DE2936485B2

DE2936485B2 - Verfahren zur Herstellung eines selbst feuerunterdrückenden, leichtgewichtigen, zusammengesetzten Materials

Info

Publication number: DE2936485B2
Application number: DE19792936485
Authority: DE
Inventors: Keiichi Nara Hamasato; Hajime Tenri Nara Shimizu; Mamoru Yamatokoriyama Nara Yabuuchi
Original assignee: Nitta Beruto Kk Osaka Jp
Current assignee: Nitta Beruto Kk Osaka Jp
Priority date: 1979-09-10
Filing date: 1979-09-10
Publication date: 1981-07-09
Also published as: DE2936485A1; DE2936485C3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen, zusammengesetzten Materials. 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 Nichtbrenn-

y< barkeit 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

¹⁽¹ 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 sinH, während der Operation bewirkt, sondern auch Unregelmäßigkeiten in der Dichte des geformten Gegenstandes aufgrund von Ungleichmäßigkeiten, die

'" sich aus der manuellen Operation ergebei., und eine geringe Produktivität bewirkt. Zusätzlich müssen häufig Gasentfernungsoperationen durchgeführt werden, um Gase, Wasser und dergleichen, die bei dem Formen erzeugt werden, zu entfernen, wodurch eine Verringe-

⁴^ rung der Produktionszeit und eine Vereinfachung des Verfahrens beeinträchtigt wird.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, unter Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren ein Verfahren zum Erzeugen eines leichtgewichtigen,

^v) zusammengesetzten Materials zur effektiven, billigen und mengenmäßigen Herstellung von Produkten zu schaffen, wobei Unbrennbarkeit und eine Verbesserung der Arbeitsumgebung erreicht wird.

Diese Ziel wird erfindungsgemäß durch folgende

^r'^r> Verfahrensschritte erreicht:

a) Es werden 80-95 Gewichtsieile anorganische feine Hohlkugeln zu 5 — 20 Gewichtsteilen flüssigem, hitzehärtbarem Phenolharz hinzugefügt.

wi b) 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

μ 100 Gewichtsteilen des Harzes hinzugefügt.

c) Alle diese Substanzen werden zu einem Material vermischt.

d) Das vermischte Materia! wird bei einer Temperatur

von 20- 120⁰C erwärmt, um einen halbausgehärteten, vorgeformten Gegenstand zu bilden,
e) Der vorgeformte Gegenstand wird gepreßt und endgültig geformt unter Anwendung von Hitze und Druck bei HO bis 200⁰C

Weitere Ausbildungen dieses erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

Die Erfindung verwendet also ein Verfahren, bei dem ein anorganischer Füllstoff hinzugefügt wird, um für Unbrennbarkeit 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, 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 angegeben sind, und ihre Hohlkugeln geringe Korngröße und große Festigkeit und einen geringeren Betrag an Feuchtigkeitsabsorbtion aufweisen.

Tabelle 1

Physikalische Eigenschaften von Flugaschekugeln

Form	feine Hohlkugeln	55-60%
Farbe	gräulich-weiß	25-30%
spezifisches Schüttgewicht		weniger als 5%
(g/cm²)	0,3-0,4	0,5-4%
scheinbares spezifisches
Gewicht (g/cm²)	0,6-0,7	geringer Betrag.
Teilchengröße (μ)	20-250
Dicke der Kugelschalen (μ)	2-20
Schmelzpunkt (⁰C)	1200
thermische Leitfähigkeit
(Kcal/mh°C)	0,07
hydrostatischer Druck
für 50% Bruch (kg/cm²)	100-120
Wasserabsorbtion (⁰Zo)	weniger als 0,05
Härte (Mohs-Härte)	5
Tabelle 2
Chemische Bestandteile der Flugaschekugeln
Kieselerde (SiO₂)
Tonerde (Al₂O₃)
Eisenoxid (Fe₂O₃)
Alkali (Na₂O, K₂O)
andere Bestandteile
(CaO, MgO, MnO... etc.)

Die verwendeten anorganischen, faserigen Verstärkungsmaterialien umfassen Glasfasern, Steinwolle etc.

Die Verbindungsmittel, wie Silan-Verbindungsmittel, die in geeigneter Weise benutzt werden, umfassen
Methacrylatechromichrolid,
j3-3,3-Epoxycyclohexyläthyltrimetoxysilan,
N-/?(Aminoäthyl)-)>-Arninopropyhnmet-

oxysilan,

y-Aminopropyltrimetoxysilan,
y-Chloropropyltrimetoxysilan,
Vinyl-tri(j3-Methoxiethoxy)Silan,
y-Glycidoxypropyltrimetoxysilan,

y-Metacryloxypropyltrimetoxysilan,
y-Mercaptopropyltrimetoxysilan,
y-Aminopropyltriethoxysilan,
y-Ureidopropyltriethoxysilanetc

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.

c) Es hat gute Wasserbeständigkeitseigenschaften.

d) Der Preis ist niedrig.

Weiterhin werden zur Verbesserung der Qualität hinzugefügt anorganisches, faseriges Verstärkungsmaterial, um dis Unbrennbarkeit und Festigkeit zu bewahren. Verbindungsmittel und wasserabstoßendes Agens, um Haltbarkeit und Wetterbeständigkeit zu erhalten, und Pigmente, um das äußere Erscheinungsbild und die Farbe zu erhalten, zusätzlich sind mühevolle manuelle Operationen, die mit dem endgültigen Formen verbunden sind, und häufige Gasentfernungsoperationen nicht notwendig, so daß die Qualität und Produktivität wesentlich verbessert wird und eine Mengenproduktion möglich ist.

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 20-120⁰C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist, und Aufschneiden der Masse zu der gewünschten Dicke mittels einer bekannten Schneideinrichtung umfaßt.

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 20-120⁰C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist.

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.

d) Ein Verfahren, das ein Erhitzen eines Materials zuerst bei 20-120⁰C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist, und ein Schneiden in die gewünschte Größe umfaßt, so daß ein tragbarer geformter Gegenstand gebildet wird.

e) Ein Verfahren, das umfaßt das Behandeln des vermischten Materials, bis ein halbausgehärleter Zustand erreicht ist, ein Vorformen des Materials

zu Teilchen von Korngrößen von angenähert 0,5-10mm. Einfüllen der Teilchen in eine Form. Anwendung von Hitze und Druck, um sie wieder zu erweichen, und Durchführung einss Preßformens des Materials bei 140-200⁰C.

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.

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.

Die folgenden Beispiele dienen zur illustration der Erfindung.

Beispiel 1

13 Gewichtsteile von flüssigem Phenolharz 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 eine' wasserabstoßendes 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 ARMOSPHARE 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— 120°C 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.

Beispiel 2

7 Gewichtsteile flüssiges Phenolharz werden in einen Rührtank gegeben, und es werden 2,8 Gewichtsteile Glasfasern, 0,7 Gewichtsteile eines Silan-Kopplungsmittels, 0,25 Gewichtsteile eines Aushärtungsbeschleunigers, 0,75 Gewichtsteile eines wasserabstoßenden Agens und 0,2 Gewichtsteile Pigment und 88,7 Gewichtsteile Flugaschekugeln hinzugefügt, um ein gleichmäßiges gemischtes Material in ähnlicher Weise zu erhalten wie beim Beispiel 1. Das vermischte Material wird einem Kolbenextruder zugeführt, durch den das Material zu einer Plane 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. 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 Schüttgeivicht von 0,64 und eine ^r. Biegefestigkeit von 105,7 kg/cm².

Beispiel 3

Die halbausgehärteten vcrgeforriiten Gegenstände mit der gleichen Mischung wie beim Beispiel 1, die in der

l" 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

i^r· erhalten wird, das eine gute Oberfläche und beinahe in 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.

2Ii Weiterhirt wurde festgestellt, daß ein großer geformter Gegenstand von solchen kleinen vorgeformten Gegenständen erhalten werden kann.

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

«ι 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. Der so erhaltene geformte Gegenstand hat eine gute Oberfläche, und seine Eigenschaften können einen

i' Vergleich mit denen gemäß Beispiel 1 aushalten.

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

^Γ·" Unregelmäßigkeiten der Dichte des endgültig

geformten Produktes.

b) Der vorgeformte Gegenstand ist leichtgewichtig, da er ein gemischtes Material umfaßt, das aus anorganischen, feinen Hohlkugeln, Phenolharz,

^r> anorganischen faserigen Verstärkungsmitteln, Aushärtungsbeschleuniger. Verbindungsmitteln, wasserabweisendem Agens und Pigment zusammengesetzt ist, wobei die anorganischen feinen Hohlkugeln einen wesentlichen Bestandteil darstellen.

·><> 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

^h"' aufrechtzuerhalten.

c) Das endgültig geformte Produkt, das unter Verwendung von Phenolharz erhalten wird, besitzt einen geringen llarzanteil, so daß das Produkt

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Hohlkugeln bewirkt ein geringes spezifisches leichtgewichtig ist und hohe Festigkeit besitzt,

Schüttgewicht. Somit kann ein zusammengesetztes wobei das Produkt zusätzlich die Eigenschaft einer

Material von hoher Biegefestigkeit erhalten wer- hohen Feuerunterdrückung aufweist. Das endgültig

den, was besonders vorteilhaft ist. geformte Produkt kann auch gut geschnitten und

d) Die Benutzung von Flugaschekugeln als feine ■> genagelt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines leichtgewichtigen, zusammengesetzten Materials, gekennzeichnet durch folgendeVerfahrensschriUe:

a) Es werden 80 bis 95 Gewichtsteile anorganische feine Hohlkugeln zu 5 bis 20 Gewichtsteilen flüssigem, hitzehärtbarem Phenolharz hinzugefügt.

b) Es werden 1 bis 40 Gewichtsteile anorganische, faserige Verstärkungsmittel, 2 bis 10 Gewichtsteile Härtungsbeschleuniger, 0,1 bis 3 Gewichtsteile Verbindungsmittel, 1 bis 10 Gewichtsteile wasserabstoßendes Agens und 2 bis 8 Gewichtsteile Pigment zu 100 Gewichtsteilen des Harzes hinzugefügt.

c) Alle diese Substanzen werden zu einem Material vermischt.

d) Das vermischte Material wird bei einer Temperatur von 20 bis 12O⁰C erwärmt, um einen halbausgehärteten vorgeformten Gegenstand zu bilden.

e) Der vorgeformte Gegenstand wird gepreßt und endgültig geformt unter Anwendung von Hitze und Druck bei 140 bis 200⁰C.

2. Vci fahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Gegenstand erhalten wird durch Unterdrucksetzen des vermischten Materials innerhalb eines Formkastens zum Bilden einer quaderförmigen Masse, Aufschneiden der Masse in die gewünschte Dicke und nachfolgendes Erhitzen der aufgeschnittenen Masse bei 20 bis 120° C, bis ein halbausgehärteter Zustand erreicht ist, in dem der Gegenstand tragbar ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Gegenstand erhalten wird durch Unterdrucksetzen des vermischten Materials innerhalb eines Formkastens zum Bilden einer quaderförmigen Masse, Vorheizen der Masse bei 20 bis 120⁰C bis zum Erreichen eines halbausgehärteten Zustandes und nachfolgendes Aufschneiden der Masse in die gewünschte Dicke, um tragbar zu sein.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Gegenstand erhalten wird durch Formen des vermischten Materials zu einer Platte gewünschter Dicke mittels bekannter Einrichtungen wie einem Extruder, einem Kalander und einem Stahlförderer, Schneiden der Platte im ungehärteten Zustand in die gewünschte Größe und Erhitzen der Platte bei 20 bis 120⁰C in einen halbausgehärteten Zustand, in dem sie tragbar ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgeformte Gegenstand erhalten wird durch Formen des vermischten Materials zu einer Platte der gewünschten Dicke mittels bekannter Einrichtungen wie einem Extruder, einem Kalander und einem Stahlförderer, Erhitzen der Platte bei 20 bis 120° C bis zur Erreichung eines halbausgehärteten Zustandes und anschließendes Schneiden der Platte in die gewünschte Größe, um tragbar zu sein.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der durch Formen des vermischten Materials in seinen halbausgehärteten Zustand vorgeformte Gegenstand anschließend in Teilchen mit einer Korngroße von 0,5 bis 10 mm zerkleinert wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der endgültig geformte Gegenstand erhalten wird durch Füllen einer Form von einer Größe, die mehrmals der Kapazität des vorgeformten Gegenstandes entspricht, mit mehreren, in einer Ebene aufeinandergelegten Platten der vorgeformten Gegenstände.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1—7, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganischen feinen Hohlkugeln Flugaschekugeln sind.