DE4041470A1 - Intumeszenzfaehige flaechengebilde, deren herstellung und deren verwendung - Google Patents
Intumeszenzfaehige flaechengebilde, deren herstellung und deren verwendungInfo
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Description
Intumeszenzfähige, d. h. thermisch expansionsfähige
Flächengebilde, die gegebenenfalls flexibel sind, sind
von Interesse für Zwecke des Brandschutzes und für die
Herstellung von Konstruktionselementen.
Es ist bekannt, intumeszenzfähige Gebilde durch Be
schichtung von Textilien mit Intumeszenzmaterialien her
zustellen. Diese haben jedoch den Nachteil, daß wegen
der oftmals geringen Flexibilität der Beschichtungen
diese brechen und bröckeln und, daß bei der Herstellung
solcher Gebilde nur Intumeszenzwirkstoffe mit einem
Bindemittel und oft auch mit einem Lösungsmittel einge
setzt werden können, was häufig unerwünscht ist.
Es wurden nun intumeszenzfähige Fächengebilde gefunden,
die dadurch gekennzeichnet sind, daß sie zwischen zwei
textilen Flächengebilden, die miteinander vernadelt oder
vernäht sind, eine Schicht eines körnigen Intumeszenz
mittels enthalten.
Es wurde auch ein Verfahren gefunden, gegebenenfalls
flexible intumeszierende Flächengebilde ohne Verwendung
von Lösungs- oder Bindemitteln herzustellen, welches
zudem auch zu Flächengebilden mit guten mechanischen
Eigenschaften führt und für prinzipiell alle intumeszie
renden Feststoffe geeignet ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von
intumeszenzfähigen Flächengebilden ist dadurch gekenn
zeichnet, daß man auf ein textiles Flächengebilde eine
Schicht eines körnigen Intumeszenzmittels aufbringt, auf
diese Beschichtung ein zweites textiles Flächengebilde
aufbringt und dann beide Flächengebilde miteinander ver
nadelt oder vernäht. So entsteht eine Art Sandwichstruk
tur mit einer Mittellage, die intumeszenzfähig ist.
Von besonderem Interesse sind Ausführungsformen der vor
liegenden Erfindung, bei denen mindestens eines der tex
tilen Flächengebilde ein Vlies aus cellulosischem Mate
rial ist und als körniges Intumeszenzmittel Blähgraphit
oder Blähgraphit enthaltende Formulierungen verwendet
wurden.
In die erfindungsgemäßen intumeszenzfähigen Flächenge
bilde können mit Vorteil Glasfasern integriert werden,
z. B. als Bestandteil der textilen Flächengebilde oder
als eine zusätzliche Schicht in Gewebe- oder Vliesform
oder als lose Beimengung in der Schicht aus körnigem
Intumeszenzmaterial.
Erfindungsgemäße Flächengebilde können überraschender
weise hochflexibel und mechanisch widerstandsfähig sein,
auch wenn das Intumeszenzmaterial selbst starr und kri
stallin ist. Dieses liegt im fertigen Produkt hervor
ragend fixiert vor, auch wenn es in Pulverform oder als
Granulat eingesetzt wurde. Eine besonders gute Fixierung
erhält man, wenn man als textile Flächengebilde Vliese
einsetzt und diese durch Vernadelung miteinander ver
bindet.
Es ist weiterhin überraschend, daß das Vernadelungsver
fahren auch bei dicken Lagen des Intumeszenzmittels,
insbesondere von Blähgraphit vorteilhafte Produkte
ergibt, wobei die Nadeln keinen Schaden nehmen, auch
wenn das Intumeszenzmittel in Form von relativ großen,
z. B. 0,3-3 mm Durchmesser aufweisenden Partikeln
eingesetzt wird.
Als textile Flächengebilde kommen vorzugsweise vernadel
bare Gewebe, Gewirke, Gestricke, Gelege und insbesondere
Vliese in Frage. Im Falle, daß erfindungsgemäße Produkte
durch Vernähen erhalten werden sollen, können auch Fo
lien und Schaumstofflagen anstelle der textilen Flächen
gebilde in Betracht gezogen werden. Es ist bevorzugt
textile Flächengebilde zu verwenden und diese zu ver
nadeln. Man kann auch mehrfache Vernadelungen vornehmen,
wobei gegebenenfalls einmalige oder mehrmalige Doublie
rungen der gebildeten Sandwichstruktur möglich sind.
Als Ausgangsmaterial einzusetzende textile Flächenge
bilde, vorzugsweise Vliese, können z. B. Flächengewichte
von 20 bis 600 g/m2 und mehr, vorzugsweise 50 bis
250 g/m2 aufweisen. Vorzugsweise sind sie bereits vor
vernadelt oder gegebenenfalls durch Bindemittel ver
festigt. Ein vorvernadeltes Vlies läßt sich effektiver
handhaben und ist daher bevorzugt. Die Faserlänge
(Stapellänge) im Vlies kann beispielsweise mindestens
5 mm, vorzugsweise über 20 mm betragen.
Als Fasermaterial für textile Flächengebilde kommen vor
zugsweise cellulosische Fasern, gegebenenfalls in Ver
bindung mit Mineralfasern, in Betracht. Sonstige Bei
spiele für Fasermaterial für textile Flächengebilde
sind: Holz(schliff), Zellwoll-, Viskose- und Cellulose
esterfasern, Baumwolle, Hanf, Jute, Sisal, Kokosfasern,
Papierstoff, Altpapierstoff, Asbest, übliche Glasfasern,
Glasfeinstfasern, Steinwolle, Kaolinfasern, Aluminium
oxidfasern, Kohlenstoffasern sowie Fasern und Feinst
fasern auf der Basis von aliphatischen, araliphatischen
oder aromatischen, organischen polymeren Verbindungen,
wie Polyolefine, Polydiolefine, Polyamide, Polyimide,
Polyvinylalkohole, Polyacrylate, Poly(meth)acrylate,
Polyacrylnitrile und deren Oxidations- und/oder
Pyrolyseprodukte, Polyester, Polyether, Polyurethane,
Polyharnstoffe, Polysiloxane, Polyphosphazene, Proteine
und Polycarbodiimide.
Selbstverständlich können auch Gemische verschiedener
Fasern in den textilen Flächengebilden vorliegen.
Auch Metallfasern, z. B. solche aus Stahl, Edelstahl,
Kupfer und/oder Silber kommen, vorzugsweise als Faser
gemisch-Komponente, in Frage.
Die beiden einzusetzenden textilen Flächengebilde können
gleichartig aber auch verschiedenartig sein.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für intum
eszenzfähige Flächengebilde kann man so vorgehen, daß
man auf ein vorgelegtes textiles Flächengebilde, vor
zugsweise ein vorvernadeltes Zellwoll- oder Baumwoll
vlies, das gegebenenfalls auch noch Mineralfasern ent
hält, vorzugsweise eine trockene, streu- oder riesel
fähige Schicht eines Intumeszenzmittels aufbringt. Bei
dem Intumeszenzmittel kann es sich auch um ein Gemisch
verschiedener Intumeszenzmittel, eine Intumeszenzmittel
zubereitung oder eine Intumeszenzformulierung handeln.
Das Aufbringen aus einer flüssigen Phase, z. B. aus einer
wäßriger Dispersion, oder als pastöse Formulierung ist
zwar möglich, wird jedoch nicht bevorzugt, da das lö
sungsmittelfreie Arbeiten mit streufähigem Intumeszenz
material verfahrenstechnisch vorteilhaft ist. Man kann
gegebenenfalls vor, während oder nach dem Aufbringen des
Intumeszenzmittels auch noch weitere faserige Gebilde,
z. B. Lagen aus Mineralfasern, Mineralfaservliese,
Glasgewebe oder Stränge aus Kohlenstoffasern auflegen
oder einarbeiten.
Bevorzugte Intumeszenzmittel sind thermisch blähfähige
Graphite oder diese enthaltende Formulierungen. Solche
Graphite können z. B. Korndurchmesser von 0,1 bis 5,
vorzugsweise von 0,4 bis 3 mm aufweisen. Sie sind
sogenannte Einlagerungsverbindungen (Interkalations
verbindungen) des Graphits oder sogenannte Graphitsalze.
Vorzugsweise werden solche Blähgraphite verwendet, die
durch Behandeln von Graphiten mit Salpetersäure
und/oder Schwefelsäure, gegebenenfalls in rauchender
Form, erhältlich sind und als Treibmittel Wasser NOx
und/oder SOx beinhalten. Solche Graphite können in der
Entstehungsform, aber auch neutralisiert, z. B. mit
Alkalien, Ammoniak oder Aminen neutralisiert, eingesetzt
werden.
Der Expansionsprozeß solcher Blähgraphite, der zu Vo
lumenzunahmen von mehreren 100% führen kann, beginnt
etwa ab 180°C und ist im allgemeinen etwa bei 600°C ab
geschlossen. Die vollständige Expansion des Blähgraphits
oder anderer Intumeszenzmittel ist jedoch nicht mehr
Teil der vorliegenden Erfindung.
Die Blähgraphite können gegebenenfalls auch in Verbin
dung mit anderen Intumeszenzmaterialien oder mit Glas
fasern, sonstigen Mineralien oder beschichtet mit einem
Bindemittel zum Einsatz gelangen.
Andere Intumeszenzmittel als Blähgraphite sind bei
spielsweise bei Temperaturen bis zu 900°C, vorzugsweise
bis zu 600°C, expandierende Glimmer wie Perlite, Vermi
kulite oder expansionsfähige Borsilikate, Aluminate,
Wasserglas-Gele, wasserhaltige Alkalisilikate und
Additionsprodukte von Ammoniak oder Aminen an saure
Aluminiumphosphate, wobei letztere auch als Binde- oder
Beschichtungsmittel für Blähgraphit Verwendung finden
können. Weitere Intumeszenzmittel können beispielsweise
sein: Ammonium- und Aminphosphate, Ammonium- und Amin
polyphosphate, wie Phosphate oder Polyphosphonate des
Ethylendiamins und Ammoniaks, des Melamins, des Harn
stoffs und seiner Kondensationsprodukte oder Kombina
tionen, die neben Kohlehydraten oder Pentaerythrit
und/oder dessen Kondensationsprodukten und/oder Melamin,
Harnstoff, Dicyandiamid und/oder deren Methylolverbin
dungen und gegebenenfalls zusätzlich noch Ammoniumphos
phate enthalten und als Intumeszenzmischungen grundsätz
lich bekannt sind. Es kommen auch blähfähige Korkpulver,
expansionsfähige Getreidekörner, Stärkezubereitungen und
Rindenpulver, gegebenenfalls in Verbindung mit Ammonium
phosphat, in Betracht oder Pulver aus blähfähigem Poly
urethan, wie sie z. B. in DE-A 33 02 416 und 33 02 417
beschrieben sind.
Außer blähfähigen Graphiten sind blähfähige wasserab
spaltende Silikate von besonderem Interesse für die
vorliegende Erfindung.
Prinzipiell können sämtliche streufähigen, körnigen In
tumeszenzmaterialien Verwendung finden. Die Korngrößen
(mittlere Durchmesser) können z. B. 0,05 bis 5 mm, vor
zugsweise 0,3 bis 3 mm betragen.
Intumeszenzmittel können z. B. in einer Menge von 10 bis
5000 g/m2 und mehr, vorzugsweise 50 bis 1000 g/m2 auf
das textile Flächengebilde aufgebracht werden. Die Auf
bringung kann mit gleichmäßiger Schichtdicke, aber auch
musterartig erfolgen. Bestimmte Teilflächen können unbe
streut verbleiben oder mit erhöhter Materialmenge be
streut werden. Anschließend kann man so verfahren, daß
man auf die körnige Schicht aus Intumeszenzmaterial eine
zweite, vorzugsweise vernadelungsfähige Bahn aus texti
lem Material auflegt und den so gebildeten Sandwich ver
näht oder vorzugsweise vernadelt. Für die Vernadelung
sind die bei der Vliesverarbeitung üblichen Vernade
lungsanlagen mit den verschiedensten üblichen Nadel
formen, -mengen, -dichten und -anordnungen geeignet.
Vorzugsweise wird durch beide textile Flächengebilde
hindurch vernadelt. Es ist aber auch nur ein teilweises
Eindringen der Nadeln in das untenliegende textile
Flächengebilde möglich.
Durch die einfache oder wiederholte, vorzugsweise voll
flächige, aber gegebenenfalls auch musterartig, par
tiell, vorgenommene Vernadelung wird der gebildete Sand
wich verfestigt und das als Innenlage in dem Sandwich
befindliche Intumeszenzmaterial in den Sandwich einge
bunden, so daß es zumeist auch an frischen Schnittkanten
nur unwesentlich herausrieselt.
Anschließend kann der so hergestellte Sandwich (= das
erfindungsgemäße intumeszenzfähige Flächengebilde) ent
weder direkt oder nach geeignetem Zuschnitt der Verwen
dung zugeführt oder nachbehandelt werden. Die Nachbe
handlung kann z. B. eine biocide, hydrophobe oder oleo
phobe Ausrüstung, sowie eine Einfärbung oder Bedruckung
sein. Es ist von Vorteil, das frisch vernadelte Flächen
gebilde, gegebenenfalls unter Zufuhr von Dampf, noch zu
bügeln oder zu plätten, wobei Temperaturen von bis zu
200°C, vorzugsweise 80 bis 150°C und Drucken z. B. bis
50 kg/cm2, vorzugsweise 1 bis 5 kg/cm2, zur Anwendung
kommen können. Bei derartigem Bügeln oder Plätten ist
darauf zu achten, daß das im Sandwich befindliche Intum
eszenzmittel nicht oder nur teilweise expandiert.
Man kann in speziellen Fällen das erfindungsgemäße
Flächengebilde durch eine kurzzeitige Erhitzung auf
Temperatur, z. B. zwischen 150°C und 300°C nachbehandeln,
z. B. in einer Presse, so daß bereits auf dieser Ver
fahrensstufe, d. h. vor der bestimmungsgemäßen Verwendung
des intumeszenzfähigen Flächengebildes eine gewisse
Expansion seiner Innenlage eintritt. Diese Expansion
kann zur Versteifung des Materials und/oder zu einer
noch besseren Einbindung der Intumeszenzmaterialien und
zu einer Raumgewichtsverminderung führen. Im Falle des
Blähgraphits tritt auch eine gewisse Verfilzung der ein
gelagerten, nunmehr teilexpandierten Blähgraphitteilchen
ein, was die Verbindung der Blähgraphitteilchen unter
einander und mit dem flächigen Gesamtgebilde weiter ver
bessert, ohne dessen Flexibilität wesentlich einzu
schränken.
Erfindungsgemäße intumeszenzfähige Flächengebilde können
auch mehrlagig hergestellt und/oder mehrlagig vernadelt
oder vernäht werden. Sie können weiteren Beschichtungs
und Imprägnierprozessen zugeführt werden, beispielsweise
um sie ein- oder beidseitig, flächig oder musterartig
noch weiter zu verfestigen, wasserfest zu machen, mit
Klebstoffschichten zu versehen oder mechanisch zu
schützen. Man kann sie auch für die Herstellung von
sogenannten Prepregs verwenden, d. h. von Kunstharzim
prägnaten, die Minuten, Tage oder Monate lagerfähig sind
und bei Erhitzung z. B. auf 80 bis 600°C, vorzugsweise
100 bis 300°C, gegebenenfalls unter Formgebung ausge
härtet werden können.
Hierbei kann die Härtungsreaktion des Kunstharzes ge
gebenenfalls mit der Expansion des als Basis dienenden
erfindungsgemäßen Flächengebildes kombiniert werden, wo
durch faserverstärkte leichtgewichtige Formteile her
stellbar werden. Als Kunstharze kommen übliche Duro
plastharze in Frage, z. B. ungesättigte Polyesterharze,
Aminoplastharze, Phenolharze, Epoxydharze, Polyiso
cyanate, Polyisocyanate in Kombination mit Polyolen
und/oder Epoxiden, Melaminharze, Cyanatharze und
Polyimidharze.
Erfindungsgemäße intumeszenzfähige Flächengebilde, die
Deckschichten aus thermoplastischem Material enthalten,
kann man auch zur Herstellung von sandwichartigen
Leichtformkörpern verwenden, wobei man das in den er
findungsgemäßen Flächengebilden enthaltene Intumeszenz
mittel bei Temperaturen im Bereich von 200 bis 2000°C,
vorzugsweise 300 bis 900°C, unter Formgebung expandieren
läßt. Derartige sandwichartige Leichtformkörper, ihre
Herstellung und Verwendung ist Gegenstand einer eigenen
älteren Patentanmeldung.
Es ist auch möglich, erfindungsgemäße Flächengebilde,
deren Deckschichten aus nicht-thermoplastischem Material
bestehen, in Formen bis zu beispielsweise 900°C, vor
zugsweise auch 200 bis 600°C zu erhitzen und dabei das
Intumeszenzmittel expandieren zu lassen. Das erfindungs
gemäße intumeszenzfähige Flächengebilde kann zuvor in
gewünschter Weise zugeschnitten und gegebenenfalls auch
mehrlagig in die Form eingebracht werden, gegebenenfalls
auch in Form von Umwicklungen eines Formkernes. Bei Ex
pansion wird dann die Form, zumeist eine Metallform aus
Stahl oder Aluminium, aber auch eine keramische Form,
durch den gebildeten Intumeszenzschaum ausgefüllt, so
daß ein Leichtformkörper resultiert, dessen Oberflächen
durch das Pyrolysat der textilen Flächengebilde des ein
gesetzten intumeszenzfähigen Flächengebildes gebildet
werden. Hierbei können wie bei anderen Formgebungsver
fahren auch technisch übliche Trennmittel verwendet
werden, z. B. solche auf Silikon-, Teflon®- oder
Bornitridbasis, aber auch Stärkelösungen oder Disper
sionen von Aluminiumoxid, Talkum oder Graphit.
Neben der Formkörperherstellung können erfindungsgemäße
intumeszenzfähige Flächengebilde insbesondere auf dem
Gebiet des Brandschutzes, speziell des vorbeugenden
Brandschutzes eingesetzt werden. Hierbei kann das erfin
dungsgemäße Material in Form von flächigen Abdeckungen,
Tapeten, in Form von Wickeln oder geschneiderten Säcken,
Hülsen, Klebebändern und Füllungen als bei Beflammung
intumeszierendes, zumeist raucharmes Schutzmittel ein
gesetzt werden. Dann wird im Brandfalle das Durchdringen
der Flammen, der Hitze, des Rauches und der Brandgase
z. B. durch Kabeldurchbrüche, Türblätter, Wandelemente,
Ritzen, Fugen und Installationskanäle verhindert. Für
diese Zwecke sind besonders die bevorzugt unter Verwen
dung von Blähgraphit oder blähgraphithaltigen Formulie
rungen hergestellten, insbesondere auch Glasfasern ent
haltenden und mit Deckschichten aus vorwiegend cellulo
sischen Fasern ausgerüsteten intumeszenzfähigen Flächen
gebilde geeignet. Diese, insbesondere wenn sie auch noch
Phosphate mitenthalten, brennen kaum, entwickeln wenig
Rauch und expandieren bei Beflammung wirkungsvoll.
Mit erfindungsgemäßen Flächengebilden können z. B. Dach
flächen, Fußböden, abgehängte Zwischendecken, Türblät
ter, Behälterwände und Wandflächen belegt oder verklebt,
Mauerdurchbrüche und Kabelschotts zugestopft, Hohlräume
ausgefüllt und Kabel und Rohrleitungen umwickelt und
damit brandgeschützt werden. Auch durch gitterförmige
Anordnungen oder achsial durchströmbare lockere Wickel,
die sich bei Beflammung durch Expansion schließen, sind
Rauchgassperren für z. B. Klimakanäle oder Lüftungs
öffnungen herstellbar. Auch Dichtungen oder Fugen
füllungen aus erfindungsgemäßen Flächengebilden, die
sich im Brandfall durch Expansion schließen, kommen in
Betracht. Die erfindungsgemäßen Flächengebilde können
auch als Löschdecken und zur Abdeckung von Metall- oder
Ölbränden Verwendung finden.
Wenn mit Wickeln aus den erfindungsgemäßen Flächenge
bilden Kunststoffrohre oder dünnwandige Metallrohre um
geben werden, die gegebenenfalls noch durch eine außen
liegende Hülle, z. B. aus Blech geschützt sind, so werden
solche Rohre bei Beflammung an der Wickelstelle durch
die nach innen wirkende Expansion zugedrückt und so ein
Durchtritt des Feuers verhindert. Durch die bei Erhit
zung oder Beflammung stattfindende Expansion der
Flächengebilde können sie, insbesondere bei mehrlagigem
Einbau, auch dazu dienen, Sicherheitsschalter zu ent
riegeln, Schotts zu öffnen oder zu schließen und Hebel
zu bedienen.
Im folgenden wird die Erfindung beispielhaft und proto
typisch erläutert. Die angegebenen Teile und Prozente
beziehen sich auf das Gewicht, soweit nicht anderes an
gegeben ist.
Zur Herstellung der intumeszenzfähigen Flächengebilde
wurde eine technisch übliche Vernadelungsmaschine (Fa.
Dilo KG, Typ NDLP/6D) verwendet, vor deren Einlauf ein
Streutisch montiert war, über den eine Textilbahn
(Vliesbahn) der Maschine zugeführt wurde. Etwa 80 cm
vor dem Einlauf wurde über eine Rolle eine zweite
Textilbahn (Vliesbahn) auf den Tisch geführt, die bündig
auf die erste Bahn aufgelegt und so als Doppelschicht
in die Vernadelungsanlage eingeführt wurde.
Über der ersten, über den Tisch laufenden Textilbahn war
eine Streuvorrichtung montiert, mit deren Hilfe die über
den Vorlagetisch laufende Bahn flächig bestreut wurde.
Als unten liegende Textilbahn (1) (textiles Flächenge
bilde) wurde ein vorvernadeltes Zellwollvlies mit einem
Flächengewicht von 100 g/m2 mit einem Titer von 1,7
Detex und 40 mm Stapellänge verwendet. Als von oben
zugeführte Textilbahn (2) wurde entweder das gleiche
oder ein zusätzlich bezeichnetes anderes Material ver
wendet. Die Durchlaufgeschwindigkeit betrug 1,2 m/min.
Das Bügeln erfolgte auf einer kontinuierlich arbeitenden
Plättwalze bei 130°C, 3 bar Anpreßdruck und einer
Verweilzeit von 25 sec.
Textilbahn 1 und 2 waren gleich. Aufgestreut wurden
600 g/m2 eines handelsüblichen China-Blähgraphits (NOx-
Type, Expansionsfähigkeit ca. 1200 Vol-% bei 600°C,
mittlerer Korndurchmesser 1,8 mm). Nach dem ersten
Durchlauf durch die Vernadelung wurde das entstandene
Flächengebilde gewendet und von der anderen Seite her
nochmals vernadelt. Der entstandene Sandwich wurde dann
gebügelt und war dann verwendungsfähig. Es handelte sich
um ein 2,7 mm dickes hoch flexibles und mechanisch sta
biles Flächengebilde, aus dem beim Schneiden nahezu kein
Blähgraphit herausrieselte.
Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet, jedoch wurde
handelsüblicher SOx-Blähgraphit der gleichen mittleren
Korngröße wie in Beispiel 1 verwendet. Ausserdem wurde
die Streumenge auf 1,1 kg/m2 erhöht.
100 Teile einer 50%igen Lösung von Aluminium-tris-phos
phat in Wasser wurden unter Rühren mit 40 Teilen einer
50%igen Aminoethanollösung in Wasser versetzt. 60 Teile
der so hergestellten heißen Lösung des Aluminiumphos
phatsalzes wurden mit 70 Teilen NO2-Blähgraphit ver
rührt. Der entstandene Brei wurde getrocknet und der so
gebildete Kuchen zerkleinert und auf 1,8 mm Korndurch
messer gesiebt. So wurde ein mit 30% eines Aluminium
phosphatbindemittels beschichteten Blähgraphits er
halten. Das so vorbereitete körnige Material wurde in
einer Menge von 700 g/m2 auf die Textilbahn (1) aufge
streut, mit einer gleichartigen Textilbahn (2) doppelt
vernadelt und geplättet.
Das gemäß Beispiel 3 erhaltene Flächengebilde wurde auf
der Vernadelunganlage doubliert. Es hatte nach dem
Bügeln eine Dicke von 5 mm, war hoch flexibel und mecha
nisch stabil. Beim Schneiden rieselte nahezu kein Intum
eszenzmaterial heraus.
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 3, jedoch wurde vor
dem Streuprozeß auf die Textilbahn (1) noch ein Glas
vlies mit einem Flächengewicht von 300 g/m2 aufgelegt,
so daß das aufgestreute Intumeszenzmaterial auf dem
Glasvlies auflag, welches nach der Vernadelung analog
Beispiel 3 zum Bestandteil der Sandwich-Mittellage
wurde. Nach dem Bügeln wurde ein 2,8 mm dickes flexibles
Flächengebilde erhalten.
Es wurde analog Beispiel 5 gearbeitet, jedoch wurde das
Glasvlies erst nach dem Aufstreuen der Blähgraphit Zube
reitung aufgelegt, so daß das nachfolgende Zellwollvlies
(Textilbahn (2)) diesem auflag. Bei der Vernadelung, die
dreimal erfolgte, wurde ein stabiles Flächengebilde er
halten, das nach dem Bügeln eine Dicke von 3 mm aufwies
und hervorragend als Löschdecke geeignet war.
Vor der Vernadelung und vor der Abdeckung mit der
Textilbahn (2) wurden auf die Textilbahn (1) zunächst
in einer Menge von 300 g/m2 auf ca. 5 mm Länge ver
kleinerte handelsübliche Koalinfasern gestreut. Auf
diese Schicht wurde in einer Menge von 700 g/m2 die auch
in Beispiel 3 verwendete Blähgraphitzusammensetzung ge
streut, sodann nochmals eine Schicht von 300 g/m2 der
Kaolinfasern und schließlich mit der Textilbahn (2)
abgedeckt und dreifach vernadelt. Es wurde ein
flexibles, mechanisch stabiles Flächengebilde einer
Dicke von 3,6 mm erhalten.
Es wurde analog Beispiel 3 gearbeitet, jedoch wurde die
Blähgraphitzubereitung (700 Teile) vor dem Aufstreuen
mit Kurzglasfasern (MG-Glasfaser, Bayer AG, 700 Teile)
homogen vermischt und das Gemisch in einer Menge von
1400 g/m2 aufgestreut. Das nach doppeltem Vernadeln und
anschließendem Bügeln erhaltene Flächengebilde (Sand
wich) war mechanisch stabil, flexibel und hatte eine
Dicke von 3,1 mm.
Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet. Es wurde jedoch
ein Gemisch aus gleichen Teilen neutralem Ethylendiamin
orthophosphat und Blähgraphit in einer Menge von
1000 g/m2 aufgestreut. Das so erhaltene stabile
Flächengebilde war hochflexibel und hatte eine Dicke von
2,9 mm.
Es wurde wie in Beispiel 5 gearbeitet, jedoch wurde
anstelle des Glasvlieses ein Glasgewebe in Leinenbindung
mit einem Flächengewicht von 650 g/m2 eingelegt. Nach
dem Bügeln erhielt man ein flexibles, aber weniger
leicht flächig verformbares Flächengebilde, das als
Brandschutz-Abdeckung und Brandschutz-Unterlage für
Kabelbahnen eingesetzt wurde.
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 3, jedoch wurde als
Textilbahn (1) anstelle eines Zellwollvlieses ein Baum
wollgewebe (Nessel) mit einem Flächengewicht von
200 g/m2 verwendet. Nach beidseitigen doppelten Verna
deln und Bügeln wurde ein mechanisch widerstandfähiges,
flexibles Flächengebilde erhalten, das eine gute Ver
bundfestigkeit hatte, so daß beim Schneiden nahezu kein
Blähgraphitmaterial herausrieselte.
Es wurde gearbeitet wie bei Beispiel 6, jedoch wurde als
Textilbahnen 1 und 2 je ein Polyamidfaservlies mit einem
Flächengewicht von 150 g/m2 verwendet.
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 3, jedoch wurde als
Textilbahn (2) ein Polypropylenfaservlies mit einem
Flächengewicht von 200 g/m2 eingesetzt. Die Bügeltempe
ratur wurde auf 120°C herabgesetzt.
Es wurde gearbeitet wie bei Beispiel 2, jedoch wurde
anstelle des Blähgraphits ein 12% Wasser enthaltendes
schuppenartiges Natriumsilikat (Portil®A, Fa. Henkel)
verwendet und die Bügeltemperatur auf 95°C verringert.
Es wurde gearbeitet wie bei Beispiel 11. Als Textil
bahnen 1 und 2 wurde jedoch das in Beispiel 13 beschrie
bene Polypropylenfaservlies verwendet. Außerdem wurde
die Bügeltemperatur auf 95°C vermindert.
Es wurde wie in Beispiel 2 gearbeitet. Als Intumeszenz
material wurde jedoch ein inniges Gemisch aus dem Bläh
graphit gemäß Beispiel 3 (300 Teile), dem Silikat gemäß
Beispiel 14 (200 Teile) und der Glasfaser gemäß Bei
spiel 8 (200 Teile) eingesetzt. Man erhielt ein flexi
bles Flächengebilde mit gutem Materialverbund sowie
guter mechanischer Stabilität. Beim Schneiden rieselte
nahezu kein Intumeszenzmaterial heraus.
Eine 50%ige Lösung von Aluminium-tris-phosphat in
Wasser wurde in einer Menge von 100 Teilen intensiv mit
19 Teilen Ethylendiamin vermischt. Der dabei entstandene
neutrale Salzbrei wurde getrocknet und auf Korngrößen
zwischen 0,18 und 1 mm zerkleinert. Man erhielt ein
rieselfähiges, bei Beflammung intumeszierendes Pulver.
Dieses wurde analog Beispiel 2 anstelle des Blähgraphits
verarbeitet. Man erhielt einen mechanisch stabilen
Sandwich mit guter Flexibilität, der in Form von
Wickeln, Hülsen oder Abdeckungen zum Schutz von Kabeln
gegen Brandeinwirkung verwendet werden kann.
Zur Prüfung der Intumeszenzfähigkeit wurden aus den ge
mäß den Beispielen 1 bis 17 erhaltenen Flächengebilden
Quadrate mit jeweils 3 cm Kantenlänge ausgeschnitten,
auf ein Reckmetallsieb aus Stahl gelegt und in einem auf
600°C vorgeheizten Schrank eingebracht. Nach 30 min
wurden die Proben aus dem Schrank entnommen. In allen
Fällen hatte sich das ursprüngliche Volumen des Flächen
gebildes um mehr als 100% vergrößert.
In einem Deckelkasten aus 5 mm dickem, fein gelochtem
Stahlblech mit den Innenmaßen 10×10×2 cm wurden
4 Lagen des gemäß Beispiel 1 erhaltenen Flächengebildes
eingelegt (etwa 34 g). Dann wurde die Kastenform ver
schlossen und in einen Ofen gebracht, der im Verlaufe
einer Stunde 600°C erreichte. Dann wurde die Form aus
dem Ofen genommen, abgekühlt und der gebildete Form
körper entnommen. Er hatte noch ein Gewicht von 23 g,
entsprechend einem Raumgewicht von 0,11 g/cm3. Der so
hergestellte Quader hatte eine Deckschicht aus pyroly
sierter Zellwolle und eine Eindruckfestigkeit im
Flächenmittel von 9,5 kg/cm3, gemessen mit einem
0,25 cm2 Meßstempel aus Stahl.
In die Stahlform gemäß Beispiel 19 wurde eine Lage des
gemäß Beispiel 2 erhaltenen Vlies-Sandwichs gelegt. Dann
wurde die Form verschlossen und in einen auf 650°C vor
geheizten Ofen gebracht. Nach einer Stunde wurde die
Form aus dem Ofen genommen, abgekühlt und geöffnet. Man
hatte einen stabilen Quader mit einem mittleren Raum
gewicht von 0,05 g/cm3 erhalten, dessen Oberflächen aus
Zellwollpyrolysat bestanden. Die Eindruckfestigkeit be
trug im Flächenmittel 6,5 kg/cm2.
Derartige Formkörper haben schaumstoffähnlichen duktilen
Charakter. Sie sind als Schallschutzelemente geeignet,
sie lassen sich spanabhebend bearbeiten, haben hohe
elektrische Leitfähigkeiten und unter Sauerstoffaus
schluß hohe Temperaturbeständigkeiten von über 2000°C.
Es wurde analog Beispiel 19 gearbeitet, jedoch zwei
Lagen des Flächengebildes aus Beispiel 3 verwendet. Man
erhielt einen Leichtstoffquader mit einem mittleren
Raumgewicht von 0,055 g/cm3. Dieser wurde zusammen mit
einem gemäß Beispiel 20 erhaltenen, noch nicht wärmebe
handelten Quader in einen auf 700°C vorgeheizten Ofen,
zu dessen Innenraum Luftzutritt gegeben war, einge
bracht. Nach 6 h wurden die Quader entnommen. Der Ge
wichtsverlust des Quaders gemäß Beispiel 20 lag über
50% und er hatte nahzu keine mechanische Festigkeit
mehr, während der Gewichtsverlust des durch das Binde
mittel gegen Oxidation geschützten Quaders gemäß Bei
spiel 21 nur 9% betrug und dieser auch in bezug auf
Volumen und mechanische Eigenschaften kein Verlust auf
wies.
In einer Heizpresse mit einem Abstand der beiden beheiz
baren Pressenplatten von 3 mm wurde ein 0,5 m2 großes
Stück des Flächengebildes aus Beispiel 1 drei Minuten
lang auf 260°C erhitzt. Das so modifizierte, nunmehr
3 mm dicke Flächengebilde hatte einen textileren Griff
als zuvor und wirkte "voller", ohne an Flexibilität
verloren zu haben. Bei Beflammung erfolgte noch eine
Expansion um über 100 Vol.-%.
In einem Prüfofen wurde ein Wandelement eingebaut, in
das flächensenkrecht PVC-Rohre eingebaut waren, deren
Durchmesser 8 cm betrug. Flammenseitig wurden
unmittelbar vor der Einbauwand die 30 cm in den Ofen
hineinragenden Rohrstutzen mit einem 10lagigen, 15 cm
breiten Wickel aus den gemäß Beispielen 1, 2, 3, 4, 7,
8, 9, 12, 13, 14, 15 und 16 hergestellten
Flächengebilden umgeben, deren jeweils letzte Lage durch
eine Manschette aus 1 mm Stahlblech geschützt war.
Der in Anlehnung an DIN 4102 gebaute und betriebene
Prüfofen wurde nach der Einheitstemperaturkurve be
feuert. Nach 30 min Betriebszeit waren sämtliche PVC-
Rohre durch die Expansion der flammenseitig angebrachten
Wickel zusammengedrückt und für die Flammengase undurch
lässig geworden.
Mehrfach S-förmig gewendelte Stahlrohre (Wandstärke
3 mm, Außendurchmesser 4 cm) wurden je mit einer Röhre
mit einem Innendurchmesser von 1,5 cm (Innenweite), die
aus Flächengebilden gemäß vorhergehenden Beispielen zu
geschnitten und geschneidert worden waren, übergezogen.
In einlagiger Form kamen die Flächengebilde aus den
Beispielen 2, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 13, 14, 15 und 16 zum
Einsatz. Das Flächengebilde aus Beispiel 1 kam zweila
gig, das Flächengebilde aus Beispiel 3 sowohl einlagig
als auch zweilagig zum Einsatz. Dann wurde mit einem
Abstand von 1,5 cm eine Schutzmanschette aus 0,2 mm
starken Stahlblech umgelegt und daß so erhaltene Gebilde
30 min auf 500°C erhitzt. Dann war eine schlüssige Ver
bindung zwischen Stahlrohr und äußerer Schutzmanschette
durch das entstandene Expandat hergestellt, ohne daß im
Verbundstück Lunker oder Hohlräume auftraten.
Die so hergestellten Umhüllungen haben schalldämpfende
Eigenschaften und führten die Wärme des Innenrohres ver
langsamt (ca. 5-15 W/K m) ab, was für Auspuffrohre er
wünscht ist.
1 m lange und 20 cm breite Streifen gemäß den Beispielen
2 und 3 erhaltener Flächengebilde wurden jeweils auf
einer der beiden Oberflächen satt mit einem handelsüb
lichen heiß härtenden Epoxydharzgemisch getränkt. Dann
wurden die Streifen in eine mit Aluminiumfolie ausge
kleidete Form für eine 1 m lange und 1 cm dicke Rohr
halbschale eingelegt. Die Form wurde verschlossen und
anschließend für 5 min auf 300°C erhitzt. Dann wurde
abgekühlt und das entstandene, mit Aluminiumfolie
kaschierte Formteil der Form entnommen. Nach Entfernen
der Aluminiumfolie, lagen Leichtformschalen mit einem
Raumgewicht unter 0,9 g/cm3 vor, deren eine Oberfläche
aus einer faserverstärkten Epoxydharzschicht bestand,
die gute mechanische Festigkeiten vermittelte. Die nicht
mit Epoxydharz getränkte Innenfläche hatte dagegen einen
duktilen Charakter. Diese Halbschalen können als Brand
schutz- und Isolier-Elemente für Rohrleitungen verwendet
werden, sowie zur Herstellung von Kabelkanälen. Im Falle
einer Beflammung erwies sich das Material in Richtung
auf den Kreismittelpunkt seines Schnittes noch als ex
pansionsfähig, d. h. intumeszenzfähig und konnte so
innenliegende Kabel vor dem Flammenzutritt schützen und
die Isolierwirkungen noch verbessern.
Es wurde gearbeitet wie in Beispiel 25, jedoch wurde
eine Härtungstemperatur von 680°C gewählt und alle
Flächengebilde gemäß den Beispielen 1-10 eingesetzt.
Die Ofentemperatur (680°C) wurde im Laufe von 40 min
erreicht und für 10 min beibehalten. Dann wurde abge
kühlt und aus der Form entnommen. In allen Fällen wurde
eine stabile Rohrhalbschale mit einem Raumgewicht unter
0,9 g/cm3 erhalten, mit einer harten mechanisch stabilen
Oberflächenschicht, dort wo vorher die Kunstharzimpräg
nierung vorlag. Bei Beflammung erfolgte keine weitere
Expansion.
In die Form gemäß Beispiel 20 wurde zunächst eine Platte
aus handelsüblichem Polyphenylensulfid eingelegt (Dicke
3 mm), dann wurde ein Flächengebilde erhalten gemäß Bei
spiel 16 zugeschnitten und eingelegt, sodann wiederum
eine gleichartige Polyphenylensulfid-Platte. Nun wurde
die Form verschlossen und in einem Ofen auf 360°C aufge
heizt. Nach dem Erreichen der Temperatur wurde die Form
aus dem Ofen genommen. Nach dem Abkühlen wurde ein
Leichtsandwichquader mit Polyphenylensulfid-Deckschich
ten erhalten. Derartige Verbundmaterialien können im
Gehäuse-, Lautsprecherboxen- und Karrosseriebau Verwen
dung finden.
Es wurde wie bei Beispiel 27 gearbeitet, jedoch anstelle
von Polyphenylensulfid wurden Platten aus Polypropylen
verwendet, ein Flächengebilde erhalten gemäß Beispiel
14 eingesetzt und die Erhitzung nur bis 250°C durchge
führt. Man erhielt einen isolierenden harten Sandwich
mit Polypropylendeckschichten mit einem Kernmaterial aus
expandiertem Silikat.
In das 15 cm dicke Wandelement eines Prüfofens gemäß
Beispiel 23 wurden 2 cm breite und 55 cm tiefe durch
gehende Fugen gefräst, sowie runde Löcher von 10 cm
Durchmesser und 20×100 cm breite Schlitze. Mit flächi
gem Material aus den Beispielen 3, 5, 6, 7 und 8 wurden
diese Mauerdurchbrüche wie folgt verschlossen:
Die runden Löcher wurden durch 10 cm dicke und 10 cm
breite Wickel aus den Sandwichbahnen gefüllt und ver
schlossen. Die Fugen wurden durch mehrfach gefaltete
oder gerollte Abschnitte aus den Flächengebilden ver
schlossen und die Schlitze durch etwa nach Art von Zei
tungspapier verknülltes Sandwichmaterial ohne spezielle
Ordnung möglichst homogen zugestopft und durch ein außen
vorgeseztes Stück Reckmetallgitter gegen Herausfallen
gesichert. In einem Brandversuch, bei dem in Anlehnung
an DIN 4102 mit der Einheitstemperaturkurve befeuert
wurde, waren sämtliche Öffnungen auch noch nach 3 h
Brenndauer verschlossen.
Claims (10)
1. Intumeszenzfähige Flächengebilde, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie zwischen zwei textilen Flächen
gebilden, die miteinander vernadelt oder vernäht
sind, eine Schicht eines körnigen Intumeszenz
mittels enthalten.
2. Verfahren zur Herstellung von intumeszenzfähigen
Flächengebilden, dadurch gekennzeichnet, daß man
auf ein textiles Flächengebilde eine Schicht eines
körnigen Intumeszenzmittels aufbringt, auf diese
Beschichtung ein zweites textiles Flächengebilde
aufbringt und dann beide Flächengebilde miteinander
vernadelt oder vernäht.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eines der textilen Flächengebilde
ein Vlies aus cellulosischem Material ist und als
körniges Intumeszenzmittel Blähgraphit oder Bläh
graphit enthaltende Formulierungen verwendet wer
den.
4. Verfahren nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß Glasfasern integriert werden als Be
standteil der textilen Flächengebilde oder als eine
zusätzliche Schicht in Gewebe- oder Vliesform oder
als lose Beimengung in der Schicht aus körnigem
Intumeszenzmaterial.
5. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als textile Flächengebilde Vliese
mit einem Flächengewicht von 20 bis 600 g/m2 ein
setzt und diese durch Vernadelung miteinander ver
bindet.
6. Verfahren nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß als Fasermaterial für die
textilen Flächengebilde cellulosische Fasern,
gegebenenfalls in Verbindung mit Mineralfasern,
Holz(schliff), Zellwollfasern, Viskosefasern,
Celluloseesterfasern, Baumwolle, Hanf, Jute, Sisal,
Kokosfasern, Papierstoff, Altpapierstoff, Asbest,
Glasfasern, Glasfeinstfasern, Steinwolle, Kaolin
fasern, Aluminiumoxidfasern, Kohlenstoffasern,
Fasern und Feinstfasern auf der Basis von alipha
tischen, araliphatischen oder aromatischen, organi
schen polymeren Verbindungen und/oder Metallfasern
verwendet werden.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß man als Intumeszenzmittel expandie
rende Glimmer, expansionsfähige Borsilikate,
Aluminate, Wasserglas-Gele, wasserhaltige Alkali
silikate, Additionsprodukte von Ammoniak oder
Aminen an saure Aluminiumphosphate, Ammonium
phosphate, Aminphosphate, Ammoniumpolyphosphate,
Aminpolyphosphate, blähfähige Korkpulver, expan
sionsfähige Getreidekörner, Stärkezubereitungen,
Rindenpulver und/oder Pulver aus blähfähigem Poly
urethan verwendet.
8. Verwendung von intumeszenzfähigen Flächengebilden
nach Anspruch 1 oder hergestellt nach Ansprüchen
2 bis 7 zur Herstellung von Kunstharzimprägnaten,
die Minuten, Tage oder Monate lagerfähig sind und
bei Erhitzung auf 80 bis 600°C gegebenenfalls unter
Formgebung ausgehärtet werden können.
9. Verwendung von intumeszenzfähigen Flächengebilden
nach Anspruch 1 oder hergestellt nach den An
sprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man
intumeszenzfähige Flächengebilde mit Deckschichten
aus thermoplastischem Material zur Herstellung von
sandwichartigen Leichtformkörpern verwendet, indem
man das in den Flächengebilden enthaltene
Intumeszenzmittel bei Temperaturen im Bereich 200
bis 2000° unter Formgebung expandieren läßt.
10. Verwendung von intumeszenzfähigen Flächengebilden
nach Anspruch 1 oder hergestellt nach den An
sprüchen 2 bis 7 zur Herstellung von Leichtform
körpern, dadurch gekennzeichnet, daß man intumes
zenzfähige Flächengebilde mit Deckschichten aus
nicht-thermoplastischem Material in Formen bis zu
900°C erhitzt, dabei das Intumeszenzmittel expan
dieren läßt und einen Leichtformkorper erhält,
dessen Oberflächen durch das Pyrolysat der textilen
Flächengebilde des eingesetzten intumeszenzfähigen
Flächengebildes gebildet werden.
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