DE2351152B2

DE2351152B2 - Hitzefeste Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung dieser Folie als feuerfestes Material

Info

Publication number: DE2351152B2
Application number: DE19732351152
Authority: DE
Inventors: Sigeru Itakura; Teruo Matsui; Toshio Nakajima; Kenjiro Okawara
Original assignee: TOKAI METALS CO Ltd YOKOHAMA KANAGAWA (JAPAN)
Current assignee: TOKAI METALS CO Ltd YOKOHAMA KANAGAWA (JAPAN)
Priority date: 1973-10-11
Filing date: 1973-10-11
Publication date: 1980-02-14
Also published as: DE2351152A1; DE2351152C3

Description

Die Erfindung betrifft eine hitzefeste Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei der gegebenenfalls mindestens eine Seite mechanisch oder durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen aufgerauht ist. Da Aluminiumfolien oder Aluminiumlegierungsfolien eine äußerst gut reflektierende metallische Oberfläche besitzen, eignen sich sich sehr gut zum Isolieren. Der Schmelzpunkt liegt jedoch bei 66O⁰C und wenn eine solche Folie eine Flamme berührt, deren Temperatur oberhalb dieses Schmelzpunktes liegt, so wird die Folie geschmolzen und tropft ab, so daß sich in der Folie ein Loch bildet und der Isoliereffekt oder der hitzefestmachende Effekt verloren geht.

Es ist bereits bekannt, Aluminiumfolien oberflächlich auf mechanischem, chemischem oder elektrolytischem Wege aufzurauhen (GB-PS 11 84 144; DE-OS 10 25 695; DE-AS 1122 177). Eine wesentliche Steigerung der Hitzefestigkeit kann jedoch hierdurch nicht erreicht werden.

Somit ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine hitzefeste Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung zu schaffen, welche insbesondere bei Flammenberührung und bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums stabil ist, sowie Verfahren zur Herstellung und Verwendung derselben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine Seite der Folie mit einer Mischung aus feinem Aluminiumpulver und Silikonharzlack oder Butyltitanatharzlack als Bindemittel und/oder gegebenenfalls einem Flammschutzmittel beschichtet ist.

Ein solches Material kann Flammentemperaturen von mehr als IOOO°C aushalten. Bei Berührung mit einer Flamme, deren Temperatur oberhalb 1000⁰C liegt, troDft die Folie nicht ab, und es bilden sich keine extrem

v-,

dünnen Filmbereiche.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Zeichnungen näher erläutert

Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung des Heizofens zur Durchführung des Brenntests mit der erfindungsgemäßen hitzefesten Folie;

F i g. 2 bis 4 graphische Darstellungen der Temperatur im Ofen in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung der erfindungsgemäßen Folie;

Fig.5A und 5B Front- und Seitenansichten eines Heizofens zur Durchführung des Oberflächentests mit der erfindungsgemäßen hitzefesten Folie;

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines rechteckigen Rauchfangkastens zur Messung der Rauchmenge beim Testen der erfindungsgemäßen hitzefesten Folie;

F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Lichtmeßeinrichtung für den Test der erfindungsgemäßen hitzefesten Folie;

Fig.8 bis 10 graphische Darstellungen der Abgastemperaturen und der Rauchmengen in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung der erfindungsgemäßen hitzefesten Folie und

Fig. ΪI eine graphische Darstellung der Temperatur des Abgases in Abhängigkeit von der Zeit unter Verwendung einer Standardplatte im Heizofen.

Als Aluminiumfolien oder Aluminiumlejierungsfolien dienen vorzugsweise Folien mit einer Dicke von bis 200 um.

Beim chemischen Ätzen wird die Aluminiumfolie oder die Aluminiumlegierungsfolie vorzugsweise in Salzsäure, Salpetersäure oder Königswasser oder dgl. oder in Natriumlauge oder Kalilauge bei 60 bis 90° C während 30 s bis 1 min geätzt.

Für das elektrolytische Ätzen wird Gleichstrom oder Wechselstrom herangezogen, unter Verwendung von Salzsäure als Elektrolyt, wobei das Aluminium oder die Aluminiumlegierung die positive Elektrode bildet und wobei Graphit oder Kohlenstoff als negative Elektrode dient. Devorzugt wird eine Stromdichte von etwa 30 Ampere/100 cm², eine Lösungstemperatur von 60—90°C und eine Ätzdauer von 3Cs bis 1 min gewählt.

Die mechanische Oberflächenaufrauhbearbeitung erfolgt mit Schmirgelpapier oder durch ein Sandstrahlgebläse oder mit einer Nylonbürste oder dgl. Es ist bevorzugt, die Oberfläche gleichförmig aufzurauhen, und zwar derart, daß das Gewicht der Folie auf 10—40% des ursprünglichen Gewichts reduziert wird.

Eine so behandelte Aluminiumfolie oder Aluminiumlegierungsfolie hält einer Flamme von 1000⁰C stand, wenn ein feines Aluminiumpulver auf beide Seiten der Folien aufgebracht wird. Verschiedene Kornformen des feinen Aluminiumpulvers können gewählt werden. Das Pulver kann vorzugsweise eine Teilchengröße im Bereich von 5 bis 200 μηι haben. Um das feine Aluminiumpulver auf der Oberfläche der Folie zu binden, wird es mit einem geeigneten Bindemittel z. B. einem Silikonharzlack, einem Butyltitanatharzlack oder dgl. vermischt, sowie gegebenenfalls mit einem Lösungsmittel, wie Xylol, Triol, Fettsäureester oder dgl. und/oder falls erforderlich, mit einem Flammschutzmittel gemischt. Die Mischung wird auf die Oberfläche der Folie aufgesprüht oder aufgestrichen.

Die Dicke der feinen Aluminiumpulverschicht ist ausreichend, wenn sie oberhalb 2 μΐη liegt. Der Grund für die Hitzefestigkeit des erfindungsgemäßen Materials ist noch nicht vollständig geklärt. Das erfindungsgemäße hitzefeste Material erleidet selbst bei einem Kontakt

mit einer Flamme von über 1000⁰C jedoch keine Veränderungen, sondern es behält seine ursprüngliche Form bei. Daher kann das erfindungsgemäße hitzefeste Material an sich verwendet werden, oder es kann als feuerfestes Material zum Beschichten ve η brennbarem Holz oder Sperrholz dienen oder zum Beschichten von Steinen, Kies, Asbest, Zement oder dgl. oder als Baustoff für Materialien, welche durch Hitze leicht beschädigt werden oder zerspringen.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Beispiel 1
(a) Chemisches Ätzen

Aluminiumfolien mit einer Dicke von 30, 50, 70, 100 und 150 μΐη werden in 5- bis 20°/oige Salzsäure bei 60 bis 90⁰C während 30 s bis 1 min eingetaucht und geätzt

(b) Elektrolytisches Ätzen

Aluminiumfolien mit einer Dicke von 30, 50, 70, 100 und 150 μπι werden unter folgenden Bedingungen elektrolytisch geätzt

Elektrolyt:
Elektroden:

Stromdichte:

Ätzdauer:

Temperatur:

5- bis 20%ige Salzsäure
Positiv: Aluminiumfolie
Negativ: Graphit
30 Ampere/100 crn²
30 s bis 1 min
60⁰C bis 90° C.

Nummer
A

Größe (min):
Dicke (mm):
Gewicht (g):

220X221

0,15

16,9

221X221

0,15

16,4

220X221

0,15

16,4

20

(c) Mechanische Oberflächenaufrauhbehandlung

Aluminiumfolien mit einer Dicke von 30, 50, 70, 100 und 150 μιτι werden gleichförmig auf der Oberfläche mit Schmirgelpapier, durch Sandstrahlgebläse oder mit r> einer Nylonbürste aufgeraucht, bis das Gewicht der Folie um 30% verringert ist

(d) Aufbringen eines feinen Aluminiumpulvers

Eine Mischung von 12 Teilen eines feinen Aluminium- -in pulvers und von Mineralöl im Verhältnis von 65 : 35 und 32 Teilen Silikonlack und 4 Teilen Xylol wird auf eine Stufe aufgebracht, welche gemäß einer der Stufen a, b oder c oberflächlich aufgerauht wurde. Diese Auftragsstärke beträgt 2 μπι. Man erhält auf diese Weise ein -r> ausgezeichnetes hitzefestes Material.

Beispiel 2

Drei Alumiriumfolien A, Sund Cmit einer Dicke von 0,100 mm und den nachstehenden Abmessungen und mit ->o einem Gewicht von 250 g/m² werden in erfindungsgemäßer Weise an beiden Seiten behandelt, indem man ein feines Aluminiumpulver von 0,02 mm Korndurchmesser auf beide Oberflächen mit einem Silikonharzlack als Binder in einer Menge von 38,2 g/m² und zusätzlich mit « 3,8 g/m² eines Pigments aufbringt.

mehr als einem Monai bel?.ssen und in einer Trockeneinrichtung bei 35—45°C während mehr als 120 h gehalten und dann während 24 h in einem Exikator gehalten. Der Heizofen für die Brennversuche, welche an diesem Material ausgeführt werden, ist :n F i g. 1 dargestellt Die Temperatur des Ofens wird auf 750 ± 10⁰C eingestellt und die Temperatur wird während 20 min stabil gehalten, bevor die Testproben in den Ofen gegeben werden.

Der Heizofen 10 gemäß F i g. 1 umfaßt eine Heizquelle, wie z. B. einen elektrischen Heizdraht 12 mit einem Regler zur Konstanthaltung der Spannung (nicht dargestellt) und mit einem Thermoelement 14 versehen zur Temperaturmessung im Ofen 10, welches in F i g. 1 in der Mitte des Ofens 10 in Höhe der Wandung des Ofens mit einem Abstand von 1 cm von der Innenwandung angebracht ist. Ferner ist ein Probebehälter 16 vorgesehen sowie ein Windschutzzylinder 18 und ein vertikales zylindrisches feuerfestes Material 20, welches den Körper 22 des elektrischen Ofens bildet Ferner ist ein konischer Körper 24 zur Stabilisierung der Luftventilation in den Ofen vom Boden her eingesetzt, und ein gegen Zugluft abschirmender Zylinder 25 ist unterhalb des Ofenkörpers 22 ausgebildet. Dieser Heizofen 10 weist eine derartige Konstruktion auf, damit die Temperatur im Ofen während mehr als 30 min auf 750 ±'. 0° C gehalten wird, was durch das Thermoelement 14 gemessen wird:

Konstruktion des Thermoelements 14

Material

Pluspol: Legierung bestehend in der Hauptsa

che aus Nickel-Chrom-Stahl;

Minuspol: Legierung bestehend in der Hauptsache aus Nickel-Aluminium-Mangan; Abmessungen

des Drahtes: 0,65 ±0,03 mm im Durchmesser Meßtoleranz
400-650°C: ±0,75%
0-400°C: ±3°C.

Dieses Thermoelement 14 wird in Verbindung mit einem nicht dargestellten automatisch aufzeichnenden im Gleichgewicht befindlichen Thermometer (Elektrodenröhrentyp) mit den folgenden Werten verwendet:

Zahl der Skalaaufteilung auf Papier:	30-200
Toleranz der
Aufzeichnungspapierskala:	±1,0%
Toleranz des
nicht-empfindlichen Bereiches:	0,1%
Toleranz der Anzeige:	0,5%.

Die in obiger Weise behandelten Testproben A, Bund C aus Aluminiumfolie werden nachfolgend getestet, indem man sie in dem Ofen 10 während mehr als 20 min auf die unten angegebene eingestellte Temperatur erhitzt, nachdem sie in den Probenbehälter 16 des Heizofens 10 gegeben und so ausgerichtet sind, daß die Mittellinie der Seitenfläche der Testprobe mit der Verbindungsstelle des Thermopaars 14 zur Messung der Temperatur im Ofen ausgerichtet war.

Nummer
ABC

Die erhaltenen hitzefesten Materialien werden in einen gut ventilierten Raum gegeben und dort während

Eingestellte Temperatur 749 C

750 C

755 C"

Die Ergebnisse der Teste an den Proben A, B und C und der verstrichenen Zeit, die Temperaturdifferenzen und die Gewichtsminderungen der Proben sind nachstehend zusammengestellt:

	Nummer	B	C	IO
	A	798 in Fig. 3	794 in Fig. 4
Max. Tempera tur des Ofens	790 in Fig. 2	48	39	15
Temperatur differenz	41	0,7%	0,9%
Gewichts verminderung	3,6%

Bei den vorstehenden Proben überschreiten die Temperaturen den eingestellten Temperaturwert im Ofen um mehr als 50° C.

Bei den gleichen Proben A, B und C werden die Oberflächen in folgender Weise getestet:

Die Aluminiumfolienproben werden in einem gut ventilierten Raum während mehr als einem Monat aufbewahrt und während mehr als 24 h in einer Trockenvorrichtung, welche auf 35° C bis 45° C gehalten wird, getrocknet, und sodann während mehr als 24 h in einem Exsikator gegeben.

20 In F i g. 5 ist ein Heizofen 30 für die Oberflächentests der Testproben dargestellt. Er weist eine Hauptheizquelle mit 1,52 kw/h auf, wie z. B. einen elektrischer Heizdraht 32 mit einem nicht dargestellten mil konstanter Spannung arbeitenden Regler. Ferner isi eine weitere Heizquelle vorgesehen, wie z. B. ein Gasbrenner 34, wobei Stadtgas mit 1,50 l/min verwendet wird. Am oberen Ende des Ofens 30 ist ein Abgasauslaß 36 vorgesehen. Ein Thermoelement oder Thermopaar 38 ist an der Verbindungsstelle zum Abgasauslaß 36 gemäß F i g. 5 vorgesehen und dient zur Messung der Temperatur des Abgases des Heizofens 30 Proben A, B und C werden durch Halterungen 40 im Ofen 30 gemäß F i g. 5 gehalten. Hinter der Probe isl eine rückwärtige Deckplatte 42 befestigt. Ferner sind ein Lufteinlaß 44 und ein Beobachtungsfenster 'Ki vorgesehen. Dieser Heizofen 30 ist derart ausgebildet daß die Temperatur des Abgases innerhalb eines Fehlerbereichs von 20°C gehalten wird. In Tabelle 1 sind die Temperatur des Abgases und die verstrichene Zeitdauer dargestellt, wobei der Ofen 30 während 3 min durch die Gasheizquelle 34 erhitzt wird und danach wird der Ofen während 7 min sowohl durch die Hauptheizquelle als auch durch die zusätzliche Heizquelle 32 und 34 geheizt. Hierbei wird eine Standardplatte aus einer 0,8-Asbest-Pearlit-Platte mit den Abmessungen 22 cm χ 22 cm χ 1 cm verwendet und in obiger Weise behandelt und im Autoklav gehärtet

Tabelle 1	1	2	3
Verstrichene Zeitdauer (min)	70	80	90
Temperatur des Abgases (C)

4 5 6 7 8 9 10

155 205 235 260 275 290 305

Zur Messung der Rauchmenge (Rauchkoeffizient pro Flächeneinheit) wird ei): rechteckiger Rauchsammeikasten 50 auf dem Heizo.en 30 befestigt (F i g. 6) mit den Abmessungen 1,41 m χ 141 ra χ 1 m (Höhe) (Innenabmessungen) und mit einer Rauchbewegungsvorrichtung 52, welche darin angebracht ist. Ferner ist eine Meßeinrichung 54 zur Messung der Lichtmenge vorgesehen, welche einen Schornstein 56 zur Rauchaufnahme aufweist Die Meßeinrichtung 54 ist unterhalb des Kastens 50 angeordnet, wobei sich der Schornstein 56 durch den Boden des Kastens 50 hindurch in das Innere desselben erstreckt

Die Lichtmeßeinrichtung 54 ist gemäß F i g. 7 derart aufgebaut, daß etwa 1,5 1 Rauch pro Minute an einer Stelle 30 cm unterhalb der Oberwandung in der Mitte des Kastens 50 entnommen werden. Ferner umfaßt die Meßeinrichtung eine Lichtquelle, wie z. B. eine Glühlampe 58 an einer Seite und eine Linse 60, ein Paar Glasplatten 62 zur Abschirmung der Lampe 58 und der Linse 60 vom Dampf und eine photoempfindliche Zelle 64 sowie elektrische Heizdrähte 66 und isolierende Glasfasern 68 umgeben die elektrischen Heizdrähte 66, welche im Bereich des Einlasses und des Auslasses für den Rauch vorgesehen sind.

Konstruktion des Thermopaars 38

Material:	das gleiche wie bei dem Thermopaar
	14
Abmesunsungen
der Drähte:	1,60 ±0,05 mm Durchmesser
Meßgenauigkeit
400-850⁰C:	±0,75%
0-400° C:	±3°C.

Dieses Thermopaar 38 wird zusammen mit einem automatischen abgestimmten Aufzeichnungsthermome ter vom Elektronenröhrentyp (nicht dargestellt) wie bei Beispiel 5 zur Messung der Temperatur des Abgases vom Heizofen 30 verwendet Die Testproben A, Bund C der oben behandelten Aluminiumfolie werden nachfolgend getestet, indem man sie durch die zusätzliche Heizquelle 34 während 3 min erhitzt und sodann durch beide Heizquellen 32 und 34 während 7 min erhitzt Nach diesen Erhitzungen unter Verwendung der oben beschriebenen Standardplatte wird die rückwärtige Wand 42 entfernt, so daß die durch das Thermopaar 38 angezeigte Temperatur auf etwa 50° C gesenkt wird.

Die Lichtmenge, welche durch den Rauch dringt, wird alle 15 see während des Hitzetests gemessen. Die Testergebnisse der Proben A, B und Csind nachfolgend zusammengestellt:

	Nummer	B	C
	A	Fig. 9	Fig. 10
Abgastemperatur und	Fig. 8
Rauchmenge		0	0
Temperatur x Zeit	0
bereich ( C min)		0	0
Rauchmenge pro	2
Flächeneinheit		0	0
Dauer der Restflamme	0
(see)		keine	keine
Länge und Breite des	keine
Schmelzbereichs und
des Rißbildungs
bereichs (mm)		keine	keine
Schädliche Deformation	keine	keine	keine
Schädliche Gase	keine	405 C	400 C
Temperatur des	401C
rückwärtigen Raums

Fig. 11 zeigt die Temperatur des Abgases aufgetragen gegen die verstrichene Heizzeit unter Verwendung der obigen Standardplatte im Heizofen 30, welcher wie oben eingestellt wurde. Die Gesamtzeitdauer erstreckt sich von 0—10 min ( + 50⁰C). Der obige Temperatur χ Zeitbereich bedeutet denjenigen Bereich, welcher durch die Kurve der Temperatur des Abgases der Testprobe, welche die Kurve der Temperatur des Abgases der obigen Standardplatte überschreitet und welcher durch die Kurve der Temperatur des Abgases der Standardplatte begrenzt wird.

Die Rauchmenge pro Flächeneinheit CA wird durch folgende Formel erhalten:

CA =

240 log.,, — .

wobei Io die Lichtintensität (lux) zu Beginn des Heizens des Heizofens bedeutet und wobei / den geringsten Wert der Lichtintensität (lux) während des Heiztests im Heizofen bedeutet.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Hitzefeste Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, bei der gegebenenfalls mindestens eine Seite mechanisch oder durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen aufgerauht ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Seite der Folie mit einer Mischung aus feinem Aluminiumpulver und Silikonharzlack oder Butyltitanatharzlack als Bindemittel beschichtet ist

2. Hitzefeste Folie nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung zusätzlich ein Flammschutzmittel enthält

3. Verfahren zur Herstellung einer hitzefesten Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wobei mindestens eine Seite der Folie mechaniKh oder durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen aufgerauht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mit einer Mischung aus feinem Aluminiumpulver und Silikonharzlack oder Butyftitanatharzlack als Bindemittel beschichtet wird.

4. Verwendung einer Folie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, deren mindestens eine Seite mechanisch oder durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen aufgerauht ist und mit einer Mischung aus feinem Aluminiumpulver und Silikonharzlack oder Butyltitanatharzlack als Bindemittel beschichtet ist als feuerfestes Material zur Feuerfestausrüstung von Holz oder Sperrholz. so