JPH06220741A - マスチック発泡性防火被覆のための補強材系 - Google Patents

マスチック発泡性防火被覆のための補強材系

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JPH06220741A
JPH06220741A JP32337693A JP32337693A JPH06220741A JP H06220741 A JPH06220741 A JP H06220741A JP 32337693 A JP32337693 A JP 32337693A JP 32337693 A JP32337693 A JP 32337693A JP H06220741 A JPH06220741 A JP H06220741A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 マスチック発泡性防火被覆のための補強材系
を提供する。 【構成】 被覆中に高温ヤーンと低温ヤーンとの組み合
わせから作った自由遊動性の混成メッシュを埋設する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】本発明は、一般的にはマスチック防火被
覆に関し、特にはかかる被覆のための補強材系に関す
る。
【0002】
【発明の背景】構造物を火災から守護するのにマスチッ
ク防火被覆が使用される。1つの普及した用途は、化学
プラント、海洋油田及びガス田のプラットホーム並びに
製油所のような炭化水素処理施設である。また、かかる
被覆は、LPG(液化石油ガス)タンクのような炭化水
素貯蔵設備の周囲にも使用される。
【0003】また、被覆は、構造鋼部材にもしばしば適
用されそして絶縁層として働く。火災においては、被覆
は、火炎を消し又は構造物を空にするための余裕の時間
を与えるために鋼の温度上昇を遅らせる。さもないと、
鋼は急速に熱が上昇して崩壊する場合がある。
【0004】マスチック被覆は、エポキシ又はビニルの
ようなバインダーを使用して形成される。このバインダ
ーには、被覆に所望の防火性を与えるための様々な添加
剤が含められる。バインダーは鋼に付着する。
【0005】1つの特に有用な群のマスチック防火被覆
は、“発泡性”と称される。発泡性被覆は、火炎の熱に
暴露したときに膨張しそしてフオーム様のチャーに変わ
る。このフオーム様のチャーは、低い熱伝導性を有しそ
して基体を絶縁する。発泡性被覆は時には“融蝕性”又
は“昇華性”被覆とも称される。
【0006】マスチック被覆はたいていの基体に対して
よく付着するけれども、被覆中にメッシュを埋設させる
ことが知られている。メッシュは、基体に機械的に取り
付けられる。カースル氏外の米国特許第3,913,2
90号及び同第4,069,075号には、メッシュの
使用が記載されている。これらの特許では、メッシュ
は、火炎中でチャーが生成するや否やそれを補強すると
説明されている。より具体的に言えば、メッシュは、被
覆にひびが入る又は“裂け目が生じる”機会を減少させ
る。裂け目は、被覆が提供する保護を減少させる。とい
うのは、それは熱をより容易に基体に到達させるからで
ある。物質に亀裂が生じても、それらはメッシュを使用
したときにはそれ程深くない。その結果、マスチックは
厚く適用される必要はない。また、防火性マスチックを
補強するのにガラス布も使用されてきた。米国特許第
3,915,777号にはかかる系が記載されている。
しかしながら、ガラスは被覆が暴露される可能性がある
温度において溶融する。一旦ガラスが溶融すると、それ
は利益を全く提供しない。ガラスは防火被覆によって一
部分絶縁されるけれども、発泡性系は硼素又はガラス融
剤である他の物質を含有する場合が多いことが認識され
ている。融剤は、ガラス補強材の軟化点を低下させる。
その結果、ガラスは、その材料が暴露される可能性があ
るいくらかの火災現場では適切な補強を提供しない。
【0007】2つの広く使用されている種類のガラス繊
維の例は、オーエンス・コーニング社によって製造販売
されるE−ガラス及びS−ガラスである。E−ガラス
は、343℃に加熱したときにその引張強度の25%を
失う。S−ガラスは、わずかに強力であるけれども、同
じ温度においてその強度の20%を失う。732℃及び
849℃の温度に加熱すると、E−ガラス及びS−ガラ
スはそれぞれ目立って軟化し、そして877℃及び97
0℃程でE−ガラス及びS−ガラスはそれぞれ、これら
の物質から作った繊維がそれら自身の重量を維持できな
くなる程に軟化してしまう。これらの低い軟化温度は、
ガラス補強材を使用する欠陥である。
【0008】マスチック被覆と組み合わせたメッシュの
使用は回避されてきた。何故ならば、それはその物質を
適用するコストを増大させるからである。多くのコスト
の増加をもたらさずに機械的に取り付けられた金網の利
点を得るのが望ましいであろう。
【0009】
【発明の概要】上記の背景を念頭に入れて、本発明の目
的は、比較的低い製造コスト、低い設置コスト及び良好
な防火性を有する防火被覆系を提供することである。こ
の目的及び他の目的は、繊維の組み合わせから作られた
メッシュを使用して達成される。高い軟化点を有する不
融性で不燃性の軟質繊維が相対的に低い軟化点を有する
繊維と編成される。
【0010】
【発明の具体的な説明】本発明は、添付図面と関連させ
た以下の詳細な説明を参照することによって更によく理
解されよう。図1は、炭化水素処理施設における構造鋼
材に対して使用することができるような柱100を示
す。1つの柱が示されている。しかしながら、本発明
は、ビーム、梁、管状体若しくは他の形の構造部材又は
火炎から保護するのが必要な他の表面例えば壁、床、デ
ッキ及び隔壁に適応する。被覆102は、柱100の露
出面に適用される。被覆102は、公知のマスチック発
泡性防火被覆である。多くの好適な被覆のうちの1つの
例は、米国マサチューセッツ州ローエル所在のテキスト
ロン・スペシャルティ・マテリアルズから入手可能な商
品名「Chartek」の塗料である。
【0011】被覆102には、混成メッシュ104が埋
設される。混成メッシュ104は、343℃を越えた温
度においてその室温引張強度の80%以上を維持する軟
質で不燃性の繊維質材料を含有する。好ましくは、この
繊維質材料は、849℃以上そしてより好ましくは1,
200℃以上の温度においてその室温引張強度の80%
以上を維持する。好適な繊維質材料の例は、炭素、硼素
及びグラファイト繊維である。炭化珪素又は炭化チタン
のような炭化物、二硼化チタンのような硼化物、アルミ
ナ又はシリカのような酸化物又はセラミックを含有する
繊維を使用することができる。繊維は、モノフィラメン
ト、マルチフィラメント、トウ又はヤーンの形態を取
る。ヤーンを使用するときには、それらは、連続フィラ
メントヤーン又はストレッチブロークン若しくはスパー
ンヤーンのような不連続フィラメントヤーンのどちらで
あってもよい。以下では、かかる物質は、“高温繊維”
と総称されている。かかる高温繊維は、溶接した金網と
比較して軽量で且つ軟質であるという利益を提供する。
加えて、それらは、燃焼、溶融又は腐蝕せずそして多く
の環境影響に耐える。
【0012】炭素ヤーンが好ましい高温繊維である。炭
素ヤーンは、一般には、PAN(ポリアクリロニトリ
ル)繊維又はピッチ繊維のどちらかから作られる。次い
で、PAN又はピッチは、酸素の存在下に450°F前
後の比較的低い温度に徐々に加熱される。この徐々の加
熱工程は“酸化繊維”と称されるものを生じる。PAN
及びピッチ繊維は比較的燃焼性でありそして高められた
温度でそれらの強度を比較的急速に失うのに対して、酸
化繊維は比較的不燃性でしかも300°Fまでの温度に
おいて比較的不活性である。それよりも高い温度では、
酸化繊維は重量を失う場合があるが、しかしいくらかの
火災環境におけるある防火被覆中に使用するのに受け入
れ可能である。酸化繊維は少なくとも60%が炭素であ
るのが好ましい。
【0013】炭素繊維は、公知の製造技術に従って酸化
繊維から第二の熱処理サイクルによって作られる。この
第二熱処理工程はある場合には必要でない。というの
は、同様な熱処理が火災中で行われる可能性があるから
である。熱処理後に、繊維は好ましくは95%を越えた
炭素そしてより好ましくは99%を越えた炭素を含有す
る。炭素繊維は、前駆体物質よりも軽量で、強力でしか
も熱又は火炎に対して抵抗性である。しかしながら、炭
素は必要とされる処理工程の増加のためにより高価であ
る。炭素繊維は、空気中で500℃において1時間当た
りその重量の約1%を失うに過ぎない。防火被覆中に埋
設すると、それは一層低くなる。
【0014】混成メッシュは低温繊維を含有する。この
低温繊維は、高温繊維を一緒に保持して取り扱い易いメ
ッシュにするのを助ける。取り扱いが容易なメッシュを
提供するには火炎中で適切な補強を提供するのに必要と
されるよりも多くの繊維が要求されることが分かった。
その結果、低温繊維が高温繊維と織成される。低温繊維
は、比較的低いコストを有するように且つメッシュに良
好な取扱容易性を提供するように選択される。好適な低
温繊維の例は、ガラス繊維、「Kevlar」繊維(ア
ラミドに対するデュポン社の商品名)、鉱物性繊維、玄
武岩、有機繊維、ナイロン、ポリエステル又は他の合成
繊維である。また、繊維の組み合わせを使用することも
できる。
【0015】ガラス繊維が好ましい。かかる繊維は、コ
ストが比較的低くしかも取り扱いが容易なメッシュを作
る。その上、発泡性被覆中に混成メッシュを使用すると
きには、ガラス繊維は、発泡の早期段階でいくらかの好
ましい作用を提供するのに十分なだけ高い軟化温度を有
する。
【0016】図2は、混成メッシュ204の構造を示
す。ここでは、リノ織が使用されている。よこ糸206
は炭素ヤーンである。炭素よこ糸206は、ガラスよこ
糸208と交互に並ぶ。たて糸は、ガラスヤーン210
及びガラス炭素混紡ヤーン212を交互に並べることに
よって作られる。最終の結果は、高温繊維によって結合
された寸法M1 を有する大格子を持つ開放織物である。
この大格子は、低温繊維によって形成される寸法M2
有する小格子によって目を詰められる。好ましくは寸法
1 は4インチよりも小さく、より好ましくは1インチ
よりも小さくそして最も好ましくは約0.5インチであ
る。寸法M2 は、好ましくは2インチ以下でそしてより
好ましくは0.5インチ以下である。最も好ましくは、
2 は約1/4インチである。これらの隙間を有するメ
ッシュは、発泡性材料中に使用したときに適切な強度を
提供し且つ亀裂を減少させる。この隙間は、マスチック
被覆への容易な組み込みを可能にするのに十分なだけ大
きい。
【0017】図2では、混成メッシュ204は、大格子
及び小格子の両方とも平方形であるものが示されてい
る。しかしながら、それらの格子が平方形であることは
必要でない。格子は、長方形でも又はメッシュの構造か
ら生じる任意の形状のものであってよい。
【0018】例えば、図3では、一直線でない高温たて
糸繊維312を含むと混成メッシュ304が示されてい
る。その結果、大格子及び小格子の両方とも長方形でな
い。図3の混成メッシュ304は、たて糸方向Wにおい
て容易に膨張するという利益を提供する編成メッシュで
ある。発泡性防火被覆の補強剤として使用したときに
は、メッシュが膨張するのが望ましい。被覆が発泡する
につれて、それは外部に向かって押し進む。というの
は、それは膨張して厚い絶縁ブランケットを提供するか
らである。メッシュが膨張するならば、それは、被覆が
より多く発泡するのを可能にしそれ故により大きな絶縁
を提供する。
【0019】この増加した膨張は、膨張した被覆が膨張
していない被覆よりも大きい表面積を有するような場合
には縁端において又は管の如き小径物品で特に重要であ
る。これらの箇所では、発泡性被覆に亀裂が最も起こり
易い。しかしながら、膨張性メッシュから十分な利益を
得るためには、混成メッシュ304は、膨張方向に垂直
な又は接線的なたて糸方向Wで配向されることが必要で
ある。図1では、例えば、たて糸方向Wは柱100のフ
ランジ縁の周囲であることが示されている。この態様
で、フランジ縁の周囲の被覆の半径が火炎中で増大する
につれて、メッシュ補強剤も増大する。その結果、フラ
ンジ縁にある発泡性被覆に亀裂が生じるのが少なくな
る。
【0020】膨張性メッシュの第二の利益は、必要とさ
れる発泡性防火材料が少なくて済むことである。メッシ
ュを使用すると、亀裂が生じたときにも、それらはそれ
程深くないことが認められた。一般には、亀裂はメッシ
ュよりも深く被覆に侵入しない。膨張性メッシュを使用
した場合には、発泡性防火材料が発泡するにつれて、メ
ッシュが基体から遠く離れる。その結果、メッシュと基
体との間により厚い絶縁材料が形成される。かくして、
亀裂がメッシュの下側まで生じても、基体はより良好に
絶縁される。この作用は、薄い被覆即ち0.35インチ
以下の被覆では特に重要である。
【0021】ここで図3に戻って、混成メッシュの構成
についてより詳細に説明する。混成メッシュ304は、
たて糸を縒りそしてよこ糸を挿入した2−横棒型角目網
(2−bar maquisette)として特徴ずけられる織物であ
る。高温繊維として、「Amoco T−300」の
3,000フィラメント炭素ヤーンが使用された。低温
繊維としては、「Owens−Corning ECC
150」ガラスヤーンが使用された。たて糸炭素繊維3
12及びよこ糸炭素繊維314は、各方向において1/
2インチ間隔を置いて離された角を有する大格子を形成
する。小格子は、たて糸ガラスヤーン316及びよこ糸
ガラスヤーン318によって形成される。ガラスヤーン
は、約1/2インチ×1/4インチの四角形を作る。こ
れらの四角形は炭素ヤーンによって形成される四角形か
ら1/4インチ程ずれているので、それらは2つの1/
4インチ×1/4インチの小格子を形成するために長手
方向の軸に沿ってたて糸炭素ヤーン314によって二分
される。
【0022】混成メッシュ304は、よこ糸差込部を備
えたラッシェル編機で作られた。たて糸方向Wに走るス
テッチは、2本のガラスヤーンをパイル編機において1
インチ当たり4つのパイルステッチで編むことによって
作られる。これらのステッチは、1/4インチ間隔を置
いて離される。他のパイルステッチ316Bはすべて単
一の炭素ヤーン312を含む。
【0023】よこ糸炭素繊維314は、よこ糸方向の差
込によって加えられる。よこ糸ガラス繊維318は1/
2インチ毎の“縒り”によって製造される。縒りとは、
1つのパイルからの糸を隣接するステッチに移すことを
意味する。
【0024】たて糸316Bは真っ直ぐではない。これ
らの繊維のサーペンチン(蛇行)形状は、ステッチ31
6Bに炭素ヤーン312を含めたことによって、ヤーン
316A及び316Bにおいてその張力が異なるという
事実から生じる。このサーペンチン形状は、メッシュが
伸長するのを可能にするので望ましい。
【0025】混成メッシュに対して糊付けを使用してメ
ッシュの取扱容易性を向上させることもできる。
【0026】図1に戻ると、柱100は、次の操作に従
って被覆される。先ず、マスチック発泡性被覆の層を柱
100に適用する。マスチック発泡性被覆は、吹付、こ
て塗又は他の都合の良い方法によって適用することがで
きる。被覆が硬化する前に、混成メッシュ104をその
表面上に広げる。メッシュ104は、柱100のできる
だけ多くの縁の周囲に1つの連続したシートとして巻か
れるのが望ましい。メッシュ104は、溶剤中に浸漬さ
れたこて若しくはローラーで又は他の都合の良い手段に
よって被覆中に圧入される。その後、追加的なマスチッ
ク発泡性物質が適用される。次いで、被覆102は通常
の被覆として仕上げられる。かくして、炭素メッシュは
“自由遊動性”である。何故ならば、それは基体に対し
て直接には機械的に取り付けられないからである。
【0027】
【実施例】例1 約18インチ円周の鋼管を8mmの発泡性防火材料で被
覆した。その被覆中に図3に示すような混成メッシュを
鋼管の表面から約5mmまで埋め込んだ。管を2,00
0°Fの炉に入れた。試験後、混成メッシュのガラス部
分は観察することが不可能であった。混成メッシュの炭
素部分は、管表面から約9〜10mm離れたところに見
つかった。混成メッシュの周囲は、約18 1/3インチか
ら約1 3/4インチ増大した。定性的には、この被覆に
は、金属メッシュで補強した発泡性防火材料を使用して
保護した同様な基体よりも過酷な亀裂が少ないことが認
められた。
【0028】例2 10WF49ビームの一部分に適用されたマスチック発
泡性防火被覆中に図3に示されるような混成メッシュを
埋め込んだ。被覆は、5mmの平均厚さで適用された。
混成メッシュは、ビームのフランジ縁において表面から
3mm程埋め込まれた。予め2,000°Fに加熱され
た炉に入れると、ビームの平均温度は、ビームに埋め込
んだ熱電対によって測定して48分後に1,000°F
であった。7mmの防火材料を被覆し同じ種類のメッシ
ュを埋め込んだ第二のビーム部分では、1,000°F
までの時間は63分であった。比較として、メッシュを
含めずに同様にして試験したビームは30分後に1,0
00°Fに達した。直接には比較できないけれども、1
0WF49柱に0.27インチの発泡性防火材料を被覆
した。フランジ縁にある被覆に金属メッシュを埋設し
た。柱を炉に入れ、次いでUL1709基準に従って
2,000°Fに加熱した。柱は、60分後に1,00
0°Fの平均温度に達した。5mmの厚さにすると、こ
の時間はわずか44分になる。
【0029】ここで図4を説明すると、防火被覆402
中に埋設された別の混成メッシュ404が示されてい
る。図示されるように、メッシュ404は、柱のフラン
ジ縁の周囲で1つの方向だけに走る炭素ヤーン406を
有する。炭素ヤーン406は、低温繊維408によって
一緒に保持される。この態様で、高温繊維の量が減少さ
れる。
【0030】以上の如く本発明を説明したけれども、他
の具体例を構成できることも明らかであろう。異なる種
類又は組み合わせの繊維を使用することもできよう。ま
た、ここに記載したような混成メッシュは、ビーム、
柱、隔壁、デッキ、管、タンク及び天井張り材料のよう
な様々な基体上の防火被覆を補強するのにも使用するこ
とができる。かくして、本発明は、特許請求の範囲の精
神及び範囲によってのみ限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 ヤーンメッシュが埋設された被覆を示す。
【図2】 本発明の1つの具体例に従った混成織メッシ
ュを示す概略図である。
【図3】 本発明の1つの具体例に従った混成編メッシ
ュを示す概略図である。
【図4】 本発明の1つの具体例に従った混成メッシュ
を有する被覆ビームを示す概略図である。
【符号の説明】
100、400 柱 102、402 防火被覆 104、204、304、404 混成メッシュ 206 よこ糸炭素ヤーン 208 よこ糸ガラスヤーン 210 たて糸ガラスヤーン 212 ガラス炭素混紡ヤーン 312 たて糸炭素ヤーン 314 よこ糸炭素ヤーン 316 たて糸ガラスヤーン 318 よこ糸ガラスヤーン 406 炭素ヤーン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ジェイ・ガフニー アメリカ合衆国マサチューセッツ州ノース チェルムズフォード、メドウブルック・ロ ード68 (72)発明者 ジョージ・ピー・ボイド・ジュニア アメリカ合衆国マサチューセッツ州ノース アトルボロ、アナワン・ロード103

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (a)たて糸及びよこ糸方向に走って4
    インチよりも少なく間隔を置いて離されたかどを有する
    大格子を画成する第一の複数の繊維であって、343℃
    においてその室温引張強度の80%以上を保持する第一
    の複数の繊維、及び(b)第一の複数の繊維と織成され
    て2インチよりも少なく間隔を置いて離されたかどを有
    する小格子を画成する第二の複数の繊維であって、34
    3℃においてその室温引張強度の80%以下を保持する
    第二の複数の繊維、からなる織物。
  2. 【請求項2】 第一の複数の繊維が炭素繊維からなる請
    求項1記載の織物。
  3. 【請求項3】 第二の複数の繊維がガラス繊維からなる
    請求項2記載の織物。
  4. 【請求項4】 大格子が、1/4インチよりも多く間隔
    を置いて離されたかどを有する請求項1記載の織物。
  5. 【請求項5】 第一の複数の繊維がセラミック繊維から
    なる請求項1記載の織物。
  6. 【請求項6】 第一の複数の繊維の一部分が石綿繊維か
    らなる請求項1記載の織物。
  7. 【請求項7】 第二の複数の繊維の一部分が編成されて
    いる請求項6記載の織物。
  8. 【請求項8】 防火材料で被覆された基体において、 (a)343℃よりも高い温度においてその室温引張強
    度の80%以上を保持する第一の複数の繊維、及び
    (b)第一の複数の繊維と編成された第二の複数の繊維
    であって、343℃よりも高い温度においてその室温引
    張強度の20%以上を失う第二の複数の繊維、からなる
    メッシュが防火材料中に埋設されている基体。
  9. 【請求項9】 防火被覆が発泡性被覆、昇華性被覆及び
    融蝕性被覆からなる群から選択される請求項8記載の基
    体。
  10. 【請求項10】 防火材料で被覆された縁を追加的に含
    み、メッシュが第一方向で伸縮しそしてメッシュが縁に
    対して垂直の第一方向で配置されている請求項8記載の
    基体。
  11. 【請求項11】 第一の複数の繊維の一部分が石綿繊維
    からなり、そして第一方向に走っている請求項10記載
    の基体。
  12. 【請求項12】 第一の複数の繊維が炭素繊維からなる
    請求項11記載の基体。
  13. 【請求項13】 第二の複数の繊維がガラス繊維からな
    る請求項12記載の基体。
  14. 【請求項14】 第一の複数の繊維が炭素繊維からなる
    請求項8記載の基体。
  15. 【請求項15】 第二の複数の繊維がガラス繊維からな
    る請求項14記載の基体。
  16. 【請求項16】 第一の複数の繊維が、4インチよりも
    少なく間隔を置いて離されたかどを有する大格子を形成
    する請求項15記載の基体。
  17. 【請求項17】 第二の複数の繊維が大格子を複数の小
    格子に分割する請求項16記載の基体。
  18. 【請求項18】 (a)自己付着性防火材料の層を基体
    に適用し、 (b)防火材料中に高温繊維と低温繊維とを織成してな
    るメッシュを埋設し、そして (c)メッシュの上に防火材料の第二層を適用する、各
    工程からなる構造部材を火災に対して保護する方法。
  19. 【請求項19】 高温線維が炭素繊維からなる請求項1
    8記載の方法。
  20. 【請求項20】 メッシュが第一方向において膨張し、
    そして埋設工程がメッシュを構造部材の縁に対して垂直
    の第一方向で整列させることからなる請求項19記載の
    方法。
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