DE3504953A1 - Verbundschichtkoerper - Google Patents
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Description
VERBUNDSCHICHTKÖRPER
Die Erfindung betrifft einen Verbundschichtkörper, insbesondere einen für Wände, Trennwände, dekorative Oberflächen
und dergleichen verwendbaren Verbundschichtkörper.
Der Aufbau von laminierten Plattenmaterialien war bereits Gegenstand umfangreicher Untersuchungen in der Industrie.
Insbesondere ist nach Stoffen gesucht worden, die geringes Gewicht aufweisen, gut aussehen sowie robust, dauerhaft
und feuerbeständig sind. Die letzteren Eigenschaften haben besondere Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die
Innenflächen von Gebäuden, Flugzeugen, Autos und dergleichen werden häufig aus organischen Stoffen hergestellt.
Wenn diese Wärme oder Feuer ausgesetzt sind, wird toxischer Rauch frei, der in vielen Fällen zur Erstickung
oder bei den diesem Rauch ausgesetzten Personen zu schweren Lungenschäden führt. Die Industrie hat daher
viel Zeit und Anstrengungen für den Versuch aufgewandt. Produkte zu entwickeln, die sämtliche erwähnten Eigenschäften
aufweisen, jedoch bei Feuereinwirkung keinen toxischen Rauch entwickeln.
Bekannt ist eine Anzahl von Druckschriften, die sich mit
den Möglichkeiten der Herstellung von feuerbeständigen Produkten beschäftigen. So z.B. beschreibt die US-PS
2 744 589 Wandplatteneinheiten, die eine isolierte Platte enthalten, wobei der Kern doppelt isoliert ist. Als Isoliermaterialien
werden Steinwolle und Gipsplatten angegeben. In ähnlicher Weise beschreibt auch die US-PS
3 466 222 ein Gemisch aus Stoffen, die als solche für die Verwendung als Feuerhemmittel nicht geeignet sind, jedoch
in Kombination Schichtkörper zu bilden vermögen, die feuerbeständig sind.
Die US-PS 4 375 516 beschreibt formhaltige, wasserbeständige
phosphatkeramische Stoffe und Verfahren zu ihrer Herstellung. Sowohl geschäumte als auch ungeschäumte
Stoffe können nach den in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die danach
hergestellten Produkte sind sehr geeignet für die Verwendung als Wandplatten, Deckenplatten und dergleichen.
Außerdem sind diese Produkte feuerbeständig, da sie ausschließlich
oder vorwiegend als anorganische Gemische hergestellt werden können.
Dennoch sind die gemäß der zitierten Patentschrift hergestellten
Produkte nicht für alle Verwendungszwecke völlig zufriedenstellend, da sie ihrer Natur nach steif
sind, d.h. daß die Platten unter Spannung eher dazu neigen zu brechen als sich zu verbiegen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht somit in der Bereitstellung von anorganischen Platten,
die ihrer Natur nach biegsam, jedoch auch fest und dauerhaft sind,
in der Bereitstellung von feuerbeständigen Platten, die bei Wärme- oder Feuereinwirkung quellen und nur wenig
oder überhaupt keinen Rauch und keine Dämpfe erzeugen, und
in der Bereitstellung von anorganischen Schichtkörpern, die biegsam sind, selbst wenn sie unter Verwendung von
Stoffen ausgeführt werden, die im Stand der Technik als zur Herstellung von steifen Produkten geeignet beschrieben
werden.
Diese Aufgabe wird durch Schichtstoffe gelöst, die unter
Verwendung von verstärkenden und/oder nichtverstärkenden Stoffen in Kombination mit Schichten aus einem Gemisch
aufgebaut sind, das gemäß dem Stand der Technik für die Bereitstellung von wasserbeständigen phosphatkeramischen
Stoffen geeignet ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Produkte feuerbeständig, quellen
bei Hitze- oder direkter Flammeneinwirkung und erzeugen nur wenig oder überhaupt keinen Rauch. Dennoch sind diese
Produkte zäh, dauerhaft und geeignet für die Erzielung eines dekorativen und ansprechenden Aussehens.
Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft einen Verbundschichtkörper,
enthaltend zumindest eine Schicht zumindest eines Typs von Schichtmaterial, wobei jede
Schicht des Schichtmaterials an die angrenzenden Schichten des Schichtmaterials durch ein wasserbeständiges
Phosphatbindemittel gebunden ist, erhalten durch Umsetzung eines Gemische, das ein Metalloxid, Calciumsilicat
und Phosphorsäure enthält.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung betrifft einen
feuerbeständigen Verbundschichtkörper, enthaltend eine Vielzahl von Schichten zumindest eines Typs von Schichtmaterial
und eine Vielzahl von Schichten eines wasserbeständigen Phosphatbindemittels, erhalten durch Umsetzung
eines Gemischs, das ein Metalloxid, Calciumsilicat und Phosphorsäure aufweist, wobei jede Schicht des Schichtmaterials
an die angrenzenden Schichten des Schichtmaterials durch das Bindemittel gebunden ist, und dieser Verbundschichtkörper
bei Flammen- und/oder Wärmeeinwirkung zu quellen vermag.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Bildung eines Verbundschichtkörpers und umfaßt die Stufen der Herstellung von zusammengesetzten
Schichten aus zumindest einer Schicht eines Phosphatbindemittelgemischs,
das ein Metalloxid, Calciumsilicat und Phosphorsäure aufweist, wobei dieses Gemisch geeignet
ist für die Erzielung eines wasserbeständigen Phosphatbindemittels, und zumindest einer Schicht zumindest
eines Typs von Schichtmaterial, wobei der Verbundschichtkörper so angeordnet ist, daß die angrenzenden
Schichten des Schichtmaterials mit den dazwischenliegenden Schichten des Bindemittelgemischs in Kontakt
stehen, und der Härtung des geschichteten Gemischs, gegebenenfalls unter Anwendung von Wärme und/oder
Druck.
Die einzigartigen Eigenschaften der Produkte, die erfindungsgemäß
hergestellt werden können, sind in erheblichem Maße der Verwendung eines Phosphatbindemittelgemischs
zuzuschreiben, das für die Erzielung eines wasserbeständigen phosphatkeramischen Materials geeignet
ist. Gemäß der gegenwärtigen Lehre des Standes der Technik sind diese Stoffe für die Herstellung von steifen
geschäumten und ungeschäumten phosphatkeramischen Produkten geeignet. Überraschenderweise wurde jedoch
gefunden, daß derartige Gemische, als relativ dünne verbindende Schichten angewandt, geeignet sind für die
Herstellung von hochbiegsamen Schichtkörpern. Beispiele für Gemische, die geeignet sind für die Erzielung dieses
Ergebnisses, werden z.B. in der US-PS 4 375 516 beschrieben. In dieser Patentschrift heißt es, daß Gemische,
die Calciumsilikat, Phosphorsäure und ein Metalloxid, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus AIu-
miniumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Zinkoxid
sowie Hydrate davon, enthalten, zur Herstellung von wasserbeständigen Phosphatstoffen umgesetzt werden
können. Es wurde jetzt jedoch gefunden, daß auch andere Metalloxide wasserbeständige Phosphatstoffe
erzielen lassen. Die Erfindung umfaßt somit sämtliche Gemische, die ein Metalloxid, Calciumsilikat und Phosphorsäure
enthalten, mit der Maßgabe, daß diese Gemische unter Erzielung eines wasserbeständigen Stoffes
reagieren.
Diese Gemische werden vorzugsweise in relativ dünnen Schichten in einer Dicke in der Größenordnung von ca.
0,025 bis 0,5 mm auf die Oberfläche eines Schichtmaterials aufgebracht, das ein verstärkendes oder ein nichtverstärkendes
Material sein kann. Die Gemische können in normaler Konsistenz aufgebracht werden, können aber
auch als mechanisch geschäumte Gemische aufgebracht werden. Sind sehr dünne Beschichtungen oder Schichtkörper
von geringem Gewicht erwünscht, so wird die zuletzt genannte Technik bevorzugt, da der Schaum in einer
Dicke von ca. 0,025 mm aufgebracht werden kann, wonach die Dicke auf ein geringeres Maß reduziert werden
kann, sobald der Schaum zusammenfällt. Als weitere Alternative kann das Bindemittelgemisch diskontinuierlieh
auf Teile des Schichtkörpers aufgebracht werden. Der Ausdruck "Schicht" des Bindemittels umfaßt
somit Anwendungsformen, bei denen dieses gleichmäßig und auch ungleichmäßig aufgebracht wird.
Nach der Aufbringung des Bindemittelgemischs kann dann das beschichtete Material gehärtet werden oder es wird
mit einer zweiten Schicht desselben oder eines anderen Schichtmaterials beschichtet und danach gehärtet. Die
Härtung kann unter Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Sind jedoch dichtere Produkte erwünscht, kann
die Härtung auch unter Druck erfolgen. Außerdem kann zur Beschleunigung des Härtungsprozesses die Wärme
auch während der Härtung zugeführt werden.
Für die erfindungsgemäßen Schichtkörper kann eine Vielzahl
von Stoffen verwendet werden. So z.B. können Packpapier, Handtuchpapier, Mull, gewebte und nicht gewebte
Glasmatten, gewebte und nichtgewebte synthetische Stoffe wie Polyester, Nylon u.a., gehackte Fasern aus
verschiedenen Stoffen, Mineralwolle, Drahtnetzgewebe
und andere allgemein bekannte Stoffe, allein oder in Kombination als Schichtstoffe verwendet werden. Außerdem
können auch nichtverstärkende Stoffe, wie verkittende Stoffe und dergleichen verwendet werden, obwohl diese
in den meisten Fällen zu steifen Produkten führen.
Besonders wirksame verstärkende Stoffe zur Verwendung
im Gemisch mit Phosphatbindemitteln sind erfindungsgemäß solche, wie sie in der US-PS 4 239 519 beschrieben
werden. Die zitierte Patentschrift beschreibt eine Klasse von Stoffen, die hier als "synthetische Glimmerstoffe"
bezeichnet werden. Im wesentlichen handelt es sich um Nicht-Asbestpapiere oder -bahnen, die aus SiIicatgelen
durch Kationenaustauschreaktionen erhalten werden. Stoffe dieses Typs sind für ihre relative Unbeeinflußbarkeit
durch hohe Temperaturen bekannt, außerdem weisen sie eine hohe Biegsamkeit auf.
Schichtkörper, die Schichten aus Phosphatbindemitteln und synthetischen Glimmerbahnen umfassen, haben bemerkenswerte
Eigenschaften gezeigt. Werden z.B. derartige
,.mill
Verbundstoffe der direkten Flainineneinwirkung ausgesetzt,
dann erweisen sich diese nicht nur als feuerbeständig und relativ rauchfrei, sondern zeigen auch Quellungseigenschaften.
Die direkte Flammeneinwirkung auf eine Fläche des Schichtkörpers verursacht nämlich eine offensichtliche
Schichtentrennung innerhalb des Körpers, was zur Bildung von lufterfüllten Räumen führt. Diese haben
isolierenden Charakter, was starke Temperaturunterschiede zwischen den beiden Seiten eines auf diese Weise
getesteten Körpers bewirkt. Obwohl z.B. eine Seite eines relativ dünnen Körpers mit einer Dicke in der
Größenordnung von 1,5 mm der direkten Flammeneinwirkung bei einer Temperatur von ca. 1120°C während 1 Minute
ausgesetzt wurde, kam es zu einer inneren Quellung, wobei die Temperatur auf der entgegengesetzten Seite des
Körpers unter 316°C lag.
Dieses Phänomen beschränkt sich nicht nur auf unter Verwendung von synthetischen Glimmerstoffen aufgebauten
Schichtkörpern. So z.B.. zeigen auch Packpapier enthaltende Schichtkörper Quellungseigenschaften. Auch diese
Schichtkörper zeigen beim Test, wie oben beschrieben, starke Temperaturunterschiede. Der Grund für die Schichtentrennung
ist noch nicht bis ins letzte geklärt, obwohl angenommen wird, daß dies mit dem im Körper enthaltenen
Wasser zusammenhängt.
Neben den quellungsfähigen Schichtkörpern können auch
durch Aufnahme eines Drahtsiebes als einer der Schichten wärmeleitende Schichtkörper hergestellt werden. Schichtkörper
dieses Typs haben sich als durchaus wirksam bei der Wärmeableitung von der Einsatzstelle erwiesen. Auf
diese Weise sind diese Stoffe geeignet für wärmeleitende Dichtungen und dergleichen.
Die Dicke der erfindungsgemäß hergestellten Schichtkörper
kann stark variieren. Je nach Wunsch kann der Körper zwischen sehr dünn (z.B. 0,76mm) und sehr dick
(z.B. 12,7 mm oder darüber) variieren. Es sind Schichtkörper hergestellt worden, die lediglich aus einer einzigen
Schicht eines verstärkenden Stoffes und einer Schicht Phosphatbindemittel bestehen oder aus 37
Verstärkungsschichten und 36 Schichten Phosphatbindemittel. Diese Illustration bedeutet jedoch
keine Einschränkung der Zahl der Schichten, aus denen ein Schichtkörper aufgebaut werden kann. Außerdem ist
keine Notwendigkeit gegeben, die verstärkenden Stoffe, wie sie zur Herstellung des Schichtkörpers verwendet
werden auf einen einzigen Typ zu beschränken. Es können auch Gemische bzw. Kombinationen von verstärkenden
Stoffen vorteilhaft sein.
Weitere Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand von Beispielen deutlich, die lediglich illustrierenden
und nicht einschränkenden Charakter haben.
Ein Phosphatbindemittel wurde aus folgenden Komponenten hergestellt:
Komponenten Gewicht (g)
Al3O3.3H2O 15,0
MgO 8,0
Talk 16,0 75 % H3PO4
(53,0 % P2O5) 105,0
H3BO3 4,0
CaSiO3 100,0
H2O 18,0
Ein Phosphatbindemittel wurde hergestellt durch Bereitung einer Reaktionslösung, die Phosphorsäure,
Aluminiumoxid und Wasser enthielt. Nach Erhalt einer klaren Lösung, und während diese noch warm war, wurde
Borsäure zugesetzt, wonach das Gemisch gerührt wurde, bis es wieder klar war. Die Reaktionslösung wurde auf
4°C abgekühlt,j wonach e
nenten zugesetzt wurde.
nenten zugesetzt wurde.
4°C abgekühlt,! wonach ein Gemisch der trockenen Kompo-
Auf jede von 5 Doppelschichten aus Maschengewebe vom
Typ Reichhold Modiglass 2,5X-SM mit einer Abmessung von 7,6 cm χ 30,5 cm wurden rasch 0,075 mm dicke Schichten
der angeführten Rezeptur aufgezogen. Die fünf Schichten wurden dann unverzüglich übereinander geschichtet und
während 25 Sekunden unter einem Druck von 3,9 MPa in einer auf 121°C erwärmten Presse miteinander verpreßt.
Die erhaltene Bahn war fest und wasserbeständig, außerdem auch noch biegsam.
Der Bruchmodul des Schichtkörpers, im wesentlichen gemessen
nach ASTM D-1037 betrug 14,8 MPa. Der Elastizitätsmodul
wurde mit 9,6 MPa errechnet. Die Feuerbewertungsskala umfaßte die Werte 0 für Schwelen und 2 für
Entflammen, im wesentlichen gemessen nach ASTM E-662-79.
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, nur daß die Presse auf einer Fläche mit einer
Prägeplatte ausgestattet war. Die erhaltene Probe gab die sehr feinen Details der Prägeplatte wieder.
Auf jede von 10 getrennten Packpapierbahnen mit den Abmessungen 30,5 cm χ 30,5 cm χ 0,03 mm wurde eine 0,025 mm
dicke Schicht Phosphatbindemittel der in Beispiel 1 angeführten Rezeptur aufgezogen. Unmittelbar danach wurden
die 10 Bahnen aufeinandergeschichtet und 1 Minute lang unter einem Druck von 3,9 MPa in einer auf 93 C
erwärmten Presse miteinander verpreßt. Die erhaltene Probe war fest und biegsam, wenn auch nicht so biegsam
wie der glasverstärkte Körper in Beispiel 1. Der Bruchmodul, gemessen wie in Beispiel 1, betrug 31,6 MPa.
Der Verbundkörper wurde in Stücke mit den Abmessungen 10,2 cm χ 10,2 cm geschnitten, wonach zwei Stücke willkürlich
für Testzwecke ausgewählt wurden. Jedes Stück wurde waagerecht auf einem Ringständer angeordnet, wonach
an der Stelle der Unterseite, an der die Spitze der blauen Propanflamme vorgesehen war, ein erstes Thermoelement
angebracht wurde. Ein zweites Thermoelement wurde auf der Oberseite des Schichtkörpers unmittelbar über
dem ersten Thermoelement angeordnet. Bei der Einwirkung der Flamme wurden dann an beiden Thermoelementen die
Temperaturen in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Die Dicke von Probe 3A stieg bei Erwärmung während 7 Minuten
von 2,2 mm auf 5,1 mm. Nach diesem Zeitraum maß das Thermoelement auf der Flammenseite eine Temperatur von
10340C, während die Temperatur auf der Oberseite 328°C betrug. Die Probe 3B wurde 6 Minuten lang erwärmt
und zeigte einen Anstieg der Dicke von 2,2 mm auf 4,2 mm. Auf der Flammenseite wurde eine Temperatur
von 1066°C gemessen und auf der Oberseite eine Tempera-
tür von 378°C.
Wie in Beispiel 1 angegeben, wurde ein Phosphatbindemittel hergestellt, nur daß es 50 Gew.-% gefärbtes Kieselerdegranulat
Nr. 17 der Firma Ottawa Silica Company enthielt. Die Bereitung des Phosphatbindemittels erfolgte
durch Mischen des Granulats mit den Trockenkomponenten. Das gefüllte Bindemittel wurde dann in einer
0,075 mm dicken Schicht auf eine Bahn von Glaspa— pier der Firma Johns-Manville aufgezogen. Gleichzeitig
wurden auch 0,08 mm dicke Schichten auf drei getrennte Dreifachbahnen von Modiglass-Maschengewebe, wie
im Beispiel 1 beschrieben, aufgezogen. Die drei Modiglass-Schichten
wurden aufeinandergeschichtet, wonach über dieses Paket noch die Außenschicht aus granulatgefülltem
Bindemittel geschichtet wurde. Das so gebildete Paket wurde dann unter einem Druck von 3,9 MPa bei einer
Temperatur von 1040C während 2 Minuten verpreßt, wodurch
man eine biegsame Bahn mit guter Kratzfestigkeit erhielt.
Das Verfahren nach Beispiel 4 wurde wiederholt, nur daß die Presse auf einer Seite mit einer Prägeplatte ausgestattet
war. Das erhaltene Produkt zeigte die feinen Details der Prägeplatte.
Ein Phosphatbindemittel wurde aus den folgenden Komponenten bereitet:
Komponenten Gewicht (g)
Al3O3.3H2O 18,0
MgO 8,0
Talk 16,0
75 % H3PO4
(53,0 % P2O5) 108,0
H3BO3 4,0
CaSiO3 100,0
H2O 18,0
Die Reaktionslösung wurde durch Mischen von Phosphorsäure, Wasser und Aluminiuinoxidtrihydrat und Rühren bis zur
Erzielung einer klaren Lösung bereitet. Danach wurde der erhaltenen warmen Lösung Borsäure zugesetzt und gerührt.
Nachdem die Reaktionslösung wieder klar geworden war, wurde sie auf ca. 2 bis 4°C abgekühlt.
148 g der kalten Flüssigkeit wurden dann unter starkem Rühren mit 124 g der Trockenkomponenten versetzt, die
vorgängig zur Erzielung eines gleichförmigen Materials gemischt worden waren. Das erhaltene Gemisch wurde dann
bis zur Homogenität gerührt und dann zur Aufrechterhaltung der flüssigen Konsistenz, d.h. zur Verzögerung der
Wechselwirkung zwischen den Komponenten in ein Eisbad gegeben. Die Topfzeit für dieses Material konnte je nach
dem Vermögen der Kontrolle der exothermen Reaktionstemperatur im Eisbad zwischen ca. 30 Sekunden und ca. 7 Minuten
schwanken.
Aus den nachfolgend genannten Komponenten wurde eine synthetische Glimmerplatte hergestellt:
Komponenten Gewicht (g)
Magnesxumfluorhectorxt 100,0
gebleichte Rotholzzellulose 10,0 Glasfasern 1/8" DE 5,0
Flockungsmittel Polymin P 0,075
Flockungsmittel Hydraid 777 0,037
Wasser
Die gebleichte Rotholzzellulose wurde mit Hilfe eines Holländers (Hydropulper) in Wasser dispergiert und in
einer Stoffmühle vom Typ Jordan Refiner bis zu einem Mahlgrad von 500 (Canadian Preeness) raffiniert. Die
raffinierte Pulpe wurde dann in einen großen, oben offenen Tank transferiert und mit den Glasfasern aufgeschlämmt.
Nach Beschickung des Tanks mit der erforderlichen Wassermenge zur Erzielung einer Konsistenz von
1,3 % Feststoffgehalt wurde der ausgeflockte Niederschlag
von Magnesiumfluorhectorit zugesetzt und das Gemisch bis zur Homogenität gerührt. Danach wurden
Polymin P und Hydraid 777 zugesetzt. Unmittelbar danach ließ man das Gemisch auf das Formungssieb einer Fourdrinier-Maschine
fließen. Nach Entfernung des Hauptanteils des Wassers wurde die.Matte in einer Reihe von
Vakuumpressen der Vakuumbehandlung unterzogen. Durch den Transport der synthetischen Glimmermatte über eine
erwärmte Trommel wurde der Restwassergehalt entfernt.
Eine dünne Schicht des erwähnten Phosphatbindemittels (I) wurde in einer annähernden Dicke von 0,25 mm auf
die Oberfläche einer synthetischen Glimmerplatte (S)
aufgebracht. Unmittelbar danach wurde ein Stück Microlith-Glasplatte
(G) vom Typ SH20/1 der Firma Glaswerk Schuller GmbH auf das Bindemittel gelegt und damit durchtränkt,
wonach auf die Glasschicht eine zweite Bahn aus synthetischem Glimmer gelegt wurde. Das gesamte Paket
wurde dann in eine Presse zwischen Glasoberflächen gelegt und unter einem Druck von 1,8 MPa 5 Minuten lang
bei 77°C verpreßt. Nach dem Pressen wurde der verpreßte Verbundkörper bei 77 C einige Minuten lang zur Entfernung
des Wassers konditioniert, wodurch man ein festes und biegsames Produkt erhielt.
Es ist festzustellen, daß aufgrund der Porosität der
Glasplatte das Bindemittel nicht auf beiden Seiten aufgebracht werden mußte. Das Bindemittel war in der Lage,
unter Druck durch die Glasschicht hindurchzutreten, d.h. sie zu durchtränken, so daß die beiden angrenzenden
Schichten des synthetischen Glimmers mit dem Glas über eine einzige Bindemittelschicht verbunden werden
konnten. In diesem Beispiel und in den folgenden Beispielen ist die Durchtränkung mit (GI) oder (IG) angegeben.
Bei diesem Beispiel handelte es sich somit um die Schichtstruktur S(IG)S.
Das Verfahren nach Beispiel 6 wurde wiederholt, nur bildeten die Glasplatten die Außenschichten, und der
Verbundkörper hatte die Struktur (GI)S(IG). Die Glasplatten wurden über das Phosphatbindemittel mit der
einzigen Innenschicht aus der synthetischen Glimmerbahn verbunden, indem man den Verbundkörper in eine
Presse legte, die mit muldenförmig gemusterten Prägeplatten ausgestattet war. Diese verliehen der Oberfläche
des Schichtkörpers eine feine Textur in einer gewünschten Zeichnung.
Das Verfahren nach Beispiel 7 wurde wiederholt, nur daß man den Schichtkörper zwischen ein geschäumtes Silikonkautschukpolster
und eine eine Zeichnung aufweisende Metall patrize oder -matrize legte. Dies ergab Formprodukte
mit tief eingeprägten Bildern.
Eine Serie von Formkörpern wurde im wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben hergestellt, wobei jede Probe
synthetischen Glimmer, Phosphatbindemittel und gegebe-
nenfalls eine Glasplatte enthielt. Wie in Beispiel 6 angegeben, durchtränkte das Phosphatbindemittel die
Glasplatte derart, daß dieses, wenn es im Inneren eines Schichtkörpers enthalten war, zur Verbindung der
angrenzenden Schichten aus synthetischem Glimmer diente, selbst wenn es nur auf eine Oberfläche der Glasplatte
oder nur auf eine einzige Oberfläche der angrenzenden Bahnen aus synthetischem Glimmer aufgebracht worden war.
Die Bruchmodulwerte wurden nach ASTM D-1037 ermittelt,
wohingegen der Elastizitätsmodul mit den üblichen mathematischen Mitteln aus dem Bruchmodul errechnet wurde
Der Aufbau jedes Schichtkörpers ist von der Oberseite zur Unterseite hin angegeben. Wenn nicht anders angegeben,
wurde das Bindemittel in 0,20 mm dicken Schichten aufgezogen, und es wurde die Glasplatte SH 20/1
verwendet.
Probe Struktur Bruch- Elastizi-
modul tätsmodul (MPaJ (MPa)
9A | SISISIS | 10,2 | 2,5 |
9B | S(IG)S(IG)S(IG)S | 11,0 | 2,7 |
9C* | S(IG)S(IG)S(IG)S | 11,8 | 3,3 |
9D | (GI)S(IG)S(IG)S(IG)S(IG) | 24,2 | 8,9 |
* = I wurde in einer 0,3 mm dicken Schicht aufgezogen.
Die Ergebnisse für diese Proben zeigen einen erheblichen Anstieg der Festigkeit, wenn der Schichtkörper mit
der Glasplatte abgedeckt wird.
Probe | Struktur | Bruch modul (MPa) |
Elastizi tätsmodul (MPa) |
9E | (GI)SISISIS(IG) | 22,6 | 9,1 |
9F** | (GI)SISISIS(IG) | 27,4 | 8,8 |
9G | (GI)SISIS(IG) | 22,8 | 9,5 |
9H | (GI)SIS(IG) | 24,6 | 9,0 |
**= anstelle der Glasplatte SH 20/1 wurde die Glasplatte
SH 50/1 verwendet.
Bei Vergleich mit den für Probe 9D erhaltenen Werten zeigen diese Ergebnisse, daß die Abdeckung mit den Maschengewebebahnen
erheblich mehr zur Festigkeit des Schichtkörpers beiträgt als die inneren Glasplatten.
91 | SISIS | 12 | ,0 | 5 | ,0 |
9J | S(IG)S(IG)S | 16 | ,3 | 6 | ,0 |
9K | IS(IG)S(IG)SI | 16 | ,5 | 7 | ,3 |
Diese Daten dienen zu Vergleichszwecken.
Dieses Beispiel illustriert die Ergebnisse, die erzielt werden, wenn verschiedene Proben mit einem Propanbrenner,
wie in Beispiel 3 beschrieben erwärmt werden. Die dabei erzielten Ergebnisse sind nachfolgend für Schichtkörper
mit verschiedenen Komponenten und verschiedener Gefügeanordnung angegeben.
Die Erwärmung bewirkte merkliche Veränderungen in den Schichtkörpern, und diese Veränderungen waren umso stärker,
je größer die Zahl der Schichten war. Wurde z.B. eine einzige Bahn aus synthetischem Glimmer erwärmt, so kam
es nur zu einer geringen Ausdehnung dieser Bahn. Wurden
jedoch zwei oder mehr Bahnen aus synthetischem Glimmer und Phosphatbindemittelschichten verwendet (mit oder
ohne Glasverstärkung), war die Blasenbildung stärker ausgeprägt. Die Wirkung dickerer Proben lag, wie unten
zu ersehen ist, in den guten isolierenden Eigenschaften. Die Tabelle zeigt die Zunahme der Dicke, die bei
jeder Probe durch die Erwärmung verursacht wurde.
Die Proben waren aus Schichten aus der Glasplatte SH 20/1 und/oder synthetischem Glimmer verbunden, die miteinander
durch Phosphatbindemittel, im wesentlichen wie im Beispiel 9 beschrieben, verbunden waren. Die erhaltenen
Schichtkörper waren nicht geprägt. Sie wurden als Proben 1OA bis 1OH bezeichnet. In der Spalte "Struktur" ist
die Schichtenfolge von oben nach unten angegeben.
Änderung der Dicke (mm)
Probe | Struktur | Anfangs dicke |
GI)S 2,1 | Enddicke | Zunahme |
1OA | S | 0,7 | 0,9 | 0,2 | |
1OB | ISI | 0,9 | 3,2 | 2,3 | |
IOC | (GI)S(IG) | 0,9 | 3,3 | .2,4 | |
IOD | ISISI | 1/4 | 3,8 | 2,4 | |
1OE | (GI)S(GI)S( | IG) 1,6 | 4,4 | 2,8 | |
1OF | ISISISI | 1,8 | 4,9 | 3,1 | |
1OG | (GI)S(GI)SIS(IG) 2,1 | 5,3 | 3,2 | ||
1OH | (GI)S(GI)S( | 6,3 | 4,2 |
Die Temperaturunterschiede wurden, wie folgt, bei den angegebenen Temperaturintervallen gemessen. Die Messungen
erfolgten durch Subtraktion der Temperatur am Thermoelement der Oberseite (Ts) von der des Thermoelements
der Flammenseite (Fs), was den Temperaturunterschied (D) ergibt.
Probe
Temperatur ( | 1193 | in 0C) | wie angegeben | 180 | |
Temperatur meßstelle |
Zeitinterval 15 30 |
588 | 1 (S) 60 |
120 | - |
Ps | 1184 | 588 | 1202 | - | - |
Ts | 547 | 1217 | 597 | - | - |
D | 611 | 555 | 588 | - | - |
Ps | 1201 | 643 | 1227 | - | - |
Ts | • 457 | 1277 | 551 | - | - |
D | 727 | 573 | 657 | - | 1262 |
Fs | 1246 | 679 | 1268 | 1254 | 576 |
Ts | 234 | 1091 | 573 | 579 | 669 |
D | 993 | 174 | 677 | 658 | 1126 |
Ps | 1016 | 900 | 1102 | 1115 | 465 |
Ts | 83 | 1117 | 423 | 463 | 643 |
D | 916 | 118 | 661 | 633 | 1137 |
PS | 1036 | 985 | 1117 | 1133 | 402 |
Ts | 71 | 1152 | 289 | 390 | 718 |
D | 948 | 93 | 810 | . 725 | 1190 |
Fs | 1127 | 1042 | 1183 | 1200 | 385 |
Ts | 82 | 1216 | 185 | 379 | 787 |
D | 1027 | 83 | 981 | 803 | 1239 |
Fs | 1194 | 1114 | 1213 | 1234 | 364 |
Ts | 77 | 1108 | 138 | 348 | 857 |
D | 1100 | 80 | 1057 | 868 | 1185 |
Fs | 1121 | 1011 | 1134 | 1176 | 328 |
Ts | 70 | 104 | 306 | 818 | |
D | 1033 | 1011 | 851 |
1OA 1OB IOC IOD
1OE 1OF 1OG 1OH
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Erwärmung die Quellung der Schichtkörper verursacht.
Das Verfahren gemäß Beispiel 6 wurde unter Verwendung von synthetischem Glimmer, Glasmaschengewebe Schuller
20/1, Glasmaschengewebe Burlington Nr. 1653 Lenoweave (16x8) (abgekürzt "B") und/oder eines Windschutzscheibenrasters
aus galvanisiertem Eisendraht (W) mit 2,2
2
bzw. 2,6 Litzen pro cm wiederholt. Es wurden folgende Proben hergestellt:
bzw. 2,6 Litzen pro cm wiederholt. Es wurden folgende Proben hergestellt:
Probe Struktur
HA SIS
HB ISI
HC S(IG)S
HD (GI)S(IG)
HE S(IB)S
HF S(IW)S
Die Produkte wurden auf Zugfestigkeit und auf Biegsamkeit geprüft. Die Zugfestigkeit wurde im wesentlichen
nach ASTM F-I52 unter Verwendung von Probengrößen Typ 1 mit Hilfe eines Zügfestigkeitsprüfgeräts vom Typ Instron
bei einer Kreuzkopfgeschwindigkeit von 2,54 cm/min und einer Geschwindigkeit des Registrierstreifens von
2,54 cm/min ermittelt; die Proben waren jedoch nicht vorkonditioniert. Die Proben wurden in 1,25 cm lange
hanteiförmige Stücke geschnitten mit Ausnahme von Probe HF, die zu einem 2,54 cm langen hanteiförmigen Stück
zugeschnitten wurde. Es wurden die nachfolgenden Ergebnisse erzielt:
Probe Ergebnisse
HA 112 ( 6,8) 7,2 (0,75)
HB 53 (10,9) 5,5 (1,98)
HC 136 (16,8) 9,0 (1,69)
Hl | (8 | ,2) | 8, | 5 | (1 | ,26) |
205 | (9 | ,1) | 13, | 2 | (1 | ,26) |
663 | (49 | ,9) | 41, | 0 | (1 | ,20) |
HD
HE
HF
HE
HF
Die ermittelten Werte stellen einen Durchschnitt aus drei Messungen dar, wobei die in Klammern angegebenen
Werte die Differenz zwischen den bei jedem Versuch festgestellten höchsten und niedrigsten Werten darstellt.
Die Biegsamkeit wurde im wesentlichen nach dem üblicherweise als "Dornbiegeversuch" bezeichneten Versuch nach
ASTM F-147 ermittelt. Die Proben HA bis HD versagten
beim Versuch unter Verwendung eines 2r54 cm-Dorns, die
Probe HF bestand den Versuch bei Verwendung eines 2,54 cm-Dorns, und die Probe HE bestand den Versuch bei Verwendung
eines 2,22 cm-Dorns. Keine der Proben war vorkonditioniert.
Dieses Beispiel illustriert die Ergebnisse bezüglich des Wärmeableitungsvermögens bei Aufnahme eines Metallgitters
in einen Schichtkörper. Der· Schichtkörpber C mit der Struktur (GI)S(WI)S wurde auf übliche Weise hergestellt,
nur daß in diesen Thermoelemente eingebaut wurden; wobei diese auf die obere Fläche der oberen Bahn
aus synthetischem Glimmer gelegt wurden. Die Thermoelemente wurden dann durch Aufbringen der oberen Schicht
(GI) eingehärtet. Die Thermoelemente wurden in genau definierten Abständen vom Punkt der Flammeneinwirkung entweder
in Richtung des Drahtnetzes (WD) oder diagonal dazu angeordnet:
Thermoelement | Anbringung | Abstand (cm) |
TC 1 | Flammeneinwirkungspunkt | - |
TC 2 | diagonal | 5,08 |
TC 3 | diagonal | 10,16 |
TC 4 | diagonal | 12,70 |
TC 5 | diagonal | 15,24 |
TC 6 | WD | 10,16 |
Der Schichtkörper C wurde unter Verwendung eines Drahtnetzes aus galvanisiertem Eisendraht, wie in Beispiel 11
10 beschrieben, hergestellt, während der Schichtkörper B ein vergleichbares Kupferdrahtnetz ertthielt. Der Schichtkörper
A, der kein Drahtnetz enthielt, wurde für Kontrollzwecke hergestellt. Es wurden die nachfolgend angeführten
Temperaturen gemessen.
Temperaturen
Zeit
(min)
(min)
TC 1 B
TC 2 B
0 26,7 26,7 25,6
3 1088 1033 1043
10 1049 1018 1049
15 1016 1025 1021
27,2 26,7 25,6 74 88 71 104 93 114
TC 3 B
TC 4 B
0 27,2 26,7 26,1
3 37,2 38 35,6
10 37,8 42 42
15 39,0 43 43
27,2 27,2 26,1
34,4 35,0 31,7
35,0 37,2 35,6
35,6 37,8 36,7
TC 5 B
TC 6 B
27,2 27,2 26, 1 27,2 26,7 25,6
3 | 32 | ,2 | 33 | ,3 | 30 | ,0 | 46 | 69 | 62 |
10 | 32 | ,8 | 34 | ,4 | 32 | ,8 | 46 | 72 | 76 |
15 | 33 | ,3 | 35 | 33 | ,9 | 49 | 78 | 77 |
Diese Ergebnisse zeigen, daß ein in den Schichtkörper eingebautes Netz die Wärme vom Einwirkungsort aus zerstreut
und daß ein Kupferdrahtnetz die Wärme wirksamer zerstreut als ein Drahtnetz aus galvanisiertem Eisendraht.
Außerdem ist bei Vergleich der Ergebnisse von TC 5 und TC 6 festzustellen, daß die Wärme in Drahtnetzrichtung
wirksamer abgeleitet wird als diagonal dazu.
Dieses Beispiel illustriert die Herstellung einer Probe, die nicht unter Wärme- und Druckeinwirkung gehärtet worden
war. Eine 0,15 mm dicke Schicht des im Beispiel 12 beschriebenen Bindemittelgemisches (ca. 125 g) wurde auf
ein Stück 2,5X-SM-Modiglass-Maschengewebe mit den Abmessungen
30,48 χ 30,48 cm aufgebracht, wonach ein zweites Stück Maschengewebe auf die Beschichtung gelegt wurde. Der
so erhaltene Schichtkörper wurde kurz verpreßt, um das Bindemittelgemisch in die entsprechenden Gewebeschichten
zu drücken, wonach der Schichtkörper unter Umgebungsbedingungen gehärtet wurde. Die Härtung wurde innerhalb
von ca. 5 Minuten durchgeführt.
Dieses Beispiel illustriert die Beschichtung einer Maschengewebeschicht
mit einer geschäumten Bindemittelmischung. Das Bindemittelgemisch wurde hergestellt,wie
in Beispiel 1 beschrieben, und während ca. 25 Sekunden gemischt. Der Mischung (268 g) wurden 10,1 g (3,8 %)
Tensid Millifoam der Firma Onyx Chemical Co. zugesetzt.
Der Schaum wurde durch mechanisches Mischen mit Hilfe eines Luftrührwerks während 40 Sekunden hergestellt.
Dann wurde auf beide Flächen eines Stückes 7,5X-SM-Modiglass-Maschengewebe
mit den Abmessungen 30,48 χ 30,48 cm eine 0,075 mm dicke Schicht (ca. 82 g) aufgebracht. Das
beschichtete Maschengewebe wurde 25 Sekunden lang bei 82°C zur Erzielung einer gehärteten Bahn verpreßt.
Claims (1)
- v.FüNER EB B.-I -N GTH Ά" U S" * ' * FINCKPATENTANWÄLTE EUROPEAN PATENT ATTORNEYSMARIAHILFPLATZ 2 A 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-BOOO MÖNCHEN 95Armstrong World Industries, Inc. DEAA-32452.713. Februar 1985VERBUNDSCHICHTKÖRPERPatentansprüche1. Verbundschichtkorper, insbesondere feuerbeständiger Verbundschichtkörper, gekennzeichnet durch zumindest eine Schicht zumindest eines Typs von Schichtmaterial, wobei zumindest eine Seite der Schicht des Schichtkörpers mit einem wasserbeständigen Phosphatbindemittel versehen ist, das auf an sich bekannte Weise durch Umsetzung eines Gemischs erhalten wird, enthaltend ein Metalloxid, Calciumsilicat und Phosphorsäure, als gehärtete Deckschichten oder zur Bindung weiterer Schichten von Schichtmaterial.2. Verbundschichtkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Metalloxid ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid und Zinkoxid sowie Hydraten davon.3. Verbundschichtkörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch Aluminiumoxidtrihydrat enthält.4. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch eine im wesentlichen gleichförmige Schicht ist.5. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch eine im wesentlichen diskontinuierliche Schicht ist.6. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet , daß er ein synthetisches Glimmerschxchtmaterial enthält.7. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis6, dadurch gekennzeichnet , daß er ein gewebtes, nichtgewebtes oder ein geschnittenes synthetisches Glasschichtmaterial enthält.8. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis7, dadurch gekennzeichnet , daß er ein gewebtes, nichtgewebtes oder ein geschnittenes synthetisches Schichtmaterial enthält.9. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis8, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Packpapierschichtmaterial enthält.10. Verbundschichtkörper nach einem der Ansprüche 1 bis9, dadurch gekennzeichnet , daß er ein350A953Drahtnetzschichtmaterial enthält.11. Verfahren zur Herstellung eines Verbundschichtkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auf wenigstens eine Seite wenigstens einer Schicht wenigstens einer Art von Schichtmaterial eine Schicht aus einem Phosphatbindemittelgemisch, enthaltend ein Metalloxid, Calciumsilicat und Phosphorsäure aufgebracht wird, wobei dieses Gemisch geeignet ist, ein wasserbeständiges Phosphatbindemittelmaterial als Deckschicht oder zum Binden weiterer Schichten von Schichtmaterial zu bilden, und der Schichtkörper, gegebenenfalls unter Anwendung von Wärme und/oder Druck gehärtet wird.12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch in einer Dicke von ca. 0,025 bis ca. 0,5 mm aufgebracht wird.13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittelgemisch als mechanisch geschäumter Schaum aufgebracht wird.14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch als im wesentlichen kontinuierliche Schicht aufgebracht wird.15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet , daß das Bindemittelgemisch als im wesentlichen diskontinuierliche Schicht aufgebracht wird.
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