DE60124578T2

DE60124578T2 - Verbundbahn für feuerschutzanwendungen

Info

Publication number: DE60124578T2
Application number: DE60124578T
Authority: DE
Inventors: L. Thomas Saint Paul TOMPKINS; M. Margaret Saint Paul VOGEL-MARTIN
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-10-18
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: AU2002211295A1; CA2425156C; ATE345212T1; CN1469807A; MXPA03003327A; DE60124578D1; JP2004511364A; JP5259908B2; US6670291B1; CA2425156A1; WO2002032663A1; CN100406248C; EP1326745A1; EP1326745B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Laminatbahnmaterialien. Die Laminatbahnmaterialien sind beispielsweise verwendbar für Feuerschutzanwendungen an Fahrzeugen wie etwa Luftfahrzeugen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Es gibt verschiedene Situationen, in denen es erforderlich oder wünschenswert ist, eine Barriere zu verwenden, um den Übergang von Hitze und/oder Flammen zu verhindern oder zu verringern. Zum Beispiel umfasst der Rumpf eines Luftfahrzeugs im Allgemeinen eine Metallaußenhaut um einen Metallrahmen, der einen Längsspant (Stringer) und Ringelemente umfasst. Da die Temperaturen innerhalb des Rumpfes für gewöhnlich gesteuert werden müssen, um die richtige Umgebung für Passagiere und Fracht zu gewährleisten, umfassen die meisten Rumpfaußenhäute auch eine Form von Wärmeisolierung. Isolierung ist allgemein auch aus akustischen Gründen vorhanden. In vielen Luftfahrzeugen hat die Isolierung die Form von Glasfasermatten, die von dem Längsspant und den Ringelementen getragen wird.
Das Glasfasermaterial ist allgemein in einem Filmtaschenmaterial eingeschlossen, um das Glasfasermaterial vor Kondensat und anderen Fluiden zu schützen, mit denen die Isolierung eventuell in Kontakt kommt. Taschenmaterialien, die für solche Zwecke bisher verwendet werden, umfassen metallisierten Polyester, einfachen Polyester, metallisiertes Polyvinylfluorid und Polyimid.
Im Jahre 2000 gab die FAA (d.h. die United States Federal Aviation Administration, Luftaufsichtsbehörde der USA) eine Benachrichtigung über vorgeschlagene Regelungen aus, die Einzelheiten über neue Testverfahren für Wärme-/Schallisolierung angab, welche die Feuersicherheit während des Fluges und die Widerstandfähigkeit von Isoliermaterialien an Luftfahrzeugen gegen Durchbrand nach einem Absturz erhöhen sollen. Die FAA veröffentlichte eine Richtlinie zur Flugtüchtigkeit (Airworthiness Directive), nach der es für die Betreiber von Hunderten von Luftfahrzeugen erforderlich wurde, die mit metallisiertem Polyester bedeckten Isoliermatten innerhalb der nächsten vier Jahre zu ersetzen. Ersatzmaterialien müssen den neuen Test zum Feuerschutz während des Fluges bestehen, der auf dem Test der American Society for Testing and Materials basiert, der als ASTM E 648-97, 10. März 1999 bezeichnet wird. Die FAA hat eine vorgeschlagene Auflage erstellt, die sowohl Widerstandsfähigkeit gegen Feuer während des Fluges als auch Durchbrandschutz nach einem Absturz verordnen würde (siehe z.B. Department of Transportation, Federal Aviation Administration, Improved Flammability Standards for Thermal/Acoustic Insulation Materials Used in Transport Category Airplanes; Proposed Rule, 14 CFM Part 25 u.a., Federal Register, Bd. 65, Nr. 183, Mittwoch, 20. September 2000, S. 56992–57022, dessen Offenbarung per Verweis Teil der vorliegenden Beschreibung ist).
Es besteht ein Bedarf an zusätzlichen Isoliermaterialien und damit verbundenen Flammen- und/oder Feuerschutzmaterialien. Bevorzugt erfüllen diese Materialien eine oder mehrere der geltenden Industrie- und/oder staatlichen Normen für eine konkrete Verwendung.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt ein Laminatbahnmaterial bereit, das eine erste Schicht, bestehend aus Polymermaterial, und eine zweite Schicht, bestehend aus nichtmetallischen Fasern, umfasst. Die erste und die zweite Schicht tragen mindestens gemeinsam dazu bei, dass das Laminatbahnmaterial mindestens einen der folgenden Werte aufweist: einen bestandenen Entflammbarkeitswert I (d.h. wenn das Laminatbahnmaterial dem vorliegend definierten Entflammbarkeitstest I unterzogen wird, weist es einen bestandenen Entflammbarkeitswert I auf), einen bestandenen Entflammbarkeitswert II (d.h. wenn das Laminatbahnmaterial dem vorliegend definierten Entflammbarkeitstest II unterzogen wird, weist es einen bestandenen Entflammbarkeitswert II auf), einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I (d.h. wenn das Laminatbahnmaterial dem vorliegend definierten Flammenfortpflanzungstest I unterzogen wird, weist es einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I auf), einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert II (d.h. wenn das Laminatbahnmaterial dem vorliegend definierten Flammenfortpflanzungstest II unterzogen wird, weist es einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert II auf) oder einen bestandenen Durchbrennwert (d.h. wenn das Laminatbahnmaterial dem vorliegend definierten Durchbrenntest unterzogen wird, weist es einen bestandenen Durchbrennwert auf). Für einige bevorzugte Ausführungsformen des Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung genügen die erste und die zweite Schicht, um dem Laminatbahnmaterial zusammen mindestens einen unter einem bestandenen Entflammbarkeitswert I, einem bestandenen Entflammbarkeitswert II, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert I, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert II oder einem bestandenen Durchbrennwert zu verleihen. Die Tests, mit denen ein bestandener Entflammbarkeitswert I, ein bestandener Entflammbarkeitswert II, ein bestandener Flammenfortpflanzungswert I, ein bestandener Flammenfortpflanzungswert II oder ein bestandener Durchbrennwert bestimmt wird, sind unten unter der Überschrift „Testverfahren" beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise in verschiedenen Situationen verwendbar, in denen es notwendig oder wünschenswert ist, ein Material oder System zu verwenden, um den Übergang von Hitze und/oder Flammen zu verhindern oder zu verringern. Zum Beispiel können Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung bei der Herstellung neuer Luftfahrzeuge und/oder bei der Neuausstattung vorhandener Luftfahrzeuge eingesetzt werden, um entflammbares Material vor potentiellen Zündquellen (z.B. Kurzschlüssen aus der Elektroinstallation) zu schützen. Bei vorhandenen Luftfahrzeugen kann das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise auf dem vorhandenen Isoliermaterial (typisch einem entflammbaren Isoliermaterial) derart angebracht werden, dass es sich zwischen dem Isoliermaterial und einer potentiellen Zündquelle befindet, um die Angriffsfläche des Isoliermaterials für die Zündquelle zu verringern.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Vehikel bereit, das Isoliermaterial und ein Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei das Laminatbahnmaterial und das Isoliermaterial derart positioniert sind, dass die erste Schicht des Laminatbahnmaterials angrenzend an das Isoliermaterial positioniert ist. Das Isoliermaterial kann entflammbar oder nicht entflammbar sein.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Luftfahrzeug bereit, das Isoliermaterial, Elektroinstallationen und das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei das Laminatbahnmaterial zwischen dem Isoliermaterial und den Elektroinstallationen positioniert ist und wobei die erste Schicht des Laminatbahnmaterials an das Isoliermaterial angrenzt. Das Isoliermaterial kann entflammbar oder nicht entflammbar sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Luftfahrzeugs, die den Rumpf eines Luftfahrzeugs mit einer Ausführungsform das Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, das zwischen einer Isoliertasche und der Elektroinstallation angeordnet ist.
2 ist eine Teilquerschnittsansicht der Ausführungsform des in 1 dargestellten Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, das ein flammhemmendes klebefähiges Material verwendet, um mit Gittergewebe verstärkte Polymerschichten an eine zweite Schicht aus nichtmetallischen Fasern zu laminieren.
3 ist eine Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform von Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei unverstärkte Polymerschichten über flammhemmendes klebefähiges Material an die zweite Schicht aus nichtmetallischen Fasern laminiert sind.
4 ist eine Teilquerschnittsansicht einer anderen Ausführungsform von Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei mit Gittergewebe verstärkte Polymerschichten ohne zusätzliche Klebstoffkomponente direkt an eine zweite Schicht aus nichtmetallischen Fasern laminiert sind.
5a ist eine schematische Seitensicht der Testkammer, die verwendet wird, um die Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungseigenschaften von Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung zu bewerten.
5b ist eine schematische Seitenansicht des Halterahmens, der verwendet wird, um Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung während der Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests festzuhalten.
5c ist eine schematische Draufsicht des Sicherungsrahmens, der während der Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests auf dem Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung und dem Halterahmen positioniert wird.
6 ist eine schematische Seitenansicht des Zündbrenners, der verwendet wird, um Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung während der Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests zu entzünden.
7 ist eine schematische Perspektivansicht des Kalorimeter-Halterahmens, der verwendet wird, um Kalorimeter während der Kalibrierung der Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstestvorrichtung zu positionieren.
7a ist eine schematische Perspektivansicht des Brenneranschlagstücks, das verwendet wird, um den Zündbrenner während der Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests ordnungsgemäß über Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung zu positionieren.
8 ist eine schematische Perspektivansicht des Probenhalters, der bei dem Test der Durchbrenneigenschaften von Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
9 ist eine schematische Seitenansicht des Durchbrenntests, die Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, die dem Durchbrenntest unterzogen wird.
9a ist ein detaillierter schematischer Querschnitt des Testrahmens, der darstellt, wie Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem Durchbrenntest in dem Testrahmen installiert wird.
10a ist eine schematische Draufsicht des Verlängerungskegels, der während des Durchbrenntests auf den Brenner gesetzt wird.
10b ist eine Ansicht der Schmalseite der 10a entlang der Linie 10b-10b, nachdem der Kegel gebildet wurde.
10c ist eine Ansicht der Schmalseite der 10a entlang der Linie 10c-10c, nachdem der Kegel gebildet wurde.
11a und 11b sind eine schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht, die die Anordnung des Kalorimeters im Durchbrenntest in Bezug auf den Brennerkegel darstellt.
12a und 12b sind eine schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht, die die Anordnung der Thermoelementgruppe in Bezug auf den Brennerkegel im Durchbrenntest darstellen.
13a ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Ausführungsform einer zweiten Schicht aus nichtmetallischen Fasern, die mit einer Vermiculit-Dispersion infiltriert ist, die in Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.
13b illustriert ein vergrößertes Detail eines Abschnitts der 13a.
14 ist eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Abschnitts einer Ausführungsform einer zweiten Schicht aus nichtmetallischen Fasern, auf deren Oberfläche eine Metalloxidbeschichtung in einem diskontinuierlichen Muster angeordnet ist, die in Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 2 ist ein Querschnitt einer Ausführungsform eines Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Laminatbahnmaterial 12 umfasst die erste Schicht 20 aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial, an die über optionales klebefähiges Material 24 optionales Nylon-Gittergewebe 22 gebunden ist. Das flammhemmende klebefähige Material 26 bindet die erste Schicht 28 an die erste Hauptoberfläche 33 der zweiten Schicht 30 aus nichtmetallischen Fasern. Die zweite Hauptoberfläche 35 der zweiten Schicht 30 ist über optionales flammhemmendes klebefähiges Material 26a an die optionale dritte Schicht 28a gebunden. Die optionale dritte Schicht 28a besteht aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial 20a und Nylon-Gittergewebe 22a, das über eine Schicht optionalen klebefähigen Materials 24a daran gebunden ist.
Erste Schicht
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine erste Schicht, bestehend aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial, wobei ein hochtemperaturbeständiges Polymermaterial typisch bei einer Temperatur von etwa 150°C, bevorzugt etwa 200°C, bevorzugter etwa 300°C und bevorzugter etwa 350°C stabil ist (d.h. nicht schmilzt, brennt oder sich zersetzt).
Bevorzugt ist die erste Schicht aus Polymermaterial von leichtem Gewicht und zeigt Abmessungsstabilität bei hoher Temperatur, wenig oder keine Rauchentwicklung oder brennbare oder toxische Zersetzungsprodukte bei Kontakt mit Flammen, geringe oder keine Feuchtigkeitsabsorption, gute Abriebfestigkeit und geringe Wasserdampfdurchlässigkeit. Bevorzugt ist die erste Schicht eine Fluidbarriere, wobei eine Fluidbarriere ein Material bezeichnet, das das Durchdringen von Flüssigkeiten wie etwa Wasser, Düsentreibstoff, Korrosionshemmern und Hydraulikfluids durch das Material verhindert und bevorzugt auch das Durchdringen von Gasen einschließlich Verbrennungsgasen und Wasserdampf verhindert.
Beispiele geeigneter hochtemperaturbeständiger Polymermaterialien umfassen insbesondere Polyamide, Polyvinylfluoride, Silikonharze, Polyimide, Polytetrafluorethylene (PTFEs), Polyester, Polyarylsulfone, Polyetheretherketone, Polyesteramide, Polyesterimide, Polyethersulfone, Polyphenylensulfide und Kombinationen daraus. Bevorzugte hochtemperaturbeständige Polymermaterialien umfassen Polyvinylfluoride und Polyimide wegen ihrer größeren Hochtemperaturbeständigkeit. Am meisten bevorzugt sind Polyimide.
Typisch weist die erste Schicht ein Gewicht von weniger als etwa 100 Gramm pro Quadratmeter, bevorzugt weniger als etwa 50 Gramm pro Quadratmeter auf. Die durchschnittliche Dicke der ersten Schicht aus Polymermaterial kann variieren. Typisch liegt die durchschnittliche Dicke im Bereich zwischen etwa 12 und etwa 125 Mikrometern, bevorzugt zwischen etwa 12 und etwa 50 Mikrometern und am bevorzugtesten zwischen etwa 19 und etwa 25 Mikrometern. Bevorzugt ist die erste Schicht aus Polymermaterial dick genug derart, dass die Schicht ohne Weiteres transportiert und verarbeitet werden kann ohne zu reißen, aber nicht so dick, dass sie dem Laminatbahnmaterial unnötig Gewicht hinzufügt.
Hochtemperaturbeständige Polymermaterialien sind handelsüblich beziehbar. Repräsentative Beispiele dafür umfassen Polyimidfilm, der beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „KAPTON" beziehbar ist; Polyvinylfluoridfilm, der beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „TEDLAR" beziehbar ist und Polytetrafluorethylenfilm, der beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „TEFLON" beziehbar ist, alle von E.I. duPont deNemours & Company, Wilmington, Delaware, beziehbar.
Bevorzugt ist die erste Schicht flächengleich an die zweite Schicht gebunden. Ein flammhemmendes klebefähiges Material bindet haftend die erste an die zweite Schicht. Beispiele geeigneter flammhemmender klebefähiger Materialien sind unten unter der Überschrift „Flammhemmendes klebefähiges Material" erläutert.
Gittergewebe
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung kann optional ferner eine oder mehrere Schichten Gittergewebe umfassen. Beispielsweise können die erste und die optionale dritte Schicht ferner jeweils optional ein Gittergewebe umfassen. Das Gittergewebe, das typisch eine gewebte Verstärkung aus Fasern ist, ist vorhanden, um dem Laminatbahnmaterial Reißfestigkeitseigenschaften zu verleihen. Geeignete Gittergewebematerialien umfassen insbesondere Nylon, Polyester, Glasfaser und dergleichen. Die durchschnittliche Dicke des Gittergewebes kann variieren. Typisch liegt die durchschnittliche Dicke des Gittergewebes zwischen etwa 25 und etwa 100 Mikrometern, bevorzugt zwischen etwa 25 und 50 Mikrometern. Die Gittergewebeschicht ist bevorzugt leicht, stark und mindestens relativ nicht-entflammbar. Bevorzugt erzeugt das Gittergewebe wenig oder keinen Rauch oder brennbare oder toxische Zersetzungsprodukte, wenn es mit Flammen in Kontakt kommt.
Die Gittergewebeschicht ist typisch zwischen einer Polymerfilmschicht der ersten Schicht, oder der dritten Schicht, und der zweiten Schicht des Laminatbahnmaterials angeordnet. Die Gittergewebeschicht kann optional an ein Polymermaterial wie etwa einen Film gebunden sein. Es können verschiedene klebefähige Materialien verwendet werden, um das Gittergewebe an das Polymermaterial zu binden. Bevorzugt weist dieses klebefähige Material flammhemmende Eigenschaften und eine hohe Zersetzungstemperatur auf.
Es ist eine Anzahl von hochtemperaturbeständigen Polymerfilmen handelsüblich beziehbar, an denen über ein klebefähiges Material ein Gittergewebe befestigt ist. Beispiele dafür umfassen jene, die unter den Handelsbezeichnungen „INSULFAB 2000" und „INSULFAB KP121" von Facile Holdings, Inc., Patterson, NJ, beziehbar sind, die beide einen Polyimidfilm, ein Nylon-Gittergewebe und ein flammhemmendes klebefähiges Material umfassen. Ein weiteres Beispiel ist jenes, das unter der Handelsbezeichnung „INSULFAB 330" beziehbar ist, handelsüblich beziehbar von Facile Holdings, Inc., das einen metallisierten Polyvinylfluoridfilm, ein Nylon-Gittergewebe und ein flammhemmendes klebefähiges Material umfasst.
Zweite Schicht
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst auch eine zweite Schicht aus nichtmetallischen Fasern. Bevorzugt sind die Fasern bei einer Temperatur von etwa 250°C, bevorzugter bei etwa 350°C, noch bevorzugter bei etwa 450°C und am bevorzugtesten bei etwa 550°C stabil (d.h. schmelzen, brennen oder zersetzen sich nicht). Die zweite Schicht umfasst typisch eine erste und eine zweite Hauptoberfläche. Die zweite Schicht hat bevorzugt die Form eines Stoffes wie etwa eines Gewebes, eines Gestricks und eines Gewirks, einschließlich Papier. Bevorzugt ist die zweite Schicht elektrisch nicht leitend, leicht im Gewicht, wärmeisolierend und weist eine Gasdurchlässigkeit von weniger als etwa 460 l/min/dm² auf. Bevorzugt absorbiert die zweite Schicht nicht ohne Weiteres Feuchtigkeit und erzeugt wenig oder keine brennbaren oder toxischen Zersetzungsprodukte bei Kontakt mit einer Flamme.
Bevorzugt umfasst die zweite Schicht einen Vliesstoff, um ein dünnes, leichteres Laminatbahnmaterial bereitzustellen, das in Luftfahrzeuganwendungen besonders wünschenswert ist. Typisch weist die zweite Schicht ein Gewicht von etwa 30 bis etwa 150 Gramm pro Quadratmeter auf.
Die durchschnittliche Dicke der zweiten Schicht kann variieren. Typisch liegt die durchschnittliche Dicke der zweiten Schicht im Bereich zwischen etwa 75 und etwa 750 Mikrometern, bevorzugt zwischen etwa 125 und etwa 500 Mikrometern und am bevorzugtesten zwischen etwa 200 und etwa 450 Mikrometern. Bevorzugt ist die zweite Schicht dick genug, um die gewünschten Entflammbarkeits-, Durchbrenn- und/oder Flammenfortpflanzungseigenschaften bereitzustellen, aber nicht so dick, dass es dem Laminatbahnmaterial unnötiges Gewicht verleiht.
Geeignete nichtmetallische Fasern umfassen insbesondere Glasfasern, Aramidfasern, kristalline Keramikoxidfasern (einschließlich Quarz), Siliziumnitridfasern, Siliziumcarbidfasern, oxidierte Polyacrylnitrilfasern, Kohlefasern und Kombinationen daraus. Die Fasern sind typisch als einzelne Fasern oder als gebündelte Fasern bereitgestellt, die in der Länge zwischen ein paar Zentimetern und mehreren Metern variieren. Bevorzugt sind die nichtmetallischen Fasern Glasfasern, kristalline Keramikoxidfasern oder Kombinationen daraus. Es versteht sich, dass kristalline Keramikoxidfasern kleinere Mengen von Glasphasen an den Korngrenzen enthalten können. Bevorzugter umfasst das zweite Substrat hauptsächlich Keramikoxidfasern.
Keramikoxidmaterialien sind typisch Metalloxide, die durch die Einwirkung von Wärme zusammengeschlossen wurden. Keramikoxidfasern bezeichnen allgemein eine Klasse von Fasern, die typisch eines oder mehrere Oxide von Aluminium, Silizium und Bor enthalten. Es können auch viele andere Zusatzstoffe in den Fasern vorhanden sein (z.B. Oxide von Natrium, Kalzium, Magnesium und Phosphor), obschon die Fasern überwiegend Metalloxide umfassen. Typisch sind die Keramikoxidfasern kristalline Keramik und/oder eine Mischung aus kristalliner Keramik und Glas (d.h. eine Faser, die sowohl kristalline Keramik- als auch Glasphasen enthält).
Keramikoxidfasern sind handelüblich beziehbar, zum Beispiel in relativ kurzen Fasern, die typisch als „Refractory Ceramic Fibers" (RCF) bezeichnet werden. Sie sind im Allgemeinen schwach, bröcklig und typisch nicht zur Verwendung in Textilien geeignet (d.h. Geweben, Gestricken und Gewirken). Sie können auch Material in Partikelform umfassen (als „Shot" bekannt). Fasern, die Shot enthalten, werden typisch aus einer Schmelze mit einem Schmelzblasverfahren oder einem Schmelzspinnverfahren zur Faserherstellung gebildet und anschließend gekühlt. In Standardverfahren zur Faserherstellung wird geschmolzenes Material der gewünschten Zusammensetzung extrudiert, was zu Fasern mit relativ uneinheitlicher Länge (z.B. mit Längen zwischen etwa 1 Mikrometer und etwa 10 Zentimetern) mit relativ uneinheitlichem Durchmesser (z.B. etwa 1 Mikrometer bis etwa 50 Mikrometer) führt. Typisch werden RCF-Keramikfasern von dem Hersteller in Form einer „Stapelfaser" bereitgestellt (d.h. als eine Masse loser Fasern). Beispiele für RCF-Keramikfasern umfassen Aluminiumsilikatfasern, die beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen „7000M" von Unifrax aus Niagara Falls, NY, und „SNSC" Typ 1260 Dl RCE von Nippon Steel Chemical Co. aus Tokio, Japan beziehbar sind.
Keramikoxidfasern sind auch handelsüblich beziehbar als relativ lange Fasern (d.h. Endlosfasern), die typisch in Form von Garnen (gedrehten Fasern) oder Heden („Tows") (nicht gedrehten Fasern) zu Gruppen zusammengeschlossen sind. Solche Keramikoxidgarne oder -heden umfassen typisch etwa 400 bis etwa 7800 einzelne Keramikoxidfasern mit Durchmessern im Bereich zwischen etwa 7 und 15 Mikrometern. Die Garne oder Heden weisen im Allgemeinen einen Durchmesser von etwa 0,2 Millimetern bis etwa 1,5 Millimetern auf. Garndurchmesser in diesem Bereich können zu zweiten Schichten verwebt werden und haben typisch überlegene Textilqualitäten, insbesondere im Vergleich zu den kürzeren RCF-Keramikfasern. Keramikoxidgarn kann mehrfachverdreht sein, was bedeutet, dass zwei oder mehr Garne zusammengedreht sind. Dies wird typisch vorgenommen, um die Stärke des Garns zu erhöhen. Beispiele solcher Endlosfasern umfassen Aluminiumsilikatfasern, Aluminiumborsilikatfasern und Aluminiumoxidfasern (die alle beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „NEXTEL" von 3M Company aus St. Paul, MN, beziehbar sind).
Faserheden oder -garne können mit Hilfe eines Glasrovingschneidwerks wie etwa beispielsweise mit jenem, das handelsüblich unter der Handelsbezeichnung „MODEL 90 GLASS ROVING CUTTER" von Finn & Fram, Inc., aus Pacoima, CA, beziehbar ist, oder mit Scheren auf die gewünschte Länge geschnitten werden. Die geschnittenen Fasern können dann aufgetrennt oder vereinzelt werden, indem sie durch eine Abfallwalkmaschine geleitet werden, die beispielsweise handelsüblich unter der Handelsbezeichnung „CADETTE 500" von LaRoche aus Cours, Frankreich, beziehbar ist.
Bevorzugte Keramikoxidfasern sind Aluminiumsilikat-, Aluminiumborsilikat- und Aluminiumoxidfasern und können in Form von Garnen oder in Form von Stapelfasern vorliegen. Geeignete Aluminiumsilikatfasern sind beispielsweise in der US-Patentschrift 4,047,965 (Karst u.a.) beschrieben. Bevorzugt umfassen die Aluminiumsilikatfasern auf einer theoretischen Oxidbasis etwa 67 Gewichts-% bis etwa 85 Gewichts-% Al₂O₃ und etwa 33 Gewichts-% bis etwa 15 Gewichts-% SiO₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumsilikatfasern. Einige bevorzugte Aluminiumsilikatfasern umfassen auf einer theoretischen Oxidbasis etwa 67 Gewichts-% bis etwa 77 Gewichts-% Al₂O₃ und etwa 33 Gewichts-% bis etwa 23 Gewichts-% SiO₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumsilikatfasern. Eine bevorzugte Aluminiumsilikatfaser umfasst auf einer theoretischen Oxidbasis etwa 85 Gewichts-% Al₂O₃ und etwa 15 Gewichts-SiO₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumsilikatfasern. Bevorzugte Aluminiumsilikatfasern sind handelsüblich beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen „NEXTEL 550" und „NEXTEL 720" von der 3M Company beziehbar.
Geeignete Aluminiumborsilikatfasern sind beispielsweise in der US-Patentschrift 3,795,524 (Sowman) beschrieben. Bevorzugt umfassen die Aluminiumborsilikatfasern auf einer theoretischen Oxidbasis etwa 55 Gewichts-% bis etwa 75 Gewichts-% Al₂O₃, weniger als etwa 45 Gewichts-% (bevorzugt weniger als etwa 44 Gewichts-%) SiO₂ und weniger als etwa 25 Gewichts-% (bevorzugt etwa 5 Gewichts-%) B₂O₃, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumborsilikatfasern. Bevorzugte Aluminiumborsilikatfasern sind handelsüblich beispielsweise unter den Handelsbezeichnungen „NEXTEL 312" und „NEXTEL 440" von der 3M Company beziehbar.
Verfahren zur Herstellung geeigneter Aluminiumoxidfasern sind auf dem Fachgebiet bekannt und umfassen das Verfahren, das beispielsweise in der US-Patentschrift 4,954,462 (Wood u.a.) offenbart ist. Bevorzugt umfassen die Aluminiumoxidfasern auf einer theoretischen Oxidbasis mehr als etwa 99 Gewichts-% Al₂O₃ und etwa 0,2 bis 0,3 Gewichts-% SiO₂, bezogen auf das Gesamtgewicht der Aluminiumoxidfasern. Bevorzugte Alpha-Aluminiumoxidfasern sind beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „NEXTEL 610" von der 3M Company beziehbar. Eine weitere Art Alpha-Aluminiumoxidfasern, die etwa 90 Gewichts-% Al₂O₃, etwa 9 Gewichts-% ZrO₂ und etwa 1 Gewichts-% Y₂O₃, bezogen auf das Gesamtgewicht der Fasern, umfasst und handelsüblich von der 3M Company beziehbar ist, ist jene, die unter der Handelsbezeichnung „NEXTEL 650" vertrieben wird.
Beispiele anderer geeigneter anorganischer Fasern umfassen: Quarzfasern, die auch eine Untergruppe der Keramikoxidfasern sind und handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „ASTROQUARTZ" von J.P. Stevens, Inc., aus Slater, NC, beziehbar sind; Glasfasern wie etwa Magnesiumaluminiumsilikatglasfasern, die handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „S2-GLASS" von Owens-Corning Fiberglas Corp. aus Granville, OH, beziehbar sind; Siliziumcarbidfasern, die handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „NICALON" von Nippon Carbon aus Tokio, Japan, oder von Dow Corning aus Midland, MI, und unter „TYRANNO" von Textron Specialty Materials aus Lowell, MA, beziehbar sind; Kohlefasern (z.B. Graphitfasern), die handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „IM7" von Hercules Advanced Material Systems aus Magna, UT, beziehbar sind; Siliziumnitridfasern, die handelsüblich beispielsweise von Toren Energy International Corp. aus New York, NY, beziehbar sind.
Bevorzugt besteht die zweite Schicht aus einem Vliesstoff. Geeignete Vliesstoffe können mit verschiedenen Verfahren hergestellt werden, wie auf dem Fachgebiet bekannt ist. Bevorzugt werden sie in einem „Nassschichtverfahren" oder in einem „Luftschichtverfahren" hergestellt. Bei einem Nassschichtverfahren werden die Fasern mit einem flüssigen Medium (bevorzugt Wasser) und anderen Zusatzstoffen (wie etwa Tensiden, Dispergiermitteln, Bindemitteln und Antiflockungsmitteln) unter Bedingungen mit hoher Scherung vermischt. Die daraus resultierende Faseraufschlämmung wird auf ein Sieb abgeschieden, wo das flüssige Medium abläuft und so ein Gewirk erzeugt wird. Bei einem Luftschichtverfahren werden die vereinzelten Fasern in eine Florbildungsmaschine eingespeist, die die Fasern mit Hilfe eines Luftstroms auf ein Sieb befördert, um einen Vliesstoff zu erzeugen. Solche Vorgänge sind auf dem Fachgebiet der Herstellung von Vliesstoffen bekannt.
Bei einem typischen Nassschichtverfahren wird ein Bindematerial wie etwa thermoplastische Fasern (z.B. PVA-Fasern) bei hoher Scherung in Wasser gemischt. Nichtmetallische Fasern (geschnittene Fasern und/oder Stapelfasern) werden dem Mischer hinzugefügt. Das Mischen mit hoher Scherung bewirkt typisch, dass mindestens einige Fasern brechen, was zu einer Reduzierung der Faserlänge insgesamt führt. Das Mischen wird lange genug durchgeführt, um die Fasern in dem Wasser zu suspendieren. Flockungsmittel wie etwa eine wässrige Polyacrylamid-Lösung, die handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „NALCO 7530" von Nalco Chemical Co. aus Napierville, IL, beziehbar ist, kann während des Schritts des Mischens optional zugegeben werden, um die Koagulation der Fasern zu bewirken, wenn dies gewünscht ist. Dieser wässrige Faser-„Schlick" wird dann typisch auf ein Sieb gegossen (z.B. einen Papiermacher) und entwässert, um das Wasser zu entfernen. Der daraus resultierende Vliesstoff wird mit Löschpapier gepresst, um so viel Wasser wie möglich zu entfernen, und dann in einem Ofen getrocknet, um das Wasser weiter zu entfernen (typisch bei etwa 100°C). Der Vliesstoff ist dann zur weiteren Verarbeitung bereit.
Bei einem typischen Luftschichtverfahren werden nichtmetallische Fasern (geschnittene Fasern und/oder Stapelfasern) mit einem Bindematerial, insbesondere thermoplastischen Fasern, in einem Faserspeiser wie etwa dem, der unter der Handelsbezeichnung „CMC EVEN FEED" handelsüblich von Greenville Machine Corp. aus Greenville, SC, beziehbar ist, gemischt, um eine Anlegematte zu bilden. Die Anlegematte wird in eine rotierende Bürstenwalze geleitet, die die Anlegematte in einzelne Fasern zerbricht. Die einzelnen Fasern können dann durch ein Blasgerät hindurch zu einer herkömmlichen Florbildungsmaschine wie etwa der, die handelsüblich unter der Handelsbezeichnung „DAN WEB" von Scan Web Co. aus Dänemark beziehbar ist, transportiert werden, wo die Fasern auf ein Drahtsieb gezogen werden. Während sie immer noch auf einem Sieb sind, kann das Gewirk durch einen Ofen bewegt und etwa eine Minute lang auf Temperaturen im Bereich von 120°C bis etwa 150°C erhitzt werden, um die thermoplastischen Fasern zu schmelzen und die Fasern des Gewirks aneinander zu binden. Optional oder alternativ kann der Vliesstoff komprimiert und erhitzt werden, indem er beispielsweise durch Laminierwalzen geleitet wird, um die thermoplastischen Fasern zu schmelzen. Der Vliesstoff ist dann zur weiteren Verarbeitung bereit.
Bevorzugt bestehen mindestens etwa 10 Gewichts-% des Gehalts an nichtmetallischen Fasern der zweiten Schicht, bezogen auf das Gesamtgewicht nichtmetallischer Fasern der zweiten Schicht, aus Fasern mit einer Länge/mit Längen von mindestens etwa 5 Millimetern (bevorzugt mindestens etwa 1 Zentimeter).
Bevorzugter bestehen mindestens etwa 25 Gewichts-% des Gehalts an nichtmetallischen Fasern der zweiten Schicht aus Fasern mit einer Länge/mit Längen von mindestens etwa 5 Millimetern (bevorzugt mindestens etwa 1 Zentimeter). Falls gewünscht, können 100 Gewichts-% des Gehalts an nichtmetallischen Fasern der zweiten Schicht Fasern mit einer Länge/mit Längen von mindestens etwa 5 Millimetern (bevorzugt mindestens etwa 1 Zentimeter) sein. Es versteht sich, dass die Fasern alle von einer Länge sein können, obschon sie typisch verschiedener Länge sind. Es gibt keine bekannte Begrenzung für die Länge der Fasern, obschon typisch Fasern, die länger als etwa 10 bis 15 Zentimeter sind, in der zweiten Schicht wie etwa in einer Gewirkkonstruktion unpraktisch sind. Außerdem kann, sofern eine ausreichende Anzahl von Fasern mit mindestens 5 Millimetern Länge vorhanden ist, die zweite Schicht auch kürzere Fasern von etwa 1 Millimeter Länge (und sogar Partikel mit einer Partikelgröße von etwa 10 Mikrometern umfassen).
Bevorzugt weisen die in der zweiten Schicht eingesetzten Keramikoxidfasern Durchmesser im Bereich von etwa 3 bis etwa 25 Mikrometern auf, bevorzugter von etwa 7 bis etwa 15 Mikrometern. Fasern mit Durchmessern von mehr als etwa 25 Mikrometern sind verwendbar, neigen aber zu geringerer Flexibilität als jene, die mit kleineren Durchmessern hergestellt sind. Fasern mit einem Durchmesser von weniger als etwa 3 Mikrometern können auch verwendet werden, sind aber nicht bevorzugt.
Obschon die Fasern, die zum Herstellen der zweiten Schicht verwendet werden, geschlichtet oder ungeschlichtet sein können, sind die Fasern typisch in ihrem Empfangszustand mit einer Schlichtbeschichtung verfügbar. Typisch werden Endlosfasern während ihrer Herstellung mit organischen Schlichtmaterialien behandelt, um Schlupf bereitzustellen und die Faserstränge während der Bearbeitung zu schützen. Es wird angenommen, dass das Schlichten tendenziell den Faserbruch und statische Aufladung während der Transport- und Verarbeitungsschritte verringert. Bei der Herstellung eines Vliesstoffs in Nassschichtverfahren wird die Schlichtung tendenziell abgelöst. Schlichtung kann auch nach der Fertigung entfernt werden, indem das Gewirk auf hohe Temperaturen (d.h. 300°C) erhitzt wird.
Es liegt im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wenn die zweite Schicht eine von verschiedenen Faserarten verwendet, einschließlich der Verwendung von Fasern verschiedener Zusammensetzungen. Typisch umfasst die zweite Schicht mindestens 75 Volumenprozent (bevorzugt mindestens etwa 90, etwa 95 oder sogar etwa 100 Volumenprozent) Keramikoxidfaser, bezogen auf das gesamte Faservolumen der zweiten Schicht.
Dritte Schicht
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner optional eine dritte Schicht aus Polymermaterial. Typisch weist die dritte Schicht eine erste und eine zweite, entgegengesetzte Hauptoberfläche auf. Typisch ist die zweite Schicht zwischen der ersten und der dritten Schicht angeordnet. Die dritte Schicht kann so ausgewählt sein, dass sie die gleiche ist wie die erste Schicht oder sich von dieser unterscheidet. Die vorangegangene Erläuterung im Hinblick auf die erste Schicht gilt auch für die dritte Schicht.
Bevorzugt ist die dritte Schicht haftend an die zweite Schicht gebunden. Bevorzugt ist die dritte Schicht flächengleich an die zweite Schicht gebunden. Bevorzugt bindet ein flammhemmendes klebefähiges Material die zweite und die dritte Schicht aneinander.
Metalloxidbeschichtung
Ein Material aus Metalloxid kann optional an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt sein, die typisch ein Stoff (typischer ein Vliesstoff) ist. Die Metalloxidbeschichtung dient typisch der Verstärkung der zweiten Schicht. Bevorzugt weist die zweite Schicht eine erste und eine zweite Hauptoberfläche auf, und das Metalloxid liegt in Form einer Beschichtung vor, die nur auf einem Abschnitt mindestens einer der Hauptoberflächen der zweiten Schicht vorhanden ist.
Die Metalloxidbeschichtung in einer Ausführungsform des Laminatbahnmaterials ist nur auf einem Abschnitt mindestens einer Oberfläche der zweiten Schicht angeordnet und erzeugt eine Anordnung diskontinuierlicher beschichteter Bereiche (im Vorliegenden auch als „bedruckte Bereiche" bezeichnet). Diese Anordnung von Bereichen der Metalloxidbeschichtung kann regelmäßig oder zufällig sein. Typisch ist die Metalloxidbeschichtung auf der zweiten Schicht in einem festgelegten Muster abgeschieden, beispielsweise mit Hilfe von Siebdrucktechniken und einer Metalloxidquelle (bevorzugt eine kolloidale Metalloxidquelle). Ein Papier, das mit Metalloxid beschichtete Bereiche aufweist und das gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar ist, ist von der 3M Company unter der Handelsbezeichnung „NEXTEL Flame Stopping Dot Paper" beziehbar.
Typisch sind die Bereiche der Metalloxidbeschichtung derart beabstandet, dass der Abstand zwischen zwei beliebigen Bereichen (z.B. zwei beliebigen Inseln) etwa gleich der Länge mindestens einiger der Fasern in der zweiten Schicht ist, die bevorzugt ein Vliesstoff ist. Bevorzugt liegt bei jeder beliebigen Oberfläche mit Metalloxidbeschichtung darauf der Prozentsatz der Oberflächenfläche dieser konkreten Oberfläche der zweiten Schicht, die mit Metalloxid beschichtet ist, im Bereich zwischen etwa 5 % und etwa 25 %, bevorzugter zwischen etwa 10 % und etwa 20 %. Typisch weist eine Probe der zweiten Schicht von etwa 20 Zentimetern im Quadrat ein Beschichtungsgewicht eines kolloidalen Metalloxids von mindestens etwa 0,5 Gramm auf.
14 stellt eine Draufsicht eines Abschnitts der zweiten Schicht 50 eines beispielhaften Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung dar, das ein sich wiederholendes Muster aus diskontinuierlichen Bereichen mit Metalloxidbeschichtung 52 aufweist, umgeben von Bereichen eines Vliesstoffs 54, die im Wesentlichen keine Beschichtung haben, wodurch an mindestens einer Hauptoberfläche der zweiten Schicht Inseln in Form von Punkten erzeugt werden. Dieses Muster ergibt sich beispielsweise aus einem diskontinuierlichen Aufbringen von Metalloxid. Die Inseln können auch andere Formen aufweisen wie etwa Kreuze oder Balken.
Alternative, für die vorliegende Erfindung verwendbare, zweite Schichten können Muster aus im Allgemeinen durchgängigen gedruckten Linien aufweisen, in denen es Bereiche mit Metalloxidbeschichtung neben Bereichen im Wesentlichen ohne Beschichtung auf mindestens einer Hauptoberfläche der zweiten Schicht gibt. Obschon sich diese Muster beispielsweise aus dem durchgängigen Aufbringen von Metalloxid ergeben, sind sie dennoch in diskontinuierlichen Bereichen vorhanden und bedecken nur einen Abschnitt der Oberfläche der zweiten Schicht.
In einer Ausführungsform des Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Metalloxid in mehreren Inseln auf der zweiten Schicht angeordnet, wobei die mehreren Inseln eine Oberflächengesamtfläche von etwa 5 % bis etwa 25 % aufweisen, bezogen auf die Oberflächengesamtfläche der Hauptoberflächen der zweiten Schicht, die eine Metalloxidbeschichtung aufweisen.
In einer anderen Ausführungsform des Laminatbahnmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die zweite Schicht einen Vliesstoff, und der Vliesstoff umfasst mindestens 10 Gewichts-% nichtmetallische Fasern, die mindestens etwa 5 Millimeter lang sind, wobei das Metalloxid etwa 5 % bis etwa 25 % der Oberflächengesamtfläche der Hauptoberflächen bedeckt, die eine Metalloxidbeschichtung aufweisen.
Das in 14 dargestellte Beschichtungsmuster muss einer Beschichtung auf der gesamten Oberfläche einer zweiten Schicht gegenübergestellt werden. Das Beschichten der gesamten Oberfläche einer zweiten Schicht macht die daraus resultierende zweite Schicht typisch unerwünscht unelastisch. Dies führt typisch zur Rissbildung und zum Brechen der zweiten Schicht, wenn sie bearbeitet wird, insbesondere wenn sie beispielsweise in einen unebenen Raum installiert werden muss.
Bevorzugt reicht die Anzahl, Größe und Position der Bereiche mit Metalloxidbeschichtung dafür aus, dass die zweite Schicht ihre Integrität beibehält, wenn sie einmal um einen Stab von 6 Millimeter Durchmesser herumgewickelt und dann wieder abgewickelt wird. Das heißt, nachdem sie dem „Flexibilitätstest für die zweite Schicht", der unter „TESTVERFAHREN" beschrieben ist, unterzogen wurde, fällt die zweite Schicht nicht auseinander, spaltet sich nicht auf oder löst sich nicht in kleinere Abschnitte oder einzelne Fasern auf, obschon Risse sichtbar werden können oder einige vereinzelte Fasern brechen können.
In einer Ausführungsform besteht die zweite Schicht aus einem Vliesstoff, der eine Menge nichtmetallischer Fasern mit mindestens 5 Millimetern Länge und eine Menge und Anordnung aus Metalloxidbeschichtung umfasst, die beide (die Menge nichtmetallischer Fasern mit mindestens 5 Millimetern Länge und die Menge/Anordnung aus Metalloxidbeschichtung) ausreichen, um die Integrität der zweiten Schicht zu bewahren, wenn sie einmal um einen Stab von 6 Millimeter Durchmesser herumgewickelt und dann wieder abgewickelt wird.
Typisch weist die zweite Schicht eine ausreichende Menge Fasern auf, die lang genug sind, um den Abstand zwischen beliebigen beschichteten Bereichen (z.B. gedruckten Metalloxidabschnitten der zweiten Schicht) zu überbrücken.
Beispiele verwendbarer Vliesstoffe, die mit Metalloxid beschichtet sind, sind in der US-Patentschrift 5,955,177 (Sanocki u.a.) offenbart. Eine Metalloxidquelle, die auf die zweite Schicht abgeschieden werden kann, umfasst beispielsweise eine Dispersion (d.h. eine Suspension) eines kolloidalen Metalloxids, die auch lösliche Metalloxide umfassen kann, und/oder eine Lösung einer Metalloxid-Vorstufe. Alternativ erfordert eine Metalloxidquelle nicht die Verwendung eines flüssigen Mediums. Das heißt, das Metalloxid kann durch eine Maske in einem Muster auf die zweite Schicht abgeschieden werden, beispielsweise durch Aufschleudern oder Pulverbeschichtung. Bevorzugt wird das Metalloxid aus einer Metalloxidquelle mit einem flüssigen Medium (z.B. eine wässrige Dispersion oder Lösung) abgeschieden und bevorzugter aus einer Dispersion aus kolloidalem Metalloxid.
Bei der Beschreibung einer Metalloxidbeschichtung auf der zweiten Schicht umfasst in der vorliegenden Verwendung der Begriff „Metall" auch Halbmetalle wie etwa Silizium. Metalloxid-Vorstufen umfassen Lösungen von Metallsalzen, die durch Hitze in einer Sauerstoffatmosphäre zu einem Metalloxid und oft zu einem kolloidalen Metalloxid umgewandelt werden können.
Zum Beispiel kann ein Nitratsalz von Aluminium (Al(NO₃)₃) eine Vorstufe zu kolloidalem Aluminiumoxid sein. Kolloidale Metalloxide sind Metalloxidpartikel, bei denen eine oder mehrere ihrer Abmessungen zwischen 1 Nanometer und 1 Mikrometer betragen. Solche kolloidalen Metalloxide umfassen insbesondere Aluminiumoxid-, Zirkoniumoxid-, Titanoxid-, Siliziumoxid-, Ceroxidkolloide und Mischungen aus diesen Kolloiden. Kolloidale Siliziumoxide sind besonders bevorzugt. Ein kolloidales Siliziumoxid, das für die praktische Umsetzung dieser Erfindung geeignet ist, ist handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „NALCO 2327" von Nalco Chemical Co. aus Napierville, IL, beziehbar.
Bevorzugt wird die Metalloxidquelle mit einem Siebdruckverfahren abgeschieden. Ein Handsiebdruckgerät oder ein Trommelsiebdrucker wie jener, der handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „TYPE RMR-LAB 83" von Johannes Zimmers aus Klagenfurt, Österreich, beziehbar ist, eignet sich für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Muster und die Druckgeschwindigkeit können je nach den gewünschten Eigenschaften des fertigen Laminatbahnmaterials geändert werden.
Typisch weisen handelsüblich beziehbare kolloidale Metalloxiddispersionen und/oder Lösungen einer Metalloxidvorstufe Viskositäten auf, die niedriger sind als für einen Siebdruckvorgang wünschenswert. Um die Viskosität solcher Dispersionen oder Lösungen zu erhöhen, können verschiedene Verdickungsmittel wie etwa Methylzellulose oder Polyvinylalkohol zugesetzt werden. Ein bevorzugtes Verdickungsmittel ist Carboxymethylzellulose, die handelsüblich beispielsweise unter der Handelsbezeichnung „CARBOPOL 934" von B.F. Goodrich aus Cleveland, OH, beziehbar ist.
Typisch wird die Metalloxidquelle (bevorzugt eine kolloidale Metalloxiddispersion) nur auf einen Abschnitt mindestens einer Hauptoberfläche der zweiten Schicht gedruckt, obschon beide Hauptoberflächen jeweils nur einen Abschnitt mit Metalloxidbeschichtung aufweisen können. In besonders bevorzugten Ausführungsformen wird die Metalloxidquelle als mehrere Inseln (d.h. nicht durchgängige Beschichtungsbereiche, umgeben von Bereichen ohne Beschichtung) auf mindestens eine Hauptoberfläche der zweiten Schicht gedruckt.
Typisch dringt die Metalloxidbeschichtung mindestens teilweise in die Dicke der zweiten Schicht ein (während sie dennoch in diskontinuierlichen Bereichen verbleibt), obschon, wenn die Beschichtungsmenge ausreichend klein ist, sie im Wesentlichen an der Oberfläche der zweiten Schicht verbleiben kann. Es ist mindestens ein gewisses Eindringen des Metalloxids in die zweite Schicht wünschenswert, weil angenommen wird, dass das Eindringen eine verbesserte Zugfestigkeit für die zweite Schicht erzeugt. Für bestimmte Anwendungen kann die Metalloxidbeschichtung durch die gesamte Dicke der zweiten Schicht zur anderen Hauptoberfläche hindurch dringen (während sie dennoch in diskontinuierlichen Bereichen verbleibt).
Nach dem Abscheiden der Metalloxidquelle auf die zweite Schicht wird sie typisch über einen Zeitraum in Luft getrocknet, der ausreicht, um flüchtige Materialien, falls vorhanden, zu entfernen. Die Entfernung organischer Materialien (z.B. Schlichtung oder organisches Bindemittel) ist nicht notwendig. Typisch wird jedoch die zweite Schicht bei einer Temperatur und über eine Zeit wärmebehandelt, die ausreicht, um im Wesentlichen alle organischen Materialien, die in der zweiten Schicht vorliegen (z.B. das organische Bindemittel), zu entfernen. Diese Wärmebehandlung erfolgt typisch mindestens 10 Minuten lang bei einer Temperatur von mindestens etwa 500°C. Dieser Erhitzungsschritt kann auch mindestens teilweise dazu dienen, die Metalloxidvorstufen, falls verwendet, in die entsprechenden Metalloxide umzuwandeln. Bevorzugt jedoch wird die zweite Schicht bei einer Temperatur und über eine Zeit wärmebehandelt, die ausreicht, um alle Metalloxidvorstufen in ein Metalloxid umzuwandeln. Bei erhöhten Temperaturen (typisch mindestens 800°C) kann kolloidales Metalloxid auch in das entsprechende Keramikmetalloxid umgewandelt werden, obschon dies keine Bedingung ist. Nach dem Erhitzen bei mindestens einer erhöhten Temperatur wird die zweite Schicht mit einem Metalloxid und im Wesentlichen keinem organischen Material beschichtet.
Anorganische Oxidplättchen
Anorganische Oxidplättchen können optional an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt sein. Die anorganischen Oxidplättchen sind bevorzugt mindestens eines der Folgenden: Tonplättchen, Vermiculitplättchen, Glimmerplättchen, Talkplättchen und Kombinationen daraus. Bevorzugt sind die anorganischen Oxidplättchen bei etwa 600°C, bevorzugter bei etwa 800°C und am bevorzugtesten bei etwa 1000°C stabil (d.h. brennen, schmelzen und zersetzen sich nicht). In einer Ausführung des Laminatbahnmaterials sind an der zweiten Schicht sowohl Metalloxid als auch anorganische Oxidplättchen befestigt.
Die anorganischen Oxidplättchen senken bevorzugt die Gasdurchlässigkeit der zweiten Schicht. Es ist wünschenswert, die Gasdurchlässigkeit zu senken, um das potentielle Durchdringen der Flammen durch die zweite Schicht zu verringern.
Die anorganischen Oxidplättchen können beispielsweise an einer oder beiden Seiten der zweiten Schicht und/oder durch einen Teil oder die gesamte Dicke der zweiten Schicht hindurch befestigt sein. Typisch sind die Plättchen an einer oder beiden Seiten der zweiten Schicht zusätzlich zu an mindestens einem Abschnitt der inneren Dicke der zweiten Schicht befestigt. Sind zu viele Plättchen an der zweiten Schicht befestigt, kann die zweite Schicht spröde und zu schwer werden. Sind nicht genügend Plättchen an der zweiten Schicht befestigt, wird möglicherweise die gewünschte Reduzierung der Gasdurchlässigkeit nicht erzielt. Sind Plättchen an der zweiten Schicht befestigt, so sind typisch etwa 25 bis etwa 70 Gewichts-%, bevorzugter etwa 30 bis etwa 50 Gewichts-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht (ohne das Gewicht der Plättchen) enthalten.
Bevorzugt sind ausreichend Plättchen an der zweiten Schicht befestigt, um eine Gasdurchlässigkeit von weniger als etwa 760 l/min/dm², bevorzugter weniger als 460 l/min/dm² bereitzustellen. Die Plättchen können mit einer Anzahl verschiedener Verfahren an die zweite Schicht gebunden sein, wie etwa chemisch (d.h. über Wasserstoffbindung) oder über ein Bindemittel wie etwa einen Polyvinylalkohol, Acrylatlatex oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich können die Fasern selbst verwendet werden, um die Plättchen an der zweiten Schicht zu befestigen. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem Fasern und Plättchen vermischt werden und genügend Wärme und Druck angelegt werden, um eine zweite Schicht mit daran befestigten Plättchen zu bilden.
Vermiculit
Wie oben erwähnt, können optional Vermiculit-Plättchen an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt werden. Vermiculit ist ein hydriertes Magnesiumaluminiumsilikat, ein glimmerartiges Mineral, das in der Natur als Mehrschichtkristall vorkommt. Vermiculit umfasst typisch nach (Trocken)Gewicht auf einer theoretischen Oxidbasis etwa 38–46 Gewichts-% SiO₂, etwa 16–24 Gewichts-% MgO, etwa 11–16 Gewichts-% Al₂O₃, etwa 8–13 Gewichts-% Fe₂O₃ und der Rest allgemein Oxide von K, Ca, Ti, Mn, Cr, Na und Ba. „Abgeblättertes" Vermiculit bezeichnet Vermiculit, das chemisch oder mit Hitze derart behandelt wurde, dass es sich ausdehnt und die Kristallschichten trennt, was Vermiculit-Plättchen mit einem hohen Seitenverhältnis ergibt. Diese Plättchen können optional vermahlen werden, um kleine Partikel zu erzeugen, deren Größe (d.h. Länge und Breite) typisch im Bereich zwischen 0,3 Mikrometern und etwa 100 Mikrometern liegt, mit einer mittleren Größe von etwa 20 Mikrometern. Diese kleinen Partikel werden immer noch als „Plättchen"-Form betrachtet, so wie der Begriff vorliegend verwendet wird. Die Dicke eines Plättchens liegt typisch im Bereich zwischen etwa 10 Angström und etwa 4200 Angström. Das Vermiculit kann auf die zweite Schicht beispielsweise aufgebracht werden, indem Vermiculit-Plättchen in einem flüssigen Medium (typisch Wasser) dispergiert werden und die Dispersion auf die zweite Schicht aufgebracht wird (z.B. durch Beschichtung). Wässrige Vermiculit-Partikeldispersionen sind beispielsweise von W.R. Grace aus Cambridge, MA, unter der Handelsbezeichnung „MICROLITE 963" beziehbar. Die gewünschte Konzentration der Dispersion kann eingestellt werden, indem flüssige Medien dazu gegeben oder daraus entfernt werden.
Das Vermiculit kann mit herkömmlichen Techniken wie etwa Tauchen, Aufsprühen und Aufstreichen, aufgetragen werden. Bevorzugt wird das Vermiculit in die zweite Schicht „eingearbeitet" oder gleichmäßig in der zweiten Schicht verteilt. Zum Beispiel kann Vermiculit typisch durch Druck in die zweite Schicht gezwungen werden (z.B. indem eine herkömmliche Handwalze verwendet wird, indem der beschichtete Stoff von Hand hin und her gebogen wird und/oder indem die mit Vermiculit beschichtete zweite Schicht zwischen zwei gegenüberliegenden Walzen hindurchgeleitet wird, die derart angeordnet sind oder angeordnet werden können, dass der Abstand zwischen ihnen kleiner als die Dicke der beschichteten zweiten Schicht ist).
Optional kann die Vermiculit-Dispersion auf eine Temperatur unter dem Siedepunkt des flüssigen Mediums erhitzt werden, bevor sie auf die zweite Schicht aufgebracht wird. Ferner kann die beschichtete zweite Schicht eine erhöhte Temperatur (z.B. eine Temperatur am oder über dem Siedepunkt der flüssigen Medien in der Dispersion) haben, bevor und/oder während der Druck ausgeübt wird.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Beschichten der zweiten Schicht besteht darin, die zweite Schicht mindestens mehrere Sekunden lang in eine Vermiculit-Dispersion einzutauchen, die zweite Schicht aus der Dispersion zu entfernen, das überschüssige Dispersionsmaterial ablaufen zu lassen und dann die beschichtete zweite Schicht in einem Ofen (z.B. zwei Stunden lang bei 95°C) zu trocknen.
In einem anderen Verfahren kann das Vermiculit auf die zweite Schicht mit herkömmlichen Techniken aufgetragen werden, und vor dem Trocknen kann die mit Vermiculit beschichtete zweite Schicht zwischen zwei gegenüberliegenden Walzen hindurchgeleitet werden, die derart angeordnet sind oder angeordnet werden können, dass der Abstand zwischen ihnen kleiner als die Dicke der beschichteten zweiten Schicht ist. Bevorzugt hat die beschichtete zweite Schicht eine erhöhte Temperatur (z.B. eine Temperatur am oder über dem Siedepunkt der flüssigen Medien in der Dispersion), bevor und/oder während sie zwischen den Walzen hindurchgeführt wird.
Das Beschichten mit Vermiculit-Dispersion bei einer geringen Konzentration verteilt tendenziell die Vermiculit-Plättchen an den Kreuzungspunkten der einzelnen Fasern in der zweiten Schicht wie etwa eines Vliespapiers. In Bereichen, wo sich drei oder mehr Fasern kreuzen, kann die Vermiculit-Dispersion den Bereich zwischen den Fasern überbrücken und nach dem Entfernen der flüssigen Medien zu einem dünnen anorganischen Film trocknen, der bis zum Erhitzen transparent ist. Diese überbrückten Bereiche unterbrechen bevorzugt den Luftstrom und verringern die Durchlässigkeit durch die zweite Schicht, machen jedoch bevorzugt die zweite Schicht nicht so brüchig, dass sie den Flexibilitätstest für die zweite Schicht nicht besteht.
13 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Abschnitts der zweiten Schicht 60, bestehend aus einem Vliesstoff 62 aus Fasern 64, der mit einer Vermiculit-Dispersion imprägniert und dann getrocknet wurde. 13b ist eine vergrößerte Detailansicht eines Abschnitts der zweiten Schicht 60, die die Überbrückungsbereiche 68 eines dünnen Vermiculit-Films an mehreren (drei oder mehr) Kreuzungspunkten der Fasern 64 darstellt.
Ton
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind Tonplättchen an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt. Der Ton kann an dem Stoff auf ähnliche Weise befestigt werden wie die oben erläuterten Vermiculit-Plättchen. Beispiele verwendbarer Tone umfassen insbesondere Kaoline, Ball Clay, hydriertes Aluminiumsilikat, Kaolinit, Atapulgit, Illit, Halloysit, Beidelit, Nontronit, Hectorit, Hectit, Bentonit, Saponit, Montmorillonit und Kombinationen daraus.
Glimmer
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind Glimmerplättchen an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt. Der Glimmer kann an der zweiten Schicht auf ähnliche Weise befestigt werden wie die oben erläuterten Vermiculit-Plättchen. Beispiele verwendbarer Glimmer umfassen insbesondere Phlogopit-Glimmer, Muskovit-Glimmer und Kombinationen daraus. Mit Glimmer beschichtete Papiere sind handelsüblich beziehbar.
Talk
In einer anderen Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung sind Talkplättchen an mindestens einem Abschnitt der zweiten Schicht befestigt. Die Talkplättchen können an der zweiten Schicht auf ähnliche Weise befestigt werden wie die oben erläuterten Vermiculit-Plättchen.
Dritte Schicht
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst optional ferner eine dritte schicht aus Polymermaterial. Typisch weist die dritte Schicht eine erste und eine zweite, entgegengesetzte Hauptoberfläche auf. Typisch ist die zweite Schicht zwischen der ersten schicht und der dritten Schicht angeordnet. Die dritte Schicht kann so ausgewählt werden, dass sie die gleiche ist wie die erste Schicht oder sich von dieser unterscheidet. Die vorangegangene Erläuterung hinsichtlich der ersten Schicht gilt auch für die dritte Schicht.
Bevorzugt ist die dritte Schicht haftend an die zweite Schicht gebunden. Bevorzugt ist die dritte Schicht flächengleich an die zweite Schicht gebunden. Bevorzugt verbindet ein flammhemmendes klebefähiges Material haftend die zweite und die dritte Schicht.
Flammhemmendes klebefähiges Material
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst optional flammhemmendes klebefähiges Material. Der Begriff flammhemmendes klebefähiges Material bezeichnet in der vorliegenden Verwendung typisch ein klebefähiges Material, das flammhemmende(n) Zusatzstoff (e) in einer ausreichenden Menge derart enthält, dass das klebefähige Material die Verbrennung nicht unterstützt. Repräsentative Beispiele solcher Zusatzstoffe umfassen insbesondere Antimon-Verbindungen, hydrierte Aluminiumoxid-Verbindungen, Ammine, Borate, Carbonate, Bicarbonate, anorganische Halide, Phosphate, Sulfate, organische Halogene und organische Phosphate. Ein flammhemmender Klebstoff kann beispielsweise verwendet werden, um die erste Schicht an die Oberfläche der zweiten Schicht zu binden. Ein flammhemmendes klebefähiges Material kann beispielsweise auch verwendet werden, um eine gegenüberliegende Oberfläche der zweiten Schicht an eine dritte Schicht aus Polymermaterialien zu binden. Eine durchgängige oder nicht durchgängige Schicht aus flammhemmendem klebefähigem Material kann verwendet werden, um Schichten innerhalb des Laminatbahnmaterials zu verbinden, wie etwa die erste Schicht mit der zweiten Schicht. Bevorzugt wird aus Gründen der Gleichmäßigkeit eine durchgängige Schicht aus klebefähigem Material verwendet.
Wie oben erläutert kann ein flammhemmendes klebefähiges Material optional verwendet werden, um eine Gittergewebeschicht an einen Polymerfilm beispielsweise einer ersten oder dritten Schicht des Laminatbahnmaterials zu heften. Es ist wünschenswert, dass ein beliebiges klebefähiges Material, das in dem Laminatbahnmaterial verwendet wird, ein flammhemmendes klebefähiges Material ist. Wenn jedoch das Laminatbahnmaterial mit minimalen Mengen an klebefähigem Material konstruiert ist, das keine flammhemmende Zusatzstoffe enthält, kann es dennoch möglicherweise die gewünschten Eigenschaften hinsichtlich Entflammbarkeit, Flammenfortpflanzung und/oder Durchbrand aufweisen.
Laminatbahnmaterial
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Gewicht von weniger als etwa 500 Gramm pro Quadratmeter auf, bevorzugt von weniger als 400 Gramm pro Quadratmeter und bevorzugter von weniger als 350 Gramm pro Quadratmeter. Bevorzugt liegt die durchschnittliche Dicke des Laminatbahnmaterials im Bereich von etwa 75 bis etwa 1200 Mikrometern, bevorzugter von etwa 125 bis etwa 625 Mikrometern und am bevorzugtesten von etwa 200 bis etwa 450 Mikrometern.
Bevorzugt ist das Laminatbahnmaterial im Wesentlichen nicht absorbierend. Es ist nicht wünschenswert, dass das Laminatbahnmaterial Wasser oder andere Fluide absorbiert, mit denen es in Kontakt kommen könnte.
Bevorzugt bewahrt das Laminatbahnmaterial seine Integrität, wenn das Laminatbahnmaterial einmal um einen Stab von 6 Millimeter Durchmesser herumgewickelt und dann wieder abgewickelt wird (d.h. es besteht bevorzugt den „Flexibilitätstest für Laminatbahnmaterial" unter der Überschrift „TESTVERFAHREN"). Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ist biegsam, aber nicht zu dem Punkt, dass es schlaff ist. Das Vorhandensein einer gewissen Steifigkeit ist beispielsweise vorteilhaft für das Einsetzen des Laminatbahnmaterials zwischen die Elektroinstallation und die Isolierung des Luftfahrzeugs.
Das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung weist, wenn es nach dem Abschnitt „TESTVERFAHREN" in der vorliegenden Beschreibung getestet wird, mindestens einen unter einem bestandenen Entflammbarkeitswert I, einem bestandenen Entflammbarkeitswert II, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert I, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert II oder einem bestandenen Durchbrennwert auf.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bei der Herstellung neuer Luftfahrzeuge und/oder bei der Neuausstattung vorhandener Luftfahrzeuge eingesetzt werden, um entflammbares Material vor potentiellen Zündquellen (z.B. Kurzschlüssen aus der Elektroinstallation) zu schützen. Bei vorhandenen Luftfahrzeugen kann das Laminatbahnmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise auf dem vorhandenen Isoliermaterial (typisch einem entflammbaren Material) derart angebracht werden, dass es sich zwischen dem Isoliermaterial und einer potentiellen Zündquelle befindet, um die Angriffsfläche des Isoliermaterials für die Zündquelle zu verringern.
Zum Beispiel illustriert 1 eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Luftfahrzeugs. An der Rumpfaußenhaut 2 und zwischen den Rahmen 4 und 6 ist die Isoliertasche 8 angeordnet. Die Isoliertasche 8 umfasst Glasfaserisolierung (nicht dargestellt), die in eine Abdeckung aus metallisiertem Polyester 10 eingeschlossen ist. Der Zweck der Abdeckung aus metallisiertem Polyester 10 besteht darin, die Glasfaserisolierung gegen Kondensat und andere Fluide, mit denen sie in Kontakt kommen könnte, zu schützen. Laminatbahnmaterial 12 gemäß der vorliegenden Erfindung ist auf der Seite der Isoliertasche 8 gegenüber der Rumpfaußenhaut 2 angeordnet, angrenzend an die Innenverkleidungstafel 14 und zwischen der Isoliertasche 8 und der Elektroinstallation 16. Das Laminatbahnmaterial 12 ist vorteilhaft wie dargestellt derart angeordnet, dass im Falle eines Feuers aus einem elektrischen Kurzschluss das Laminatbahnmaterial 12 bevorzugt die Ausbreitung von Feuer auf die entflammbare Abdeckung aus metallisiertem Polyester 10 der Isoliertasche 8 verhindert, von wo es sich potentiell im Rest des Flugzeugs ausbreiten könnte.
2 ist eine Teilquerschnittsansicht des Laminatbahnmaterials 12 der 1. Das Laminatbahnmaterial 12 umfasst die erste Schicht 20 aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial und optionalem Nylon-Gittergewebe 22, das über ein optionales klebefähiges Material (bevorzugt flammhemmendes klebefähiges Material) 24 daran gebunden ist. Das optionale flammhemmende klebefähige Material 26 bindet die erste Schicht 28 an die erste Hauptoberfläche 33 der zweiten Schicht 30 aus nichtmetallischen Fasern. Die zweite Schicht 30 umfasst in dieser Ausführungsform das vorangehend beschriebene „NEXTEL Flame Stopping Dot Paper". Alternativ kann die zweite Schicht beispielsweise mit Vermiculit beschichtetes „NEXTEL Flame Stopping Dot Paper", mit Glimmer beschichtetes Papier oder mit Vermiculit beschichtetes RCF-Papier umfassen. Die zweite Hauptoberfläche 35 der zweiten Schicht 30 ist über optionales flammhemmendes klebefähiges Material 26a an die optionale dritte Schicht 28a gebunden. Die dritte Schicht 28a besteht aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial 20a und weist das optionale Nylon-Gittergewebe 22a auf, das über ein optionales klebefähiges Material (bevorzugt flammhemmendes klebefähiges Material) 24a daran gebunden ist.
3 ist eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Laminatbahnmaterials 31 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die erste Schicht 32 besteht aus hochtemperaturbeständigem Polymerfilm, der über ein flammhemmendes klebefähiges Material 36 an die erste Hauptoberfläche 37 der zweiten Schicht 34 gebunden ist.
Die entgegengesetzte zweite Hauptoberfläche 39 der zweiten Schicht 34 ist über optionales flammhemmendes klebefähiges Material 36a an die optionale dritte Schicht 32a aus hochtemperaturbeständigem Polymerfilm gebunden.
4 ist eine Teilquerschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Laminatbahnmaterials 40 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Laminatbahnmaterial 40 besteht aus der ersten Schicht 41 aus hochtemperaturbeständigem Polymerfilm 42, an den über flammhemmendes klebefähiges Material 46 optionales Nylon-Gittergewebe 44 gebunden ist. Eine ausreichende Menge klebefähigen Materials 46 erstreckt sich durch das Gittergewebe 44, um es der ersten Schicht 41 zu ermöglichen, durch die Anwendung von wärme und Druck, beispielsweise mit einem erhitzten Kalandriergerät, direkt auf die erste Hauptoberfläche 47 der zweiten Schicht 48 laminiert zu werden, um einen Verbund aus der ersten Schicht 41 und der zweiten Schicht 48 zu bilden. Das Laminatbahnmaterial 40 umfasst ferner die optionale dritte Schicht 41a, die an die zweite Hauptoberfläche 49 der zweiten Schicht 48 laminiert ist. Die dritte Schicht 41a besteht aus hochtemperaturbeständigem Polymerfilm 42a, an den über optionales klebefähiges Material (bevorzugt ein flammhemmendes klebefähiges Material) 46a das optionale Nylon-Gittergewebe 44a gebunden ist.
Vorteile und Ausführungsformen dieser Erfindung werden ferner durch die folgenden Beispiele illustriert, jedoch sollten die in diesen Beispielen angegebenen konkreten Materialien und deren Mengen sowie andere Bedingungen und Einzelheiten nicht derart ausgelegt werden, dass sie diese Erfindung unzulässig beschränken. Alle Anteile und Prozentsätze beziehen sich auf Gewicht, wenn nicht anders angegeben.
BEISPIELE
Testverfahren
Flexibilitätstest für Laminatbahnmaterial
Ein Stück des Laminatbahnmaterials mit 2,5 cm Breite und 15,2 cm Länge wird einmal um den Umfang eines Stabes von 6 Millimeter Durchmesser (etwa der Durchmesser eines Bleistifts) herumgewickelt und dann wieder abgewickelt. Das Laminat besteht den Test, wenn es um den Stab gewickelt und wieder abgewickelt werden kann, ohne dass ein Abschnitt des Laminatbahnmaterials ausreichend Rissbildung und Delaminierung oder Abtrennung von angrenzenden Schichten zeigt, um es Abschnitten des Laminats zu ermöglichen, abzufallen oder sich von der Laminatkonstruktion abzutrennen.
Flexibilitätstest für die zweite Schicht
Ein Stück der zweiten Schicht mit 2,5 cm Breite und 15,2 cm Länge wird einmal um den Umfang eines Stabes von 6 Millimeter Durchmesser (etwa der Durchmesser eines Bleistifts) herumgewickelt und dann wieder abgewickelt. Obschon Risse sichtbar werden können oder einige vereinzelte Fasern brechen können, besteht die zweite Schicht diesen Test, wenn sie nicht auseinander fällt, sich nicht aufspaltet oder sich nicht in kleinere Abschnitte oder einzelne Fasern auflöst.
Entflammbarkeitstest I und Flammenfortpflanzungstest I
Die Entflammbarkeitswerte I und Flammenfortpflanzungswerte I von Laminatbahnmaterialien wurden bewertet, indem eine Probe des Laminatmaterials auf einer Wärme-/Schallisoliermatte angeordnet wurde, die bereits in einem Verkehrsflugzeug zum Einsatz kam und während Routinewartungsarbeiten entfernt wurde. Die Wärme-/Schallisoliermatte bestand aus einem Glasfaser- Isoliermaterial, etwa 2 Inch (50 mm) dick, das in einer Tasche aus metallisiertem Polyester enthalten war (eine Isoliermattenkonstruktion, von der bekannt war, dass sie Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungswerte aufwies, die bekanntermaßen den Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstest (I oder II, je nach dem durchgeführten Testablauf) nicht bestand). In allen Fällen wurden die Isoliermatten in dem Zustand „wie aus dem Luftfahrzeug entnommen" verwendet, ohne Versuche, etwaige verglichene Korrosionshemmer, Hydraulikfluidreste usw. von der Matte zu entfernen.
Die folgenden Testverfahren für die Entflammbarkeitstests (I und II) und die Flammenfortpflanzungstests (I und II) basieren auf Teil II, Department of Transportation, Federal Aviation Administration, Improved Flammability Standards for Thermal/Acoustic Insulation Materials Used in Transport Category Airplanes; Proposed Rule, 14 CFM Part 25 u.a., Federal Register, Bd. 65, Nr. 183, Mittwoch, 20. September 2000, S. 56992–57022.
Ein Schema der Testvorrichtung ist in 5a dargestellt. Die Radiant-Panel-Testkammer 500 befand sich unter eine Abzugshaube, um das Säubern der Kammer von Rauch nach jedem Test zu erleichtern. Die Radiant-Panel-Testkammer bestand aus dem Gehäuse 502, 55 Inch (1400 mm) lang, 19,5 Inch (500 mm) tief, 28 Inch (710 mm) über dem Testmuster endend. Die Seiten 504, die Schmalseiten 506 und die Oberseite 508 waren mit einer Wärmeisolierplatte (beziehbar unter der Handelsbezeichnung „KAOWOOL M") isoliert. Die Vorderseite war mit einem zugfreien Hochtemperaturglasbeobachtungsfenster 510 mit den Maßen 52 mal 10 Inch (1321 mal 254 mm) versehen, um die Begutachtung der Probe während des Tests zu erleichtern. Unter dem Fenster befand sich eine Tür 512, die Zugang zum beweglichen Tischmusterhalter bereitstellte. Der Boden der Testkammer bestand aus dem Stahlgleittisch 514, der Vorrichtungen für das Befestigen des Testmusterhalters in einer festen und ebenen Position aufwies. Die Kammer hat auch einen internen Abzug 516 mit den Außenmaßen von 5,1 Inch (129 mm) Breite, 16,2 Inch (411 mm) Tiefe und 13 Inch (330 mm) Höhe an der gegenüberliegenden Schmalseite der Kammer von der Strahlungsenergiequelle 518. Die Innenmaße betrugen 4,5 Inch (114 mm) Breite und 15,6 Inch (395 mm) Tiefe. Der Abzug erstreckte sich zur Oberseite der Kammer 500.
Die Wärmestrahlungsenergiequelle 518 war eine Tafel aus porösem feuerfestem Material, die in einem gusseisernen Rahmen oder Äquivalent befestigt war. Die Tafel wies eine Strahlungsoberfläche von 12 mal 18 Inch (305 mal 457 mm) auf, die in der Lage war, bei Temperaturen von bis zu 1500°F (816°C) zu arbeiten. Der Brennstoff des Wärmestrahlers war Propan (flüssiges Petroleumgas – 2,1 UN 1075). Das Brennstoffversorgungssystem der Tafel bestand aus einem Venturi-Aspirator zum Mischen von Gas und Luft bei etwa atmosphärischem Druck. Die Instrumente umfassten einen Luftstrommesser, einen Luftstromregulierer und einen Gasdruckmesser. Der Wärmestrahler wurde in der Kammer in einem Winkel von 30°C zur horizontalen Ebene des Musters befestigt.
Der Gleittisch 514 diente als das Gehäuse für die Anordnung des Testmusters. Es wurden Klammern 516 (über Flügelschrauben) an der oberen Lippe des Tisches befestigt, um Testmustern verschiedener Dicken Rechnung zu tragen. Eine Bahn feuerfesten Materials wurde auf dem Boden der Klammern angeordnet, um das Testmuster zu halten und Höhenerfordernisse anzupassen. Ein Stück Wärmeisolierungstafel („KAOWOOL M") mit 0,5 Inch (13 mm) Dicke und den Maßen 41,5 mal 8,25 Inch (1054 mal 210 mm) wurde an der Rückseite des Tisches befestigt. Diese Tafel diente als Wärmerückhalter und schützte das Testmuster vor übermäßiger Vorerhitzung.
Das Testmuster wurde horizontal auf der feuerfesten Unterlage angeordnet und der Halterahmen aus rostfreiem Stahl 520, wie in 5b dargestellt, (AISI Typ 300 UNA – NO8330), mit einer Dicke von 0,078 Inch (1,98 mm) und Gesamtmaßen von 44, 75 mal 12,75 Inch (1137 mal 320 mm) mit einer Musteröffnung von 40 mal 7 7/8 Inch (1016 mal 140 mm) wurde auf dem Testmuster angeordnet. Der Halterahmen wies zwei Öffnungen von 0,5 Inch (12,7 mm) auf, die an jeder Schmalseite gebohrt waren, um den Rahmen auf die beiden Bolzen an jeder Schmalseite des Gleittisches anzuordnen. Ein aus Baustahl konstruierter Sicherungsrahmen 522, wie in 5c dargestellt, wurde auf dem Testmuster angeordnet. Die Gesamtmaße des Sicherungsrahmens betrugen 42,5 mal 10,5 Inch (1080 mal 267 mm) mit einer Musteröffnung von 39,5 mal 7,5 Inch (1003 mal 190 mm). Es war wegen des Gewichts des Rahmens selbst nicht erforderlich, den Sicherungsrahmen physikalisch auf dem Testmuster zu befestigen.
Der Zündbrenner 524, wie in 6 dargestellt, der zum Entzünden des Musters verwendet wurde, war ein handelsüblicher Propan-Venturibrenner (unter der Handelsbezeichnung „BERNZOMATIC" beziehbar) mit einer axial symmetrischen Brennerspitze, die ein Propanzuführungsrohr mit einem Öffnungsdurchmesser von 0,006 Inch (0,15 mm) aufwies. Die Länge des Brennerrohrs betrug 2 7/8 Inch (71 mm). Der Propanstrom wurde über Gasdruck durch eine In-Line-Steuerung derart eingestellt, dass ein blauer Innenkegel 526 mit einer Länge von 0,75 Inch (19 mm) erzeugt wurde. Eine Führung 528 mit 0,75 Inch (19 mm) Länge (wie etwa eine dünner Metallstreifen) wurde an die Spitze des Brenners punktgeschweißt, um die Einstellung der Flammenhöhe zu unterstützen. Es war ein Mittel bereitgestellt, um den Brenner aus der Zündposition herauszubewegen, so dass die Flamme horizontal und mindestens 2 Inch (50 mm) über der Ebene des Musters lag.
In der Testkammer wurde zur Temperaturüberwachung ein 24-American-Wire-Gauge-(AWG-)Thermoelement Typ K (Chromel-Alumel) installiert. Es wurde durch eine kleine Öffnung, die durch die Rückseite der Kammer gebohrt war, in die Kammer eingesetzt. Das Thermoelement wurde derart angeordnet, dass es sich 11 Inch (279 mm) von der Rückseite der Kammerwand 11,5 Inch (292 mm) von der rechten Seite der Kammerwand weg erstreckte und sich 2 Inch (51 mm) unter dem Wärmestrahler befand.
Das Kalorimeter war ein 1 Inch großes, zylindrisches, wassergekühltes Gardon-Gage-Gesamtwärmeflussdichte-Folienkalorimeter mit einem Bereich von 0 bis 5 BTU/ft²-Sekunde (0 bis 5,6 Watt/cm²). Das Kalorimeter erfüllte folgende Spezifikationen:

(a) Foliendurchmesser betrug 0,25 ± 0,005 Inch (6,35 ± 0,13 mm).
(b) Foliendicke betrug 0,0005 ± 0,0001 Inch (0,013 ± 0,0025 mm).
(c) Folienmaterial war Constantan des Thermoelement-Grads.
(d) Temperaturmessung war ein Kupfer-Constantan-Thermoelement.
(e) Der Durchmesser des Kupferkerndrahts betrug 0,0005 Inch (0,013 mm).
(f) Die gesamte Fläche des Kalorimeters war leicht mit „Black-Velvet"-Farbe mit einer Emmissivität von 0,96 oder mehr beschichtet.

Die Kalibrierung erfolgte durch Vergleich mit einem gleichartigen Standardwandler.
Während der Gleittisch aus der Kammer ausgezogen war, wurde der Kalorimeter-Halterahmen 530, wie in 7 dargestellt, installiert. Der Rahmen war 13 1/8 Inch (333 mm) tief (Vorderseite bis Rückseite) und 8 Inch (203 mm) breit und ruhte auf dem Gleittisch. Er war aus 1/8 Inch (3,2 mm) starkem Flachstahl hergestellt und wies eine Öffnung auf, die ein 0,5 Inch (12,7 mm) dickes Stück Wärmeisolierplatte („KAOWOOL M") beherbergte, die sich mit der Oberseite des Gleittisches auf einer Höhe befand. Die Platte hatte drei Öffnungen 530 mit 1 Inch (25,4 mm) Durchmesser, die zum Einsetzen des Kalorimeters durch die Platte gebohrt waren. Der Abstand von der Außenseite des Rahmens (rechte Seite) zur Mittellinie der ersten Öffnung („Null"-Position) betrug 1 7/8 Inch (47 mm). Der Abstand zwischen der Mittellinie der ersten Öffnung und der Mittellinie der zweiten Öffnung beträgt 2 Inch (51 mm). Dies ist auch der Abstand von der Mittellinie der zweiten Öffnung zur Mittellinie der dritten Öffnung.
Es wurde ein computergestütztes Datenerfassungssystem zum Messen und Aufzeichnen der Ausgabewerte des Kalorimeters und des Thermoelements verwendet. Das Datenerfassungssystem zeichnete jede Sekunde die Ausgabewerte des Kalorimeters während der Kalibrierung auf. Es wurde eine Stoppuhr, bis auf ± 1 Sekunde/Sunde genau, verwendet, um die Einwirkungszeit der Zündbrennerflamme zu messen.
Die Testergebnisse basierten auf dem Durchschnitt von Testmustern. Testmuster wurden aus dem Feuerschutzlaminat gebildet, das auf 2" dicken Glasfaserplatten angeordnet war, welche aus vorhandenen Flugzeugen entfernt wurden. Diese Platten bestanden aus zwei 1" (2,5 cm) dicken Glasfaserschichten in einer Außentasche aus metallisiertem Polyesterfilm, der unter der Handelsbezeichnung „ORCON Film AN-33" von Orcon Corporation, Union City, CA, vertrieben wird. Dieser Film brennt bekanntermaßen. Die Platten umfassten auch Oberflächenverunreiniger wie etwa Korrosionshemmer, Hydraulikfluid und Schmutz. Ein Stück des zu testenden Feuerschutzlaminats wurde auf 43 Inch (1092 mm) Länge und 11 Inch (279 mm) Breite zugeschnitten und auf die Matte gelegt.
Die Muster wurden vor dem Test bei 70 ± 5°F (21 ± 2°C) und 55 % ± 10 % relativer Luftfeuchte 24 Stunden lang konditioniert.
Der Kalorimeter-Halterahmen wurde zusammen mit dem Kalorimeter in der ersten Öffnung („Null"-Position) installiert (siehe 8). Die Mittellinie des Kalorimeters befand sich 1 7/8 Inch (46 mm) von der Schmalseite des Halterahmens. Der Abstand von der Mittellinie des Kalorimeters zur Oberfläche des Wärmestrahlers betrug an diesem Punkt 7,5 Inch ± 1/8 (191 mm ± 3). Vor dem Entzünden des Wärmestrahlers wurde die Vorderseite des Kalorimeters gereinigt und es lief Wasser durch das Kalorimeter.
Der Wärmestrahler wurde entzündet, und das Luft/Brennstoff-Gemisch wurde so eingestellt, dass an der „Null"-Position ein Wert von 1,5 BTU/ft²-Sekunde ± 5 (1,8 Watt/cm² ± 5 %) erreicht wurde. Der Einheit wurde ermöglicht, einen stabilen Zustand (etwa 90 Minuten) zu erreichen, in welcher Zeitspanne der Zündbrenner ausgeschalten war. Nachdem die Bedingungen des stabilen Zustands erreicht waren, wurden das Kalorimeter und die Kalorimeterhalterbefestigung entfernt.
Der Zündbrenner wurde entzündet, wobei gewährleistet wurde, dass er sich mindestens 2 Inch (51 mm) über der Oberseite des Tisches befand. Die Zündflamme wurde so eingestellt, dass der blaue Kegel der Flamme 0,75 Inch (19 mm) lang war. Das Testmuster wurde in den Gleittischhalter gelegt, wobei gewährleistet wurde, dass sich die Oberfläche des Testmusters auf gleicher Höhe mit der Oberseite des Tisches befand. Am „Null"-Punkt lag die Musteroberfläche 7,5 Inch ± 1/8 Inch (191 mm + 3 mm) unterhalb des Wärmestrahlers. Der Halterahmen wurde auf das Testmuster gelegt. Der Sicherungsrahmen wurde ebenfalls verwendet. Der Gleittisch wurde in die Kammer geschoben, um die untere Tür zu schließen. Die Zündbrennerflamme wurde so gesenkt, dass sie an einem „Null"-Punkt in Berührung mit dem Mittelpunkt des Musters kam, und gleichzeitig wurde die Zeitmessung gestartet. Der Zündbrenner befand sich in einem Winkel von 27° zum Muster und 0,5 Inch (12 mm) über dem Muster. Der Anschlag 534, wie in 7a dargestellt, ermöglichte es dem Anlagenbediener, den Brenner jedes Mal in die richtige Position zu bringen. Der Brenner wurde 15 Sekunden lang in der Position belassen und dann zu einer Position 2 Inch (51 mm) über dem Muster entfernt.
Damit das Muster den Flammenfortpflanzungstest I besteht (d.h. einen Flammenfortpflanzungswert I von Null (0) aufweist), dürfen keine Flammen jenseits von 2 Inch (51 mm) links von der Mittellinie des Einwirkungspunktes der Zündflamme beobachtbar sein. Damit das Muster den Entflammbarkeitstest I besteht (d.h. einen Entflammbarkeitswert I von Null (0) aufweist), darf nur 1 der drei Testmuster ein Nachbrennen aufweisen, und dieses Nachbrennen darf 3 Sekunden nicht überschreiten.
Entflammbarkeitstest II und Flammenfortpflanzungstest II
Die Entflammbarkeitswerte II und die Flammenfortpflanzungswerte II von Laminatbahnmaterialien können im Wesentlichen wie im Entflammbarkeitstest I und Flammenfortpflanzungstest I (oben beschrieben) bestimmt werden, nur dass die Wärme/Schallisoliermatte hergestellt wird, indem zwei Schichten einer einen Inch (2,54 mm) dicken Glasfaserisolierung (unter der Handelsbezeichnung „MICROLITE AA" von Johns Manville, Corp., Denver, CO, beziehbar) mit 43 Inch (1092 mm) Länge und 11 Inch (279 mm) Breite zwischen zwei Schichten metallisierten Polyesterfilms (unter der Handelsbezeichnung „INSULFAB 350" von Facile Holdings, Inc., beziehbar) mit 45 Inch (1143 mm) Länge und 13 Inch (230 mm) Breite gelegt wird und die Kannten des daraus resultierenden Laminats zusammengeheftet werden, um eine vereinheitlichte Matte zu bilden.
Durchbrenntest
Das folgende Testverfahren wurde verwendet, um die Durchbrandfestigkeitseigenschaften von Laminatbahnmaterialien zu bewerten, wenn sie einer offenen Flamme hoher Intensität ausgesetzt werden.
Die Durchbrennzeit wurde an der Platteninnenseite jedes Laminatbahnmaterialmusters gemessen. Die Durchbrennzeit wurde als die Zeit in Sekunden definiert, die die Brennerflamme braucht, um durch das Testmuster hindurch zu dringen, und/oder als die Zeit, die der Wärmestrom benötigt, um an der Platteninnenseite 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm²) zu erreichen, bei einem Abstand von 12 Inch (305 mm) von der vorderseitigen Oberfläche des Laminatbahnmaterial-Testrahmens, je nachdem welcher Wert zuerst erreicht wird. Ein Mustersatz bestand aus einem Laminatbahnmaterialmuster, das auf der Durchbrenntestanlage angeordnet wurde. Das Laminatbahnmaterialmuster wurde auf der Testanlage 540 in einem Winkel von 30° zur Senkrechten positioniert.
Die Anordnung der Testvorrichtung ist in 8 und 9 dargestellt und umfasst das Wegschwenken des Brenners von dem Testmuster während des Aufwärmens. Der Testbrenner 550 war eine Brennpistole (unter der Handelsbezeichnung „Park Model DPL 3400" beziehbar), die entsprechend der Testverfahrensbeschreibung modifiziert wurde. Es war eine Düse erforderlich, um den Brennstoffdruck derart aufrechtzuerhalten, dass sich ein nominaler Brennstofffluss von 6,0 gal/h (0,378 l/min) ergab. Es wurde eine 80°-PL-Hohlkegeldüse des Herstellers Monarch verwendet, die nominal auf 6,0 gal/h (0,378 l/min) bei 100 lb/in² (0,71 MPa) eingestellt war. Es wurde ein Brennerverlängerungskegel von 12 ± 0, 125 Inch (305 ± 6 mm) am Ende des Saugrohrs installiert. Der Kegel wies eine Öffnung mit 6 ± 0,125 Inch (152 ± 6 mm) Höhe und 11 ± 0,125 Inch (280 ± 6 mm) Breite auf. Düse A wurde als Brennstoffdüse verwendet.
Der Brennstoffdruckregulierer wurde derart eingestellt, dass bei einem Betriebsbrennstoffdruck von 100 lb/in² (0,71 MPa) 6,0 gal/h (0,378 L/min) zugeführt wurden. Die Kalibrierungsanlage 554, dargestellt in 11a und 11b, wurde so konstruiert, dass sie ein Kalorimeter und eine Thermoelementgruppe zur Messung sowohl des Wärmeflusses als auch der Temperatur umfasste. Das Kalorimeter 556 war ein Gardon-Gage-Gesamtwärmefluss-Folienkalorimeter mit einem Bereich wie etwa von 0 bis 20 BTU/ft²-Sekunde (0 bis 22,7 W/cm²), bis auf ± 3 % des angezeigten Wertes genau. Das Kalorimeter wurde in einem 12 mal 12 ± 0,125 Inch (305 mal 305 ± 3 mm) mal 0,75 ± 0,125 Inch (19 mm ± 3 mm) dicken Isolierblock 558 befestigt, der während der Kalibrierung zwecks Anbindung an die Testanlage 540 an die Kalibrieranlage 556 angeschlossen war.
Sieben 1/8 Inch (3,1 mm) große, in Keramik gepackte, in Metall gehüllte, geerdete Kontaktthermoelemente 560 des Typs K (Chromel-Alumel) mit einem nominalen 24-American-Wire-Gauge-(AWG-)Leiter wurden für die Kalibrierung bereitgestellt. Die Thermoelemente wurden an die Stahlwinkelklammer 562 angeschlossen, um die Thermoelementgruppe 561 zur Anordnung in einer Kalbibrieranlage 554 während der Brennerkalibrierung zu bilden.
Ein Flügelrad-Luftgeschwindigkeitsmesser (unter der Handelsbezeichnung „OMEGA ENGINEERING MODEL HH30A" beziehbar) wurde verwendet, um die Geschwindigkeit von Luft zu kalibrieren, die in den Brenner 550 eintritt. Es wurde ein Adapter verwendet, um das Messgerät an die Einlassseite des Brenners 550 anzuschließen, um zu verhindern, dass Luft auf einem anderen Weg als durch das Gerät in den Brenner 550 eintritt.
Der Befestigungsrahmen 570 für Testmuster 566 wurde aus einem 1/8 Inch (3,1 mm) dicken Stahl, wie in 1 dargestellt, hergestellt. Die Holme des Musterbefestigungsrahmens 580 (horizontal) wurden an die Testrahmenkörper 574 und 576 (vertikal) derart angeschraubt, dass die Ausdehnung der Holme nicht bewirkte, dass sich die gesamte Struktur verzog. Der Befestigungsrahmen 570 wurde zum Befestigen der Laminatbahnmaterial-Testmuster 566, wie in 9 dargestellt, verwendet. Zwei Gardon-Gesamtwärmefluss-Kalorimeter 556 wurden über den Isoliertestmustern 566 an der rückseitigen (kalten) Fläche des Testmusterbefestigungsrahmens, wie in 9 dargestellt, befestigt. Die Kalorimeter wurden entlang derselben Ebene positioniert wie die Mittellinie des Brennerkegels, in einer Entfernung von 4 Inch (212 mm) von der Mittellinie des Testrahmens.
Es wurde ein computergestütztes Datenerfassungssystem zum Messen und Aufzeichnen der Ausgabewerte der Kalorimeter und der Thermoelemente verwendet. Es wurde eine Stoppuhr, bis auf ± 1 % genau, verwendet, um die Einwirkungszeit der Brennerflamme und die Durchbrennzeit zu messen. Die Tests erfolgten in einem Feuertestzentrum (d.h. in einer Testkammer) mit einer Bodenfläche von mehr als 10 mal 10 Fuß (3,1 mal 3,1 Meter). Die Testkammer hatte ein Abzugssystem, das in der Lage war, die während der Tests ausgestoßenen Verbrennungsprodukte zu entfernen.
Die Laminatbahnmaterialmuster waren 27 Inch (686 mm) breit und 36 Inch (914 mm) lang. Die Mattentestmuster 566 wurden mit Hilfe von 12 Schweiß-Gripzangen 572 an dem Testrahmen 570 befestigt. Die Zangen wurden verwendet, um die Matten 566 in den beiden äußeren vertikalen Körpern 574 sowie in dem mittleren vertikalen Körper 576 (4 Zangen pro Körper) festzuhalten. Die oberen und die unteren Klammern wurden 6 Inch (152 mm) von der Oberseite bzw. der Unterseite des Testrahmens angeordnet. Die mittleren Zangen wurden 8 Inch (203 mm) von den oberen und den unteren Zangen angeordnet.
Die Rahmenbaugruppe wurde eingeebnet und zentriert, um die Ausrichtung des Kalorimeters und der Thermoelementgruppe an dem Brennerkegel zu gewährleisten. Die Ventilationshaube für die Testkammer wurde angeschalten. Der Brenner wurde angeschalten, während der Zünder ausgeschalten blieb. Die Brennstofffließgeschwindigkeit wurde mit Hilfe eines 2,0-1-Messzylinders und einer Musterentnahmezeit von 4 Minuten gemessen.
Die Kalibrierungsanlage 554 wurde benachbart zum Testmusterrahmen 570 angeordnet. Der Brenner 550 wurde derart angeordnet, dass er vor der Kalibrierungsanlage zentriert war und sich die vertikale Ebene des Ausgangs des Brennerkegels 552 in einem Abstand von 4 ± 0,125 Inch (102 ± 3 mm) von der Kalorimetervorderseite befand. Die horizontale Mittellinie des Brennerkegels 552 wurde um 1 Inch (25,4 mm) unter die horizontale Mittellinie des Kalorimeters 556 versetzt.
Der Luftgeschwindigkeitsmesser wurde in dem Adapter angeordnet. Das Gebläse/der Motor wurde angeschalten und derart eingestellt, dass die Lufteinlassgeschwindigkeit 2150 ± 50 ft/min (655 ± 15 m/min) betrug. Der Brenner 550 wurde aus der Testposition in die Aufwärmposition gedreht. Während sich der Brenner 550 in der Aufwärmposition befand, wurden das Gebläse/der Motor, die Zünder und der Brennstofffluss angeschalten, und der Brenner entzündete sich und wurde über eine Zeit von 2 Minuten aufgewärmt. Der Brenner 550 wurde in die Kalibrierungsposition gedreht, es wurde 1 Minute zur Stabilisierung des Kalorimeters gewährt und der Wärmefluss einmal pro Sekunde über einen Zeitraum von 30 Sekunden aufgezeichnet. Der Brenner 550 wurde ausgeschalten, aus der Position gedreht und abgekühlt. Der durchschnittliche Wärmefluss wurde über diese 30-Sekunden-Zeit berechnet. Der durchschnittliche Wärmefluss betrug 15,7 BTU/ft²-Sekunde (17,9 W/cm²), was im zulässigen Bereich von 16,0 ± 0,8 BTU/ft²-Sekunde (18,2 ± 0,9 W/cm²) lag.
Die Thermoelementgruppe 561, dargestellt in 12a und 12b, wurde nach der Prüfung der richtigen Ausrichtung vor dem Brenner angeordnet, und der Brenner 550 wurde in die Aufwärmposition gedreht. Das Gebläse/der Motor, die Zünder und der Brennstofffluss wurden angeschalten, der Brenner 550 entzündete sich und wurde über eine Zeit von 2 Minuten aufgewärmt. Der Brenner 550 wurde in die Kalibrierungsposition gedreht, es wurde 1 Minute zur Stabilisierung der Thermoelemente 560 gewährt, dann wurde die Temperatur jedes der 7 Thermoelemente 560 einmal pro Sekunde über einen Zeitraum von 30 Sekunden aufgezeichnet. Der Brenner 550 wurde ausgeschalten, aus der Position gedreht und abgekühlt. Die durchschnittliche Temperatur jedes Thermoelements 560 über diese 30-Sekunden-Zeit lag innerhalb des zulässigen Bereichs von 1900°F ± 100°F (1038 ± 38°C).
Die Laminatbahnmaterialmuster 566 wurden an dem Testrahmen befestigt. Das Laminatbahnmaterial 566 wurde an dem mittleren vertikalen Körper 576 der Testanlage mit Hilfe von vier Schweißzangen 572 befestigt, die wie in 9a dargestellt angeordnet wurden. Die vertikale Ebene des Brennerkegels 552 befand sich in einem Abstand von 4 ± 0,125 Inch (102 ± 3,2 mm) von der Außenoberfläche der horizontalen Holme des Testmusterrahmens 570, und der Brenner 550 und der Testrahmen 570 befanden sich beide in einem Winkel von 30° zur Vertikalen. Der Brenner 550 wurde von der Testposition weg in die Aufwärmposition gerichtet, so dass die Flamme nicht auf die Muster einwirkte. Der Brenner 550 wurde gezündet und zwei Minuten lang stabilisiert. Der Test wurde begonnen, indem der Brenner 550 in die Testposition gedreht und gleichzeitig das Zeitmessgerät gestartet wurde. Die Testmuster 566 wurden der Brennerflamme 4 Minuten lang ausgesetzt und dann wurde der Brenner ausgeschalten. Der Brenner 550 wurde sofort zurück in die Aufwärmposition gedreht. Die Durchbrenntest und/oder der Punkt, an dem der Wärmefluss 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm²) überschreitet, wurden aufgezeichnet.
Damit das Muster den Durchbrenntest besteht, widersteht das Laminatbahnmaterial der Feuer-/Flammendurchdringung mindestens 240 Sekunden lang und lässt an einem Punkt 12 Inch (301 mm) von der vorderseitigen Fläche der horizontalen Holme der Testanlage nicht mehr als 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm2) auf der kalten Seite der Isoliermuster zu.
Beispiel 1
Es wurde ein klebefähiges Laminat hergestellt, indem ein 50 Mikrometer dickes, klebrig gemachtes Acrylat, ein flammhemmendes, druckempfindliches klebefähiges Material auf der Basis der Serie 300R (beziehbar als Produkt Nummer 9373 von der 3M Company, St. Paul, MN), auf einen nicht verstärkten, 25 Mikrometer dicken Polyimidfilm (bezogen von E.I. DuPont deNemours & Co., Wilmington, DE, unter der Handelsbezeichnung „KAPTON") mit einem Laminiergerät (bezogen von Pro-Tech Engineering, Madison, WI, unter der Handelsbezeichnung „ORCA 1") laminiert wurde, welches bei Raumtemperatur (d.h. bei etwa 25°C), einem Druck von etwa 2,8 kg/cm² und einer linearen Geschwindigkeit von etwa 1,5 m/min arbeitete. Zwei Stücke des daraus resultierenden klebefähigen Laminats wurden dann verwendet, um ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial herzustellen, indem mit einem Laminiergerät („ORCA 1"), welches bei Raumtemperatur, einem Druck von 1,1 kg/cm² und einer linearen Geschwindigkeit von 1,5 m/min arbeitete, ein Stück an jede Oberfläche einer auf Aluminiumoxidfasern basierenden Feuerschutzmatte laminiert wurde. Die Matte, die ein Basisgewicht von 80 g/m² aufwies, ist handelsüblich von der 3M Company unter der Handelsbezeichnung „NEXTEL 312 Flame Stopping Dot Paper" beziehbar.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Das Laminatbahnmaterial wurde auf einer Wärme/Schallisoliermatte, die in einen metallisierten Polyesterfilm (für den bewiesen wurde, dass er denselben Test ohne Feuerschutz nicht besteht) eingeschlossen war, angeordnet, um die tatsächlich installierte Anordnung in einem Luftfahrzeug zu simulieren. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 0, 0 und 0 Sekunden auf und wiesen somit einen Flammenfortpflanzungswert I und einen Entflammbarkeitswert I auf, der die Anforderungen des Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests I erfüllte.
Das Laminatbahnmaterial wurde auch gemäß dem oben definierten Durchbrenntest geprüft. Die Ergebnisse zeigten keine Flammendurchdringung durch die Probe für die Zeit der geforderten 240 Sekunden; die Probe zeigte jedoch Schrumpfung, die dazu beitrug, dass der Wärmefluss nach 80 Testsekunden 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm2) erreichte, und daher bestand die Probe den Durchbrenntest nicht.
Beispiel 2
Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial im Wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, nur dass statt des in Beispiel 1 verwendeten Polyimidfilms mit Gittergewebe verstärkter Polyimidfilm (bezogen von Facile Holdings, Inc., unter der Handelsbezeichnung „INSULFAB 2000") verwendet wurde.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 0, 0 und 1 Sekunden auf und wiesen somit einen Flammenfortpflanzungswert I und einen Entflammbarkeitswert I auf, der die Anforderungen des Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests I erfüllte.
Beispiel 3
Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial hergestellt, indem ein mit Gittergewebe verstärkter Polyimidfilm („INSULFAB 2000") mit einem Laminiergerät („ORCA 1") laminiert wurde, welches bei einem Druck von 1,1 kg/cm², einer Temperatur von 113°C und einer linearen Geschwindigkeit von 1,5 m/min arbeitete, an beide Seiten einer Feuerschutzmatte aus mit Glimmer imprägniertem Aramidpapier (bezogen unter der Handelsbezeichnung „NOMEX" 418, 3 Mil (75 Mikrometer) von E.I. duPont deNemours & Co.).
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 0, 0 und 0 Sekunden auf und wiesen somit einen Flammenfortpflanzungswert I und einen Entflammbarkeitswert I auf, womit die Anforderungen des Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests I erfüllt wurden.
Das Laminatbahnmaterial wurde auch gemäß dem oben definierten Durchbrenntest geprüft. Die Ergebnisse zeigten Flammendurchdringung durch die Probe in 36 Sekunden, womit der Durchbrenntest nicht bestanden wurde.
Beispiel 4
Ein Papier auf Aluminiumsilikatfaserbasis (hergestellt wie in der US-Patentschrift 5,955,177 (Sanoki u.a.) beschrieben, jedoch nicht mit einem Metalloxidmuster bedruckt) mit einem Basisgewicht von 50 g/m² wurde mit einer 5,5-gewichtsprozentigen Dispersion von Vermiculit in Wasser (bezogen von W.R. Grace, Cambridge, MA, unter der Handelsbezeichnung „MICROLITE 963") imprägniert. Das Papier wurde auf einem Polyesterfilm angeordnet, mit der Vermiculit-Dispersion gesättigt und etwa 30 Minuten lang in einen Umluftofen mit einer Betriebstemperatur von 90°C gegeben, um das Wasser zu entfernen. Das getrocknete Papier wies ein Basisgewicht von 80 g/m² auf und wurde verwendet, um das folgende Laminat herzustellen.
Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial im Wesentlichen wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, nur dass das mit Vermiculit imprägnierte Papier mit 80 g/m² statt des mit Glimmer imprägnierten Papiers verwendet wurde. Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 0, 0 und 0 Sekunden auf, womit die Anforderungen des Entflammbarkeits- und Flammenfortpflanzungstests I erfüllt wurden.
Das Laminatbahnmaterial wurde auch gemäß dem oben definierten Durchbrenntest geprüft. Die Ergebnisse zeigten keine Flammendurchdringung durch das Muster für die Zeit der geforderten 240 Sekunden und der Wärmefluss erreichte seinen höchsten Punkt bei 1,33 BTU/ft²-Sekunde (1,53 W/cm²), unter dem Maximalwert von 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm²). Die Probe wies somit einen bestandenen Durchbrennwert auf.
In einer weiteren Bewertung des Laminatbahnmaterials wurde das Laminat mit zwei Schichten Glasfaser mit 6,4 kg/m³ (0,42 Pfund/ft³) (bezogen unter der Handelsbezeichnung „MICROLITE AA", beziehbar von Johns Manville) an der kalten Seite des Laminats (d.h. der Seite entgegengesetzt zur Brennerflamme) an dem Durchbrenntestrahmen befestigt, um eine Installation zu simulieren, in der das Laminat an eine Flugzeugrumpfhaut grenzt und von einer typischen Flugzeugisoliermatte verstärkt wird. Diese Anordnung wurde gemäß dem oben beschriebenen Durchbrenntest geprüft. Die Ergebnisse zeigten keine Flammendurchdringung durch die Probe für die Zeit der geforderten 240 Sekunden und der Wärmefluss erreichte seinen höchsten Punkt bei 1,21 BTU/ft²-Sekunde (1,39 W/cm²), unter dem Maximalwert von 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm²). Die Probe wies somit einen bestandenen Durchbrennwest auf.
Beispiel 5
Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial im Wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, nur dass statt des Polyimidfilms („KAPTON") ein mit Gittergewebe verstärkter Polyimidfilm (25 Mikrometer Polyimid, Gesamtdicke des mit Gittergewebe verstärkten Films betrug 75–100 Mikrometer; bezogen unter der Handelsbezeichnung „INSULFAB KP121" von Facile Holdings Inc., Patterson, NJ) verwendet wurde.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 1, 1 und 2 Sekunden auf. Die Muster wiesen somit einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I und einen nicht bestandenen Entflammbarkeitswert I auf.
Das Laminatbahnmaterial wurde auch gemäß dem oben definierten Durchbrenntest geprüft. Die Ergebnisse zeigten keine Flammendurchdringung durch die Probe für die Zeit der geforderten 240 Sekunden und der Wärmefluss erreichte seinen höchsten Punkt bei 1,53 BTU/ft²-Sekunde (1,76 W/cm²), unter dem geforderten Maximalwert von 2,0 BTU/ft²-Sekunde (2,3 W/cm²). Die Probe wies somit einen bestandenen Durchbrennwert auf.
Beispiel 6
Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial im Wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, nur dass statt des Papiers auf Aluminiumoxidbasis ein mit Glimmer imprägniertes Aramidpapier (bezogen unter der Handelsbezeichnung „NOMEX" 418, 3 Mil (75 Mikrometer) Dicke, von E.I. duPont deNemours & Co.) verwendet wurde.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 1, 1 und 0 Sekunden auf. Die Muster wiesen somit einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I und einen nicht bestandenen Entflammbarkeitswert I auf.
Beispiel 7
Ein Papier auf der Basis von Aluminiumborsilikatfasern (hergestellt wie in der US-Patentschrift 5,955,177 (Sanoki u.a.) beschrieben, jedoch nicht mit einem Metalloxidmuster bedruckt) mit einem Basisgewicht von 50 g/m² wurde mit einer 5,5-gewichtsprozentigen Dispersion von Vermiculit in Wasser („MICROLITE 963") imprägniert, im Wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, nur dass das getrocknete imprägnierte Papier ein Basisgewicht von 100 g/m² aufwies. Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial hergestellt, im wesentlichen wie in Beispiel 4 beschrieben, nur dass statt des mit Vermiculit imprägnierten Papiers mit 80 g/m² das mit Vermiculit imprägnierte Papier mit 100 g/m² verwendet wurde.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 6, 6 und 5 Sekunden auf. Die Muster wiesen somit einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I und einen nicht bestandenen Entflammbarkeitswert I auf.
Beispiel 8
Ein Feuerschutzmattenpapier auf Aluminiumoxidfaserbasis („NEXTEL 312 Flame Stopping Dot Paper") mit einem Basisgewicht von 80 g/m² (beziehbar von der 3M Company) wurde mit einer 5,5-gewichtsprozentigen Dispersion von Vermiculit in Wasser („MICROLITE 963") imprägniert, im Wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, nur dass das getrocknete Papier ein Basisgewicht von 110 g/m² aufwies. Es wurde ein dreischichtiges Laminatbahnmaterial hergestellt, im Wesentlichen wie in Beispiel 6 beschrieben, nur dass statt des mit Vermiculit imprägnierten Papiers mit 80 g/m² die mit Vermiculit imprägnierte Matte („NEXTEL 312 Flame Stopping Dot Paper") mit 110 g/m² verwendet wurde.
Das daraus resultierende Laminatbahnmaterial wurde gemäß dem oben definierten Entflammbarkeitstest I und dem Flammenfortpflanzungstest I getestet. Drei Testproben zeigten keine Flammenfortpflanzung und wiesen Nachflammzeiten von 0, 6 und 2 Sekunden auf. Die Muster wiesen somit einen bestandenen Flammenfortpflanzungswert I und einen nicht bestandenen Entflammbarkeitswert I auf.

Claims

Flexibles Laminatbahnmaterial mit einem Gewicht von weniger als 500 Gramm pro Quadratmeter, umfassend: eine erste Schicht bestehend aus einer Folie aus hochtemperaturbeständigem Polymermaterial; und, haftfähig durch ein flammhemmendes klebefähiges Material mit der ersten Schicht verbunden, eine zweite Schicht bestehend aus einem Stoff aus nichtmetallischen Fasern; wobei mindestens die erste und zweite Schicht zusammen dazu beitragen, dass das Laminatmaterial mindesten einen unter einem bestandenen Entflammbarkeitswert I, einem bestandenen Entflammbarkeitswert II, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert I, einem bestandenen Flammenfortpflanzungswert II oder einem bestandenen Durchbrennwert aufweist.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei das Laminatbahnmaterial seine Integrität beibehält, wenn das Laminatbahnmaterial einmal um einen Stab von 6 Millimeter Durchmesser herumgewickelt und dann wieder abgewickelt wird.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei die erste Schicht ferner ein lockeres Gewebe umfasst.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei das Polymermaterial aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Polyamiden, Polyvinylfluoriden, Siliconharzen, Polyimiden, Polytetrafluorethylenen, Polyestern, Polyarylsulfonen, Polyetheretherketonen, Polyesteramiden, Polyesterimiden, Polyethersulfonen, Polyphenylensulfiden und Kombinationen derselben besteht.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, ferner eine dritte Schicht umfassend, die aus Polymermaterial besteht, wobei die zweite Schicht zwischen der ersten Schicht und der dritten Schicht positioniert ist.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei die durchschnittliche Dicke des Laminatbahnmaterials im Bereich von etwa 75 bis etwa 1200 Mikrometern liegt.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, ferner ein Material umfassend, das ein Metalloxid umfasst, das an mindestens einem Teil der zweiten Schicht befestigt ist, wobei das Metalloxid die Form einer Beschichtung aufweist und nur auf einem Teil mindestens einer der Hauptflächen der zweiten Schicht vorliegt.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 7, wobei das Metalloxid in mehreren Inseln auf der zweiten Schicht angeordnet ist und wobei die mehreren Inseln eine Gesamtfläche von etwa 5 % bis etwa 25 %, auf die Gesamtfläche der Hauptflächen, auf denen sich die Metalloxidbeschichtung befindet, bezogen, aufweisen.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 7, wobei die zweite Schicht einen Vliesstoff umfasst und der Vliesstoff mindestens etwa 10 Gew.-% der nichtmetallischen Fasern umfasst, die mindestens etwa 5 Millimeter lang sind; und wobei das Metalloxid etwa 5 % bis etwa 25 der Gesamtfläche der Hauptflächen bedeckt, auf denen sich die Metalloxidbeschichtung befindet.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 7, wobei die zweite Schicht einen Vliesstoff umfasst und der Stoff eine Menge nichtmetallischer Fasern einer Länge von mindestens etwa 5 Millimetern enthält und der Stoff eine Menge und eine Anordnung der Metalloxidbeschichtung enthält, die beide ausreichen, dass der Stoff seine Integrität beibehält, wenn er einmal um einen Stab von 6 Millimeter Durchmesser gewickelt und dann wieder abgewickelt wird.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, ferner anorganische Oxidplättchen umfassend, die an mindestens einem Teil der zweiten Schicht befestigt sind.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, ferner anorganische Oxidplättchen umfassend, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Glimmerplättchen, Tonplättchen, Vermiculitplättchen, Talkplättchen und Kombinationen derselben besteht, die an mindestens einem Teil der zweiten Schicht befestigt sind.
Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei nichtmetallische Fasern, die die zweite Schicht umfasst, aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Glasfasern, Aramidfasern, kristallinen Keramikfasern, Siliciumnitridfasern, Siliciumcarbidfasern, oxidierten Polyacrylnitrilfasern und Kombinationen derselben besteht.
Vehikel umfassend Isoliermaterial und das Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei das Laminatbahnmaterial und das Isoliermaterial derart positioniert sind, dass die erste Schicht des Laminatbahnmaterials angrenzend an das Isoliermaterial positioniert ist.
Luftfahrzeug umfassend Isoliermaterial, Elektroinstallationen und das Laminatbahnmaterial nach Anspruch 1, wobei das Laminatbahnmaterial zwischen dem Isoliermaterial und den Elektroinstallationen positioniert ist und wobei die erste Schicht des Laminatbahnmaterials an das Isoliermaterial angrenzt.