DE2427223A1

DE2427223A1 - Syntaktische schaeume mit niedriger dichte

Info

Publication number: DE2427223A1
Application number: DE19742427223
Authority: DE
Inventors: John Matsko
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1973-06-06
Filing date: 1974-06-06
Publication date: 1975-01-09
Also published as: FR2232571A1; FR2232571B3; JPS5022869A; US3849350A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C. 20545, U.S.A.

Syntaktische Schäume mit niedriger Dichte

Die Erfindung bezieht sich auf syntaktische Schäume mit niedrigem Bindemittelgehalt und auf ein Verfahren zu deren Herstellung.

Bei bekannten Verfahren zur Herstellung von einen niedrigen Bindemittelgehalt aufweisenden syntaktischen Schäumen kann die Verwendung eines Lösungsmittels als ein Mischvermittler vorgesehen sein, um das Harzbindemittel, den Härter und die hohlen Mikrosphären oder das Blasenmaterial zu vermischen. Wenn diese Stoffe vermischt und gegossen sind, dann wird durch ein Ofentrocknungsverfahren das Lösungsmittel aus dem Gießteil entfernt. Das Trocknen im Ofen zur Entfernung des Lösemittels hat den Nachteil, daß infolge der Dichteänderungen während des Trocknungsvorgangs Füllstoffe, Bindemittel und Materialien wie beispielsweise die höh-

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/ L ) I O "7 "\

len Glasmikrokügelchen getrennt werden können. Die Verwendung des Wortes "Mikrosphären" (oder Mikrokügelchen) ist hier allgemein zu verstehen und umfaßt auch nicht sphärische Blasen oder allgemein nicht sphärisches Material. Wenn unzureichende Mengen von Lösungsmitteln verwendet werden, um das obige Problem zu umgehen, so wird es schwierig, die Flüssigkeit und die Feststoffe gleichförmig miteinander zu vermischen, ohne daß die hohlen Glaskügelchen zerbrochen werden. Um das gewünschte Verhältnis aus Lösungsmittel und festem Material zu erhalten, ist mehr Binder erforderlich als dies nötig oder wünschenswert wäre, um einen syntaktischen Schaum mit geringem Bindemittelgehalt zu erzeugen. Allgemein enthalten bekannte syntaktische Schäume ungefähr 60 Volumenprozent bis 65 Volumenprozent Glasmikrosphären, die mit zwischen 35 bis ungefähr 40% Harz vermischt sind, um einen Schaum zu erzeugen, der eine Dichte von ungefähr 0,62 bis ungefähr 0,68 Gramm pro Kubikzentimeter (g/ccm) aufweist.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein Verfahren zur Herstellung eines syntaktischen Schaums mit niedriger Dichte und niedrigem Bindemittelgehalt anzugeben. Daher bezweckt die vorliegende Erfindung, einen syntaktischen Schaum mit geringem Bindemittelgehalt auszubilden, und zwar unter Verwendung eines Gefriertrocknungsverfahrens. Ferner sieht die Erfindung ein syntaktisches Schaumerzeugnis mit niedrigem Bindemittelgehalt vor, welches einen Glasmikrospharengehalt von ungefähr 9O bis ungefähr 95 Gewichtsprozent und einen Bindemittelgehalt von ungefähr 10 bis ungefähr 5 Gewichtsprozent aufweist. Ferner hat sich die Erfindung zum Ziel gesetzt, ein syntaktisches Schaumerzeugnis mit geringem Bindemittelgehalt anzugeben, welches flammhemmend ist und eine Entflammung unterdrückt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus den Ansprüchen.

Kurz gesagt sieht die Erfindung die Bildung einer Mischung aus Binderharz, Flexxbilxsierungsharz und Härtmittel vor, wobei während des Rührens der Mischung ein Lösungsmittel hinzugegeben

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wird, worauf - während noch immer gerührt wird - hohle Mikrosphären oder dergl. hinzugegeben werden, um dann die sich ergebende Mischung in einen Behälter auf eine Tiefe von nicht mehr als 1/2 Zoll zu gießen, worauf dann die sich ergebende Mischung gefroren wird und das Lösungsmittel aus der Mischung sublimiert wird, wodurch sich ein trocknes Erzeugnis ergibt, welches kompakt gemacht wird und zu einem synthetischen Schaum gehärtet wird, worauf dann eine Formgebung oder eine Bearbeitung zu einem syntaktischen Schaumerzeugnis erfolgt, welches einen niedrigen Bindemittelgehalt besitzt.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich" aus der folgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung, in der als Strömungsdiagramm ein Verfahren dargestellt ist, welches für die Verwendung der vorliegenden Erfindung geeignet ist.

Wie in der Zeichnung dargestellt, wird ein geeignetes Bindeharz, ein zur Erzeugung von Flexibilität dienendes Harz (Flexibilisierungsharz) und ein Härtmittel anfangs gemischt. Sodann wird - unter Agitation (Rühren oder dergl.) - ein geeignetes Lösungsmittel langsam der Mischung hinzugefügt, wodurch sich ein höchst strömungsfähiger Zustand ergibt. Während des Umrührens werden der Strömungsmischung sodann hohle Glasmikrosphären oder Mikrosphären aus winzigen hohlen Harzkügelchen, wie beispielsweise aus Polystyrol,und, wenn gewünscht, andere geeignete Füllstoffe, wie beispielsweise ein flammenverzögerndes Pulver oder Granulate,wie beispielsweise Natriumbicarbonat oder Kaliumbicarbonat, zusammen mit Harnstoff hinzugefügt; diese Mischung, welche die Mikrosphären und anderen Füllstoffe gleichförmig verteilt im Harzbindemittel und Lösungsmittel enthält, wird in ein geeignetes vorgekühltes Gefäß auf eine Höhe von nicht mehr als 1/2 Zoll und vorzugsweise zwischen 1/4 Zoll bis ungefähr 1/2 Zoll eingegossen. Das die Mischung enthaltende Gefäß wird sodann in einer geeigneten vorgekühlten Sublimatorkammer oder dgl. angeordnet und das Material wird festgefroren. Das Ausmaß der Kühlung zur Erreichung des gefrorenen Zustands hängt von der Art des verwendeten Bindemittels, der Lösungsmittelart und so weiter ab. Das Gefrieren der

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in das Gefäß eingegossenen Aufschlämmung sollte irfwfenfgfe?* als ungefähr 1 Minute erfolgen, um die Möglichkeit einer Trennung der festen Stoffe vom Harz und Lösungsmittel zu eliminieren oder wesentlich zu vermindern. Die Abkühlung des gefrorenen Materials auf einen Punkt wesentlich niedriger als seine Gefriertemperatur ist nicht erforderlich und wirtschaftlich ungünstig.

Das Lösungsmittel im gefrorenen Material wird sodann sublimiert. Die Geschwindigkeit der Sublimation ist durch das Dampfdruckdifferential zwischen dem gefrorenen Material und dem Kondensator bestimmt. Im allgemeinen ist ein Sublimationsverfahren durch die spezielle Art und Größe der Sublimationskairuner, die Menge des gefriergetrockneten Materials, das Lösungsmittel im gefrorenen Material, usw. bestimmt. Ein hoher anfänglicher Differentialdruck erhöht die anfängliche Sublimationsgeschwindigkeit. Die Sublimation wird infolge des Differentialdrucks und auch infolge der Evakuierung der Sublimationskammer unter Verwendung geeigneter Mittel, wie beispielsweise einer Vakuumpumpe, erreicht. Das gefrorene Material wird mit einer Geschwindigkeit erhitzt, die dazu ausreicht, daß eine leistungsfähige Sublimationsrate aufrechterhalten bleibt und doch das gefrorene Material nicht verflüssigt wird. Die Sublimation wird solange fortgesetzt, bis das gefrorene Material trocken ist, was beispielsweise durch die folgendenlndikatoren festgestellt wird:

1. Die Kondensatortemperatur nähert sich einem maximalen Niedrigwert.

2. Die Tablettemperatur steigt an und verbleibt auf einem vorbestimmten Punkt.

3. Der Vakuumdruck in der Kammer nähert sich einem maximalen Niedrigwert.

4. Das Aussehen des gefrorenen Materials, usw.

Wenn die Trockenheit erreicht ist, kann der Trocknungszyklus für einige wenige Stunden, wie beispielsweise von ungefähr 2 bis ungefähr 8 Stunden fortgesetzt werden, um totale Trocknung zu gewährleisten. Das getrocknete Material kann sodann gepreßt und gehärtet

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werden oder wenn diese Schritts nicht relativ bald durchgeführt werden sollen, so kann das gefriergetrocknete Material dadurch trockengehalten werden, daß man es gekühlt bei ungefähr 40 F hält, und zwar solange, bis man für das Pressen bereit ist, um so das Härten der Bestandteile zu verhindern.

Das gefriergetrocknete Material kann sodann in einer Form angeordnet und zusammengedrückt werden, und zwar mit einem Druck von ungefähr 90 bis ungefähr 200 englische Pfund pro Quadratzoll und vorzugsweise von ungefähr 120 bis ungefähr 140 englische Pfund pro Quadratzoll. Nach dem Pressen kann der gepreßte Teil aus der Form entfernt werden und dadurch gehärtet werden, daß man den Teil beispielsweise in einem zwangsbelüfteten Trockenofen anordnet und eine geeignete Temperatur für eine hinreichende Zeitdauer aufrechterhält, um das Härten zu gewährleisten. Die Härtungszeit und die Temperatur hängen von der Art und Menge des Harzes und vom verwendeten Härtemittel ab. Nach dem Härten kann der syntaktische Schaum geformt werden oder aber er wird maschinell bearbeitet, um ein syntaktisches Schaumprodukt gewünschter Gestalt zu ergeben. Die Bearbeitung kann durch übliche Bearbeitungsverfahren geschehen .

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren sind die folgenden:

1. Das schnelle Gefrieren der Aufschlemmung verhindert die Trennung der Aufschlemmungskomponenten.

2. Die Sublimation des Lösungsmittels macht es möglich, daß die Aufschlemmung homogen bleibt, da das Material nicht durch einen Flüssigzustand beim Sublimationsverfahren läuft, was die schweremäßige Trennung der Komponenten zur Folge haben könnte. Da dies ferner bei niedrigen Temperaturen durchgeführt wird , besteht eine geringere Gefahr des Härtens der Bestandteile.

3. Nur kleine Bindemittelmengen müssen verwendet werden, weil große Lösungsmittelmengen der Aufschlemmung hinzugefügt werden können, um als MischungsVehikel (Mischungsvermittler) zu wirken. Auf diese Weise werden syntaktische Schäume mit sehr niedriger

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Dichte erzeugt.

4. Glas und Keramik bildende Bestandteile, wie beispielsweise Natriumsilikat, können als Binder verwendet werden, wodurch ein entflammungsgehemmter syntaktischer Schaum entsteht. Der sich ergebende Schaum könnte im wesentlichen ein insgesamt aus Glas bestehender Schaum sein, wenn Glasmikrosphären verwendet würden.

5. Flammenunterdrückende oder -hemmende Pulver können der syntaktischen Schaummischung hinzugefügt werden, um die durch Explosion erzeugte Entflammung zu unterdrücken. Das sich ergebende Erzeugnis wäre ein syntaktischer Schaum, der die die Entflammung unterdrückenden Pulver, wie beispielsweise eine Kombination aus Kaliumbicarbonat und Harnstoff mit einem Minimum von Bindemittelgehalt enthält.

6. Die durch die Erfindung erzeugten, einen geringen Bindemittelgehalt aufweisenden syntaktischen Schäume können auch bei solchen Anwendungsfällen zweckmäßig sein, wo die Energieabsorption, die Isolierung, die Schwimmfähigkeit, usw. eine Rolle spielen. Quarz, Glas oder andere geeignete Fasern können als zusätzliche Füllstoffe zur Erhöhung der Festigkeit benutzt werden.

Typische Anwendungsfälle für das syntaktische Schaumerzeugnis der vorliegenden Erfindung schließen die folgenden Anwendungen ein: Thermische Isolierung bei wieder in die Erdatmosphäre eintretenden Gefährten und Kernreaktoren, wo thermische Stabilität bei niedrigem Gewicht und strukturelle Leistungsfähigkeit erforderlich sind.

Allgemein zur Herstellung syntaktischer Schäume verwendete Materialien können bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Beispielsweise können Mikrosphären beispielsweise aus Borsilikatglas mit niedriger Dichte, hoher Festigkeit und chemischer Stabilität mit geeigneten Harzen kombiniert werden, um diese syntaktischen Schäume herzustellen. Hohle Mikrosphären aus Harzen, wie beispielsweise aus Polystyrol, können ebenfalls benutzt werden. Geeignete Glasmikrosphären (wobei die Mikrosphären hohl waren) wurden verwendet, und zwar mit einer Dichte zwischen 0,20 bis 0,37 Gramm/ccm als die nominelle durchschnittliche Teil-

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chendichte.

Die Massendichte ist im allgemeinen ungefähr 2/3 der wahren Teilchendichte. Eine nominelle Teilchendichte von 0,35 g/ccm würde annähernd 0,23 g/ccm in Massendichte bedeuten.

Das oben erwähnte Borsilikatglas kann eine Größe zwischen ungefähr 20 und ungefähr 100 Mikron besitzen. Dies sind bevorzugte Größenbereiche und es können auch abhängig vom Anwendungsfall Glasmikrosphären (Glaskügelchen) mit größeren oder kleineren Durchmessern verwendet werden. In einigen Beispielen wurden hohle Mikrosphären in dieser Erfindung verwendet, wobei ein inertes Gas innerhalb der Mikrosphären benutzt wurde, um die Eigenschaften hinsichtlich der Flammenunterdrückung und Flammenhemmung zu verbessern.

Die Menge der zur Erzeugung eines syntaktischen Schaumes mit niedrigem Bindemittelgehalt verwendeten Glasmikrosphären kann zwischen ungefähr 90 bis ungefähr 95 Gewichtsprozent und vorzugsweise bei ungefähr 95 Gewichtsprozent liegen. Der Rest von ungefähr 10 bis ungefähr 5 Gewichtsprozent und vorzugsweise von ungefähr 5 Gewichtsprozent ist eine Mischung aus einem Binderharz, einem Flexibilisierungsharz und einem Härter.

Bei Durchführung der vorliegenden Erfindung können verschiedene Phenol-, Polyester-, Silikon- oder Epoxy-Harze verwendet werden. Diese wurden bereits auch in bekannten Verfahren zur Erreichung hohen Bindemittelgehalts in syntaktischen Schäumen benutzt. Eine vorgeschlagene Art eines Binderharzes, der für dieses Verfahren geeignet ist, ist der flüssige Glycidylpolyäther, der durch Reaktion von Epichlorhydrin mit 2,2-bis(4-Hydroxyphenol)-Propan erzeugt wurde. DiesesHarz hält die Glasmikrosphären oder dgl. in adeguater Weise zusammen, aber wegen der Starrheit des Gebildes oder der Struktur kann es zweckmäßig sein, damit eine Menge von Epoxy-Flexibilisierungsharzen, wie beispielsweise einem aliphatischen Polyepoxyd-Harz oder dgl., zu vermischen, was die erhöhte Flexibilität mit dem obigen Harz ergibt. Ein Beispiel des

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aliphatischen Polyepoxydharzas ist der Glycidylester des Linolensäuredimers. Das Epoxyharz (beispielsweise das Epichlorohydrin/2,2-bis(4-Hydroxyphenol)Propan-Reaktionsprodukt-Epoxyharz) kann ungefähr 15 bis ungefähr 20 Gewichtsprozent der Mischung sein, und zu den Glasmikrosphären oder dergleichen syntaktischem Material hinzugefügt werden, und es kann vorzugsweise ungefähr 18 Gewichtsprozent des hinzuzufügenden Materials sein. Das Flexibilisierungsharz kann von ungefähr 25 Gewichtsprozent bis ungefähr 32 Gewichtsprozent und vorzugsweise ungefähr 32 Gewichtsprozent des Materials aufweisen, das hinzugefügt werden soll. Ein geeignetes Härtemittel kann ein aromatisches Härtungsmittel vom Amin-Typ sein und verwendet werden, um die obigen Epoxyharze zu härten und kann eine eutektische Mischung aus Methylendianilin, p-Phenylendiamin und Phenylglycidyläther aufweisen. Dieses Härtemittel kann von ungefähr 10 bis ungefähr 12 Gewichtsprozent der zu den Glasmikrosphären hinzuzufügenden Mischung aufweisen, und zwar vorzugsweise ungefähr 12 Gewichtsprozent sein. Es sei darauf hingewiesen, daß die angegebenen Prozentzahlen abhängig von dem speziellen verwendeten System und den gewünschten Produkteigenschaften verändert werden können.

Bei Verwendung dieser Harze und Härter kann es zweckmäßig sein, ein Lösungsmittel bei der Herstellung einer Aufschlemmung zu verwenden, welches in einfacher Weise handhabbar und mischbar ist. Benzol ist ein nicht polares für diese Harze akzeptables Lösungsmittel. Auf diese Weise sollte jedoch die Auswahl anderer Harze und geeigneter Härter und auch Lösungsmittel nicht eingeschränkt werden. Andere Lösungsmittel, die verwendet werden können, sind die folgenden: Toluol, Methanol, Äthanol, Propanol, Iso-Propanol, Butanol, Azeton und Methyläthylketon. Bei Verwendung einer 100 Gramm-Chargenzusammensetzung aus hohlen GlasmikrοSphären, Füllmaterial und Harz kann das Lösungsmitteladditiv, wie beispielsweise Benzol, eine Menge von ungefähr 200 bis ungefähr550 Milliliter aufweisen.

Bei einem typischen Verfahren der vorliegenden Erfindung werden 1,8 Gramm des vorgeschlagenen Bindemittelharzes mit 7,2 Gramm eines flüssigen aliphatischen Polyepoxydharzes niedrigerer

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Viskosität gemischt. Das aromatische Härtungsmittel vom Amin-Typ wiegt ungefähr 1,1 Gramm und kann dann in das Harz eingerührt oder eingemischt werden. Daraufhin werden ungefähr 220 Milliliter Benzol der Mischung hinzugefügt, und zwar unter Rühren (Agitation). 90 Gramm eines geeigneten syntaktischen Schaumbasismaterials oder Glasmikrosphären können der Mischung unter Rühren hinzugefügt werden. Dabei kann eine Periode von ungefähr 3-5 Minuten vorgesehen sein, um ein Brechen der Glasmikrospharen zu verhindern, wobei diese Zeit aber nicht kritisch ist.

Wenn andere Materialien oder Füllstoffe, wie beispielsweise Quarz oder Glasfasern,oder ein Reaktionsprodukt aus Kaliumbicarbonat und Harnstoff (d.h. Carbamin-ErZeugnis) erwünscht ist, so können diese Stoffe jetzt hinzugefügt werden. Es kann zweckmäßig sein, die Menge der hinzugefügten Glasmikrospharen zu vermindern, und zwar an Stelle des Gewichts des Füllmaterials, welches die Glasmikrospharen ersetzen soll. Das verwendete Füllmaterial weist vorzugsweise von ungefähr 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 50 Gewichtsprozent der Glasmikrospharen, Binderharz, Flexibilisierungsharz und Härtmittelgewicht auf. Diese Mischung aus Glasmikrospharen, gegebenenfalls Füllmaterial, Harzen und Härtmittel sowie einem Lösungsmittel bildet eine Aufschlemmung, die in ein vorgekühltes (auf ungefähr -50°Fahrenheit) Gefäß, wie beispielsweise ein Tablett, eingegossen wird. Die Aufschlemmung wird sodann schnell gefroren, und zwar beispielsweise in weniger als 1 Minute. Sodann kann das Lösungsmittel aus der gefrorenen Mischung dadurch sublimiert werden, daß man die gefrorene Mischung in eine evakuierte und vorgekühlte (beispielsweise auf -50 F) Sublimationskammer gibt und ein Dampfdruckdifferential zwischen dem gefrorenen Erzeugnis und dem Kondensator erzeugt. Bei Verwendung der oben angegebenen Formel kann vorgezogen werden Kondensatorkühlsteuerung auf ungefähr -60°F einzustellen. Nachdem die Sublimationskammer auf ungefähr 100 MikronQuecksilber oder weniger evakuiert ist, die gewünschte Temperatur von ungefähr -50 F erreicht ist und das gewünschte Dampfdruckdifferential erhalten wurde, wird das die gefrorene Aufschlemmung enthaltende Tablett erwärmt, wodurch die Sublimation von Benzol bewirkt wird. Die Temperatur des gefrorenen Materials steigt graduell an, bis eine vorbestimmte Temperatur erreicht wird und das ganze Lösungs-

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mittel sublimiert ist, wobei zu diesem Zeitpunkt die Mischung aus dem Tablett entfernt wird und entweder in einem Kühlschrank bei ungefähr 40 F bis zur Weiterverarbeitung aufgehoben wird oder aber die Mischung wird unmittelbar in eine geeignete Druckform eingegeben und es wird auf das getrocknete Produkt unter Verwendung einer geeigneten Presse eine Kraft von ungefähr 90 bis 200 englischen Pfund pro Quadratzoll und vorzugsweise von ungefähr 120 bis ungefähr 140 englische Pfund pro Quadratzoll ausgeübt. Der Druck wird an die Form für eine Zeitperiode von ungefähr 1/2 bis ungefähr 2 Minuten oder länger - je nach Wunsch - angelegt. Es kann zweckmäßig sein, die Mischung vor dem Druckschritt auf Umgebungstemperatur zu bringen. Die Form wird sodann bei einer Temperatur von ungefähr 225 F bis ungefähr 255 F ungefähr 1O bis 16 Stunden lang gehärtet. Nach dem Härten kann der syntaktische Schaum in eine Form gebracht werden oder maschinell bearbeitet werden, wobei übliche Werkzeugmaschinenverfahren benutzt werden, um ein fertiges aus syntaktischem Schaum bestehendes Erzeugnis zu erhalten. Das erfindungsgemäße Erzeugnis, welches ein geeignetes flammenunterdrückendes Pulver als Füllstoff enthält, kann bei der Herstellung flammenunterdrückender Kompaktstoffe verwendet werden. Diese Kompaktstoffe können in der Umgebung oder Nachbarschaft von beispielsweise Notzerstörungsvorrichtungen benutzt werden und deren Verwendung unterdrückt die durch Explosion hervorgerufenen Flammen, die eine Gefahr für die eine derartige Vorrichtung bedienenden Personen sein könnten.

In diesen Kompaktstoffen, die als Feuerunterdrückungsmittel und Feuerverzögerungsmittel verwendet werden können, und die syntaktische Schäume mit einer Mischung aus feuerunterdrückenden Pulvern verwenden, ist ein geringer Bindemittelgehalt aus zwei Gründen erwünscht. Erstens ist ein Material mit geringer Festigkeit zweckmäßig und zweitens bietet die Minimierung des Bindemittelgehalts so wenig als möglich brennbares Material in der Kompaktζone.

Die Tabelle I führt sechs Zusammensetzungen auf, die in Flammenunterdrückungsversuchen verwendet wurden. Die Tabelle II gibt die

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Feuerball ("fireball")-UntordrückungEergebnisse an, die für diese Zusammensetzung bei unterschiedlichen Dichten erhalten wurden und zwar durch das oben angegebene Verfahren. Es sei darauf hingewiesen, daß der für jede dieser Zusammensetzungen mögliche Dichtebereich als extensiv zu bezeichnen ist. Die Dichteänderung in Tabelle II geht von 0,204 Gramm/cm bis 1,08 Gramm/cm . Es sei ferner darauf hingewiesen, daß der syntaktische Schaum, der Glasmikrosphären mit einem inerten Gas innerhalb der Kugel verwendet, erfolgreich bei der Unterdrückung der Flamme oder Feuerkugeldauer war. Wenn die Dichte der keine flammenunterdrückenden Füllstoffe enthaltenden Materialien ansteigt, so kann es erwünscht sein, daß man ein Flammenunterdrückungsmittel als einen Füllstoff in den syntaktischen Schaum gibt, und zwar für die" in Tabelle II angegebenen flammenunterdrückenden Zwecke. Bei den Zusammensetzungen E und F wird Natriumbicarbonat (NaHCO₃) als flammenunterdrückendes Pulver verwendet. Obwohl das Verfahren zur Herstellung eines Kompaktstoffes unter Verwendung von ausschließlich flammenunterdrückenden Pulvern und niedrigem Bindemittelgehalt geeignet ist, wie dies die Zusammensetzungen D und F zeigen, so wird der eine niedrige Dichte aufweisende syntaktische Schaum durch Verwendung von Mikrosphären aus Glas oder dgl. erreicht, wodurch künstlich die poröse Struktur geschaffen wird.

TABELLE I Zusammensetzung A

9o,o g Mikrosphären 1,8g Binderharz 7,2 g Harz⁺⁺⁺

1.1 g Härtmittel '22o ecm Benzol

Zusammensetzung C

9o,o g Mikrosphären 9o,o g Pulver+++++ 1,8 g Binderharz++

7.2 g Harz+++

1,1 g Härtmittei++++ -3oo ecm Benzol

Zusammensetzung B

9o,o g Mikrosphären o,9 g Binderharz++ 3,6 g Harz+++ . o,56 g Härtmittel⁺⁺⁺⁺ ecm Benzol

Zusammensetzung D

5oo g Pulver⁺⁺⁺⁺⁺ 5 g Binderharz++ 2o g Harz+++ 3,1 g Härtmittel"¹""¹'"¹"*' 3oo ecm Benzol

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Zusammensetzung E

9o,o g Mikrosphären 9o,o g NaHCO₃ 1,8 g Binderharz ⁺

7_/2gHarz+++

1,1 g Härtmittel⁺⁺⁺⁺ 3oo ecm Benzol

Zusammensetzung F 5oo g NaHCO-5,o g Binderharz

2o,o g Harz 3,1 g Härtmittel 3oo ecm Benzol

Hohle Glasmikrosphären

Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und 2,2-bis(4-Hydroxyphenol)Propan

Aliphatisches Polyepoxyd-Flexibilisierungsharz

Eutektische Mischung aus p-Phenylendiamin, Methylendianilin und Phenylglycidyläther

Flammenunterdrückendes Pulver-Kaliumbicarbonat und Harnstoff-Carbaminsäurereaktionsprodukt.

	TABELLE	2 2 1 29	B	5 5 2	C	2 1 1 1 1 2 2	II	Rahmenrate (framing rate) FPS⁺+	Gewicht Gramm
Dichte g/ccm	Feuerkugel dauer = Rahmen (frames)
Zusammensetzung	A	32oo II ■1 Il	15,922 17,9o4 2o,1o5 6,153
o,2o4 o,219 o,238 o,4o4
Zusammensetzung	32oo π 11	16,o3o 18,o69 2o,o91
o,2o2 o,217 o,234
Zusammensetzung	32oo π Il η Il Il It	22,531 24,691 26,795 22,365 29,621 29,541 29,515
o,292 o,311 o,33o o,331 o,348 o,371 o,472

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Fortsetzung der Tabelle II

Zusammensetzung D

32oo 6o,7o9

68,875 71_f21o 69,344 69,o25 8o,873 36,262

o,771	1
o, 892	1
o,9oo	1
o,962	1
o,997	1
1 ,o1	1
1,o8	2
Zusammensetzung E
o,253	2
o,274	2
o,297	2
o,3oo	1
o,428	1
o,499	1
Zusammensetzung F

4ooo 2o,393

22,578 24,615

35oo 24,549

24,o43 24,1o2

o,689 1 4ooo ' 54,o33

o,768 1 " 6o,453

o,777 1 " 6o,711

o,8o8 2 " 6o,589

o,83o 1 " 6o,465 kein Unterdrük-

kungsmittel 27 32oo

⁺Sämtliche Muster =3,18 Radius
FPS = Frames pro Sekunde

Es kann erwünscht sein, daß man nach dem Mischen und vor dem Gießen der Aufschlemmung diese in eine Form gießt, wobei die Gefriertrocknung innerhalb der Form bewirkt und das Lösungsmittel daraus heraussublimiert wird, wodurch sich ein Gießerzeugnis ergibt, welches keine Bearbeitung oder andere Formgebung nach dem Härtevorgang mehr benötigen würde. Dieses Gießverfahren ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn Glas und Keramik bildende Bestandteile, wie beispielsweise Natriumsilikat, als Bindemittel verwendet werden, wodurch ein im wesentlichen gänzlich aus Glas bestehender flammenhemmender syntaktischer Schaum entsteht.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung eines syntaktischen Schaumerzeugnisses mit geringem Bindemittelgehalt und geringer Dichte, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Mischen eines Binderharzes, eines Flexibilisierungsharzes und eines Härtemittels zur Bildung einer Mischung, Agitation der Mischung und Hinzufügung von ausreichend Lösungsmittel zur Mischung während der Agitation zur Erzeugung eines hochströmungsfähigen Zustands,

Hinzufügung während fortgesetzter Agitation von hohlen Mikrosphären zur Mischung,

Eingießen der Mischung in ein vorgekühltes Gefäß, darauffolgendes Gefrieren der Mischung, Sublimierung des Lösungsmittels aus der Mischung, während diese in gefrorenem Zustand gehalten wird, wodurch sich ein trocknes Erzeugnis ergibt, Zusammendrücken des trockenen Produkts mit zwischen ungefähr 90 bis ungefähr 200 englischen Pfund pro Quadratzoll, Aushärten des zusammengedrückten trockenen Produkts, wodurch sich ein syntaktisches Schaumerzeugnis ergibt, welches eine Dichte von ungefähr 0,202 bis ungefähr 0,409 Gramm/ccm ergibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindeharz aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Phenol-, Polyester-, Silikon- und Epoxy-Harze;

daß das Flexibilisierungsharz ein aliphatisches Polyepoxydharz ist, daß das Härtmittel eine eutektische Mischung aus Methylendianilin, p-Phenylglycidyläther ist, und daß das Lösungsmittel aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Benzol, Toluol, Methanol, Äthanol, Propanol, Iso-Propanol, Butanol, Azeton und Methyläthylketon.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindeharz das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und 2,2-bis(4-Hydroxyphenol)Propan ist,

daß das Flexibilisierungsharz ein aliphatisches Polyepoxydharz ist.

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daß das Härtemittel eine eutektische Mischung von
Methylendianilin, p-Phenylendiamin und Phenylglycidyläther ist,

und daß die Mikrosphären eine Größe zwischen ungefähr 20 und ungefähr 100 Mikron und eine Dichte von ungefähr 0,20 bis
ungefähr 0,37 Gramm, pro Kubikzentimeter aufweisen, während das Lösungsmittel ungefähr 200 bis ungefähr 550 Milliliter Benzol für ungefähr 100 Gramm der erwähnten Mikrosphären, des erwähnten Binderharzes, des erwähnten Härtmittels und des erwähnten Flexibilisierungsharzes beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgekühlte Gefäß sich auf einer Temperatur von ungefähr

-50 Fahrenheit befindet, daß die Abkühlung auf ungefähr -50°F erfolgt und daß das Härten von ungefähr 225°F bis ungefähr 255°F ungefähr 10 bis ungefähr 16 Stunden lang erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die hohlen Mikrosphären hohle Glasmikrosphären sind.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllmaterial zusammen mit den hohlen Mikrosphären hinzugefügt wird, wobei das Füllmaterial ungefähr 20 Gewichtsprozent bis ungefähr 50 Gewichtsprozent des syntaktischen Schaumprodukts ausmacht.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der syntaktische Schaum eine Dichte von ungefähr 0,202 bis ungefähr 0,499 Gramm pro Kubikzentimeter besitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Quarz
und Glasfasern, und das Carbaminsäurereaktionsprodukt von
Harnstoff und Kaliumbicarbonat.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammendrücken mit einem Druck von ungefähr 120 bis ungefähr 140 englischen Pfund erfolgt.

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