DE2154316B2

DE2154316B2 - Hitzebeständiger Formkörper, bei dem Füllstoffe mit Kunststoffmatenal gebunden sind

Info

Publication number: DE2154316B2
Application number: DE2154316A
Authority: DE
Inventors: Guido Maria Enzersdorf Schumy (Oesterreich)
Original assignee: Terranova-Industrie Wien GmbH
Current assignee: Terranova-Industrie Wien GmbH
Priority date: 1970-11-10
Filing date: 1971-11-02
Publication date: 1973-11-22
Also published as: FR2113756A5; IT941106B; DE2154316C3; DE2154316A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen hitzebeständigen Formkörper, bei dem Füllstoffe, wie beispielsweise Quarz und/oder Calcit und/oder Glasfasern, -matten oder -vliese, mit Kunststoffmateria!, z. B. Duroplaste, gebunden sind, wobei der Formkörper im Brandfall durch Sinterung der Füllstoffe im wesentlichen formbeständig ist.

Abgesehen davon, daß Kunststoffe mit völlig inerten oder oberflächenaktiven Füllstoffen, die eine bessere BinduDg mit dem Kunststoff eingehen, gefüllt sein können, sind Kunststofferzeugnisse bekannt, in denen als Füllstoff allein oder in Kombination mit sonstigen inerten Füllern entflammungsheir.mende oder selbstlöschende Produkte eingebracht sind. Diese entflammungshemmenden oder selbstlöschenden Stoffe wirken entweder durch Freisetzung von entflammungshindernden Gasen und Dämpfen oder durch Wärmeentzug und damit Abkühlung der brennbaren Umgebung unter den Entflammungspunkt. Ein derartiger Formkörper ist aus der deutschen Auslegeschrift 1 494 955 bekannt. Der Formkörper besteht dabei ausschließlich aus Hochtemperatur-Schaumstoffen, welche vor allem mit organischen Materialien gefüllt sind. A.us diesen Materialien hergestellte Körper können höchstens als Wärmedämmaterial bzw. feuerwiderstanderhöhendes Material angesprochen werden, da die Festigkeit des aus diesem Material hergestellten Formkörpers bei höheren Temperaturen infolge der hohen Gasentwicklung zurückgeht. Es verbleibt zwar im Brandfalle infolge eines Sinterprozesses ein organisches Gerüst erhalten. Dieses hält aber, wie eine Prüfung ergeben hat, kaum eine höhere Belastung aus. Zum Schutz gegen höhere Wärmeeinwirkung werden die Schaumstoffplatten nach der deutschen Auslegeschrift deshalb beidseitig mit Asbestplatten verkleidet.

Mit Hilfe des Materials nach der deutschen Auslegeschrift 1 494 955 werden deshalb nur eine Verhinderung cJer Erschwerung der Entflammung sowie ein Hinauszögern des Brandbeginnes erreicht; bei längerer Erhitzung geht die Wirksamkeit verloren und verringert sich die Festigkeit des Formkörpers zu stark.

Unbrennbare Bewehrungen, beispielsweise aus Glaswolle. Asb : oder aus metallischen Teilen, beispielsweise Drä en, liefern nach dem Abbrennen oder Erweichen des Kunststoffes ein Restgerüsi. Der Nachteil derartiger Kunststofferzeugnisse besteht jedoch darin, daß bei Hitzeeinwirkung die Entflammung und das Weiterbrennen über ihre gesamte Dicke nicht behindert werden. Bei Metallbewehrungen wird durch die gute Wärmeleitfähigkeit das Erhitzen der innenliegende Teile sogar gefördert. Bei Abbrennen der Kunststoffmasse verbleibt wohl ein Gerüst, das aber keine oder durch mechanische Verflechtung oder Vernetzung nur schwache Bindung aufweist. Bei Verwendung von Metallen kann zwar ein z. B. durch Verschweißen gebildetes Gitter oder mit entsprechend anderen Bindungen zwischen den einzelnen Bewehrungselementen versehenes System eingebracht werden, das aber beim Erhitzen einen Festigkeitsabfall erleidet, wodurch die mechanische Beanspruchbarkeit des verbleibenden Produktes ganz wesentlich herabgesetzt wird.

Die industrielle Fabrikation von Kunststofferzeugnissen, insbesondere Duro- und Thermoplast-Erzeugnissen im voll- und halbautomatischen Preß-, Gieß-, Spritzpreß- oder Spritzgießverfahren für sämtliche Anwendungsbereiche und Vorfertigungstechniken der modernen Industrie und insbesondere im Bauwesen verlangt immer nachhaltiger eine Höchstbeanspruchbarkeit nach DIN 53459 und 4102 für Glut- und Hitzeformbeständigkeit.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Formkörper der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem bei steigender Temperatur infolge einer Brandbelastung die Druckfestigkeit bestehen bleiDt oder sogar größer wird.

Die gestel'te Aufgabe ist bei einem Formkörper der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Formkörper als zusätzliches Füllstoffmaterial ein die Sinterungstemperatur senkendes eutektisches Gemenge oder ein in seiner Zusammensetzung annähernd ein Eutektikum bildendes Gemenge aus mindestens zwei Substanzen der Gruppe Alkalialuminiumhalogenide, Alkali- oder Erdalkalisulfate, -hydrogensulfate, -halogenide, Aluminiumhydroxyde, Aluminiumhalogenide oder -hydroxydhalogenide erhalten ist und die Gesamt-Füllstoffmenge 40 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes des Formkörpers beträgt.

Mit Hilfe der Erfindung bildet sich während des Erhitzungsvorganges ein festes, vor allem mechanisch beanspruchbares Gerüst im gefüllten Kunststoffkörper aus und wird beim Erhitzen oder Abbrennen der oberfiächennächsten Kunststoffanteile eine dichtende Schicht gebildet und damit das Weiterbrennen ver-

hindert. Bei starker Flamm- bzw. Hitzeeinwirkung bis mindestens ungefähr 100O⁰C wirken die Füllstoffe des gefüllten Formkörpers nach der Erfindung auf Grund der fortschreitenden Zerstörung der Kunstharzbindemittelkomponente durch endotherme Entstehung emailleartiger Sinterungsprodukte einer Verminderung der Druckfestigkeit entgegen. Dadurch wird eine echte Verbesserung, insbesondere der mechanischen Eigenschaften im Sinne der Normenbestimmung erhalten. Eine weitere Erhöhung der Festigkeit des während der Erhitzung oder des Abbrennens des gefüllten Kunststoffes entstehenden bzw. nach Erhitzung ode: dem Verbrennen desselben verbleibenden gesinterten Gerüstes kann dadurch bewirkt werden, daß der Chemismus der Komponenten so gewählt wird, daß die Füllstoffteikhen an den Berührungspunkten eine hochviskose Sehr K-lze bilden.

Die Einführung eines die Sinterungstemperatur der Füllstoffe senkenden eutektischen Gemenges oder eines Gemenges, dessen Zusammensetzung annähernd ein Eutektikum bildet, ist günstig, da die Sinterungstemperatur der üblicherweise verwendeten Füllstoffe meist we^entIich höher liegt air die Zersetzungstemperatur des Kunstharzbindemittels. Durch die Einführung des eutektischen Gemenges ist damit sicherge- »5 stellt, daß bei beginnender thermischer Zersetzung oder Verbrennung des Kunstharzbindemittels die Sinterung der Füllstoffe bereits eingesetzt hat. Das durch die Sinterung eiustandt.ie Gerüst ersetzt dann lückenlos den Ausfall des o^rganischen Bindemittels. 2~

Damit bei Hitzeeinwirkung jo Jenfalls eine entspre chende mechanische Mindestfestigkeit des gefüllten Kunststoffkörpers gewährleistet ist bzw. um Deformationen des gesinterten Körpers auch bei höheren Temperaturen durch von außen einwirkende Kräfte zu verhindern, sollen die Füllstoffe vorzugsweise eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben, damit der In einem solidus-liquidus-solidus-Prozeß ablaufende Sintervngsvorgang in den äußeren Zonen schon eintritt, bevor die inneren Partien bis zur Zersetzungstemperatur des Kunststoffes erhitzt werden.

Vorzugsweise stellen die Füllstoffe ein binäres oder polynäres Gemenge anorganischer Stoffe dar, das einerseits Quarz und/oder Calcit (die als Füllstoffe bereits bekannt sind) und/oder Glasfasern, -matten, -vlies und andererseits als eutektisches Gemenge Alkalialuminiumhalogenide und/oder Alkali- und/oder Erdalkalisulfate, -hydrogensulfate, -halogenide und/ oder Aluminiumhydroxyde und/oder Aluminiumhalogenide oder -hydroxyhalogenide enthält; hierdurch wird in besonders vorteilhafter Weise erreicht, daß die zur Sinterung führende Reaktion zwischen den Füllstoffteilchen unter negativer Wärmetönung verläuft, wobei der Umgebung Wärme entzogen und damit das Erreichen der Entflammungstemperatur des Kunstharzbindemittels verzögert wird.

Die erfindungsgemäßen hitzebeständigen Formkörper sind in den verschiedensten Bereichen beispielsweise des Bauwesens sowie der Industrie anwendbar, z. B. als Bausteine. Bauplatten, Dekorphtten, Rohre, Dachplatten u. dgl.

Als Kunstharzbindemittel kann nicht ausgehärtetes ungesättigtes Polyesterharz, Epoxidharz, Melaminharz, Formaldehydharz, Acrylate, monomeres Styrol, Polyäthylen, Polyvinylchlorid, einschließlich ihrer zugeordneten Derivate verwendet werden.

Die Füllstoffe sind ein binäres oder polynäres Gemenge anorganischer Stoffe, die sowohl natürlichen als auch synthetischen Ursprungs sein und einerseits zum Füllen von Kunstharzen üblicherweise verwendete mineralische Rohstoffe wie Quarz, Quarzsand, Kieselgur, Diatomeenerde, Bimsstein, Feldspat, Calcit, Dolomit, Tone, Asbest bzw. Schlacken, Siliciumcarbid, Korund, Steinwolle, Glasfasern, -matten, -vlies, E-Rovings, Stahlfasern oder -wolle sowie anderseits ein eutektisches Gemenge bildende anorganische Salze und/oder Hydroxyde umfassen können. Das eutektische Gemenge kann Alkalialuminiumhalogenide, Alkali- und Erdalkalisulfate, -hydrogensulfate und -halogenide, Aluminiumhydroxyde, -halogenide und -hydroxyhalogenide sowie ähnliche Verbindungen anderer Metalle enthalten, wobei sich beispielsweise folgende eutektischen Ger. enge mit einem Mischungsverhältnis als vorteilhaft erwiesen.

A) 50 Gewichtsprozent KHSO, + 30% Na₃AlF₆
+ 20% CaCl₂,

B) 40 Gewichtsprozent KHSO₄ -f 40% Na₃AlF₆
+ 10% CaCl₂ + 5%/HOH).

+ 5% Al₂(OH)₅Cl · 3 H₂O.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn das Gewichtsverhältnis zwischen dem eutektischen Gemenge und den übrigen Füllstoffen 10 bis 80% beträgt und der Gesamtanteil der Füllstoffe, die eine Korngröße zwischen 1 und 500 μ besitzen können, ein Gewicht des gefüllten Kunststoffkörpers 40 bis 90 Gewichtsprozent ausmacht.

Derartige Gemenge von Füllstoffen können überdies noch mit an sich bekannten flammenhemmenden und selbstlöschenden Substanzen kombiniert werden, die zur Unterstützung der an sich schon gegebenen Eigenschaften des Füllstoffgemenges dazu dienen, das Weiterbrennen des größten Teiles der Kunststoffmasse zu verhindern und die Festigkeit auch nach einer Hitzebeanspruchung in ausreichendem Umfang zu erhalten, so daß ein mechanischer Zusammenbruch vermieden wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Hitzebeständiger Formkörper, bei dem Füllstoffe, wie beispielsweise Quarz und/oder Calcit und/oder Glasfasern, -matten oder -vüese, mit Kunststoffmaterial, z. B. Duroplaste, gebunden sind, wobei der Formkörper im Brandfall durch Sinterung der Füllstoffe im wesentlichen formbeständig ist, dadurch gekennzeichnet, ίο daß in dem Formkörper als zusätzliches Füllbiüiimaterial ein die Sinterungstemperatur senkendes eutektisches Gemenge oder ein in seiner Zusammensetzung annähernd ein Eutektikum büßendes Gemenge aus mindestens zwei Substanzen der Gruppe Alkalialuminiumhalogenide, Alkali- oder Erdalkalisulfate, -hydrogensulfate, -halogenide, Aluminiumhydroxyde, Aluminiumhalogenide oder -hydroxydhalogenide enthalten ist und die Gesamt-Füllstoffmenge 40 bis 90 Gewichtsprozent des Gesamtgewichtes des Formkörpers beträgt.

2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in ihm das eutektische Gemenge, bezogen auf das Gesamtgewicht der Füllstoffe, in einer Menge von IO bis 80 Gewichtsprozent ent- *5 halten ist.

3 Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das eutektische Gemenge aus 50 Gewichtsprozent KHSO₁, 30 Gewichtsprozent Na₃AlF₆ und 20 Gewichtsprozent CaCl₂ besteht.

4. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch rekennzeichnei, daß das eutektische Gemenge aus 40 Gewichtsprozent KHSO₄, 40 Gewichtsprozent Na₃AlF₆, 10 Gewichtsprozent CaCl₂, 5 Gewichtspiozent Al(OH)₃ und 5 Gewichtsprozent Al₂(OH)₃Cl · 3 H₂O besteht.