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Verfahren zur Herstellung eines selbst
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feuerunterdrückenden, leichtgewichtigen, zusammengesetzten Materials
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen, zusammengesetzten
Materials.
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In der Vergangenheit sind bereits eine Anzahl von Verfahren zur Herstellung
von Materialien vorgeschlagen worden, die Harze zur Erzeugung eines Basismaterials
verwenden. Diese Verfahren führen jedoch nicht zu guten Ergebnissen trotz kürzlicher
Verbesserungen bezüglich der Nichtentflammbarkeit
und Nichtbrennbarkeit
des Basismaterials. Weiterhin waren Schwierigkeiten mit dem Mischen und Formen des
Materials verknüpft, da eine große Menge von Füllstoffen und Verstärkungsmaterialien
benutzt wurde. Diese Schwierigkeiten bestanden darin, daß das Verfahren zum direkten
Füllen einer Form mit vermischtem Material, gleichmäßigem Ausbreiten des Materials
von Hand und Formen des Materials unter Druck nicht nur eine ungünstige Umgebung,
wie eine Unannehmlichkeit und einen Reiz auf die Haut einer Person aufgrund des
anorganischen, faserigen Verstärkungsmaterials, wie z.B. von Glasfasern, die in
dem vermischten Material enthalten sind, während der Operation bewirkt, sondern
auch Unregelmäßigkeiten in der Dichte des geformten Gegenstandes aufgrund von Ungleichmäßigkeiten,
die sich aus der manuellen Operation ergeben, und eine geringe Produktivität bewirkt.
Zusätzlich müssen häufige Gasentfernungsoperationen durchgeführt werden, um Gase,
Wasser und dergleichen, die bei dem Formen erzeugt werden, zu entfernen, wodurch
eine Verringerung der Produktionszeit und eine Vereinfachung des Verfahrens beeinträchtigt
wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der
Nachteile der bekannten Verfahren ein Verfahren zum Erzeugen eines leichtgewichtigen,
zusammengesetzten Materials zur effektiven, billigen und mengenmäßigen Herstellung
von Produkten zu schaffen, wobei Unbrennbarkeit und eine Verbesserung der Arbeitsumgebung
erreicht wird.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch folgende Verfahrensschritte
erreicht: a) Es werden 80 - 95 Gewichtsteile anorganische feine Hohlkugeln zu 5
- 20 Gewichtsteilen flüssigem, hitzehärtbarem Phenolharz hinzugefügt.
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bi Es werden 1 - 40 Gewichtsteile anorganische, faserige Verstärkungsmittel,
2 - 10 Gewichtsteile Härtungsbeschleuniger, 0,1 - 3 Gewichtsteile Verbindungsmittel,
1 - 10 Gewichtsteile wasserabstoßendes Agens und 2 - 8 Gewichtsteile Pigment zu
100 Gewichtsteilen des Harzes hinzugefügt.
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c) alle diese Substanzen werden vermischt, um ein vermischtes Material
zu bilden.
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d) Das vermischte Material wird bei einer Temperatur von 20 - 120°Cerwärmt,
um einen halbausgehärteten, vorgeformten Gegenstand zu bilden.
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e) Der vorgeformte Gegenstand wird gepreßt und endgültig geformt,
während er unter Anwendung von Hitze und Druck bei 140 - 2000C wieder erweicht ist.
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Weitere Ausbildungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den
Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.
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Die Erfindung verwendet also ein Verfahren, bei dem ein anorganischer
Füllstoff hinzugefügt wird, um für runbrennbarkeit zu sorgen, wobei außerdem eine
große Menge von Füllstoffen von geringem spezifischem Gewicht, wie anorganische
feine Hohlkugeln, und eine große Menge von anorganischen, faserigen Verstärkungsmitteln
zusätzlich zu den bekannten Verfahren hinzugefügt werden. Die feinen Hohlkugeln
umfassen dabei vorteilhafterweise Flugaschekugeln (beispielsweise solche, wie sie
unter den Warenzeichen ARtOSPHARE, FILLITE und CENOLITE vertrieben werden und zu
deren Herstellung in England Kohle als Rohmaterial verwendet wird), Mikrohohlkugeln
aus Glas und dergleichen. Insbesondere können die Flugaschekugeln vorteilhaft benutzt
werden, um ein zusammengesetztes Material zu erhalten, das eine geringe
Harzmenge
und eine hohe Festigkeit aufweist, da solche Flugaschehohlkugeln physikalische Eigenschaften
und chemische Zusammensetzungen besitzen, wie sie unten angebeben sind, und ihre
Hohlkugeln geringe Korngröße und große Festigkeit und einen geringeren Betrag an
Feuchtigkeitsabsorbtion aufweisen.
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Tabelle 1 - Physikalische Eigenschaften von Flugaschekugeln Form
feine Hohlkugeln Farbe gräulich-weiß spezifisches Schüttgewicht (g/cm') 0,3-0,4
scheinbares spezifisches Gewicht (g/cm2) 0,6-0,7 Teilchengröße (p) 20-250 Dicke
der Kugelschalen (p) 2 -20 Schmelzpunkt (OC) 1.200 thermische Leitfähigkeit (Kcal/mh°C)
0,07 hydrostatischer Druck für 50% Bruch (kg/cm2) 100-120 Wasserabsorbtion (%) weniger
als 0,05 Härte (Mohs-Härte) 5 Tabelle 2 - Chemische Bestandteile der Flugaschekugeln
Kieselerde (so2) 55-60 %
Tonerde (A1203) 25-30 % Eisenoxid (Fe203)
weniger als 5 % Alkali (Na2O, K2O) 0,5-4 % andere Bestandteile (CaO, MgO, MnO ...
etc.) geringer Betrag.
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Die verwendeten anorganischen, faserigen Verstärkungsmaterialien umfassen
Glasfasern, Steinwolle etc.
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Die Verbindungsmittel, wie Silan-Verbindungsmittel, die in geeigneter
Weise benutzt werden, umfassen Methacrylatechromichrolid, ß - 3, 4 - Expoxycyclohexyläthyltrimetoxysilan,
N - ß (Aminoäthyl) - r - Aminopropyltrimetoxysilan, Y - Aminopropyltrimetoxysilan,
y- Chloropropyltrimetoxysilan, Vinyl - tri (ß - Methoxiethoxy) Silan, y - Glycidoxypropyltrimetoxysilan,
Y - Metacryloxypropyltrimetoxysilan, X -Mercaptopropyltrimetoxysilan, X - Aminopropyltriethoxysilan,
t - Ureidopropyltriethoxysilan etc.
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Von wärmeverfestigenden Harzen wird insbesondere flüssiges Phenolharz
aus folgenden Gründen benutzt: a) Das Phenolharz besitzt eine hohe Verbindungskraft
in bezug auf die feinen Hohlkugeln, und eine kleine Menge reicht aus, um die Form
eines vorgeformten Gegenstandes aufrechtzuerhalten. (Der vorgeformte Gegenstand
muß eine Formfestigkeit haben, die groß genug ist, damit er getragen werden kann.)
b) In dem endgültig geformten zusammengesetzten Material reicht eine geringe Harzmenge
aus, um ein leichtgewichtiges zusammengesetztes Material zu erhalten.
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c) Es hat gute Wasserbeständigkeitseigenschaften.
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d) Der Preis ist niedrig.
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Weiterhin werden zur Verbesserung der Qualität hinzgeigt anorganisches,faseriges
Verstärkungsmaterial, um die Unbrennbarkeit und Festigkeit zu bewahren, Verbindungsrittel
und wasserabstoßendes Agens, um Haltbarkeit und wetterbeständigkeit zu erhalten,
und Pigment, um das äußere Erscheinungsbild und die Farbe zu erhalten, zusätzlich
sind mühevolle manuelle Operationen, die mit dem endgültigen Formen verbunden sind,
und häufige Gasentferncngsoperationcn nicht notwendig, so daß die Qualität und Produktivität
wesentlich verbessert wird und eine Mengenproduktion möglich ist.
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Weiterhin kann der vorgeformte Gegenstand durch folgende Verfahren
ausgeformt werden: a) Ein Verfahren, das das Einbringen eines vermischten Materials
in einen benötigten Formenkasten, Anwendung von Druck darauf, um eine quaderförmige
Masse zu bilden, Erhitzen der Masse bei 20 - 120°C, bis ein halbausgehärteter Zustand
erreicht ist, und Aufschneiden der Masse zu der gewünschten Dicke mittels einer
bekannten Schneideinrichtung umfaßt.
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b) Ein Verfahren, das das Einbringen eines vermischten Materials in
einen notwendigen Formkasten umfaßt, Anwendung von Druck darauf, um eine quaderförmige
Masse zu bilden, Aufschneiden der Masse zu der gewünschten Dicke und dessen Erhitzen
bei 20 - 120°C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist.
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c) Ein Verfahren, das umfaßt das Formen eines vermischten Materials
zu einer Platte gewünschter Dicke durch bekannte Einrichtungen wie einen Extruder,
einen Kalander,
einen Stahlförderer oder dergleichen, Zuschneiden
der Platte zu einer gewünschten Größe, während sie im ungehärteten Zustand verbleibt,
und Erhitzen der Platte bei 20 - 1200C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht
ist.
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d) Ein Verfahren, das ein Erhitzen eines Materials zuerst bei 20 -
120°C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist, und ein Schneiden in die
gewünschte Größe umfaßt, so daß ein tragbarer geformter Gegenstand gebildet wird.
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e) Ein Verfahren, das umfaßt das Behandeln des vermischten Materials,
bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist, ein Vorformen des Materials zu Teilchen
von Korngrößen von angenähert 0,5 - 10 mm, Einfüllen der Teilchen in eine Form,
Anwendung von Hitze und Druck, um sie wieder zu erweichen, und Durchführung eines
Preßformens des Materials bei 140 - 2000C.
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f) Ein Verfahren zur Herstellung eines einheitlichen, nahtlosen, großen,
geformten Gegenstandes, das umfaßt das in Ebenen erfolgende Füllen einer Form von
einer Größe, die mehrfach der Kapazität eines vorgeformten Gegenstandes entspricht,
mit mehreren vorgeformten Gegenständen.
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Das so erhaltene selbst feuerunterdrückende, leichtgewichtige zusammengesetzte
Material ist äußerst geeignet zur Benutzung mit verschiedenen Arten von Baumaterialien,
da das zusammengesetzte Material geschnitten und genagelt werden kann und Feuerunterdrückungseigenschaften
besitzt.
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Die folgenden Beispiele dienen zur Illustration der Erfindun.
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Beispiel 1 13 Gewichtsteile von flüssigem Phenolharz TD-3385-F von
Dainihcn Ink Chemical Industry Co.Ltd.,Japan, werden in einen Rührtank gegeben,
in den zusätzlich 5,2 Gewichtsteile Glasfasern, 1 Gewichtsteil eines Silan-Verbindungsmittels,
0,4 Gewichtsteile eines Aushärtungsbeschleunigers, 1,5 Gewichtsteile eines wasserabstoßenden
Agens und 0,5 Gewichtsteile Pigment hinzugegeben werden. Diese Anteile werden verrührt,
bis sie gleichmäßig dispergiert sind, und danach werden 81,8 Gewichtsteile Flugaschekugeln,
die unter dem Warenzeichen Ab10SPHARE vertrieben werden, nach und nach hinzugefügt,
während das Umrühren fortgesetzt wird. Nachdem die Flugaschekugeln hinzugefügt sind,
wird das Rühren noch für einige Minuten fortgesetzt, um ein gleichmäßig vermischtes
Material zu erhalten. Dieses vermischte Material wird in einen notwendigen Formkasten
gegeben, das Material zu einer quaderförmigen Masse gepreßt, diese Masse sofort
zu einer gewünschten Dicke geschnitten, um so einen plattenartigen Gegenstand der
gewünschten Form zu erhalten, und der plattenförmige Gegenstand wird in einem Heizofen
bei 50 - 1200C erhitzt, um einen halbausgehärteten vorgeformten Gegenstand zu erhalten.
Der so erhaltene vorgeformte Gegenstand wird in eine Produktform gegeben und für
10 Minuten gepreßt, während er wieder unter Hitze und Druck erweicht ist. Der so
erhaltene geformte Gegenstand hat ein spezifisches Gewicht von 0,70 und eine Biegefestigkeit
von 121,8 kg/cm2 und eine gute Oberfläche.
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Beispiel 2 7 Gewichtsteile flüssiges Phenolharz XVIT-561 H von Junei-Chemical
Industry Co., Ltd. Japan, werden in einen Rührtank gegeben, und es werden 2,8 Gewichtsteile
Glasfasern, 0,7 Gewichtsteile eines Silan-Xopplungsmittels, 0,25 Gewichtsteile eines
Aushärtungsbeschleunigers, 0,75 Gewichtsteile eines wasserabstoßenden Agens und
0,2 Gewichtsteile Pigment
und 88,7 Gewichtsteile Flugaschekugeln,
die unter dem h'arenzeichen ARMOSPHARE vertrieben werden, hinzugefügt, um ein gleichmäßig
gemischtes Material in ähnlicher Weise zu erhalten wie beim Beispiel 1. Das vermischte
Material wird einem Kolbenextruder zugeführt, durch den das Material zu einer Platte
gewünschter Dicke extrudiert wird, worauf die Platte dann mittels einer Infrarotheizung
bis zu einem halbausgehärteten Zustand erhitzt wird und danach die Platte vorübergehend
zu der gewünschten Größe zugeschnitten wird.
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Der halbausgehärtete plattenartige Gegenstand wird in einer ähnlichen
Weise wie in Beispiel 1 geformt, wobei als Ergebnis ein geformter Gegenstand mit
guter Oberfläche erhalten wird. Dieser geformte Gegenstand hat ein spezifisches
Schüttgewicht von 0,64 und eine Biegefestigkeit von 105,7 kg/cm'.
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Beispiel 3 Die halbausgeharteten vorgeformten Gegenstände mit der
gleichen Mischung wie beim Beispiel 1, die in der gleichen Weise wie beim Beispiel
1 erhalten worden sind, werden in ebener Weise zu vier Stück in eine Form mit einer
Größe gegeben, die viermal größer ist als ein vorgeformter Gegenstand, und in ähnlicher
Weise wie beim Beispiel 1 geformt, wobei als Ergebnis ein Produkt erhalten wird,
das eine gute Oberfläche und beinahe die gleiche Biegefestigkeit wie beim Beispiel
1 hat. Eine Festigkeitsabnahme an den verbundenen Flächen zwischen den vier vorgeformten
Gegenständen und ein Verziehen des geformten Gegenstandes trat nicht auf. Weiterhin
wurde festgestellt, daß ein großer geformter Gegenstand von solchen kleinen vorgeformten
Gegenständen erhalten werden kann.
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Beispiel 4 Das vermischte Material mit der gleichen Mischung wie beim
Beispiel 1, das auch in der gleichen Weise wie beim Beispiel 1 erhalten wurde, wird
in einen halbausgehärteten Zustand geformt, woraufhin dann eine Vorformung in Teilchen
mit Korngröße von ungefähr 0,5 - 10 mm durchgeführt wird und diese Teilchen in eine
Form gefüllt und geformt werden, während sie wieder unter Hitze und Druck erweicht
werden.
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Der so erhaltene geformte Gegenstand hat eine gute Oberfläche, und
seine Eigenschaften können einen Vergleich mit denen gemäß Beispiel 1 aushalten.
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Um die Erfindung besser zu verstehen, sollen abschließend die Vorteile
und Wirkungen zusammengefaßt werden: a) Eine Vorformung vor der endgültigen Formung
ergibt einen bemerkenswerten Wegfall von Gasentfernungsoperationen beim endgültigen
Formen und erleichtert den beim endgültigen Formen durchgeführten Prozess. Das endgültig
geformte Produkt kann vor Oberflächenrauhigkeiten geschützt werden. Zusätzlich bewirkt
das Vorformen einen bemerkenswerten Wegfall von manuellen Tätigkeiten, die mit den
bisher bekannten Verfahren verbunden waren, und eine Eliminierung von Unregelmäßigkeiten
der Dichte des endgültig geformten Produktes.
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b) Der vorgeformte Gegenstand ist leichtgewichtig, da er ein gemischtes
Material umfaßt, das aus anorganischen, feinen Hohlkugeln, Phenolharz, anorganischen
faserigen Verstärkungsmitteln, Aushärtungsbeschleuniger, Verbindungsmitteln, wasserabweisendem
Agens und Pigment zusammengesetzt ist, wobei die anorganischen feinen Hohlkugeln
einen wesentlichen Bestandteil darstellen.
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Die Benutzung von Flugaschekugeln führt insbesondere zu einem leichten
Gewicht und hoher Festigkeit. Die Zusätze wie Phenolharz oder dergleichen wirken
zufriedenstellend, um die Form des Produktes als vorgeformter Gegenstand aufrechtzuerhalten.
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c) Das endgültig geformte Produkt, das unter Verwendung von Phenolharz
erhalten wird, besitzt einen geringen Harzanteil, so daß das Produkt leichtgewichtig
ist und hohe Festigkeit besitzt, wobei das Produkt zusätzlich die Eigenschaft einer
hohen Feuerunterdrückung aufweist.
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Das endgültig geformte Produkt kann auch gut geschnitten und genagelt
werden.
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d) Die Benutzung von Flugaschekugeln als feine Hohlkugeln bewirkt
ein geringes spezifisches Schüttgewicht. Somit kann ein zusammengesetztes Material
von hoher Biegefestigkeit erhalten werden, was besonders vorteilhaft ist.