NO160855B - Brannbestandig, hate t il fremstilling av materialet - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører et brann- eller flammebestandig harpiksholdig materiale eventuelt inneholdende kjente tilsetningsmidler såsom farvestoffer, antioksydanter, smøremidler og elastiserende midler, og omfattende brann-eller flammebestandige midler. Mer spesielt vedrører oppfinnelsen et høytemperatur-varmebarriere-materiale med selektive termobeskyttende egenskaper ved forhøyede temperaturer. Oppfinnelsen vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av et slikt materiale.

Der er tidligere foreslått forskjellige materialer som flamme- eller brannbestandige midler. F.eks. innen området for brannbestandige kabelgjennomføringer er der benyttet slike materialer som baserer seg på neoprener, silisiumskum, uorganiske støpematerialer og mineralullmatter. Selv om disse kjente materialer hver for seg har visse gunstige isolerende og branntekniske egenskaper, så oppviser ingen av dem samtidig (1) god termisk ledningsevne under normale bruksforhold, (2) utvidende og tettende egenskaper ved høye temperaturer, og (3) varmeisolerende og mekanisk beskyttende egenskaper ved meget høye temperaturer som man står overfor under en brann.

Den foreliggende oppfinnelse er således rettet på et brann-eller flammebestandig materiale som i tillegg til å oppvise de ovenfor nevnte egenskaper også samtidig oppviser ytter-ligere driftsgunstige og brannbestandige egenskaper, samtidig som det lar seg fremstille i forbindelse med forholdsvis rimelige prosesser og bestanddeler.

Når materialet ifølge den foreliggende oppfinnelse utsettes for brann eller forhøyede temperaturer, oppviser det grunn-egenskaper som tilsammen skaffer en aktiv varmebarriere som derved beskytter de gjenstander som trenger å bli vernet: 1) når materialet oppvarmes til visse forhøyede temperaturer, finner der sted en endotermisk reaksjon. Et av biproduktene fra reaksjonen er vann som under fordampnings-forløpet avkjøler den flate som utsettes for varmen, og 2) materialet ifølge den foreliggende oppfinnelse danner, når det blir direkte utsatt for forhøyede temperaturer, et oppsvulmet lag med en fast, porekeramisk-lignende struktur. Dette oppsvulmede lag skjermer den gjenværende, ikke-utsatte del av det termobeskyttende materiale og har gode varmeisolerende egenskaper ved temperaturer opptil 1260°C og høyere.

Varmebarriereegenskapene hos det brann- eller flammebestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse forelig-ger bare ved temperaturer over 250°C. Under denne temperatur vil materialet ifølge den foreliggende oppfinnelse være en forholdsvis god varmeleder som derved avleder overskyt-ende varme.

Ved oppvarming av materialet ifølge den foreliggende oppfinnelse til den passende forhøyede temperatur, blir det oppsvulmede lag dannet i den del av materialet som er nær varmekilden, mens den del av materialet som befinner seg lenger borte fra varmekilden, blir underkastet bare den ovenfor an-gitte endotermiske reaksjon og vil ikke nå den oppsvulmede tilstand.

Det brann- eller flammebestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse, som er halogenfritt, avgir en liten mengde av lysegrå røk under en brann. Ved en test av materialets varmebeskyttende egenskaper ble et 27 x 27 x 1 cm tykt prøvestykke utsatt for 1204°C på den ene side, og tempera-turen på den ikke utsatte side overskred ikke 232°C etter 30 min. påkjenning.

Det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge oppfinnelsen er hensiktsmessig et termoplastisk materiale som kan ekstruderes, støpes og bearbeides maskinelt. Materialet ifølge oppfinnelsen kan være stivt eller bøyelig til en viss grad (20 % forlengelse ved brudd). Det kan også være lami-nert eller forsterket med vanlige materialer.

Det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse har funnet nyttig anvendelse f.eks. i forbindelse med fremstillingen av vegger, gulv, tak, rom og kabinetter hvor brannbeskyttelse er påkrevet eller ønsket. Materialet kan også anvendes som et beskyttende dekke eller lag for mekanisk og elektrisk utstyr, f.eks. elektriske kabinetter eller deksler, overganger, rør, slanger, kabler, paneler, kabelgjennomføringer, dører og luker. Videre kan det finne nyttig anvendelse i forbindelse med overtrekk for tanker og rør som rommer eller fører eksplosivt innhold og befinner seg i kjemiske anlegg, raffinerier, kjøretøyer, skip og luftfartøyer.

Det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge oppfinnelsen kan også ta form av granulater, idet granulatene blir fremstilt som sådanne eller fremskaffes som oppdelte ekstrudater. Disse granulater som enten kan være sfæriske eller ha en hvilken som helst passende form eller dimensjon, kan passende benyttes som et isolasjonsmateriale mellom den indre og ytre flate av en lagringsenhet, f.eks. en tank eller et fartøy, spesielt av større dimensjoner. På grunn av den granulære form av det flamme- eller brannbestandige materiale kan det lett utfylle et hvilket som helst hulrom mellom de nevnte flater, idet formen og dimensjonene på granulatene så vel som deres egenskaper som styrtegods skaffer en passende densitet for de isolerende materialer.

I sin granulære form vil det flamme- eller brannbestandige materiale under normale betingelser utgjøre en "ettergiv-ende" isolasjon som tillater visse forskjeller mellom den indre og den ytre flate hva angår variasjoner i konstruk-sjonstoleranser og termisk ekspansjon. Dersom der skulle opptre en brann, vil granulatene som et resultat av den for-høyede temperatur, skaffe en aktiv varmebarriere på den måte som er forklart ovenfor. På grunn av den løse lagring av granulatene, vil granulatene under en brann få anledning til å utvide seg og smelte sammen slik at materialet til slutt danner et fast oppsvulmet mellomliggende skikt uten å utøve

uønsket trykk på flatene.

Det brann- eller flammebestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse er karakterisert ved at materialet som basisbestanddel omfatter 100 vektdeler av en i det vesentlige halogenfri, termoplastisk etylenkopolymer, og at de brann- eller flammebestandige midler utgjøres av 50-500 vektdeler aluminiumhydroksyd, 8-15 vektdeler kalsiumoksyd og 100-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/eller kalsium-magnesiumkarbonat, samt mindre mengder mykner.

Når det brann- eller flammebestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter et elastiserende middel, smøremiddel, farvestoff og antioksydasjonsmiddel, er det karakterisert ved at nevnte tilsetningsmiddel utgjør 30-58,5 vektdeler i forhold til 100 vektdeler av kopolymeren.

Ved en gitt utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse kan det brann- eller flammebestandige materialet være stivt. Ved denne utførelsesform består materialet pr. 100 deler av etylen-kopolymer-basiskomponent, fortrinnsvis etylenetylakrylat-kopolymer, 50-450 vektdeler av et fyllstoff omfattende aluminiumhydroksyd, 100-600 vektdeler kalsiumkarbonat og kalsium-magnesiumkarbonat, 8-15 vektdeler av et smøremid-del, 8-15 vektdeler av et elastiserende middel, 10-15 vektdeler av et tørkemiddel, 1-2 vektdeler av et fargestoff og 0-1,5 vektdeler av et antioksydasjonsmiddel.

Et representativt stivt brann- eller flammebestandig materiale ifølge oppfinnelsen er et som i forhold til 100 deler av etylenetylakrylat-kopolymer som basiskomponent inneholder 220 vektdeler aluminiumhydroksyd, 220 vektdeler kalsiumkarbonat, 10 vektdeler av et smøremiddel, 11 vektdeler av et tørkemiddel, 1 vektdel av et fargemiddel og 1,5 vektdeler av et antioksydasjonsmiddel.

Ved enda en annen utførelsesform for oppfinnelsen kan det brann- eller flammebestandige materiale være fleksibelt. Ved en slik utførelsesform omfatter materialet i forhold til 100 deler av en kopolymer-basiskomponent, igjen fortrinsvis etylenetylakrylat-kopolymer, 130-170 vektdeler av et fyll-materiale som omfatter aluminiumhydroksyd, 130-170 vektdeler kalsiumkarbonat og kalsiummagnesiumkarbonat, 8-15 vektdeler av et smøremiddel, 25-40 vektdeler av et elastiserende middel, 10-15 vektdeler av et tørkemiddel, 1-2 vektdeler av et fargemiddel og 0-1,5 vektdeler av et anti-oksydasjonsmiddel.

Et representativt fleksibelt brann- eller flammebestandig materiale i henhold til den foreliggende oppfinnelse er et som inneholder 30 vektdeler av etylenetylakrylat som basiskomponent, 150 vektdeler av aluminiumhydrosyd, 150 vektdeler av kalsiumkarbonat, 10 vektdeler av et smøremiddel, 30 vektdeler av et elastiserende middel, 11 vektdeler av et tørke-middel og 1 vektdel av et fargemiddel.

Når materialet som er omtalt ovenfor, blir benyttet til fremstilling av brannbestandige kabelgjennomføringer, vil det utvide seg på grunn av det deri innlemmede aluminiumhydroksyd under påvirkningen av intens varme, f.eks. brann eller utstrålt varme, slik at materialet blokkerer enhver gjennomtrenging av røk, varme gasser og flammer langs gjen-nomføringene .

Ved temperaturer over de organiske bestanddelers forbren-ningstemperaturer f.eks. i en brannsituasjon, vil det brannbestandige materiale i henhold til oppfinnelsen danne et sterkt glødeskall med gode termiske isolasjonsegenskaper og høy termisk stabilitet, dvs. det er varmebestandig ved temperaturer på 1100°C. Glødeskallet bidrar til en effektiv termisk og mekanisk isolasjon av de gjenstander eller komponenter som er belagt eller dekket med materialet ifølge denne oppfinnelse.

Før utbrenning vil materialet ifølge oppfinnelsen være elastisk og vil være meget bestandig overfor vibrasjoner og mekaniske belastninger.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en fremgangsmåte til fremstilling av et brann- eller flammebestandig harpiksholdig materiale, eventuelt inneholdende kjente tilsetningsmidler såsom farvestoffer, antioksydanter, smøremidler og elastiserende midler, og omfattende brann- eller flammebestandige midler, idet fremgangsmåten går ut på at 100 vektdeler av en i det vesentlige halogenfri, termoplastisk etylen-kopolymer blandes i tørr tilstand ved omgivende temperatur med brann- eller flammebestandige midler som ut-gjøres av 50-500 vektdeler aluminiumhydroksyd, 8-15 vektdeler kalsiumoksyd og 100-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/ eller kalsium-magnesiumkarbonat, samt mindre mengder mykner, hvoretter den resulterende blanding ekstruderes ved en temperatur på 125-200°C for dannelse av ekstrudater i kontinuerlig form, hvoretter ekstrudatet oppkappes i passende form for lagring ved omgivende temperatur.

Ekstrudatene som befinner seg i løpende lengder, f.eks. i form av strenger kan oppkappes i mindre lengder eller tern-inger for midlertidig lagring. Disse oppkappede ekstrudater kan deretter ekstruderes ved en temperatur på 150-200°C

for dannelse av overtrekk for de artikler eller gjenstander som skal beskyttes mot brann.

Videre kan det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge oppfinnelsen lett ekstruderes for dannelse av omslut-ninger for kabler som ligger åpent, eller viktigere, for kabler som er skjult i vegger.

Forsøk som er utført med det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge den foreliggende oppfinnelse viser at ved brannprøve klasse A, motsto materialet brannpåkjenninger i 180 min., etter hvilken tidsperiode forsøket ble stoppet.

Et slikt stoff kan for eksempel bestå av 100 vektdeler av en etylenkopolymer, 220 vektdeler aluminiumhydroksyd, 220 vektdeler kalsiumkarbonat, 10 vektdeler av en voks, 11 vektdeler av en syntetisk gummi, 1 vektdel av et fargestoff, og 1,5 vektdeler av et antioksydasjonsmiddel. Til sammenligning vil kjente PVC-materialer kunne motså en hovedsakelig samme brannprøve klasse A i bare ca. 60 min., etter hvilken peri-ode PVC-materialet gikk kjemisk i oppløsning og fremskaffet farlig klorgass.

Ved enda en annen utførelsesform for den foreliggende oppfinnelse omfatter det flamme- eller brannbestandige materiale 90-]50 vektdeler av en polymerbasisbestanddel, 14-24 vektdeler av et produksjonssmøremiddel, 8-13 vektdeler av kalsiumoksyd, 140-160 vektdeler av kalsiukkarbonat og 140-160 vektdeler aluminiumhydroksyd. Dessuten kan dette materiale også innbefatte en effektiv mengde av farge/aldrings-middel, f.eks. sot.

Fortrinnsvis omfatter plymermaterialet 70-100 vektdeler etylenetylakrylatkopolymer og 20-40 vektdeler syntetisk gummi, f.eks. EPDM. Produksjonssmørestoffet omfatter fortrinnsvis 8-12 vektdeler av polyisobutylen og 6-12 vektdeler parafinvoks.

Det flamme- eller brannbestandige materiale ifølge denne utførelsesform for oppfinnelsen beskrevet like ovenfor, kan tilberedes ved sammenblanding av materialets bestanddeler, fortrinnsvis i pulverform, ved en temperatur på ca. 30°C for å fremskaffe en løs blanding. Den resulterende tørre blanding blir ekstrudert gjennom en dobbeltskrueekstruder ved en temperatur på ca. 130°C. Det resulterende ekstrudat blir delvis nedkjølt og ført gjennom en perforert plate for oppkapping til granulatform ved utløpet av platen. Granulatene kan lagres midlertidig ved værelsestemperatur. Deretter kan granulatene tildannes til rør- eller kanalform gjennom en ekstruder med trinnvis oppvarming til 125°C.

Den ekstruderte kanal kan utføres med et armeringsbelegg og eventuelt en ytre beskyttende kappe tildannet f.eks. av et plastmateriale.

En kanal som er tildannet av det flamme- eller brannbestandige materiale forsterket på denne måte er spesielt nyttig som et flammebeskyttende hylster for elektriske kabler.

Det armerte rør som er omtalt ovenfor, danner når det utsettes for brannbetingelser, et sterkt glødeskall med gode termiske isolasjonsegenskaper og høy termisk stabilitet. Det oppsvulmede lag eller glødeskallet bidrar til en effektiv termisk og mekanisk isolasjon av de kabler som skallet rommer. Glødeskallet blir avstøttet ved hjelp av armerings-skiktet.

Som et eksempel på et flamme- eller brannbestandig materiale fremstilt spesielt i form av et rør for beskyttelse av elektriske kabler, ble følgende bestanddeler blandet sammen ved en temperatur på ca. 30°C, idet bestanddelene hovedsakelig forelå i pulverform: 80 vektdeler av etylenetylakrylatkopolymer, 30 vektdeler syntetisk gummi, f.eks. EPDM gummi, 10 vektdeler polyisobutylen, 10 vektdeler parafinvoks, 11 vektdeler kalsiumoksyd, 1 vektdel sot, 150 vektdeler aluminiumhydroksyd og 150 vektdeler kalsiumkarbonat. Den resulterende tørre blanding ble deretter ført gjennom en dobbeltskrueekstruder ved en temperatur på 130°C og ekstrudatet ble deretter i delvis nedkjølt tilstand ført gjennom en perforert plate for oppkapping til granulatform ved utløpet av platen.

De resulterende granulater kan lagres, om nødvendig, ved normal værelsestemperatur for senere bruk, eller de kan føres direkte til en ekstruder for trinnvis oppvarming til 125°C for ekstrudering til kanal- eller rørform.

Det ekstruderte rør blir påført en ytre armering, hvoretter det armerte rør eventuelt dekkes med en ytre beskyttende kappe av f.eks. polyvinylklorid.

Den polymere basisbestanddel, dvs. etylenetylakrylatkopoly-meren og den syntetiske gummi danner de elastiserendes komponenter av det resulterende rør, og de relative mengder av disse to bestanddeler kan balanseres avhengig av den ønskede grad av elastisitet i forhold til den mengde av fyllstoff som skal absorberes i polymerbasisbestanddelen. Polyisobutylen blir tilsatt som et prosesshjelpemiddel for innblan-dingen av fyllstoffet i den polymere blanding, og parafinvoks tilsettes som et smøremiddel for å gi blandingen til-strekkelig smidighet under fremstillingsprosessen.

Kalsiumoksyd som absorberer fuktighet i blandingen, tilsettes i passende mengder som et tørkestoff i den hensikt å re-dusere faren for porevirkning ved sammenblanding av de polymere stoffer og de forskjellige tilsetningsstoffer. Kalsium-oksydet bidrar også til en mer homogen masse.

Sot benyttes som et fargestoff. Det gir også blandingen en viss grad av beskyttelse mot oksydasjon.

Fyllstoffene, aluminiumhydroksyd og kalsiumkarbonat vil når materialet ifølge oppfinnelsen utsettes for utbrenningsbe-tingelser, fremskaffe et porøst materiale som ikke brenner, og det innbyrdes forhold mellom tilsetningsstoffene gir den riktige konsistens til det skum som opptrer ved forbrenning. Dette skum vil senere stivne til et sterkt glødeskall med god termisk isolasjonsevne og høy termisk stabilitet.

Den kanal- eller rørformede beskyttende artikkel ifølge den foreliggende oppfinnelse gir god mekanisk beskyttelse under normale bruksforhold og produserer ikke halogene gasser eller nevneverdig røk ved forbrenning. Bortsett fra de organiske stoffer er beskyttelsesrøret ifølge oppfinnelsen lite brennbart, og ved høye temperaturer danner det et termiskt stabilt keramikklignende skum-glødeskall som har gode termiske isolasjonsegenskaper, og som holdes på plass ved hjelp av armering, f.eks. en fletting av metall eller annet kjent materiale.

Under forbrenningsbetingelser vil den kjemiske reaksjon fremskaffe vann som, slik det er nevnt tidligere, har en kjølende virkning. Materialet ifølge den foreliggende oppfinnelse har også liten forbrenningsvarme. Beskyttelsesrøret ifølge oppfinnelsen kan fremstilles ved hjelp av standard utstyr og er forholdsvis rimelig på grunn av lett tilgjenge-lige råstoffer.

Claims (15)

1. Brann- eller flammebestandig harpiksholdig materiale, eventuelt inneholdende kjente tilsetningsmidler såsom farvestoffer, antioksydanter, smøremidler og elastiserende midler, og omfattende brann- eller flammebestandige midler, karakterisert ved at materialet som basisbestanddel omfatter 100 vektdeler av en i det vesentlige halogenfri, termoplastisk etylen-kopolymer, og at de brann-eller flammebestandige midler utgjøres av 50-500 vektdeler aluminiumhydroksyd, 8-15 vektdeler kalsiumoksyd og 100-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/eller kalsiummagnesiumkarbonat, samt mindre mengder mykner.

2. Materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at etylenkopolymeren er en etylen/etylakrylat-kopolymer.

3. Materiale som angitt i et av kravene 1-2, omfattende et elastiserende middel, smøremiddel, farvestoff og antioksydasjonsmiddel, karakterisert ved at nevnte tilsetningsmidler utgjør 30-58,5 vektdeler i forhold til 100 vektdeler av kopolymeren.

4. Materiale som angitt i krav 3, karakterisert ved at i forhold til 100 vektdeler av polymerbasisbestanddelen inneholder det 10-30 vektdeler av et elastiserende middel, 8-15 vektdeler av et smøremiddel, 1 vektdel av et farvestoff og 0-1,5 vektdeler antioksydasjonsmiddel.

5. Materiale som angitt i krav 1, 3 eller 4, karakterisert ved at smøremidlet er parafinvoks, det elastiserende middel er etylenpropengummi, farvestoffet er sot, og antioksydasjonsmidlet er trimetyldihydrokinolin.

6. Materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter 100 deler etylen/etylenakrylat-kopolymer, 220 vektdeler aluminiumhydroksyd, 220 vektdeler kalsiumkarbonat, 10 vektdeler av et smøremiddel, 11 vektdeler av et elastiserende middel, • 11 vektdeler kalsiumoksyd og 1 vektdel av et farvestoff.

7. Materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter 80 vektdeler etylen/etylenakrylat-kopolymer, 150 vektdeler kalsiumkarbonat, 10 vektdeler av et smøremiddel, 30 vektdeler av et elastiserende middel, 11 vektdeler kalsiumoksyd, 10 vektdeler av en polymer mykner og 1 vektdel farvestoff.

8. Materiale som angitt i krav 1, karakterisert ved at det omfatter 80-100 vektdeler etylen/etylenakrylat-kopolymer, 150-220 vektdeler aluminiumhydroksyd, 150-220 vektdeler kalsiumkarbonat, 11-30 vektdeler av et elastiserende middel, 0-10 vektdeler av en polymer mykner, 10 vektdeler av et smøremiddel, 11 vektdeler kalsiumoksyd og 1 vektdel farvestoff.

9. Fremgangsmåte for fremstilling av et brann- eller flammebestandig harpiksholdig materiale, eventuelt inneholdende kjente tilsetningsmidler såsom farvestoffer, antioksydanter, smøremidler og elastiserende midler, og omfattende brann- eller flammebestandige midler, karakterisert ved at 100 vektdeler av en i det vesentlige halogenfri, termoplastisk etylen-kopolymer blandes i tørr tilstand ved omgivende temperatur med brann-eller flammebestandige midler som utgjøres av 50-500 vektdeler aluminiumhydroksyd, 8-15 vektdeler kalsiumoksyd og 100-600 vektdeler kalsiumkarbonat og/ eller kalsium-magnesiumkarbonat, samt mindre mengder mykner, hvoretter den resulterende blanding ekstruderes ved en temperatur på 125-200°C for dannelse av ekstrudater i kontinuerlig form, hvoretter ekstrudatet oppkappes i passende form for lagring ved omgivende temperatur.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at det som etylenkopolymer anvedes en etylen/etylakrylatkopolymer.

11. Fremgangsmåte som angitt i krav 9 eller 10, hvor der benyttes tilsetningsmidler såsom farvestoffer, antioksydanter, smøremidler, etc, karakterisert ved at smøremiddel, farvestoff, mykningsmiddel og anti-oksydas jonsmiddel tilsettes i en vektmengde på 30-58,5 vektdeler i forhold til 100 deler av kopolymeren.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at der som smøremiddel benyttes parafinvoks, som elastiserende middel brukes etylenpropengummi, som farvestoff brukes sot, og som antioksy-das jonsmiddel brukes trimetyldihydrokinolin.

13. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 9-12, karakterisert ved at blandingen av bestanddelene ekstruderes til ønsket form ved en temperatur på ca. 150°C.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert ved at bestanddelene blandes hovedsakelig i pulverform for fremskaffelse av en løs blanding ved en temperatur på ca. 30°C, den resulterende blanding ekstruderes ved en temperatur på ca. 130°C, og ekstrudatet avkjøles og oppdeles til granulater for lagring ved omgivende temperatur.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 14, karakterisert ved at granulatene ekstruderes ved en temperatur på opptil 125°C.