JPH0648848A - Incombustible composite material structure and its production - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、固化可能な無機質の
液状マトリックスのような不燃の連続相に埋め込まれた
粒子あるいは繊維強化材のような不燃の分散相から成
る、不燃複合材料構造物およびその製造方法に関するも
のである。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to a noncombustible composite structure comprising particles or a noncombustible dispersed phase such as fiber reinforcement embedded in a noncombustible continuous phase such as a solidifiable inorganic liquid matrix, and The present invention relates to a manufacturing method thereof.
【0002】[0002]
【従来の技術】複合材料は、固化させることの出来る液
状の結合マトリックスのような連続相に埋め込まれた1
種類以上の分散相(例えば、繊維強化材)より成るもの
である。複合材料構造物は分散相として最も一般的に用
いられるガラス、カーボンあるいは他の無機材料から成
る繊維強化材と、連続相として用いられる熱硬化性有機
樹脂マトリックスとから成っている。800°F(42
7℃)以上の温度に加熱すると、大部分の熱硬化性有機
マトリックス材料は分解して、煙や有毒ガスを発生する
であろう。1200°F(649℃)以上の温度まで加
熱すると、ガラス繊維強化材は溶融する。主としてこれ
らの理由により、ガラス繊維を分散相に用いるこれまで
の技術による複合材料構造物は、火に曝される可能性の
ある構造物や、あるいは引火性の液体を地上で貯蔵、輸
送するパイプやタンクに用いる構造物を作るには不適当
であった。引火性の液体の貯蔵および取り扱いに関する
規定として、NFPA(NationalFire Protection Asso
ciation,米国防火協会)のコード30があるが、この
規定は、地上の燃料貯蔵タンク、精油所の地上配管およ
び類似の用途に対しては、スチールあるいは他の不燃構
造材料の使用を要求している。FAA(Federal Aviati
on Administration , 連邦航空局)やDOT(Departme
nt of Transportation,運輸省)は、航空機や列車の内
装は、750°F(399℃)以上の火災温度に曝され
ても燃えないかあるいは有毒ガスを発生しない材料で作
ることを要求している。スチールの地上タンクは腐食
し、また落雷あるいは保守作業やタンクの腐食部分の補
修作業中の不注意によって火災を発生する。木材で作っ
た居住構造物は火事に対して非常に弱く、一方普通のプ
ラスチックや樹脂含浸のガラス繊維構造物は着火温度に
曝されると有毒ガスや煙を発生する。BACKGROUND OF THE INVENTION Composite materials are embedded in a continuous phase, such as a liquid binding matrix that can be solidified.
It is composed of more than one kind of dispersed phase (for example, fiber reinforcing material). The composite structure consists of a fiber reinforcement made of glass, carbon or other inorganic material most commonly used as the dispersed phase and a thermosetting organic resin matrix used as the continuous phase. 800 ° F (42
When heated to temperatures above 7 ° C., most thermoset organic matrix materials will decompose, producing smoke and toxic fumes. When heated to temperatures above 1200 ° F (649 ° C), the glass fiber reinforcement melts. Primarily for these reasons, composite structures from prior art using glass fibers as the disperse phase are structures that may be exposed to fire or pipes that store and transport flammable liquids above ground. It was unsuitable for making structures for tanks and tanks. NFPA (National Fire Protection Asso) is a standard for storage and handling of flammable liquids.
ciation, American Fire Protection Code 30 but this provision requires the use of steel or other noncombustible structural materials for aboveground fuel storage tanks, refinery aboveground piping and similar applications. There is. FAA (Federal Aviati
on Administration, Federal Aviation Administration and DOT (Departme
(nt of Transportation) requires aircraft and train interiors to be made of materials that will not burn or produce toxic fumes when exposed to fire temperatures above 750 ° F (399 ° C). . Steel ground tanks are corroded and can cause fires due to lightning strikes or carelessness during maintenance or repair of corroded parts of the tank. Living structures made of wood are very vulnerable to fire, while ordinary plastic and resin impregnated fiberglass structures generate toxic fumes and smoke when exposed to ignition temperatures.
【0003】複合材料の連続相として用いる通常のマト
リックス材料は、2液硬化の熱硬化性有機高分子で、相
対的に高価で、その出荷、貯蔵および取り扱いには特別
な注意が必要である。これらの有機マトリックス材料が
不飽和ポリエステルやビニルエステル樹脂の場合は、通
常重量比で50%ものスチレンモノマを含んでいるの
で、可燃性の液体として取り扱わなければならない。ス
チレンモノマの気化により異様な臭気を生じるので、作
業環境の換気が屡々必要となる。有機マトリックス材料
としてエポキシ樹脂を用いる場合は、アミン硬化剤が作
業者の肌に触れたり、吸入されたりしないように、注意
を払わなければならない。さらに、複合材料に通常用い
られる上述のタイプのマトリックス材料は、使用する工
具や容器の清掃に、特別な溶剤その他の薬品を必要とす
る。可溶珪酸塩(soluble silicate) は繊維強化複合材
料の連続相として用いるには不適当と、長らく考えられ
て来た。そのひとつの理由は、可溶珪酸塩はガラスを侵
し、重合や化学反応でなく、脱水によって硬化すると考
えられていることにある。硬化した可溶珪酸塩の接着強
さや層間せん断強さは多くのプラスチックや熱硬化性樹
脂のそれより相当に小さい。また、その表面をコートし
たり、特別な熱処理を施さない限りは、可溶珪酸塩は徐
々に水に溶解する。さらに、可溶珪酸塩は、マイクロウ
エーブエネルギを利用したり、150°F(65℃)以
上の温度に曝すなどして、過度に急速に硬化させると、
得られた複合材料構造物が極端に脆くなり、使用に耐え
なくなる。A common matrix material used as the continuous phase of a composite material is a two-part curable thermosetting organic polymer, which is relatively expensive and requires special care in its shipping, storage and handling. When these organic matrix materials are unsaturated polyester or vinyl ester resin, they usually contain as much as 50% by weight of styrene monomer, and must be handled as flammable liquids. Ventilation of the working environment is often necessary because of the strange odor produced by the vaporization of styrene monomer. When an epoxy resin is used as the organic matrix material, care must be taken to prevent the amine curing agent from coming into contact with the worker's skin or being inhaled. In addition, matrix materials of the type described above, which are commonly used in composites, require special solvents and other chemicals to clean the tools and containers used. Soluble silicates have long been considered unsuitable for use as the continuous phase in fiber reinforced composite materials. One reason is that soluble silicates attack glass and are believed to cure by dehydration rather than by polymerization or chemical reaction. The adhesive strength and interlaminar shear strength of the cured soluble silicate are considerably lower than those of many plastics and thermosetting resins. The soluble silicate gradually dissolves in water unless its surface is coated or special heat treatment is performed. In addition, soluble silicates can be cured too rapidly when using microwave energy or exposed to temperatures above 150 ° F (65 ° C),
The resulting composite material structure becomes extremely brittle and unusable.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解決し、熱により煙や有毒なガスを
発生する恐れがなく、しかも安全かつ作業環境を汚染す
ることなしに、容易に製造できる不燃複合材料構造物を
提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, to prevent smoke and toxic gas from being generated by heat, and to safely and without polluting the working environment. It is to provide a non-combustible composite material structure that can be easily manufactured.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者は、液状の液状
の可溶珪酸塩にある金属酸化物および粘土を加えて改質
すれば、繊維強化複合材料構造物の連続相マトリックス
に一般に用いられている通常の化学組成物を上回る、構
造ならびに化学的特性を望み得ることを見いだした。例
えば、硬化する液状有機結合材マトリックスと結合して
複合材料を形成する分散相に用いるガラス繊維ストラン
ドの未含浸の織物および不織物は、1300°F(70
4℃)に加熱すると溶融する。また、ある種の液状可溶
珪酸塩をガラス繊維フィラメントに含浸させてこれを結
合した時に、得られた複合材料構造物が、ガラス繊維フ
ィラメントの融点以上に加熱しても、もとのままであっ
た。また、複合材料の連続相が少量のある金属酸化物を
添加して改質した液状の可溶珪酸塩より成る場合に、得
られた複合材料構造物は、その液状連続相を215°F
(102℃)以上の温度に曝すというような過大な脱水
速度で硬化させた時でも、水に対する溶解性が充分に小
さかった。The present inventor has generally used a continuous phase matrix of a fiber reinforced composite structure if it is modified by adding a metal oxide and clay in a liquid soluble silicate. It has been found that structural as well as chemical properties may be expected over and above the conventional chemical compositions used. For example, unimpregnated woven and non-woven fabrics of glass fiber strands used in the dispersed phase to combine with a liquid organic binder matrix that cures to form a composite material are 1300 ° F (70 ° F).
It melts when heated to 4 ° C. Also, when a glass fiber filament is impregnated with a certain type of liquid soluble silicate and bonded to it, even if the composite material structure obtained is heated above the melting point of the glass fiber filament, it remains as it is. there were. Also, when the continuous phase of the composite material comprises a liquid soluble silicate modified by the addition of a small amount of a metal oxide, the resulting composite material structure has a liquid continuous phase of 215 ° F.
Even when cured at an excessive dehydration rate such as exposure to a temperature of (102 ° C.) or higher, the solubility in water was sufficiently low.
【0006】さらに、ある種の低粘度の可溶珪酸塩は、
容易にガラスあるいはカーボンの繊維に含浸され、これ
をコートするので、チューブ形状の複合材料構造物のフ
ィラメントワインディング成形に使用出来る。可溶珪酸
塩は熱硬化性樹脂に較べて、価格が安く、毒性が無く、
工具や成形装置は水で簡単に清掃することができ、環境
的にも安全で、処理に際しても環境の汚染が無く、出荷
や取り扱いにも安全で、容易且つ安全に長年の貯蔵が可
能で、特定の脱水技術により容易に硬化させることが出
来る。発明者の知るところでは、発明者より前には何人
も、不燃の繊維あるいは粒子を分散相として含む複合材
料の不燃の連続相として、可溶珪酸塩の望ましい特性を
利用する実際的な方法を見いだしてはいない。本発明は
このような知見に基づいてなされたものであり、不燃複
合材料の連続相マトリックス材料としての、液状可溶珪
酸塩の経済的且つ効果的な使用方法を提供するものであ
る。Further, certain low viscosity soluble silicates are
Since it is easily impregnated with glass or carbon fiber and coated with it, it can be used for filament winding molding of a tube-shaped composite material structure. Soluble silicate is cheaper and less toxic than thermosetting resin,
Tools and molding equipment can be easily cleaned with water, environmentally safe, there is no environmental pollution during processing, shipping and handling is safe, and it can be easily and safely stored for many years. It can be easily cured by a specific dehydration technique. To the inventor, prior to the inventor, there was no practical way of utilizing the desirable properties of soluble silicates as the non-combustible continuous phase of composites containing non-combustible fibers or particles as the dispersed phase. I haven't found it. The present invention has been made based on such findings, and provides an economical and effective method of using a liquid soluble silicate as a continuous phase matrix material of a noncombustible composite material.
【0007】本発明の第1は、金属酸化物と液状の可溶
珪酸塩に混合して不燃液状の連続相を形成すること、少
なくとも本質的に不燃の連続繊維あるいは不燃の無機物
粒子より成る分散相を準備すること、連続相を分散相に
含浸させて複合材料の中間構造体を形成することおよび
この中間構造体を乾燥させることによって硬化した不燃
複合材料構造物を得る方法である。本発明の第2は、前
記の方法によって得られる複合材料構造物である。後に
述べるように、ここでいう“複合材料構造物”はフィラ
メントワインディング構造物、板材、発泡断熱材および
塗装被覆に用いることの可能なコーティング材を含むも
のである。The first aspect of the present invention is to form a non-combustible liquid continuous phase by mixing a metal oxide and a liquid soluble silicate, and a dispersion comprising at least essentially non-combustible continuous fibers or non-combustible inorganic particles. A method of providing a cured, non-combustible composite structure by preparing a phase, impregnating a continuous phase with a dispersed phase to form an intermediate structure of the composite, and drying the intermediate structure. The second aspect of the present invention is a composite material structure obtained by the above method. As will be described later, the term "composite material structure" as used herein includes a filament winding structure, a plate material, a foam insulation material, and a coating material that can be used for paint coating.
【0008】本発明で使用する液状可溶珪酸塩は、珪曹
比(SiO2 /Na2 Oの重量比)が2〜4の珪酸曹達
を、室温(20℃)における比重が40〜42.2ボー
メ(1.37〜1.41g/cm3 )の水溶液としたも
のである。また金属酸化物は、酸化亜鉛、酸化チタン、
酸化鉄等であって、その前記液状可溶珪酸塩に対する添
加率は、重量比で1〜10%、好ましくは4〜8%を適
当とする。さらに前記の不燃の分散相を構成する不燃の
連続繊維の例としては、ガラス繊維、カーボン繊維、玄
武岩繊維のような鉱物繊維等が、また不燃の粒子として
は、粘土等の鉱物の粉体や発泡パーライト、発泡バーミ
キュライト等の鉱物の発泡粒子を挙げることが出来る。
また、連続相と分散相との混合割合は、使用原料の性
状、目的とする複合材料構造物の種類、製造条件等によ
り適宜定めればよい。一応の目やすとしては、混合物中
における分散相の割合が、分散相が繊維状である場合に
は体積比で30〜70%相当量、コーティング材のよう
に分散相が粉末状である場合には重量比で5〜40%相
当量の範囲が好ましい。The liquid soluble silicate used in the present invention is a silicic acid sodium having a silicic acid ratio (SiO 2 / Na 2 O weight ratio) of 2 to 4, and a specific gravity at room temperature (20 ° C.) of 40 to 42. It is an aqueous solution of 2 baume (1.37 to 1.41 g / cm 3 ). Metal oxides include zinc oxide, titanium oxide,
It is suitable to add iron oxide or the like to the liquid soluble silicate in a weight ratio of 1 to 10%, preferably 4 to 8%. Further, examples of the non-combustible continuous fibers constituting the non-combustible dispersed phase, glass fibers, carbon fibers, mineral fibers such as basalt fibers, etc., and non-combustible particles, such as mineral powder of clay or Examples include foamed particles of minerals such as expanded perlite and expanded vermiculite.
Further, the mixing ratio of the continuous phase and the dispersed phase may be appropriately determined depending on the properties of the raw materials used, the type of the target composite material structure, the manufacturing conditions, and the like. To some extent, the proportion of the dispersed phase in the mixture is 30 to 70% by volume when the dispersed phase is fibrous, and when the dispersed phase is powdered like a coating material. Is preferably in the range of 5 to 40% by weight.
【0009】ある可溶珪酸塩に重量比で5%の酸化亜鉛
粉末を添加混合して得た液状組成物を、250°F(1
20℃)に加熱して脱水したところ、得られた硬化物は
非常に脆くはあったが、水に対する溶解性は十分に小さ
いことがわかった。この液状組成物は、膨張させたパー
ライトやバーミキュライトから耐高温、不燃、耐水性の
断熱材を作る結合材に使用できることが判明した。この
ような断熱材には防火ドアや地上のパイプ、タンクなど
の商業的用途がある。さらに、ガラス繊維(分散相)を
含む積層物やリボンに、液状の可溶珪酸塩(連続相)を
含浸させ、その表面を熱風に曝すと、繊維が相互に結合
し、複数の層から成る不燃複合材構造物を形成すること
ができる。このような構造物は、非引火性あるいは引火
性の液体またはガスを貯蔵あるいは輸送に用いるフィラ
メントワインディングパイプ、圧力容器およびタンクの
構成要素として用いることが出来ることがわかった。A liquid composition obtained by adding and mixing 5% by weight of zinc oxide powder to a certain soluble silicate was prepared at 250 ° F. (1
When heated to 20 ° C. and dehydrated, it was found that the obtained cured product was very brittle, but its solubility in water was sufficiently low. It has been found that this liquid composition can be used as a binder to make high temperature resistant, non-combustible, water resistant insulation from expanded perlite and vermiculite. Such insulation has commercial applications such as fire doors, ground pipes and tanks. Furthermore, when a liquid soluble silicate (continuous phase) is impregnated into a laminate or ribbon containing glass fibers (dispersed phase) and its surface is exposed to hot air, the fibers bond to each other and consist of multiple layers. Non-combustible composite structures can be formed. It has been found that such structures can be used as components of filament winding pipes, pressure vessels and tanks for storing or transporting non-flammable or flammable liquids or gases.
【0010】また、ある液状の可溶珪酸塩は粘度が十分
に小さいので、連続繊維のトワイン(twine)や緊密に織
ったガラス織布を構成するヤーンに容易に含浸させるこ
とができる。このような珪酸塩は、発明者が米国特許出
願中の、1992年2月26日付けで出願を受理された
Serial No. 07/838,463の“二重壁複合材料
パイプと結合構造物およびその製造方法ならびに製造装
置”に開示された複合材料構造物を構成する連続相とし
ても使用可能である。該特許出願の開示内容を参考のた
めここに加える。特に、ある低粘度の液状の可溶珪酸塩
は、参考特許出願に記載された、不燃の例えば1,00
0°F(538℃)を超える着火点を示す、複合材料パ
イプの透過性の環状構造物を与える理想的なマトリック
ス材料となる。この可溶珪酸塩マトリックスはカーボン
繊維とともに使用することも可能で、2,000°F
(1,076℃)以上の高温に耐えることの出来る不燃
複合材料構造物が得られる。さらに、ある液状可溶珪酸
塩マトリックス材料を150°F(65℃)以下の温度
で脱水してゆっくり硬化させると繊維強化複合材料構造
物はその繊維強化材の引張強さの相当の部分を保持する
ことも見いだされた。発明者の、1974年1月8日付
けで許可された、米国特許 No.3,784,441“複
合材料構造物”に記述されているようなタイプの複合材
料構造物として構築する場合には、この可溶珪酸塩の使
用により、表面にアークが発生しても炭化した短絡経路
を生じない高引張強さの電気絶縁体の構築が可能にな
る。Further, since a certain liquid soluble silicate has a sufficiently low viscosity, it can be easily impregnated into a continuous fiber twine or a yarn constituting a tightly woven glass cloth. Such a silicate was filed by the inventor on February 26, 1992, which is pending in the US patent.
It can also be used as the continuous phase constituting the composite material structure disclosed in Serial No. 07 / 838,463 "Double-walled composite material pipe and joint structure and its manufacturing method and manufacturing apparatus". The disclosure of the patent application is added here for reference. In particular, certain low-viscosity liquid soluble silicates have been described in the referenced patent application as non-combustible, eg, 100
It is an ideal matrix material that provides a permeable annular structure for composite pipes that exhibits an ignition point above 0 ° F (538 ° C). This soluble silicate matrix can also be used with carbon fibers at 2,000 ° F.
A non-combustible composite material structure capable of withstanding a high temperature (1,076 ° C.) or higher is obtained. Further, when a liquid soluble silicate matrix material is dehydrated and slowly cured at temperatures below 150 ° F (65 ° C), the fiber reinforced composite structure retains a substantial portion of the fiber reinforcement's tensile strength. I was also found to do. When constructed as a composite material structure of the type described in the inventor's U.S. Pat. No. 3,784,441 "Composite Material Structure", granted on Jan. 8, 1974, By using this soluble silicate, it becomes possible to construct a high tensile strength electrical insulator that does not generate a carbonized short circuit path even when an arc is generated on the surface.
【0011】可溶珪酸塩の水溶液を空気に曝すと脱水に
より硬化する。粘度がほぼ10センチストークスのダウ
シリコン200液を液状可溶珪酸塩に添加することによ
り、そのシェルフライフおよび可使用“ポットライフ”
が何ケ月も増加する。この場合主として液状可溶珪酸塩
より成る液状マトリックス混合物の表面に、このシリコ
ン液のオイル状フィルムが浮かび、空気を通さない障壁
となるためである。この空気障壁が脱水を妨げて、硬化
した珪酸塩のフィルムあるいは皮膜の形成を防ぐ。さも
なければ、液状可溶珪酸塩の粘度が変わり、繊維の濡れ
や含浸特性も変化する。When an aqueous solution of a soluble silicate is exposed to air, it hardens by dehydration. By adding Dow Silicon 200 liquid having a viscosity of approximately 10 centistokes to liquid soluble silicate, its shelf life and usable "pot life"
Will increase for months. This is because, in this case, the oil-like film of the silicon liquid floats on the surface of the liquid matrix mixture mainly composed of the liquid soluble silicate and serves as a barrier against air. This air barrier prevents dehydration and prevents the formation of a hardened silicate film or coating. Otherwise, the viscosity of the liquid soluble silicate will change and the wetting and impregnation properties of the fibers will also change.
【0012】強化複合材料に珪酸塩系のマトリックスを
使用する多くの利点には以下のことが含まれる:ガラス
繊維の融点の2倍以上の融点を持つ不燃複合材料の形
成;従来のどの熱硬化性樹脂よりも安い価格まで液状マ
トリックスの価格を低減;完全に無毒な作業環境の提
供;あらゆる液状マトリックス材料廃棄物の処理の簡単
化;無臭で環境汚染の無い、環境的に安全な不燃マトリ
ックス材料の提供;マトリックスコータやマトリックス
を取り扱う装置の単に水を使うだけの迅速且つ簡単な清
掃の実現;混合を必要としない一液マトリックスシステ
ムの使用;乾燥温空気中あるいは室温で硬化するマトリ
ックスの提供。The many advantages of using a silicate-based matrix in a reinforced composite include the following: formation of a non-combustible composite having a melting point greater than twice that of glass fiber; any conventional thermoset. Reduces the price of liquid matrix to a lower price than organic resins; provides a completely non-toxic working environment; simplifies the treatment of all liquid matrix material wastes; odorless, non-polluting, environmentally safe and non-flammable matrix material Providing a quick and easy cleaning of the matrix coater and equipment handling the matrix using just water; using a one-part matrix system that does not require mixing; providing a matrix that cures in dry hot air or at room temperature.
【0013】広い見方からすれば、不燃複合材料構造物
を製作する本発明の方法は次の工程よりなる:金属酸化
物を液状の可溶珪酸塩に混合して不燃液状の連続相を形
成すること、少なくとも本質的に不燃の連続繊維あるい
は不燃の無機物粒子より成る分散相を調製すること、連
続相を分散相に含浸させて複合材料の中間構造体を形成
することおよびこの中間構造体を乾燥させて連続相を硬
化させ、硬化した不燃複合材料を得ること。添加混合ス
テップは、好ましくは、重量比で連続相の約1.0乃至
5%の金属酸化物を液状可溶珪酸塩に加えることよりな
る。この添加ステップにはルチルグレードの酸化チタン
粉末、酸化亜鉛粉末、および/または酸化鉄粉末を液状
可溶珪酸塩に加えることも含められる。液状可溶珪酸塩
は、その粘度が約60乃至400センチポイズ、比重が
約40.0乃至42.2ボーメ(約1.37〜1.41
g/cm3 )、pHが約11.3のものが好ましい。In broad terms, the method of the present invention for making a noncombustible composite structure comprises the steps of: mixing a metal oxide with a liquid soluble silicate to form a noncombustible liquid continuous phase. Preparing a dispersed phase comprising at least essentially non-combustible continuous fibers or non-combustible inorganic particles, impregnating the continuous phase with the dispersed phase to form an intermediate structure of the composite material and drying the intermediate structure. To cure the continuous phase to obtain a cured, non-combustible composite material. The additive mixing step preferably comprises adding about 1.0 to 5% by weight of the continuous phase metal oxide to the liquid soluble silicate. This adding step may also include adding rutile grade titanium oxide powder, zinc oxide powder, and / or iron oxide powder to the liquid soluble silicate. The liquid soluble silicate has a viscosity of about 60 to 400 centipoise and a specific gravity of about 40.0 to 42.2 Baume (about 1.37 to 1.41).
g / cm 3 ) and a pH of about 11.3 are preferred.
【0014】適当な量(例えば、重量比で液状可溶珪酸
塩の5乃至40%、好ましくは10〜40%)のカオリ
ン粘土の粉末を、液状連続相に混合する前に、1種以上
の金属酸化物に添加して、塗装可能な不燃複合材料、あ
るいは所要の粘度およびチキソトロピー性を有するコー
ティング材を得ることが出来る。このような塗装可能な
コーティング材は酸化鉄や金属酸化物を組み合わせて、
着色することが出来る。カオリン(Al2 O3 、2H2
O)は多くの粘土の主要な成分で、そのあるものは石
灰、アルカリ、有機物材料およびその他の不純物を含ん
でいる。液状可溶珪酸塩に混合したとき、粘土は溶解し
ないが、コロイド溶液の状態に保たれる。液状可溶珪酸
塩が硬化したとき、粘土を含有する混合物は硬化して、
粘土は可逆性コロイドの特性を示すので、相当大きな圧
縮強さを示す。A suitable amount (eg, 5 to 40%, preferably 10 to 40% by weight of the liquid soluble silicate) of kaolin clay powder is mixed with one or more prior to mixing with the liquid continuous phase. It can be added to metal oxides to obtain paintable noncombustible composites or coatings with the required viscosity and thixotropy. Such paintable coating materials combine iron oxide and metal oxides,
Can be colored. Kaolin (Al 2 O 3 , 2H 2
O) is a major constituent of many clays, some of which contain lime, alkalis, organic materials and other impurities. When mixed with a liquid soluble silicate, the clay does not dissolve but remains in a colloidal solution. When the liquid soluble silicate hardens, the clay-containing mixture hardens,
Clay exhibits reversible colloidal properties and, therefore, exhibits considerable compressive strength.
【0015】上記の調製ステップでは、体積比で、複合
材料の約30乃至70%のガラスあるいはカーボン繊維
を調製するのが好ましい。ガラス繊維は直径が約3乃至
25ミクロンで、番手で1ポンド当り50乃至675ヤ
ードのEグラスストランドが好ましい。乾燥ステップで
は、前記の複合材料中間構造体を約65〜150°F
(18℃〜66℃)の温度に曝して、連続相の脱水硬化
を促進することが好ましい。熱に曝すステップには、複
合材料中間材料が適当に硬化するまで、その表面に熱風
を吹き付けることも含めることが出来る。In the above preparation step, it is preferable to prepare about 30 to 70% by volume of the composite material of glass or carbon fiber. The glass fibers are preferably about 3 to 25 microns in diameter and 50 to 675 yards of E-glass strand per pound in count. In the drying step, the composite intermediate structure is heated to about 65-150 ° F.
It is preferable to expose to a temperature of (18 ° C to 66 ° C) to accelerate the dehydration hardening of the continuous phase. The step of exposing to heat can also include blowing hot air onto the surface of the composite intermediate material until it is properly cured.
【0016】上に述べたように、製造方法にはまた、液
状可溶珪酸塩より比重の小さい硬化防止剤をその連続相
に添加することを含めることも出来る。好ましい方法
は、添加混合ステップに、液状連続相の表面に、薄い空
気を透過しない層を形成するのに十分な量のシリコン液
の添加を含めることである。好ましいシリコン液は、粘
度が約10乃至100センチストークスのダウ200
(ダウ コーニング社商品名)ポリジメチルシロキサン
シリコン液である。As mentioned above, the method of manufacture can also include adding to the continuous phase an anti-hardening agent having a lower specific gravity than the liquid soluble silicate. A preferred method is to include in the additive mixing step the addition of a sufficient amount of silicone liquid to form a thin, air impermeable layer on the surface of the liquid continuous phase. A preferred silicone fluid is Dow 200 with a viscosity of about 10-100 centistokes.
(Dow Corning Co., Ltd. trade name) Polydimethylsiloxane silicone liquid.
【0017】図1および2は本発明の方法の商品への応
用を図示するもので、複数本の繊維ストランド10を互
いに搦ませて分散相を形成させ、その個々の繊維12に
液状のマトリックス(連続相)11を含浸させる含浸・
浸潤ステップを経て、分散相を形成することを意図する
ものである。図3〜5は、本方法がさらに、マトリック
スを含浸させたトワインストランド13を成形型の上に
配置して第1層14を形成することを意図するものであ
ることを図示している。図6は、乾燥ステップが、好ま
しくはマトリックスを含浸させたストランド13の少な
くともひとつの表面15を約150°F(66℃)の硬
化温度に曝すことを含むものであることを示している。
このことを達成するひとつの方法は、熱風送風機16を
用いて複合材料構造物の表面15に熱空気17を吹き付
け、ストランドを結合するマトリックス形成のための液
状連続相11の脱水、硬化を促進させることである。1 and 2 illustrate the commercial application of the method of the present invention in which a plurality of fiber strands 10 are brought together to form a dispersed phase, the individual fibers 12 of which have a liquid matrix ( Impregnation to impregnate 11)
It is intended to form a dispersed phase through an infiltration step. 3-5 illustrate that the method further contemplates placing matrix-impregnated twine strands 13 on a mold to form first layer 14. FIG. 6 shows that the drying step involves exposing at least one surface 15 of the strand 13, preferably impregnated with the matrix, to a curing temperature of about 150 ° F. (66 ° C.).
One way to achieve this is to blow hot air 17 onto the surface 15 of the composite structure using a hot air blower 16 to accelerate the dehydration and hardening of the liquid continuous phase 11 to form the matrix that binds the strands. That is.
【0018】本方法の範囲には、上記の繊維ストランド
の搦め、マトリックスの含浸ステップを繰り返して、マ
トリックスを含浸させたトワインストランド13による
第2層18を形成し、第1層14の上に第2層18を配
置して、図3、4および5に示すような複数層の複合材
料構造物19を形成することが含まれる。これらの図に
示すように、配置ステップには、第2層18を第1層1
4を横切るように配置して、第1層と第2層のストラン
ドを互いに2方向に向けることが含まれる。さらに好ま
しくは、配置ステップが、第1層および第2層の繊維ス
トランドを、互いに少なくとも近似的に直角方向に向け
ることより成る。Within the scope of the present method, the steps of replenishing the fiber strands and impregnating the matrix as described above are repeated to form a second layer 18 of Twain strands 13 impregnated with the matrix, over the first layer 14. Disposing the second layer 18 to form a multi-layer composite structure 19 as shown in FIGS. 3, 4 and 5. As shown in these figures, the second step 18 includes the first layer 1 in the placement step.
Arranged across 4 and orienting the strands of the first and second layers in two directions relative to each other. More preferably, the disposing step comprises orienting the fiber strands of the first and second layers at least approximately perpendicular to each other.
【0019】本発明における液状可溶珪酸塩と金属酸化
物を主体とする液状組成物は、複合材料マトリックスと
して、通常のガラス繊維その他の適当な材料の耐熱性を
相当程度に増強することの出来る、安全、不燃、無毒、
無臭そして低粘度の無機連続相を与えるものである。こ
の組成物は換気の必要無しに刷毛、ローラーあるいはス
プレー装置で塗布出来る。この組成物は、耐火性の複合
材料パイプあるいはタンク構造を製作するためのフィラ
メントワインディング用マトリックスとして用いること
が出来る。連続繊維強化材あるいは織布強化材と組み合
わせて、圧縮成形、引抜成形が可能で、あるいは積層成
形のマトリックスとして用いることが出来る。発泡パー
ライトあるいはバーミキュライトと組み合わせて、不燃
複合材料断熱材の連続相結合用マトリックスとに使うこ
とが出来る。微粉砕した粘土、岩石あるいは砂の粒子と
組み合わせて、塗布出来る耐火性、不燃の複合材料コー
ティング材の硬化可能の液状マトリックスとして使用す
ることが出来る。The liquid composition mainly composed of the liquid soluble silicate and the metal oxide in the present invention can considerably enhance the heat resistance of ordinary glass fiber and other suitable materials as a composite material matrix. Safe, non-combustible, non-toxic,
It gives an odorless and low viscosity inorganic continuous phase. The composition can be applied with a brush, roller or spray device without the need for ventilation. The composition can be used as a filament winding matrix for making refractory composite pipe or tank structures. In combination with continuous fiber reinforcement or woven fabric reinforcement, compression molding, pultrusion molding is possible, or it can be used as a matrix for laminated molding. It can be used in combination with expanded perlite or vermiculite as a matrix for continuous phase bonding of noncombustible composite insulation. It can be used in combination with finely divided clay, rock or sand particles as a hardenable liquid matrix of a coatable refractory, non-combustible composite coating.
【0020】この発明の液状組成物は、標準的なプラス
チック製の容器で出荷、貯蔵が出来る。この組成物は覆
いを掛けて150°F(66℃)以下で貯蔵すれば、少
なくとも5年のシェルフライフを持つ。この組成物は発
煙のない、不燃の航空機内装用の複合材料構造物や火に
曝しても煙あるいは有毒ガスを発生しない屋内構造物お
よび家具の製作に用いることが出来る。この発明の不燃
複合材料はスチレンモノマ、石油系の液体、未硬化のポ
リエステルおよびエポキシプラスチックスおよびメチレ
ンクロライドのような無極性溶剤による劣化が無い。本
発明の不燃複合材料が、水、酸類、アルコール類あるい
は食品と連続的に接触し続けることが予想される場合に
は、特定のシンタクチックフォーム断熱材を除いては、
不透過性の耐水性のコーティングあるいは構造で包まな
ければならない。The liquid composition of this invention can be shipped and stored in standard plastic containers. The composition has a shelf life of at least 5 years when covered and stored below 150 ° F (66 ° C). The composition can be used for the production of smoke-free, non-combustible composite material structures for aircraft interiors and interior structures and furniture which do not emit smoke or toxic gases when exposed to fire. The non-combustible composite material of this invention is not degraded by non-polar solvents such as styrene monomers, petroleum-based liquids, uncured polyester and epoxy plastics and methylene chloride. If the non-combustible composite material of the present invention is expected to continue to be in continuous contact with water, acids, alcohols or foods, except for the specific syntactic foam insulation,
It must be wrapped in an impermeable, water resistant coating or structure.
【0021】この組成物のマトリックスとして使用する
複合材料構造物の他の工業的応用には以下のものも含ま
れる:外面を電弧が走った時に経路が炭化せず、高抗張
力で脆さのない電気絶縁物;少なくとも2000°F
(1093℃)に耐え、なお構造的な耐力を残している
耐火物断熱材の収納構造物;溶融金属を容れる鋳型;銃
身、追撃砲やバズーカミサイルの発射筒、ロケットブー
スターのケース、固体燃料ロケットのノズルなどに用い
られるような不燃のカーボン繊維複合材料;その他。Other industrial applications of the composite structure used as a matrix for this composition also include the following: the path does not carbonize when an electric arc runs on the outer surface, high tensile strength and brittle. Electrical insulation; at least 2000 ° F
Storage structure of refractory insulation that withstands (1093 ° C) and still retains structural strength; mold containing molten metal; barrel, chase for guns and bazooka missiles, rocket booster case, solid fuel rocket Non-combustible carbon fiber composite materials such as those used for nozzles, etc .; Others.
【0022】[0022]
【実施例】以下実施例により本発明をさらに具体的に説
明する。 (実施例1)図1〜6に示すような、ガラス繊維強化材
10から成る分散相を含んで各種の不燃複合材料構造物
を形成した。その際、分散相に硬化可能な液状マトリッ
クス11から成る連続相を含浸させた。連続相の重量組
成は以下の通りであり、この連続相を分散相と連続相の
合計量が100部となるように含浸させた。 20.0部の液状可溶珪酸塩 その粘度は100センチポイズ、密度は1.37g/c
m3 (40.0ボーメ)、pHは11.3である。( P
Q Corporation のIndustrial Chemicals Division 製の
商品名“ PQ soluble silicate "、製品名“珪酸曹達
溶液E”)、 1.0部のルチル(金紅石)グレードの酸化チタン粉末 (商品名 " Tioxide " ) 0.02部のポリジメチルシロキサン その粘度は10センチストークス。( Dow Corning Cor
porationの商品名“ Dow Corning 200 Fuluid " ) ガラス繊維強化材に液状マトリックスを含浸させるステ
ップに続いて、この複合材料構造物の表面を相対湿度が
80%以下、温度が約75°F(23℃)の空気中に曝
して硬化させた。この成形手順により厚さが0.020
〜0.080インチ(0.5〜2.0mm)のガラス繊
維の織布を用いて不燃複合材料パネルを製作した。The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. (Example 1) As shown in FIGS. 1 to 6, various incombustible composite material structures were formed by including a dispersed phase composed of the glass fiber reinforcing material 10. At that time, the dispersed phase was impregnated with a continuous phase composed of a curable liquid matrix 11. The weight composition of the continuous phase was as follows, and the continuous phase was impregnated so that the total amount of the dispersed phase and the continuous phase was 100 parts. 20.0 parts of liquid soluble silicate, its viscosity is 100 centipoise, density is 1.37 g / c
m 3 (40.0 Baume), pH 11.3. (P
Product name “PQ soluble silicate” manufactured by Industrial Chemicals Division of Q Corporation, product name “Soda silicate”
Solution E "), 1.0 part rutile grade titanium oxide powder (trade name" Tioxide ") 0.02 part polydimethylsiloxane, whose viscosity is 10 centistokes. (Dow Corning Cor
Poration's trade name "Dow Corning 200 Fuluid") Following the step of impregnating the glass fiber reinforcement with the liquid matrix, the surface of the composite structure is exposed to less than 80% relative humidity and a temperature of about 75 ° F (23 ° C). ) And exposed to the air to cure. This molding procedure results in a thickness of 0.020
A non-combustible composite panel was made using ˜0.080 inch (0.5-2.0 mm) woven glass fiber fabric.
【0023】(実施例2)図6に示されているのと同様
の手順で不燃パイプ構造を製作した。ガラスの連続繊維
ロービングのストランド10を内取りパッケージ20か
ら引き出し、ストランドガイド21を通して、未だ非含
浸の該ストランド22を、さらにストランドガイド23
を通して、そのほぼ半数を液状マトリックス11を満た
したコータパン24に導き、そこで該ストランドに液状
マトリックスを含浸させた。液状マトリックスは上記の
実施例1と同じものを同じ比率で使用した。さらに該ス
トランドをコータ含浸棒25の下をくぐらせ、非含浸の
ままの前記ストランドと合わせて、リボン形成、スクイ
ズ棒26および27の間を通し、さらにリボン幅コント
ロール棒28の下を経て、形成されたリボン30を成形
表面の上に導き積層した。成形表面に積層するに先立
ち、ストランドリボン30を、加熱空気の出口温度をほ
ぼ450°F(196.7℃)とした熱風送風機16の
前を通過させ、リボンの上下面を熱空気に短時間曝すよ
うにした。リボンの表面温度は、液状マトリックスが沸
騰したり、あるいはあまり早く脱水しないように、15
0°F(65.6℃)を超えないようにした。ストラン
ドリボン30の厚さはほぼ0.020インチ(0.5m
m)とした。複合材料シリンダの厚さを約0.20イン
チ(5mm)にする為に、ストランドリボンを10層積
層した。液状マトリックス組成物の脱水、硬化に熱風送
風機を使うことによって、複層複合材料は、成形、加工
の直後において、充分に硬化し、円筒状の成形型表面か
ら離型することが出来た。(Example 2) A non-combustible pipe structure was manufactured by the same procedure as shown in FIG. The strand 10 of glass continuous fiber roving is pulled out from the internal package 20 and passed through the strand guide 21 to pass the strand 22 which is not yet impregnated and further to the strand guide 23.
Of the liquid matrix 11 into the coater pan 24, where the strands were impregnated with the liquid matrix. The liquid matrix used was the same as in Example 1 above in the same proportions. Further, the strand is passed under the coater-impregnated rod 25, combined with the strand which is not impregnated, and passed through the ribbon forming and squeeze rods 26 and 27, and further under the ribbon width control rod 28 to be formed. The formed ribbon 30 was guided and laminated on the molding surface. Prior to being laminated on the molding surface, the strand ribbon 30 is passed in front of the hot air blower 16 in which the outlet temperature of heated air is approximately 450 ° F (196.7 ° C), and the upper and lower surfaces of the ribbon are exposed to hot air for a short time. I was exposed. The surface temperature of the ribbon is 15 so that the liquid matrix does not boil or dehydrate too quickly.
Do not exceed 0 ° F (65.6 ° C). The thickness of the strand ribbon 30 is approximately 0.020 inch (0.5 m).
m). Ten layers of strand ribbon were laminated to give a composite cylinder thickness of about 0.20 inches (5 mm). By using a hot air blower to dehydrate and cure the liquid matrix composition, the multilayer composite material was sufficiently cured immediately after molding and processing, and could be released from the surface of the cylindrical mold.
【0024】(実施例3)分散相として発泡パーライ
ト、液状連続相として以下に示す重量組成の混合物を使
用して、不燃複合材料シンタクチックフォーム構造物を
製作した。 20.0部の液状可溶珪酸塩 その粘度は100センチポイズ、密度は1.37g/c
m3 (40.0ボーメ)、pHは11.3である。( P
Q Corporation のIndustrial Chemicals Division 製の
商品名“ PQ soluble silicate "、製品名“珪酸曹達
溶液E”)、 1.0部の酸化亜鉛粉末( Dow Corning Corporationの
商品名“ Dow Corning 200 Fuluid " ) この例では、不燃シンタクチックフォーム材に用いる好
ましい発泡パーライトとして、“粗大農業用グレード非
被覆”のものを使用した。この乾燥パーライトを液状マ
トリックスに加え、適当な混合機で均一なパン種状にな
るまで混合した。この混合物を型に流し込み、275°
F(135℃)に加熱した炉内に置いた。少なくとも2
50°F(121℃)に加熱した空気中に2時間置く
と、その複合材マトリックスが硬化して、水中に何日も
浸漬しても、溶けたりばらばらになったりすることのな
い不燃シンタクチックフォームが得られた。この不燃複
合材料断熱材は屋根葺き板の製作、炉の塗り籠め、蒸気
管の製作に用いることが出来るが、またガラス繊維製の
ガス輸送や空気調節用のダクトの遮音や防火にも使用す
ることができる。合板やガラス繊維パネルの間に挟め
ば、防火壁や防火ドアにも用いることが出来る。Example 3 A non-combustible composite syntactic foam structure was produced using expanded perlite as the dispersed phase and a mixture having the following weight composition as the liquid continuous phase. 20.0 parts of liquid soluble silicate, its viscosity is 100 centipoise, density is 1.37 g / c
m 3 (40.0 Baume), pH 11.3. (P
Product name “PQ soluble silicate” manufactured by Industrial Chemicals Division of Q Corporation, product name “Soda silicate”
Solution E "), 1.0 part zinc oxide powder (trade name" Dow Corning 200 Fuluid "by Dow Corning Corporation) In this example, the preferred expanded perlite for use in non-combustible syntactic foam materials is" coarse agricultural grade uncoated ". The dry perlite was added to the liquid matrix and mixed in a suitable mixer until uniform bread seeds were formed. The mixture was cast into a mold and 275 °.
It was placed in a furnace heated to F (135 ° C). At least 2
Non-combustible syntactic that does not melt or disintegrate even after soaking in water for many days when placed in air heated to 50 ° F (121 ° C) for 2 hours. A foam was obtained. This non-combustible composite insulation can be used to make roofing boards, furnace fillings, steam pipes, but also for sound insulation and fire protection of glass fiber gas transport and air conditioning ducts. can do. When sandwiched between plywood and glass fiber panels, it can also be used for fire walls and fire doors.
【0025】(実施例4)粘土粉を分散相に、以下の重
量組成の混合物を連続相に用いて、白色の塗布可能な不
燃複合材料構造物あるいはコーティング材を製造した。 14.0部の液状可溶珪酸塩 その粘度は100センチポイズ、密度は1.37g/c
m3 (40.0ボーメ)、pHは11.3である。( P
Q Corporation のIndustrial Chemicals Division 製の
商品名“ PQ soluble silicate "、製品名“珪酸曹達
溶液E”)、 1.0部のルチル(金紅石)グレードの酸化チタン粉末
(商品名 " Tioxide " ) 0.02部のポリジメチルシロキサン その粘度は10センチストークス。( Dow Corning Cor
porationの商品名“ Dow Corning 200 Fuluid " ) この複合塗装材の分散相は200マイクロインチの粒度
のカオリン粘土(JohnK. Bice Co.製の商品名“ Thiele
RC 32 " )から成っている。重量比で約4.0部の乾
燥した分散相を15.02部の液状連続相に加え、充分
に混合した。得られた白色の液状組成物を種々の清浄な
木材の表面に塗り、ブタンガスのトーチの2000°F
(1093℃)の炎に対して、木材表面を発火から守る
白色の下塗り塗装を得た。この不燃下塗り塗装は加熱に
よって膨れ、そのことによって、木材の表面の耐炎性を
改善することが認められた。この不燃下塗り塗装はまた
その上を塗装することが可能で、多くの屋内および屋外
用の水性アルキッド塗料と親和性のあることが認められ
た。Example 4 A white coatable noncombustible composite material structure or coating material was produced by using clay powder as a dispersed phase and a mixture having the following weight composition as a continuous phase. 14.0 parts of liquid soluble silicate, its viscosity is 100 centipoise, its density is 1.37 g / c
m 3 (40.0 Baume), pH 11.3. (P
Product name “PQ soluble silicate” manufactured by Industrial Chemicals Division of Q Corporation, product name “Soda silicate”
Solution E "), 1.0 part rutile grade titanium oxide powder (trade name" Tioxide ") 0.02 part polydimethylsiloxane, the viscosity of which is 10 centistokes. (Dow Corning Cor)
Poration's trade name "Dow Corning 200 Fuluid") The dispersed phase of this composite coating material is kaolin clay with a particle size of 200 micro inches (trade name "Thiele manufactured by John K. Bice Co.
RC 32 "). About 4.0 parts by weight of the dry dispersed phase was added to 15.02 parts of the liquid continuous phase and mixed well. 2000 ° F of butane gas torch applied on clean wood surface
A white undercoat was obtained which protected the wood surface from ignition against a (1093 ° C) flame. It has been found that this non-combustible basecoat swells upon heating, which improves the flame resistance of the wood surface. This non-combustible basecoat is also paintable over it and has been found to be compatible with many indoor and outdoor waterborne alkyd paints.
【0026】[0026]
【発明の効果】本発明の不燃複合材料構造物は、ガラス
繊維の融点の2倍以上の高い融点を有しており、従来の
有機樹脂系のマトリックスを使用した材料のように熱に
より煙や有毒ガスを発生することがなく、各種構造材
料、断熱材等に有用な材料である。また、本発明の方法
によれば原材料として無毒、無臭で環境汚染のない材料
を使用しているので製造作業が安全かつ容易であり、使
用器具装置の洗浄も容易である。さらに原料組成によっ
ては室温で硬化させることもできるという大きな利点が
ある。このような材料は従来なかったものであり、その
工業的利用価値は極めて高いものである。INDUSTRIAL APPLICABILITY The noncombustible composite material structure of the present invention has a melting point that is at least twice as high as the melting point of glass fiber. It is a material that does not generate toxic gas and is useful as various structural materials and heat insulating materials. Further, according to the method of the present invention, since non-toxic, odorless and environmentally-unfriendly materials are used as raw materials, the manufacturing work is safe and easy, and the equipment used is easily washed. Further, there is a great advantage that it can be cured at room temperature depending on the composition of raw materials. Such a material has never been used before, and its industrial utility value is extremely high.
【図1】硬化させることの出来る液状連続相を含浸させ
て、不燃複合材料構造物の分散相に用いられた、複数の
トワイン繊維ストランドを示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a plurality of Twain fiber strands impregnated with a curable liquid continuous phase and used as the dispersed phase of a non-combustible composite structure.
【図2】長さ方向に柔軟な中心構造を備えた複数のトワ
イン繊維ストランドを示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a plurality of Twain fiber strands with a longitudinally flexible center structure.
【図3】多層積層パイプに成形した不燃複合材料構造物
の、部分的に断面を示す等角投影図である。FIG. 3 is an isometric view showing a partial cross-section of a non-combustible composite material structure formed into a multi-layer laminated pipe.
【図4】ひと組の複合材料パイプの隣合う端部を機械的
に結合する結合構造を示す概略断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a joining structure for mechanically joining adjacent ends of a set of composite material pipes.
【図5】図4の結合構造における、長さ方向に配向さ
せ、マトリックスを含浸させたトワインストランドを部
分的に示す、拡大した等角投影図である。5 is an enlarged isometric view partially showing the longitudinally oriented, matrix-impregnated twine strands of the bonded structure of FIG. 4. FIG.
【図6】図4の結合構造を構成する、周方向に配向させ
てマトリックスを含浸させたトワインストランドを成形
し、硬化させる装置を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing an apparatus for forming and curing the twine strands that are oriented in the circumferential direction and impregnated with the matrix, which constitutes the bonding structure of FIG.
10.繊維ストランド 11.マトリックス(連続相) 12.繊維 13.トワインストランド 14.第1層 15.表面 16.熱風送風機 17.熱空気 18.第2層 19.複合材料構造物 20.パッケージ 21、23.ストランドガイド 22.ストランド 24.コータパン 25.コータ含浸棒 26、27.リボン形成スクイズ棒 28.リボン幅コントロール棒 30.リボン 10. Fiber strand 11. Matrix (continuous phase) 12. Fiber 13. Twain Strand 14. First layer 15. Surface 16. Hot air blower 17. Hot air 18. Second layer 19. Composite material structure 20. Package 21, 23. Strand guide 22. Strand 24. Coater bread 25. Coater impregnated rod 26, 27. Ribbon forming squeeze bar 28. Ribbon width control rod 30. ribbon
Claims (32)
合して、不燃の液状連続相を形成するステップ、少なく
とも本質的に不燃連続繊維あるいは不燃無機粒子より成
る分散相を調製するステップ、該分散相に前記液状連続
相を含浸・浸潤させて複合材料の中間構造体を形成する
ステップおよび該中間構造体を乾燥して前記の連続相を
硬化させ、硬化した不燃の複合材料構造を形成するステ
ップより成ることを特徴とする不燃複合材料構造物の製
造方法。1. A step of adding and mixing a metal oxide and a liquid soluble silicate to form an incombustible liquid continuous phase, a disperse phase comprising at least essentially incombustible continuous fibers or incombustible inorganic particles. A step of impregnating and infiltrating the dispersed continuous phase with the liquid continuous phase to form an intermediate structure of a composite material, and drying the intermediate structure to cure the continuous phase to form a hardened non-combustible composite material structure. A method of manufacturing a non-combustible composite material structure comprising the steps of forming.
記連続相の1〜10%の、粉末状の前記金属酸化物を、
前記液状可溶珪酸塩に添加することより成ることを特徴
とする請求項1記載の製造方法。2. The step of adding and mixing comprises adding 1 to 10% by weight of the continuous phase of the powdered metal oxide.
2. The method according to claim 1, further comprising adding to the liquid soluble silicate.
のルチル(金紅石)グレードの酸化チタンを前記液状可
溶珪酸塩に添加することより成ることを特徴とする請求
項2記載の製造方法。3. The method according to claim 2, wherein the step of adding the metal oxide comprises adding powdery rutile (titanium oxide) grade titanium oxide to the liquid soluble silicate. .
くとも本質的に約5ミクロンより小さい不燃無機粒子か
ら成る分散相を調製することより成ることを特徴とする
請求項1記載の製造方法。4. The method of claim 1 wherein the step of preparing the dispersed phase comprises preparing the dispersed phase at least essentially consisting of incombustible inorganic particles smaller than about 5 microns.
鉄粉末を前記液状可溶珪酸塩に添加することより成るこ
とを特徴とする請求項2記載の製造方法。5. The method according to claim 2, wherein the step of adding the metal oxide comprises adding iron oxide powder to the liquid soluble silicate.
3、粘度が約60乃至400センチポイズの範囲にある
液状可溶珪酸塩であることを特徴とする請求項1記載の
製造方法。6. The liquid soluble silicate has a pH of about 11.
3. The method according to claim 1, which is a liquid soluble silicate having a viscosity in the range of about 60 to 400 centipoise.
2 Oの重量比が2〜4で、68°F(20℃)における
比重が40〜42.2ボーメ(1.37〜1.41g/
cm3 )の珪酸曹達の水溶液より成る液状可溶珪酸塩で
あることを特徴とする請求項1記載の製造方法。7. The liquid soluble silicate is SiO 2 / Na
The weight ratio of 2 O is 2 to 4, and the specific gravity at 68 ° F (20 ° C) is 40 to 42.2 Baume (1.37 to 1.41 g /
2. The method according to claim 1, which is a liquid soluble silicate composed of an aqueous solution of sodium silicate of cm 3 ).
前記連続相の1〜10%の酸化亜鉛を前記液状可溶珪酸
塩に添加することより成ることを特徴とする請求項2記
載の製造方法。8. The method of claim 2, wherein the step of adding and mixing comprises adding 1 to 10% by weight of zinc oxide of the continuous phase to the liquid soluble silicate. Production method.
で、前記複合材料構造の30〜70%に当る量の、ガラ
ス、カーボンあるいは玄武岩の繊維から成る分散相を調
製することより成ることを特徴とする請求項1記載の製
造方法。9. The disperse phase preparing step comprises preparing a disperse phase of glass, carbon or basalt fibers in an amount by volume of 30 to 70% of the composite structure. The manufacturing method according to claim 1, wherein:
の直径が約4〜25ミクロンであるガラス繊維より成る
分散相を調製することより成ることを特徴とする請求項
9記載の製造方法。10. The method of claim 9, wherein the step of preparing the dispersed phase comprises preparing the dispersed phase of glass fibers having individual diameters of about 4 to 25 microns.
当りの長さが1ポンド当り約50〜675ヤード(約7
30〜9900テックス)のストランドにしたガラス繊
維を調製することより成ることを特徴とする請求項10
記載の製造方法。11. The step of preparing the dispersed phase comprises about 50 to 675 yards per pound in length per weight.
30-9900 tex) strands of glass fiber.
The manufacturing method described.
無機粒子より成る分散相を調製することより成ることを
特徴とする請求項1記載の製造方法。12. The method according to claim 1, wherein the step of preparing the dispersed phase comprises preparing a dispersed phase composed of noncombustible inorganic particles.
パーライトまたは発泡バーミキュライトの粒子より成る
分散相を調製することより成ることを特徴とする請求項
12記載の製造方法。13. The method of claim 12, wherein the step of preparing the dispersed phase comprises preparing a dispersed phase comprising particles of expanded perlite or expanded vermiculite.
料中間構造体を、温度が約250〜275°F(12
1.1〜135℃)で、相対湿度が約90%以下の空気
に曝すことより成ることを特徴とする請求項1記載の製
造方法。14. The step of drying the composite intermediate structure at a temperature of about 250-275 ° F. (12).
The method according to claim 1, which comprises exposing to air having a relative humidity of about 90% or less at 1.1 to 135 ° C).
料中間構造体の濡れた表面を熱風に曝して、その中間構
造体の表面のマトリックスの温度を、少なくともほぼ1
00〜150°F(38〜66℃)にすることより成る
ことを特徴とする請求項1記載の製造方法。15. The drying step comprises exposing the wetted surface of the composite intermediate structure to hot air to bring the temperature of the matrix on the surface of the intermediate structure to at least about 1.
The manufacturing method according to claim 1, wherein the temperature is set to 0 to 150 ° F (38 to 66 ° C).
複合材料中間構造体の両面に熱風を吹き付けることより
成ることを特徴とする請求項15記載の製造方法。16. The method according to claim 15, wherein the exposing (drying) step comprises blowing hot air onto both surfaces of the composite intermediate structure.
重量比で前記液状可溶珪酸塩の10〜40%に当る、粒
度が約200ミクロンのカオリン粘土粉末を、前記液状
連続相に添加することより成ることを特徴とする請求項
2記載の製造方法。17. The step of adding and mixing as described above, further comprising:
A process according to claim 2, characterized in that kaolin clay powder having a particle size of about 200 microns, which corresponds to 10 to 40% by weight of the liquid soluble silicate, is added to the liquid continuous phase. .
状連続相に、前記液状可溶珪酸塩より比重の小さい、表
面硬化禁止剤を添加することより成ることを特徴とする
請求項1記載の製造方法。18. The method according to claim 1, wherein the step of adding and mixing comprises adding a surface hardening inhibitor having a specific gravity smaller than that of the liquid soluble silicate to the liquid continuous phase. Production method.
状連続相に、前記液状連続相の表面に空気不透過性の皮
膜を形成するのに充分な量の、粘度が約10センチスト
ークスのポリジメチルシロキサンシリコン液を添加する
ことより成ることを特徴とする請求項18記載の製造方
法。19. The step of adding and mixing comprises adding to said liquid continuous phase an amount of a polymer having a viscosity of about 10 centistokes sufficient to form an air impermeable coating on the surface of said liquid continuous phase. 19. The manufacturing method according to claim 18, further comprising adding a dimethylsiloxane silicon liquid.
続相を形成する複数本の繊維ストランドの調製であり、
また前記の含浸・浸潤ステップが、前記複数本の繊維ス
トランドに前記液状連続相を含浸させることより成るこ
とを特徴とする請求項1記載の製造方法。20. The step of preparing a dispersed phase is the preparation of a plurality of fiber strands forming a discontinuous phase,
The manufacturing method according to claim 1, wherein the impregnating / infiltrating step comprises impregnating the plurality of fiber strands with the liquid continuous phase.
に、前記の含浸・浸潤のステップに先立ち、少なくとも
3本の前記の繊維ストランドを互いに搦めて、前記の不
連続相を含む含浸トワインストランドを形成することを
特徴とする不燃複合材料構造物の製造方法。21. The manufacturing method according to claim 20, further comprising, prior to the step of impregnating / infiltrating, at least three of the fiber strands are brought together to obtain an impregnated Twain strand containing the discontinuous phase. A method for manufacturing a non-combustible composite material structure, which comprises forming the same.
さらに、前記の含浸トワインストランドを約0.5mm
の厚さの平たいリボンに成形することを特徴とする不燃
複合材料構造物の製造方法。22. The manufacturing method according to claim 21, wherein
Furthermore, the impregnated Twain strand is about 0.5 mm.
A method for producing a non-combustible composite material structure, which comprises forming a flat ribbon having a thickness of 1.
さらに、前記の含浸トワインストランドを、直径が約
0.5〜12mmのコードに成形することを特徴とする
不燃複合材料構造物の製造方法。23. The manufacturing method according to claim 21,
Further, the impregnated twine strand is formed into a cord having a diameter of about 0.5 to 12 mm, which is a method for producing a non-combustible composite material structure.
さらに、前記の含浸トワインストランドを成形面に配置
して、第1層を形成することを特徴とする不燃複合材料
構造物の製造方法。24. The manufacturing method according to claim 21, wherein
Furthermore, the impregnated twine strands are arranged on a molding surface to form a first layer, which is a method for producing a non-combustible composite material structure.
ワインストランドの表面を少なくともほぼ65〜150
°F(18〜65℃)の温度にして、前記の液状連続相
を硬化させ、このマトリックスによる前記のストランド
の結合を生成させることより成ることを特徴とする請求
項24記載の製造方法。25. The step of drying comprises subjecting the surface of the impregnated twine strands to at least about 65-150.
25. The method of claim 24, which comprises heating to a temperature of ° F (18-65 ° C) to cure the liquid continuous phase and form a bond of the strands with the matrix.
らに、前記のトワイン化、含浸・浸潤の各ステップを繰
り返して、前記の第1層の上に第2層を積層成形し、複
数層の複合材料構造を形成することを特徴とする不燃複
合材料構造物の製造方法。26. The manufacturing method according to claim 24, further comprising repeating the above-mentioned steps of tweening, impregnation and infiltration to laminate-form a second layer on the first layer to form a composite of a plurality of layers. A method for manufacturing a non-combustible composite material structure, which comprises forming a material structure.
1層を横切って前記第2層を配置して、前記第1層と第
2層のストランドを互いに2方向に配向させることより
成ることを特徴とする請求項26記載の製造方法。27. The laminating step comprises disposing the second layer across the first layer and orienting the strands of the first and second layers in two directions relative to each other. 27. The manufacturing method according to claim 26.
第1および第2層のストランドを互いに少なくともほぼ
直交させることより成ることを特徴とする請求項27記
載の製造方法。28. The method of claim 27, wherein the step of laminating comprises making the strands of the first and second layers at least substantially orthogonal to each other.
製造方法に従って製造した不燃複合材料構造物。29. A noncombustible composite material structure manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 28.
造した不燃の不溶性シンタクチックフォーム断熱材。30. An incombustible, insoluble syntactic foam insulation produced according to the method of claim 14.
した液状の不燃の塗装コーティング材。31. A liquid non-combustible paint coating material produced according to the production method of claim 4.
した不燃の上塗り可能な塗装被覆としての不燃複合材料
構造物。32. A non-combustible composite structure as a non-combustible overcoatable coating produced according to the method of claim 4.
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