JP2013538142A - 耐火部材およびその部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくともＢ−１５級の要求を満たす耐火部材（１）に関する。このような部材は、自体公知であり、絶縁された鋼構造として作り出される。前記部材（１）をガラス繊維強化プラスチックの種類に応じて、より簡単にかつより多様に作り出すために、前記部材をリン酸塩セラミックから、ならびに繊維（７、８、９）から多層で作り出すこと、および該部材（１）の層構造が、可能性のある熱源に向けられた該構造の表面に少なくとも１つの層（４）を含み、該層がその下に、つまり前記熱源からより離れて、配置された層（５）と部分的にのみ接合されていることが推奨される。本発明は、さらに、このような部材の製造方法に関する。

Description

本発明は、耐火部材ならびにその部材の製造方法に関する。

このような部材は、例えば窓枠および防火壁として客船で使用される。前記部材は、客船に取り付けられてもよいように、一定の特性を有していなければならない。これには、ＩＭＯ ＦＴＰ Ｃｏｄｅ、Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ａ．７５４（１８）およびＩＭＯ ＦＴＰ Ｃｏｄｅ Ａｎｎｅｘ１ パート３に準拠するＢ−１５級の耐火性が含まれる；この耐火性は、所定の条件下に、前記部材の火炎とは反対側での不燃性、安定性および最高温度を必要とする。別の部材、例えば隔壁は、Ｂ−３０級のより高い要求を満たさなければならない。

この必要な耐火性、例えばＢ−１５級またはＢ−３０級は、これまで、製造するのに費用がかかり、比較的重い重量を有する断熱性の鋼構造でしか達成されなかった。さらに、この鋼構造の場合、外観が良く仕上がるように、取り付け後に被覆（Ｖｅｒｋｌｅｉｄｕｎｇ）が必要である。

強化された有機樹脂、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＫ）からなる部品を成形することは公知である。前記樹脂は加工の間は流動性があり、ある一定の時間後に硬化し、これが前記部品の製造を容易にしている。前記部品は、安価に製造可能である；成形多様性は事実上制約を受けない。ただし、これらの部品は必要な耐火性を有していない。

さらに、ＥＰ８６１２１６Ｂ１から無機の樹脂組成物が公知であり、この組成物はＥＮ１３５０１−１に準拠して不燃性としてＡ１級に分類されている。以下でリン酸塩セラミックとも呼ばれている樹脂組成物は、ｖｕｂｏｎｉｔｅ（登録商標）の名前で販売され、使用前に固体の粉末状成分と液状成分とから混合して粘稠流動性（ｚａｅｈ−ｆｌｉｅｓｓｆａｅｈｉｇ）の材料にする。この材料は、有機樹脂と同じように多様に加工することができ、一般に公知の欠点のいくつかは回避される。ＥＰ８６１２１６Ｂ１の開示内容は、明確に本願の開示に組み入れられる。しかし、前記樹脂組成物が１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有しているため、さらなる措置なしに、前記部材の火炎とは反対側での最高許容温度に関して（前記部材が、例えば４ｍｍの通常の厚み（材料の厚み）で作り出される場合）耐火性の要求を守ることはできない。

本発明の第一の課題は、主として流し込み可能な材料からの部材をもたらすことであり、この材料は、わずかな総厚の場合、およびそれにしたがって比較的小さい重量の場合に、少なくともＢ−１５級の耐火性に関する要求を満たし、さらに、高い加熱時に生じる変形によって前記部材が破損しないほど弾力がある。

第二の課題は、前記部材の製造方法を提供することにある。

本課題は、請求項１の特徴により解決される。前記部材は、リン酸塩セラミックから、ならびに繊維から多層で作り出されている。ＥＰ８６１２１６Ｂ１に相応して固体成分と液状成分とから混合されているリン酸塩セラミックは、耐火性である、つまり非常に難燃性であり、および圧縮強さがある。リン酸塩セラミック中に囲われている繊維は、前記部材に追加的に優れた引張強度を与えているため、前記部材は総じて火災時にも高い総合安定性を有している。前記材料は、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）のように加工して任意の形にすることができ、この場合比較的小さい材料厚みを有していてよい。この材料は比較的軽く、別の構造と比較して安価に製造可能である。

さらに、前記部材の層構造は、可能性のある熱源に向けられた該構造の表面に少なくとも１つの層を含み、該層はその下に、つまり前記熱源からより離れて、配置された層とそのつど部分的にのみ接合されている。７００℃超の大熱の影響下では、前記層がその下の層から剥離するため通路が生じ、この通路はガスからなる絶縁体をもたらし、熱いガスはこの通路を通って火災空間に返される。したがって、断熱性を実質的に改善するには、火災時にねらい通りに前記部材の少なくとも１つの特定の層を層間剥離させる。したがって、前記部材の熱伝導性は、火災時に大きく低下する。これにより、前記部材の火元とは反対の表面上の温度は、許容できないほどには高められない。Ｂ−１５級に関連する規格に準拠する火災試験は、前記反対側の表面上の温度が、２２５℃の許容限界値をはるかに下回る最大７５℃〜１４０℃であることを示している。

より高度の耐火性が要求される場合、前記段落の層の複数が配置されるため、火災時には複数の通路が形成される。これらの層は、好ましくは直接隣り合って配置される。

簡単に作り出すことができる成形のゆえに、前記部材は多様に、例えば防火壁、窓枠、分離壁またはキャビンモジュールとして使用可能であり、特に客船の建造の場合に使用可能である。

下位クレームは、本発明の有利な実施態様に関する。

本発明の実施態様では、繊維はガラスステープルファイバーからのランダム不織布−繊維マットの形状で配置されている。ガラス繊維は不燃性であり、高い引張強度を有している。ランダム不織布−繊維マットは、多様な品質で市場にて入手可能であり、リン酸塩セラミックと一緒に、緊密な複合体を形成するため、前記部材は総じて高い安定性を有している。前記マット内の繊維の結合は、エマルション結合としてか、または粉末結合として提供され、これが加工性に作用し、前記用途のために相応に選択される。

さらなる実施態様では、前記部材が３層で形成されていて、前記層の第１層はリン酸塩セラミックを含浸させた第１繊維マットから形成され、前記層の第２層はリン酸塩セラミックで湿潤させた第２繊維マットから形成され、前記層の第３層はリン酸塩セラミックを含浸させた多数の第３繊維マットから形成されている。

第１層および第２層は、火災時に断熱性をもたらす：第１層の表面がひび割れ、こうして第１の絶縁層を形成する；第２層は、部分的に第３層から剥離するため、第２層と第３層との間に、一方でガスからなる主要絶縁層を含み、他方で前記熱源の方向へのガスの流出を可能にする通路が形成される。第１層および第２層は、互いに接着し、広範囲に安定しつづける。第３層は、支えとなる部分を形成し、この部分は前記部材全体の安定性を担い、熱の影響による損傷を受けない。少なくとも３つである前記繊維マットの数、およびそれにしたがう第３層の厚みは、必要な安定性および必要とされる耐火性等級に従う。

さらなる実施態様では、第１繊維マットは、２００〜４００ｇ／ｍ²、特に２００〜３００ｇ／ｍ²の基本重量、第２繊維マットは、３５０〜５５０ｇ／ｍ²、特に４００〜５００ｇ／ｍ²の基本重量、および第３繊維マットは３５０〜７００ｇ／ｍ²、特に４００〜５００ｇ／ｍ²の基本重量を有している。これらの性質は、前記要求に特に好適であることが明らかになっていて、個々の層の必要な安定性をもたらす。

さらなる実施態様では、前記部材は、上述の層に加えて１つの装飾層を有しており、その厚みは１．５ｍｍまで、および最大２ｍｍである。前記装飾層は、第１層に、したがって火災時に前記部材の火炎に向けられた側に積層されている。この装飾層は、平滑な可視面をもたらし、例えば市販のワニスで、およびまたは別の材料で形成されてよい。

さらなる実施態様では、この部材は、前記熱源に向けられた開口部を有している導通路を含んでいる。この導通路は、前記通路のように絶縁層として作用する。前記導通路は、部材の製造と一緒に成形されるか、または製造後に例えば切削加工を用いて組み込まれる。

第二の課題は、請求項７および１０の特徴により解決され、前記方法は、順序を逆にすることにより、およびこれにより引き起こされた変化により区別される。

まず、好適な型を準備する。この型は、成形されるべき部材の形態に相応し、数回使用可能である。
リン酸塩セラミックは、十分な量で固体成分と液状成分とからメーカー指示にしたがい混合する。
前記部材の第１層を形成する。そのために、第１繊維マットを相応に裁断し、型に入れ、そしてリン酸塩セラミックを含浸する。含浸とは、多量のリン酸塩セラミックが塗布され繊維マット中に入れられるため、前記マットが完全にリン酸塩セラミックに囲まれていることを意味する；つまり、リン酸塩セラミックは、前記型も完全に湿潤させる。
次に、裁断した第２繊維マットを、第１の、まだ湿潤している（硬化していない）層の上に置き、リン酸塩セラミックで湿潤させて第２層を形成する（ウェット・オン・ウェット）。湿潤とは、ここでは、第２繊維マットの大部分がリン酸塩セラミックで囲まれているが、しかし完全には囲まれていないことを意味する。特に、第２層の製造後に形成された表面は、完全に平滑ではない。
引き続き、第２層の硬化が始まるまで待機する。
第２層の硬化が始まったらすぐに、多数のレイヤー（Ｌａｇｅ）からなる第３層を形成し、その際前記レイヤーのそれぞれに第３繊維マットをのせ、リン酸塩セラミックを含浸させる。これは、レイヤーとして第２層の部分硬化（ａｎｈａｅｒｔｅｎ）した表面に裁断した第３繊維マットを置いて、リン酸塩セラミックを含浸させ、次に前記レイヤーの湿潤している表面にさらなるレイヤーを同じ方法でそのつど設けること（ウェット・オン・ウェット）を意味する。
最後に、前記部材を硬化後に前記型から取り出す。

第１層を第２層と一緒に、ならびに前記レイヤーからなる第３層を作り出すようなウェット・オン・ウェット作業の場合、非常に安定した、いわば一体になった複合体が生じることが達成される。これは、この一体になった複合体が、一方では第１層と第２層との間に存在し、他方ではしかし複数のレイヤーの間に存在することを意味する。それとは反対に、第２層と第３層との間には、第３層の形成前の第２層の部分硬化のゆえに、ねらい通りにはるかに弱い複合体が存在する。この複合体は、火災時のための予定破損箇所に用いられるので、断熱する通路が生じうる。

請求項８に記載の通り、反対の順序で作業することも可能である；つまり、まず第３層を型内で作り出し、その上に第２層および第１層を置く。第２層の形成前に、この場合、第３層は部分硬化しなくてはならない。

装飾層の形成は、技術水準から根本的に公知である。剥離織布（Ａｂｒｅｉｓｓｇｅｗｅｂｅ）を置くことで、この布の除去後に清浄な、かつその後塗布される第１層との優れた結合を保証する定義された構造を有する表面がもたらされる。反対の順序で作業する場合、前記剥離織布を第１層に押し付け、この層が少なくとも部分的に硬化した後に取り除く。

本発明による部材の構造の１つの実施態様を断面で示す図である。

本発明を、図面に示した実施例をもとにさらに説明する。

この唯一の図は、断面での部材の構造を非原寸大で示している。

前記図から明らかに分かる通り、断面の断片が表されている部材１は、多数の（ここでは４つの）層２、３、４、５から形成されている。層２、３、４、５は、図によれば上から下に、つまり火災時に火炎に向けられた側から火炎の反対側に、装飾層２、第１層３、第２層４および第３層５である。

耐火性にとって重要な構造６は、第１層、第２層および第３層３、４、５からなり、リン酸塩セラミックならびに繊維７、８、９から形成されている。リン酸塩セラミックは、液状成分と固体成分とから混合され、混合後は粘稠流動性であり、熱の放射下で特定の時間内に凝結する；つまり、リン酸塩セラミックは硬化して、コンクリートのような材料になる。硬化の前は、リン酸塩セラミックは、例えばポリエステル樹脂のように加工可能である。

第１層３は、リン酸塩セラミックを含浸させた第１繊維マット７を含んでいる。第１繊維マット７は、約２２５ｇ／ｍ²の基本重量を有する粉末結合したランダム不織布−ガラス繊維マットである。

第２層４は、リン酸塩セラミックで湿潤させた第２繊維マット８を含んでいる。第２繊維マット８は、約４５０ｇ／ｍ²の基本重量を有するエマルション結合したランダム不織布−ガラス繊維マットである。

第１層３および第２層４は、相応の作成により一体にまとめられており、図では点線で描かれた境界線により表されている。

第３層５は、多数の（ここでは３つの）第３繊維９を含んでいて、この繊維マットはひと重ねずつリン酸塩セラミックで含浸されている。第３繊維マット８は、約４５０ｇ／ｍ²の基本重量を有する粉末結合したランダム不織布−ガラス繊維マットである。第３層５は、一体になっており、図ではレイヤーの間の点線で描かれた境界線で表され、約５ｍｍの厚みを有している。

一体になって接合されている第１層３および第２層４は、一体になった第３層５に積層されており、その際この積層は意図的に不完全である。これにより、前記両方の一体構造は火災時に互いに剥離することができ、このようにして通路を形成できるようにする。

装飾層２は、難燃性ポリエステル樹脂ならびに繊維から形成され、第１層３の上にしっかりと積層されている。装飾層２は、ゲルコート１０からなるレイヤー、ポリエステル樹脂を含浸させた繊維不織布１１からなるレイヤー、ならびにポリエステル樹脂を含浸させた第４繊維マット１２からなるレイヤーを含んでいる。装飾層２の厚みは、ここでは１．４ｍｍである。

ゲルコート１０からなるレイヤーは、最大６００μｍの厚みを有している。ゲルコート１０は、公知のケイ酸含有のポリエステル樹脂であり、この樹脂は加工性がよい、例えば研磨可能であり、塗装可能である。前記樹脂は、平滑かつ密な表面を有し、染色されていてよい。

繊維不織布１１は、３０ｇ／ｍ²の基本重量を有する、非常に細かい繊維からなるランダム不織布−ガラス繊維マットであり、比較的平滑な表面を有する。繊維不織布１１は、ポリエステル樹脂で含浸されている。このレイヤーは、第４繊維マット１２の繊維がゲルコート１０に侵入し、それによって前記レイヤーの外観および／または加工性を妨げるのを防ぐ。

第４繊維マット１２は、２２５ｇ／ｍ²の基本重量を有する乳化結合したランダム不織布−ガラス繊維マットであり、ポリエステル樹脂で含浸されている。

火災時に、装飾層２は第１層３から剥離する。

部材１の作成は、好ましくはゲルコート１０からなるレイヤーから第３層５まで行われる；前記部材は、反対の順序でも作ることができる。

離型剤で処理された型を準備し、繊維マット７、８、９、１２ならびに繊維不織布１１を裁断する。それぞれ使用する直前に、固体成分と液状成分とからなるリン酸塩セラミックならびにゲルコート１０、および難燃性ポリエステル樹脂を、別々に硬化剤と混合する。

ゲルコート１０を、薄く刷毛またはエアブラシで前記型に塗布する。ゲルコート１０が硬化するまでさらなる作成を待機する。

硬化したゲルコート１０の上に裁断した繊維不織布１１を置き、刷毛を用いてポリエステル樹脂を含浸させる。湿潤している、つまりまだ硬化していないポリエステル樹脂からなる、このようにして生じた表面上に第４繊維マット１２を置き、同様にポリエステル樹脂を含浸させる。この新規の表面上にいわゆる剥離織布を置き、ロールで軽く押し付ける。

ポリエステル樹脂の硬化後に、前記剥離織布をこの樹脂から引き剥がす。ポリエステル樹脂の表面は、この時点で前記剥離織布の構造に相応して定義された表面構造を有していて、清浄である。この表面に第１繊維マット７を置き、リン酸塩セラミックを含浸させ、このようにして第１層３を形成する。この含浸に際しては、リン酸塩セラミックが特に均質に、エントラップドエアを本質的に不含に塗布され、第１繊維マット７に組み込まれるので、ポリエステル樹脂の表面も被覆されていることに注意する。

湿潤している第１層３の上に第２繊維マット８を置き、ならびにリン酸塩セラミックで湿潤させ、このようにして第２層４を形成する。この場合（含浸とは反対に）、第２繊維マット８を意図的に不完全にリン酸塩セラミックで被覆するため、エントラップドエアができる。したがって、このようにして作られた第２層４の表面は、繊維もリン酸塩セラミックも有していて、相応して平らではない。しかし、第１層３と第２層４との間の優れた結合は保証されている、なぜなら第２繊維マット８は第１層３の湿潤しているリン酸塩セラミックの上に置かれ、こうして湿潤されるからであり、その際第２層４のリン酸塩セラミックは第１層３のリン酸塩セラミックに流れる。

第２層４のリン酸塩セラミックが硬化し始めるまで待機する。

硬化の開始に伴い、ひと重ねずつ第３層５を形成する。そのために、第３繊維マット９を第２層４の上に置き、リン酸塩セラミックを含浸させる；この両方の工程を、レイヤーの所定の数が作り出されるまで繰り返す、ここではつまり２回繰り返す。この場合、第３繊維マット９を、それ以前に作り出したレイヤーの、湿潤している、つまり硬化していないリン酸塩セラミックの上にそのつど置く。含浸は、例えば刷毛を用いて、または流し込み、引き続き組み込みおよび均等に分散されて行われる。

リン酸塩セラミックが硬化するまで待機し、その後部材１を前記型から取り外す。場合により、部材１の端を後加工する。

反対の順序で作業する場合、第３繊維マット９を前記型に置いて、リン酸塩セラミックを含浸させる。さらなるレイヤーおよびそれにしたがい第３層５を作り出す。

リン酸塩セラミックが硬化し始めるまで待機する。

硬化の開始に伴い、第２層４を形成する。そのために、第２繊維マット８を第３層５の上に置き、リン酸塩セラミックで湿潤させる。これに際しては、リン酸塩セラミックを部分的にのみ、つまり不完全に第２繊維マット８を通して第３層５まで通させ、このようにして火災時に通路の形成のための予定破損箇所が供されることに注意する。

第２層４の湿潤している表面に第１繊維マット７を置き、リン酸塩セラミックを含浸させる。このようにして形成された第１層３の湿潤している表面に前記剥離織布を置き、軽く押し付ける。

第１層３が硬化するまで装飾層２の作成を待機する。その後、前記剥離織布を引き剥がし、第４繊維マット１２を置き、ポリエステル樹脂を含浸させる。このようにして形成された湿潤している表面に繊維不織布１１を置き、ポリエステル樹脂を含浸させる。

ポリエステル樹脂の硬化後、ゲルコート１０を塗布する。

装飾層２を含まない部材１を所望の場合、前記剥離織布を上に置くことを含める相応の作業工程を省く。

部材１が十分に平らな板として形成される場合、選択的に導通路は可能性のある火元に向けられた側で組み込まれる。前記導通路は、所定の相互距離で配置され、火元に向けられた開口部を有している。これにより断熱性がさらに改善され、したがって耐火性が高められる。前記板を使用する場合、前記導通路は開口部を除いて別の耐火性の要素により覆われている。

Claims (10)

1. 少なくともＢ−１５級の要求を満たす耐火部材（１）であって、該部材がリン酸塩セラミックから、ならびに繊維（７、８、９）から多層で作り出されていること、および該部材（１）の層構造が、可能性のある熱源に向けられた該構造の表面に少なくとも１つの層（４）を含み、該層がその下に、つまり前記熱源からより離れて、配置された層（５）と部分的にのみ接合されていること、を特徴とする前記部材。
2. 前記繊維（７、８、９）が、ガラスステープルファイバーからのランダム不織布−繊維マットの形状で配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の部材。
3. 前記部材が３層で形成されていて、前記層の第１層（３）はリン酸塩セラミックを含浸させた第１繊維マット（７）から形成され、前記層の第２層（４）はリン酸塩セラミックで湿潤させた第２繊維マット（８）から形成され、前記層の第３層（５）はリン酸塩セラミックを含浸させた多数の第３繊維マット（９）から形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の部材。
4. 第１繊維マット（７）が２００〜４００ｇ／ｍ²の基本重量を、第２繊維マット（８）が３５０〜５５０ｇ／ｍ²の基本重量を、および第３繊維マット（９）が３５０〜７００ｇ／ｍ²の基本重量を有していることを特徴とする、請求項３に記載の部材。
5. 前記部材が追加的に装飾層（２）を有していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の部材。
6. 前記部材が、前記熱源に向けられた開口部を有している導通路を含んでいることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の部材。
7. 少なくともＢ−１５級の要求を満たす耐火部材の製造方法において、記載された順序で以下の工程：
   ・好適な型を準備する工程；
   ・固体成分と液状成分とからのリン酸塩セラミックを混合する工程；
   ・第１繊維マット（７）を前記型に入れること、および第１繊維マット（３）にリン酸塩セラミックを含浸することにより第１層（３）を形成する工程；
   ・第２繊維マット（８）を湿潤している第１層（３）の上に置き、第２繊維マット（８）をリン酸塩セラミックで湿潤させて第２層（４）を形成する工程；
   ・第２層（４）が硬化し始めるまで待機する工程；
   ・第２層（４）の硬化の開始に際して：多数のレイヤーからなる第３層（５）を形成し、その際該レイヤーのそれぞれに第３繊維マット（９）を置き、リン酸塩セラミックを含浸する工程；
   ・硬化した部材（１）を前記型から取り外す工程、
   を含むことを特徴とする前記方法。
8. 少なくともＢ−１５級の要求を満たす耐火部材の製造方法において、記載された順序で以下の工程：
   ・好適な型を準備する工程；
   ・固体成分と液状成分とからのリン酸塩セラミックを混合する工程；
   ・多数のレイヤーから前記型において第３層（５）を形成し、その際該レイヤーのそれぞれに第３繊維マット（９）を置き、リン酸塩セラミックを含浸する工程；
   ・第３層（５）が硬化し始めるまで待機する工程；
   ・第３層（５）の硬化の開始に際して：第２繊維マット（８）を第３層（５）の上に置き、第２繊維マット（８）をリン酸塩セラミックで湿潤させて第２層（４）を形成する工程；
   ・第１繊維マット（７）を置くこと、および第１繊維マット（７）にリン酸塩セラミックを含浸することにより第１層（３）を形成する工程；
   ・硬化した部材（１）を前記型から取り出す工程、
   を含むことを特徴する前記方法。
9. 第１層の形成前もしくは形成後に装飾層（２）を形成することを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
10. 前記型にゲルコート（１０）を塗布し、該ゲルコートの硬化後に繊維不織布（１１）をゲルコート（１０）の上に置き、難燃性ポリエステル樹脂を含浸し、含浸させた繊維不織布に第４繊維マット（１２）を置き、ポリエステル樹脂を含浸し、含浸させた第４繊維マット（１２）の上に剥離織布をわずかな圧力で押し付け、前記ポリエステル樹脂の硬化後に前記剥離織布を取り除き、引き続き第１層（３）を形成し、該作成を記載された順序もしくは逆の順序で実施することを特徴とする、請求項９に記載の方法。

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