其中蛭石颗粒的最大尺寸高达15mm。

8．根据前述权利要求的任何一项的产品，其中产品夹在与其粘结在一起的承重板之间。

9．根据前述权利要求的任何一项的产品，胶粘到制品的表面。

10．根据权利要求1-7的任何一项的产品，模制到制品的表面。

11．根据权利要求1-7的任何一项的产品，喷射到制品的表面。

12．根据权利要求10或11的产品，其中制品具有蜂窝状结构。

13．根据权利要求12的产品，进一步包括夹在蜂窝状结构和产品之间的酚醛玻璃层压板。

14．根据前述权利要求的任何一项的产品，其中蛭石具有的粒径为80％以上的蛭石不能通过2mm的筛。

15．一种防火墙，含有根据前述权利要求的任何一项的耐热产品。

16．一种制造耐热产品的方法，该方法包括：将蛭石颗粒与陶瓷胶粘剂混合；干燥此混合物，其中产品干重的35％到95％为蛭石，蛭石所具有的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

17．如权利要求16的方法，其中干燥步骤包括加热混合物或真空干燥混合物。

18．如权利要求16或权利要求17的方法，其中混合物是放在模具或压机中进行干燥的。

19．如权利要求16或权利要求17的方法，其中在干燥步骤之前，将混合物涂覆到制品的表面。

20．如权利要求16到19的任何一项的方法，其中该方法由两步完成，步骤1包括用陶瓷胶粘剂涂覆颗粒，并将胶粘剂固化/干燥，步骤2包括用陶瓷胶粘剂涂覆预涂覆颗粒，并将胶粘剂固化/干燥。

21．根据权利要求20的方法，当从属于权利要求18时，其中步骤2是将混合物放在模具或压机中完成的。

22．根据权利要求16到21的任何一项的方法，其中产品干重的50％到90％为蛭石，蛭石的粒径为60％以上的蛭石不能通过1mm的筛。

23．根据权利要求16到22的任何一项的方法，其中蛭石的粒径为80％以上的蛭石不能通过2mm的筛。