NO154998B - Fibroest komposittmateriale av lagmineralpartikler og ikke-brennbare fibre, fremgangsmaate til fremstilling, og anvendelse av materialet. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår et fibrøst komposittmateriale i ark-, plate eller blokkform for isolasjons- og brannbeskyttelsesformål, hvilket materiale hovedsakelig består av vermikulitt-lameller og glassfibre, samt en fremgangsmåte til fremstilling av komposittmateriale.

Fibre og fibrøse materialer laget av disse blir notorisk lett skadet eller ødelagt av ild. Fibre, både naturlige og syntetiske, som omfatter organiske materialer, f.eks. ull-, bomull-, rayon-, celluloseacetat-, polyester-, polyamid- og lignocellulose-fibre er vanligvis lett antennelige. Fibre som omfatter uorganiske materialer, f.eks. glassfibre, er ikke brennbare, men har vanligvis lavt smeltepunkt, slik at de smelter i en brannsituasjon. Begge typer fibre yter liten eller ingen motstand mot spredning av en brann og er ikke flammehemmende. Uorganiske fibre med høyere smeltepunkt,

f.eks. de såkalte keramiske fibre, så som aluminosilikat-

fibre, mineralull- og polykrystallinske aluminiumoksyd-fibre,

er meget mer resistente mot brann, men er i alminnelighet altfor dyre for de fleste tilfeller hvor fibre brukes i praksis.

Det ville tydeligvis være fordelaktig, f.eks. i tekstil-, møbel- og byggeindustrien, hvis fibre, og særlig de mindre dyre, lavtsmeltende uorganiske fibre, kunne oppgraderes slik at deres egenskaper ved brann, som brann-motstandsevne og flamme-hemning, ble forbedret, og tallrike behandlingsmetoder har vært foreslått for oppnåelse av dette ønskelige resultat, slik som belegning av fibrene med materiale som er brann-motstandsdyktig eller innleiring av fibrene i et slikt materiale, eller inkorporering av et brann-motstandsdyktig materiale i fiber-strukturen. Hittil er det ikke oppnådd noen tilfredsstillende løsning på problemet; spesielt er det ikke funnet noen løsning som kombinerer tilfredsstillende egenskaper ved brann med akseptable omkostninger samtidig som man beholder fibrenes fleksible egenskaper, og derved de fleksible egenskaper hos materialet laget av disse.

Det fibrøse komposittmateriale og fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er angitt i kravene, og det vises til disse.

Med betegnelsen "vermikulitt" menes alle materialer som er mineralogisk og kommersielt kjent som vermikulitt, inkludert klor itt-vermikul ittene •..

Med betegnelsen "lameller av vermikulitt" menes i det foreliggende ørsmå partikler av lagmineralet dannet ved kjemisk delaminering av lagmineralet til partikler eller små plater med en tykkelse av mindre enn 0,5 pm, vanligvis mindre enn 0,05 pm og fortrinnsvis mindre enn 0,005 pm, og med et sideforhold (lenge eller bredde dividert med tykkelsen) på minst 10, fortrinnsvis minst 100 og spesielt minst 1000, eksempelvis 10.000.

De fibrøse komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen kan være av mange forskjellige former, f.eks. kan lamellene være til stede i kompositten som et belegg på de individuelle fibrene i kompositten eller som et lag i hvilket fibrene er innleiret, og fibrene kan gjerne være i form av et vevet tekstil, en filt eller lignende. Eksempelvis kan komposittmaterialet være i form av et lag eller matte av fibre som er bundet sammen ved hjelp av lameller, og et slikt komposittmateriale utgjør en foretrukken utførelsesform. En annen fordelaktig utførelsesform er fibrøse blokker omfattende en masse av fibre sementert sammen i sine kontaktpunkter ved hjelp av vermikulittlameller og fortrinnsvis også belagt individuelt eller i grupper med lamellene. Fibrene kan være uregelmessig orientert helt gjennom blokken for å danne en blokk som er lett i vekt, som har en åpen, tredimensjonal struktur og som oppviser gode varme- og lydisolasjons-egenskaper.

Komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen kan selvsagt sammenstilles og eventuelt forbindes med hverandre ved f.eks. liming. Som "lim" anvendes da fortrinnsvis (men ikke nødvendig-vis) et tykkere eller tynnere lag av vermikulittlameller. Eksempelvis kan varmeresistente plater til bruk på kjøkkenbenker lages av komposittmaterialet ifølge oppfinnelsen.

Det vil forstås at de ovennevnte produktformer omfattende et lag av fibre kan dannes til en flerlags-struktur, og at fiberlagene kan være en vevet, strikket, nålstukket, filtet eller på annen måte sammensatt struktur. Videre vil det forstås at i enhver av produktformene for det fibrøse komposittmateriale kan fibrene være gjennomgående (filamentære) eller usammenhengende (staplet) eller agglomerater av fibre så som glassull eller glassfiber-strimler.

Vektmengden av lameller som tilføres massen av fibrøst materiale kan variere innenfor vide grenser, avhengig av f.eks. brann/temperatur-kapasiteten som kompositten må ha, den ønskede fleksibilitet for kompositten, den fordrede grad av struktur-helhet for kompositten før og etter at den er blitt utsatt for ild. I alminnelighet vil en øket mengde av lameller på det fibrøse materiale øke fibrenes brannherdighet og de termiske forhold kompositten vil kunne motstå. Vi har imidlertid observert at vanligvis er meget tynne lamell-lag, f.eks. med mindre enn 1 pm tykkelse, alt som kreves for å forbedre fibrenes brannegenskaper og høytemperatur-egenskaper. Det skal bare anføres som en rett-ledning at mengden av lameller på komposittens fibre vanligvis vil være fra 0,05 til 100 vekt%, spesielt fra 0,1 til 20 vekt% av fibrenes vekt. Mengder av lameller større enn disse kan brukes, og kompositten kan gjerne inneholde likeså mye og endog mer lameller enn fibre, f.eks. hvor høy fleksibilitet i kompositten er unødvendig eller uønsket. Mengden av fibre i en slik struktur kan hensiktsmessig være fra 2 0 til 50 vekt% av kompositten.

Mengden av lameller i forhold til fibre vil påvirke den grad av ødeleggelse fibrene vil lide når komposittmaterialet utsettes for en flamme, eller, spesielt når det gjelder fibre med lavt smeltepunkt, når komposittmaterialet utsettes for temperaturer over fibrenes smeltepunkt. Smeltbare fibre som er tynt belagt med lameller kan smeltes eller bli mykgjort av en flamme eller en høy temperatur, mens økning av beleggtykkelsen øker fibrenes motstandsevne mot smelting og mykgjøring. I de fleste praktiske anvendelser av oppfinnelsen vil fibrene i komposittmaterialet sannsynligvis ødelegges eller fullstendig smelte når materialet utsettes for en flamme eller høye temperaturer, men til tross for dette vil ikke komposittmaterialets brannegenskaper bli alvorlig svekket, særlig ikke komposittmaterialets brannbarriere- og flammehemmende egenskaper.

For eksempel vil glassfibre med lavt smeltepunkt som er innkapslet i vermikulittlameller, kunne mykgjøres og endog smelte i en ild, men det mykgjorte eller smeltede glass blir holdt på plass av belegget, og glassfibrene vil være intakt etter avkjøling av komposittmaterialet.

Det er kjent at tynne ark eller blad kan dannes fra suspensjoner av vermikulittlameller, og at slike ark kan brukes til å bekle brennbare organiske skum-materialer for brannbeskyttelse av disse; et slikt produkt er f.eks. beskrevet i vårt britiske patent nr. 2 007 153. Vi har imidlertid observert at når slike ark eller blad utsettes for ild, er de tilbøyelige til å krølles sammen og gå i stykker og hemmer således ikke tilfredsstillende spredningen av flammene og tilveiebringer ikke en tilstrekkelig brannbarriere som kan beskytte brennbare substrater på hvilke de er brukt som bekledningsmaterialer. I motsetning til dette, og overraskende, har vi funnet at når de fibrøse komposittmaterialer ifølge foreliggende oppfinnelse utsettes for ild, krølles de ikke sammen eller ødelegges endog når belegglaget av lameller er ytterst tynt. De fibrøse komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen tilveiebringer således bedre brannbarrierer enn ark eller blad som bare består av lameller.

De fibrøse komposittmaterialer fremstiiles ved at lamellene og fibermaterialet blandes. Vanligvis vil lamellene bli tilført fra en suspensjon i en bærer-væske, som f.eks. kan være en organisk væske eller vann eller et annet vandig medium. Suspensjonen som fåes i prosessen som benyttes ved kjemisk delaminering av lamellene, kan med fordel brukes direkte for dannelse av det fibrøse komposittmateriale. Hvis ønskelig kan imidlertid lameller i form av et frittflytende tørt pulver (som beskrevet i f.eks. vårt europeiske patent nr. 0.009.311) suspenderes i en egnet bærevæske for blanding med det fibrøse materiale. Faststoff-innholdet (lameller) i suspensjonen er ikke kritisk, men kan variere over et vidt område. Enhver stabil suspensjon kan nyttes. Faststoffinnholdet i suspensjonen vil typisk være opp til 40 vekt% av suspensjonen, men kan ved produksjon av tynne belegg være bare noen %, f.eks. 2 vekt%. Fortrinnsvis vil faststoffinnholdet i suspensjonen for de fleste anvendelsesformål være fra 10 til 20 vekt%, skjønt suspensjoner med større faststoffinnhold, f.eks. opp til 50 vekt%, foretrekkes for fremstilling av fibrøse blokker. Etter påføring av lamell-suspensjonen på det fibrøse substratet fjernes bærevæsken, vanligvis ved fordampning, mens vermikulittlamellene blir igjen, avsatt på det fibrøse substratet. Hvis ønskelig kan bærevæsken presses ut av eller få renne fra komposittmaterialet før komposittmaterialet oppvarmes for fjerning av rester av bærevæsken. Temperaturen ved hvilken suspensjonen tilføres det fibrøse substrat kan være enhver temperatur opp til eller endog høyere enn bærevæskens kokepunkt, selvfølgelig forutsatt at fibrene er stabile ved slike temperaturer. Vi foretrekker å unngå temperaturer over bærevæskens kokepunkt, idet, hvis ikke forsiktighet utøves, en hurtig utvikling av gass kan ha en uheldig virkning på komposittmaterialets egenskaper.

Suspensjonen (eller oppslemningen, som den også kan

kalles) kan tilføres på det fibrøse substrat ved en hvilken som helst kjent teknikk, inkludert påstrykning (maling), sprøyting, påføring ved hjelp av avstrykningskniv, slikking, knivbelegning, "klemme"-belegning, rullebelegning, dyppebelegning og impreg-nering, eller når det dreier seg om løse fibre, ved at fibrene og lamellene anbringes samtidig. Det er en enkel sak for operatøren å velge en suspensjonsstyrke og en tilføringsteknikk som passer for blanding av den ønskede mengde av lameller med det valgte fibermateriale.

Den teknikk som benyttes for blanding av lamellene med fibermaterialet kan variere i henhold til komposittmaterialets ønskede endelige form.

Hvis ønskelig kan lamellsuspensjonen tilføres gass for dannelse av et skum, som blandes med fibermaterialet, slik at lamell-innholdet i det resulterende komposittmaterialet kan være til stede som en cellulær matriks (stivt skum). Omdannelsen av en suspensjon av vermikulittlameller til stivt skum er f.eks. beskrevet i vårt britiske patent nr. 1 585 104.

En teknikk som særlig egner seg for en spesiell produktform fremkommer i det tilfelle hvor det fibrøse substratet i komposittmaterialet er en fibermatte fremstilt ved en våt-legnings- eller arkdannings-teknikk ved hvilken fibrene suspenderes i en bærevæske, vanligvis vann, og fibermatten avsettes fra suspensjonen. I et slikt tilfelle kan lamellene innbefattes i fibersuspensjonen ved at fibrene suspenderes i en suspensjon av lameller, ved at lamellene suspenderes i en suspensjon av fibre eller ved at suspensjoner av fibre og lameller blandes.

Etterat lamellsuspensjonen er tilført det fibrøse substrat, blir det våte substrat fortrinnsvis presset eller kalandrert for fjerning av eventuell luft (særlig luftboble,r) som kan ha blitt trukket inn, slik at det smakfulle utseende fremheves og håndteringen av komposittmaterialet gjøres lettere, og at forekomsten av blemmedannelse i belegget ved brann reduseres.

Det fibrøse komposittmateriale ifølge oppfinnelsen viser forbedrede egenskaper ved brann og gode egenskaper ved høye temperaturer sammenlignet med det tilsvarende materiale fremstilt av de ubehandlede fibre, skjønt K-faktoren for de behandlede fibre vil vanligvis være litt høyere enn K-faktoren for de ubehandlede fibre. Fibre som smelter ved lave temperaturer kan således forbedres slik at de tåler høyere temperaturer; f.eks. kan glassfibre som smelter ved lave temperaturer forbedres ved påføring av vermikulittlameller, slik at de oppnår den høye temperaturbestandighet som vanligvis bare asbestfibre, mineralull og de såkalte keramiske fibre regnes

for å ha. Fibre med høyt smeltepunkt, så som asbest, mineralull-og keramiske fibre blir forbedret så de får enda bedre egenskaper ved høye temperaturer. Det er et generelt trekk ved oppfinnelsen at egenskapene ved brann og de termiske egenskaper hos alle

ikke-brennbare fibre og fibrøse materialer blir forbedret ved at et lag lameller av vermikulitt blir påført på dem.

I tillegg til at det gir god brann-motstandsevne og gode termiske egenskaper hos de fibrøse komposittmaterialene, oppviser kjemisk delaminert vermikulitt, når det avsettes fra vandige suspensjoner,, meget gode selv-vedheftende egenskaper. Ved fjerning av vannet (eller annen bærevæske) fra suspensjoner av lameller av kjemisk delaminert vermikulitt, henger lamellene innbyrdes sammen og danner et relativt sterkt lag av vermikulitt, og fibrøse komposittmaterialer som inneholder vermikulitt-lameller drar fordel av denne selv-tilheftende egenskap hos de påførte lameller ved at styrken og holdbarheten hos kompositten forøkes. De avsatte vermikulittlameller virker som et klebe-middel som binder fibrene i det fibrøse substratet sammen.

I tillegg til at belegningen forbedrer brann-motstands-evnen og egenskapene ved høye temperaturer hos fibrene som lamell-belegget påføres på, kan den dessuten gi den fordel at fibrøse hinner avsatt fra lamell-suspensjoner får damp-barriere-egenskaper og særlig vanndamp-barriere-egenskaper. Vermikulitt-lameller har også lave damp-transmisjonskoeffisienter, særlig lave vanndamp-transmisjonskoeffisienter slik at de fibrøse kompositt-materialer ifølge oppfinnelsen kan anvendes som barrierelag for å hemme inntrengningen av vanndamp i materialer så som skum (hvor inntrengningen av vann kan svekke skummets isolasjonsverdi ved aldring) eller materialer som forringes ved påvirkning av vann.

En annen fordel som oppnås ved at ikke-brennbare fibre belegges med lameller, er at fibrene blir mer flammehemmende. Flammene har imidlertid en tilbøyelighet til å spredes over overflaten av komposittmaterialet, og hvis ønskelig kan det inkorporeres i komposittmaterialet, og spesielt i overflaten av dette, flammehemmende tilsetningstoffer så som halogenerte forbindelser, antimon-trioksyd, aluminium-trihydrat, borater og fosfater. Enda en fordel som oppnås ved å belegge ikke-brennbare fibre med lameller, er at belegget er kjemisk inert og i særdeleshet syre- og alkali-motstandsdyktig. Således kan fibre som normalt ikke er brukbare i alkaliske miljøer, i dette tilfelle glassfibre, gjøres egnet til slike anvendelser.

De fibrøse komposittmaterialer som er beskrevet i det foregående, og som omfatter umodifisert vermikulitt, er nyttige materialer for mange forskjellige anvendelsesformål. Ved anvendelser hvor det er sannsynlig at komposittmaterialet vil bli utsatt for flytende vann, foretrekkes det imidlertid å modifisere vermikulitten slik at det oppnås en forbedret vannstabilitet hos kompositten. Umodifiserte belegninger har tilbøyelighet til å løses opp i flytende vann; de kan imidlertid lett forandres så de blir stabile i flytende vann. Kompositt-materialer som omfatter vermikulitt-lameller kan gjøres vannstabile ved behandling med en oppløsning,, f.eks. en mettet løsning av magnesiumsalt, så som magnesiumklorid, ved behandling av ammoniakk eller dampen av et alkylamin, eller ved at et vannstabilitets-forbedrende middel blandes i suspensjonen av lameller som påføres på det fibrøse substratet, som f.eks. beskrevet i vårt europeiske patent nr. 0.009.310. Egnede vanndampstabilitets-forbedrende midler er særlig forbindelser som er sparsomt løselige i vann og som har en basisk reaksjon i vann, f.eks. kalsiumoksyd og magnesiumoksyd.

Vanntett-gjøringen av komposittmaterialene, som ikke er det samme som forbedring av deres stabilitet i flytende vann, kan utføres ved at en silikonpolymer-forløper blandes i lamell-suspensjonen før blanding av suspensjonen med det fibrøse materiale, og komposittmaterialet behandles med en sur gass i nærvær av vann for å polymerisere forløperen og danne en silikon-polymer i komposittmaterialet. Således kan f.eks. natrium-metyl-silikonat blandes i suspensjonen, og det resulterende komposittmateriale kan behandles med karbondioksyd i nærvær av vann (under tørking av komposittmaterialet eller etter at kompositten er tørket og fuktet igjen). Mengden av silikonpolymer-forløper som tilsettes suspensjonen vil vanligvis være opp til 5 vekt%, typisk ca. 2 vekt%, basert på lamellene.

En hvilken som helst suspensjon av lameller av vermikulitt kan anvendes for å danne komposittmaterialene ifølge oppfinnelsen. Kjemisk delaminering av vermikulitt er velkjent, og hvilken som helst av de kjente kjemiske delaminerings-prosesser kan anvendes, inklusive prosessene som er beskrevet i de britiske patenter nr. 1 016 385, 1 076 786, 1 119 305 og 1 585 104 og av Baumeister og Hahn i "Micron" 7 247 (1976). Fortrinnsvis underkastes suspensjonen av kjemisk delaminert vermikulitt en våt-klassifiserings-behandling, ved hvilken større partikler av mineralet fjernes, som beskrevet for suspensjoner av vermikulittlameller i vårt britiske patent 1 593 382 eller norsk patent 146 134. Til bruk i fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse blir suspensjonen fortrinnsvis våt-klassifisert til en partikkelstørrelse (små plater) på under 50 pm, slik at suspensjonen utviser kolloidale egenskaper. Typiske suspensjoner av vermikulittlameller oppnådd ved den prosess som er beskrevet i britisk patent nr. 1 585 104, våt-klassif isert til partikler på under 50 pm, omfatter ca. 40 % av partikler i størrelsesområdet 0,4-5,0 pm. Slike suspensjoner er foretrukne suspensjoner for dannelse av de fibrøse kompositt-materialer ifølge foreliggende oppfinnelse. De fibrøse komposittmaterialer ifølge oppfinnelsen kan anvendes for ethvert formål hvor de tilsvarende fibrøse materialer vanligvis benyttes, og i tillegg gjør de visse fibre brukbare for tallrike anvendelser hvor hittil slike fibre har vært betraktet som ubrukbare fordi de viser utilfredsstillende egenskaper ved brann. For anvendelser som termisk isolasjons- og brannbarriere-materiale, hvor hittil bare asbest, keramiske fibre og tungtsmeltende fibre har vært enerådende, er det nå også mulig å anvende mindre kostbare og mindre spesialiserte glassfibre, mens spesialiserte glassfibre blir forbedret så de får en enda høyere termisk stabilitet og kan anvendes for enda mer krevende brannbeskyttelsesformål.

Blant de mange anvendelsesområder for det fibrøse komposittmateriale ifølge oppfinnelsen er brannbeskyttelse av brennbare og/eller lavtsmeltende materialer så som gummi- og plast-skum, tynne ark og filmer, aluminium, tre, papir, kartong, glass og lignende. For slike anvendelser kan det fibrøse komposittmateriale anvendes som en løs belegning som ikke er bundet til det brennbare substratet, men vi har funnet at de beste resultater oppnås hvis kompositten blir bundet til og laminert sammen med substratet. Kompositten kan lamineres sammen med substratet ved anvendelse av et vanlig brukt bindemiddel, skjønt i de fleste tilfeller vil de selvtilheftende egenskapene hos lamellene som avsettes fra suspensjon, gjøre det mulig å utelate annet bindemiddel. Således vil f.eks. anvendelse av den våte kompositt (dvs. det fibrøse substrat pluss vermikulittsuspensjonen) ofte resultere i en tilfredsstillende binding av kompositten til substratet. Alternativt kan kompositten dannes in situ på substratet som skal beskyttes, f.eks. ved at substratet belegges med vermikulittsuspensjon og at det fibrøse materiale deretter presses på (og inn i) det våte vermikulittlag; hvis ønskelig kan enda et vermikulittlag påføres over det fibrøse materiale for å "kle" laminatet med vermikulittlameller.

Komposittmaterialet kan hvis ønskelig inneholde andre stoffer, som f.eks. limstoffer, smøremidler og bindemidler på fibrene, eller vanlig brukte brannhemmende tilsetningsstoffer. De fibrøse komposittmaterialer er også nyttige ved anvendelser som ikke spesielt krever brannhemmende og gode termiske egenskaper, f.eks. som forsterkende lag for organiske og uorganiske materialer, som f.eks. polymerer, gummi, plast og sement. Anvendelser som omfatter forsterkning av organiske materialer med fibre omfatter GRP-anvendelser (GRP=glass reinforced plastics, dvs. glassforsterket plast)..

Oppfinnelsen illustreres ved de følgende eksempler, i hvilke den følgende generelle fremgangsmåte ble benyttet for tilberedelse av vermikulitt-suspensjonene. Anvendelse av ark eller tynne plater av glassfibre og vermikulittlameller for beskyttelse av et stivt, brennbart skum-materiale er beskrevet i eksempel 14 under henvisning til tegningens fig. 1, som viser det utstyr som ble brukt ved brannprøven. Utstyret er beskrevet i eksempel 14. Også fig. 2 (temperatur/tid-kurve) er omtalt i dette eksempel.

Tilberedelse av vermikulitt- suspensjoner

150 deler vermikulittmalm ("Mandoval micron grade" fra Syd-Afrika) agiteres med mettet natriumklorid-oppløsning i vektforholdet 1:2 i en tank i 30 minutter ved 80°C. Denne suspensjon blir så sentrifugert og vasket med avionisert vann. Den våte kake overføres til en annen tank, hvor vermikulitten røres med 1,5 N n-butylamin-hydroklorid (væske/faststoff-forhold 2:1) i 30 minutter ved 80°C. Denne suspensjon blir sp sentrifugert og vasket med avionisert vann før den våte kake overføres til en svelletank i hvilken vermikulitten røres i avionisert vann. Etter svelling inneholder suspensjonen ca.

20 % faste stoffer og partiklene har tilfeldige størrelser i området 300-400 pm. Denne suspensjon føres så gjennom en mølle av møllesteinstypen, som reduserer ca. 50 % av partiklene til små plater med størrelse mindre enn 50 pm. Denne malte suspensjon klassifiseres i en sentrifugalklassifiserings-innretning av overløpstypen, og de lettere partikler med siktestørrelse under 50 pm oppsamles for anvendelse. Analyse av denne suspensjon, som inneholder 18-21 % faste stoffer, ved fotosedimentometer og skivesentrifuge, viser at ca. 40 % av partiklene har en størrelse ("ekvivalent sfærisk diameter") på 0,4-1,0 pm. Faststoffinnholdet i suspensjonen kan lett reguleres ved tilsetning eller fjerning av vann fra suspensjonen.

EKSEMPEL 1

En vermikulitt-oppslemning med 18 vekt% faststoffinnhold ble påstrøket med to klemmevalser på en 53 g/m<2> våtbehandlet glassfiberstoff-matte, type IE 5 OU, levert av Regina-Fibreglass Ltd. Etter tørking ble vermikulittvekten bestemt til 50 g/m<2>, og denne behandling hadde fullstendig impregnert glassfibermatten og gitt en støvfri, fleksibel matte. En 130 mm x 60 mm prøve av ubehandlet glassfibermatte ble gjennomtrengt på 5 sekunder i en flammetest hvor temperaturen i flammen på det stedet hvor prøven var anbrakt, var 1075°C. Den vermikulitt-behandlede glassfibermatte var praktisk talt upåvirket etter 4 minutter i flammen.

EKSEMPEL 2

En vermikulitt-oppslemning med 18 vekt% faststoffinnhold ble bredt ut med en kniv-påstryker over en 70 g/m<2> våtbehandlet glassfiberstoff-matte, type IE 7 OM levert av Regna-Fibreglass Ltd. Etter tørking ble vermikulittvekten bestemt til 70 g/m<2>.

En 130 mm x 60 mm prøve av ubehandlet glassfibermatte ble gjennomtrengt på 4 sekunder av flammen på 1075°C beskrevet i eksempel 1. Den vermikulittbehandlede glassfibermatte viste en overflatespredning av flammer etter 3 sekunder, men ingen flammegjennomtrengning i matten skjedde i løpet av 4 minutter. Det samme resultat ble oppnådd også når vermikulittlaget eller glassfiberlaget ble direkte utsatt for gassflammen.

EKSEMPEL 3

Glassfibermatte IE 5 OU ble varmet i en ovn ved 350°C i 24 timer for fjernelse av det organiske bindemiddel. Den resulterende matte ble forsiktig dyppet ned i en 4 vekt% vermikulitt-oppslemning, og etterat overflødig oppslemningsvæske var presset av med en valse, ble den behandlede matte tørket og deretter underkastet gassflammetesten ved 1075°C, beskrevet i eksempel 1, med følgende resultater:

EKSEMPEL 4

Et glassfiberflor (IE 5 OU), vekt 63,5 g/m<2>, ble behandlet med en 10 vekt% suspensjon av vermikulittlameller, og det behandlede flor ble lufttørket ved romtemperatur over natten fulgt av oppvarming ved 80°C i en ovn i 30 minutter. Vekten av vermikulitten var 58,7 g/m<2>.

En prøve av det behandlede flor ble plassert over et bunsenbrenner-stativ og plassert direkte i en bunsenbrenner-flamme. Floret var ikke blitt gjennomtrengt av flammen etter adskillige minutter, og den fibrøse strukturen i floret var ikke ødelagt. I motsetning til dette smeltet glassfibrene i en prøve av ubehandlet flor hurtig i bunsenflammen, og floret ble gjennomtrengt av flammen i løpet av 3 sekunder.

EKSEMPEL 5

Dette eksempel illustrerer nytten av det fibrøse komposittmateriale beskrevet i eksempel 4 som brannbarriere for beskyttelse av aluminiumplater.

En 7,5 cm kvadratisk aluminiumplate, ca. 1 mm tykk, ble sandslipt ned til rent, bart metall og belagt med natriumsilikat-løsning. Et stykke tørt, vermikulittbehandlet glassfiberflor som beskrevet i eksempel 4 ble anbrakt over og presset på en overflate av platen mens denne ennå var våt. Det resulterende laminat fikk tørke i luft over natten og ble så oppvarmet ved 60°C i 30 minutter i en ovn for fullstendig tørking. Det tørre laminat ble avkjølt, og floret ble funnet å være fast bundet til aluminiumplaten.

Laminatet ble plassert direkte i en bunsenbrenner-flamme med det vermikulittbekledte glassfiberflor vendt nedover (mot flammen). Etter 4 timer var laminatet ennå intakt; aluminiumet hadde ikke smeltet og den fibrøse strukturen i glassfiberfloret var bevart.

I motsetning til dette smeltet aluminiumet hurtig da en ubehandlet aluminiumplate med de samme dimensjoner ble utsatt for den samme prøve, og flammen gjennomtrengte platen etter mindre enn 1 minutt.

EKSEMPEL 6

En aluminiumstang, 20 cm x 1,25 cm x 0,6 cm, ble sandslipt ned til rent, bart metall og belagt med vandig natriumsilikat-oppløsning. Mens stangen ennå var våt ble den innpakket i et stykke av det tørre, vermikulittbehandlede glassfiberflor beskrevet i eksempel 4, og det hele ble lufttørket over natten, fulgt av oppvarming ved 60°C i 30 minutter i en ovn. Prøven ble så underkastet en flammebøyningstest i hvilken stangen ble holdt i den ene enden i en horisontal stilling, et lodd på 1 kg ble hengt på den andre enden, og en bunsen-brennerflamme ble anbrakt opp til stangen nær dens sentrum.

Aluminiumstangen kledd med vermikulitt/glassfiberflor var ikke blitt merkbart bøyet etter at den hadde vært holdt i en bunsenbrennerflamme i en periode på 10 minutter.

I motsetning til dette ble en aluminiumstang lik den første, men ikke kledd med det vermikulitt-behandlede flor, synlig bøyet innen 5 minutter etter at den var blitt anbrakt i flammen, og dette skjedde også med en annen aluminiumstang lik disse to, som var belagt med natriumsilikat-oppløsning og kledd med en prøve av det ubehandlede flor.

EKSEMPEL 7

En vermikulitt-oppslemning med et faststoffinnhold på

18 vekt% ble strøket jevnt over aluminiumfolie (45,7 g/m<2>), og mens dette lag ennå var vått, ble en glassfiberstoffmatte, 50 g/m<2>, (type F 4/50/AG levert av Regina-Fibreglass Ltd.) presset på den. Etter tørking i 24 timer ved omgivelses-temperatur, ble vekten av vermikulitten som var påført, bestemt til å være 22,9 g/m<2>. Vermikulittlaget dannet et godt bindings-verk både til glassfiberstoffet og aluminiumfolien.

De ovenfor nevnte laminerte og ubelagte aluminiumfolier ble deretter underkastet en branntest over en Calor gassbrenner utstyrt med et sirkulært munnstykke med 4 0 mm diameter.

Prøvene ble anbrakt på et trefotsstativ 3 0 mm over munnstykket for gassutløpet. Temperaturen i flammen på det samme punkt ble bestemt til å være 1075°C.

En 200 mm x 150 mm prøve av ubelagt aluminiumfolie ble anbrakt i ovennevnte flamme, og flammen gjennomtrengte folien i løpet av 1-2 sekunder og bevirket at folien ble krøllet sammen og helt vekk fra flammen.

Da en 2 00 mm x 150 mm prøve av laminert folie ble plassert i den samme flamme med aluminiumoverflaten mot flammen, oppsto det skrukking og krølling av aluminiumfolien på det sted hvor folien ble direkte utsatt for flammen; det vermikulitt-til-heftede glassfiber-underlag forble seigt og som helhet intakt i inntil 4 minutter og viste intet tegn til svikt da den ble innført på nytt i flammen og holdt der i lengre perioder.

EKSEMPEL 8

Fremgangsmåten i eksempel 7 ble gjentatt, idet det ble brukt en glassfibermatte med gjennomgående kordeler og med en mer åpen struktur, av merke Unifilo PS 271 (levert av Balzaretti Modigliani Spa, Italia, med glassfibervekt på 120 g/m<2>). I denne prøve var 41 g/m<2> vermikulitt påført aluminiumfolien.

Ved innsetting i flammen ved 1075°C forble vermikulitt-glassfiber-laget intakt etter 10 minutter og fortsatte med å opprettholde laminatet stivt i flammen. Som i eksempel 11 var skadene på aluminiumfolien lokalisert; skadene var begrenset til en ring på 70 mm like over flammen.

EKSEMPEL 9

Vermikulittoppslemning (21 vekt% faststoffinnhold) ble spredt med en knivpåstryker over 53 g/m<2> våtbehandlet glassfiberstoff-matte IE 5 OU levert av Regina-Fibreglass Ltd.

Etter tørking ble vermikulittvekten bestemt til 80 g/m<2>.

Polyisocyanurat-stivskum-laminat (30 mm tykt) ble fremstilt på en Viking horisontal laminator, 4 m/minutt, ved at væske-skum-kjemikaliene ble påført fordelt fra et sprøyteblande-hode som gikk frem og tilbake på tvers over det ovennevnte vermikulitt-glassfiberark, som ble kontinuerlig tilført fra en valse. P2 Kraft-papir (160 g/m<2> papir belagt med 18 g/m<2>LD-polyetylen) ble anvendt som belegning på kontaktflaten. De skumdannende bestanddelene, Del A og Del B, sammensatt som beskrevet nedenfor, ble tilført separat til blandehodet for å få en produksjon av 5,3 kg/minutt.

Aktivatoren var sammensatt av de følgende bestanddeler:

Etter tørking i 24 timer, ble laminatet undersøkt ved hjelp av "ISO Cone"-testen ved forskjellige tidspunkt og sammenlignet med laminat tilberedt samtidig med Kraft papir på begge overflater. Resultatene (vist i tabell 1) illustrerer den fortreffelige beskyttende effekt vermikulitt-glassfiber-bekledningen tilførte skummet. Denne vermikulittbekledningen forhindret antennelse av skummet og forble som en bristfri barriere under alle prøvene.

EKSEMPEL 10

Polyisocyanat-skum-laminat ble laget i henhold til teknikken beskrevet i eksempel 9. Under en del av laminerings-prosessen, ble Unifilo PS 198 (en glassfibermatte med gjennomgående kordeler, tidligere strukket for bryting av bindinger mellom kordelene - levert av Vetrotex (UK) Ltd. og produsert av Balzaretti Modigliani SpA, Italia) tilført under skumblandings-hodet slik at dette laminat ble forsterket med glassfibre gjennom hele skum-kjernen.

To prøver av dette laminat ble prøvet i "Mini-Corner-Fire"-testen, som brukes for vurdering av egenskaper ved brann hos bygningsmaterialer. Den er beskrevet i de følgende publikasjoner:

(a) The Society of the Plastics Industry, Inc.

Serial No. 22000.5, 3. februar 1976, Factory Mutual

Research

(b) ASTM D 20.30.03

Draft test method (Okt. 1978)

Prøvemetoden er betegnende siden et hjørne danner en kritisk overflategeometri hvor materialoverflåters egenskaper ved brann kan vurderes. Herved innbefattes tre overflater som ligger opptil hverandre (to vegger og tak), og dette frembringer en kombinert varmestrøm som innbefatter et hvert gitt brennende materiales lednings-, konveksjons- og strålingsreaksjoner. Denne hjørnetest gir en god etterligning av en brann i et hjørne av en bygning.

En prøveinnretning egnet for utførelse av "Mini-Corner-Fire"-testen er illustrert på tegningens fig. 1 som følger med beskrivelsen og er et skjematisk perspektivriss av prøve-innretningen. Dimensjonene som er vist er med testprøvene på plass. Prøveinnretningen er sammensatt av en vinkel-jern-ramme dekket med 6,4 mm asbest-sement-bord på to sidevegger og tak. Gassbrenneren består av en flat plate med et gitter av kvadrat-formede hull boret ut i overflaten. Hullene har en diameter på 2,4 mm anbrakt i et 9 x 9 mønster med mellomrom mellom hullene på 7 mm. Et blandekammer (ikke vist) for gasstilførselen har sylindrisk form, hvor diameteren er 114 mm og høyden er 63 mm. Adskilte propangass- og luftstrømmer tilføres inn i motstående armer av et "T"-stykke som er plassert opp-ned, slik at de blir ført inn i kammeret gjennom bunnen og blåst oppover. Når den blandede gasstrøm er blitt antent, blir gasstrømningene justert slik at man får etterlignet standard-temperatur-/tid-kurven vist på tegningens fig. 2. Den laminerte skum-plate som skulle testes ble festet på veggene og taket innenfor skjermene med sammenføyningene plombert med keramisk sement.

De to prøver som ble testet utholdt begge hele 15 minutters test-varigheten med flammer begrenset innenfor 3 fot (91 cm) fra hjørnet under mesteparten av testen. Etterat brenneren var slukket, ble glassfiber-/vermikulitt-overflåtene undersøkt og funnet å være strukturelt hele og fri for sprekker. Skummet var forkullet i taket og delvis på veggene. Det var flere sprekker i det ikke-forsterkede forkullede skum, som spredte seg ut i et område fra ca. 15 til ca. 60 cm fra hjørnet. Bare én mindre sprekk var synlig i det forkullede område av det glassfiber-forsterkede laminat.

EKSEMPEL 11

Adskilte glassfibernett-prøver (IE 5 OU), som veide

63,5 g/m<2> ble belagt ved neddypping i 10 % vandige suspensjoner av henholdsvis kaolin-leire, montmorillonitt, talkum og delaminert vermikulitt. Nett-prøvene ble dyppet ned i suspensjonen, overflødig væske ble fjernet fra dem ved pressing med en valse, og prøvene ble lufttørket ved romtemperatur over natten, og så oppvarmet ved 80°C i en ovn i 3 0 minutter.

De tørkede prøver av belagt nett ble plassert adskilt over et bunsenbrenner-stativ og plassert direkte i en bunsen-brennerflamme. Tidspunktene ble notert ved hvilke

i) prøven ble deformert, dvs. den ble bøyet vekk fra, eller seg vekk fra, eller skrumpet sammen vekk fra flammen, og ii) prøven ble gjennomtrengt av flammen.

Resultatene er gitt nedenfor.

For sammenligningsformål ble en ubehandlet prøve av nettet utsatt for den samme flammetest.

Claims (5)

1. Fibrøst komposittmateriale i ark-, plate- eller blokkform for isolasjons- og brannbeskyttelsesformål, hvilket materiale hovedsakelig består av vermikulitt-lameller og glassfibre, karakterisert ved at det består av en blanding av glassfibre i en mengde på minst 15 vekt%, fortrinnsvis minst 20 vekt%, og vermikulittlameller fremstilt ved kjemisk delaminering av vermikulitt til små plater, hvilke vermikulittlameller har en tykkelse mindre enn 0,5 pm og praktisk talt alle har en maksimumsdimensjon under 50 pm, bortsett fra opp til 15 vekt%, basert på lamellenes vekt, av eventuelle dispergerende midler og vannstabiliserende midler, og ved at vermikulitten binder fibrene sammen uten bruk av organisk bindemiddel, hvor det fibrøse komposittmateriale er fremstilt ved tilførsel av vermikulittlameller til en forhåndsdannet fiberstruktur ved dypping, påstrykning, belegning eller lignende.

2. Fibrøst komposittmateriale ifølge krav 1, karakterisert ved at den forhåndsdannede fiberstruktur foreligger i form av ark eller matter.

3. Fibrøst komposittmateriale ifølge krav 2, karakterisert ved fibrene er vevet, strikket eller nålstukket sammen.

4. Fremgangsmåte til fremstilling av et fibrøst komposittmateriale i ark-, plate- eller blokkform for isolasjons- og brannbeskyttelsesformål, som angitt i krav 1, hvilket materiale hovedsakelig består av en blanding av vermikulitt-lameller og glassfibre, karakterisert ved at en vandig suspensjon av vermikulittlameller fremstilt ved kjemisk delaminering av vermikulitt til små plater med en tykkelse mindre enn 0,5 pm og påfølgende klassifisering av vermikulittsuspensjonen for å fjerne de større partikler slik at praktisk talt alle vermikulittlamellene har en maksimumsdimensjon under 50 pm, i hvilken suspensjon det eventuelt tilsettes dispergerende midler og vannstabiliserende midler i en mengde opp til 15 vekt% basert på lamellenes vekt, ved dypping, påstrykning, belegning eller lignende, tilføres til forhåndsdannede fiber-strukturer som er så porøse at de kan impregneres med suspensjonen, hvoretter suspensjonens væskemedium fjernes, slik at det fremkommer et fibrøst komposittmateriale i hvilket vermikulittlamellene binder fibrene sammen uten anvendelse av et organisk bindemiddel.

5. Anvendelse av et fibrøst komposittmateriale ifølge hvilket som helst av kravene 1-3 for brannbeskyttelse og isolering av substrater.