RU2329898C2 - Multi-layer barier system (versions) - Google Patents

Multi-layer barier system (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2329898C2
RU2329898C2 RU2005137869/03A RU2005137869A RU2329898C2 RU 2329898 C2 RU2329898 C2 RU 2329898C2 RU 2005137869/03 A RU2005137869/03 A RU 2005137869/03A RU 2005137869 A RU2005137869 A RU 2005137869A RU 2329898 C2 RU2329898 C2 RU 2329898C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
layer
barrier system
silicate
glass
Prior art date
Application number
RU2005137869/03A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005137869A (en
Inventor
Джон В. РОБИНСОН (US)
Джон В. РОБИНСОН
Энтони М. МАЗАНИ (US)
Энтони М. МАЗАНИ
Крейг Л. КАРТРАЙТ (US)
Крейг Л. КАРТРАЙТ
Original Assignee
Гудрич Корпорейшн
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US10/777,885 external-priority patent/US7094285B2/en
Application filed by Гудрич Корпорейшн filed Critical Гудрич Корпорейшн
Publication of RU2005137869A publication Critical patent/RU2005137869A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2329898C2 publication Critical patent/RU2329898C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention relates to a multi-layer barrier system including, at least, one inorganic resin compound layer containing a product of interaction of alkaline metal silicate and/or alkaline metal silicate precursor, a reactive acidic glass, water, unnecessarily, one or several acidic oxoanionic compounds, and, unnecessarily, a clay and/or oxide filler, and, at least, one layer of additional material including an isolating material, a bloating material, a foamed material, a reflecting material, a corrugated material, every one of them containing a gas volume. Also, this version of the aforesaid system can incorporate, at least, two layers of the aforesaid inorganic resin composition and, instead of a reactive glass, at least, one compound containing, at least, one polyvalent cation. Here note that one layer of the inorganic resin composition contains a reinforcing compound.
EFFECT: higher heat stability, fire resistance.
36 cl, 12 dwg, 4 tbl

Description

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКАCROSS REFERENCE

Данная заявка основана на предварительной заявке на патент США 60/476671, поданной 6 июня 2003 года на огнестойкую преграду. Данная заявка также является частичным продолжением заявки на патент США 10/777885, поданной 12 февраля 2004 года и озаглавленной ″Inorganic Matrix Compositions, Composites incorporating the Matrix, and Process of Making the Same″, которая заявляет преимущество заявки на патент США 09/871765, поданной 1 июня 2001 года, которая заявляет преимущество предварительной заявки на патент США 60/233952, поданной 20 сентября 2000 года, озаглавленной ″Inorganic Matrix Compositions, Composites and Process of Making the Same″, и, кроме того, заявка на патент США 10/777885 заявляет преимущество заявки на патент США №09/871998, поданной 1 июня 2001 года, которая заявляет преимущество предварительной заявки на патент США 60/233985, поданной 20 сентября 2000 года, озаглавленной ″Inorganic Matrix Compositions and Composites Incorporating the Matrix Composition″. Все указанные выше заявки настоящим полностью включаются здесь ссылкой.This application is based on provisional patent application US 60/476671, filed June 6, 2003 for a fire barrier. This application is also a partial continuation of US patent application 10/777885, filed February 12, 2004, entitled "Inorganic Matrix Compositions, Composites incorporating the Matrix, and Process of Making the Same", which claims the benefit of US patent application 09/871765, filed June 1, 2001, which claims the benefit of provisional patent application US 60/233952, filed September 20, 2000, entitled "Inorganic Matrix Compositions, Composites and Process of Making the Same", and, in addition, US patent application 10 / 777885 claims the benefit of US patent application No. 09/871998, filed June 1, 2001, which It claims the benefit of US Provisional Application No. 60/233985, filed September 20, 2000, entitled "Inorganic Matrix Compositions and Composites Incorporating the Matrix Composition". All of the above applications are hereby incorporated by reference in their entirety.

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к улучшенным противопожарным системам или к многослойным системам, включающим, по меньшей мере, один слой неорганической полимерной матрицы, полученной из силиката щелочного металла и одного или нескольких несиликатных структурообразующих веществ, и/или реакционноспособного стекла и, необязательно, вторичного модификатора структуры сетки. Другие слои могут представлять собой любое из нижеследующего: изолирующий слой, вспучивающийся слой, вспененный слой, гофрированный слой, отражающий поверхностный слой и армирующие материалы либо в виде отдельного слоя, либо включенные внутрь любого из вышеуказанных слоев и, предпочтительно, внутрь слоя неорганической полимерной матрицы. Более конкретно, вышеуказанные слои могут служить в качестве каркаса, промежуточного слоя или в виде внешнего барьерного слоя для защиты желаемых подложек, таких как древесина, металл и аналогичных, от воздействия высокой температуры и/или огня.The present invention relates to improved fire fighting systems or to multilayer systems comprising at least one layer of an inorganic polymer matrix derived from alkali metal silicate and one or more non-silicate structure-forming substances and / or reactive glass and, optionally, a secondary modifier of the mesh structure . Other layers may be any of the following: an insulating layer, an intumescent layer, a foam layer, a corrugated layer, a reflecting surface layer, and reinforcing materials, either as a separate layer or included inside any of the above layers and, preferably, inside an inorganic polymer matrix layer. More specifically, the above layers can serve as a framework, an intermediate layer or as an outer barrier layer to protect the desired substrates, such as wood, metal and the like, from exposure to high temperature and / or fire.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Неорганические матрицы применимы в качестве огнестойкого связующего для композиционных материалов, материалов подложки, клеев, пористых материалов, таких как вспененные материалы, или композиционных материалов. В качестве материалов подложки их используют для получения формованных предметов, из которых после отверждения получают строительный материал. В качестве композиционного материала матричные композиции используют для пропитки ткани, которую можно объединить с другими аналогично пропитанными тканями с получением многослойного композиционного материала, который затем формуют и отверждают, получая формованный предмет аналогично материалу подложки, но с преимуществом армирования, предоставляемым тканью.Inorganic matrices are useful as a flame retardant binder for composite materials, backing materials, adhesives, porous materials such as foam materials, or composite materials. As the substrate materials, they are used to obtain molded objects, from which, after curing, a building material is obtained. As a composite material, matrix compositions are used to impregnate a fabric that can be combined with other similarly impregnated fabrics to form a multilayer composite material, which is then molded and cured to form a molded object similar to the substrate material, but with the advantage of reinforcement provided by the fabric.

Большинство хорошо известных в настоящее время композитных систем основано на органических полимерных матрицах, таких как эпоксид/стекловолокно, эпоксид/углеродное волокно, полиуретан/стекловолокно, ПВХ/стекловолокно, полиимид/кварцевое волокно, сложный полиэфир/стекловолокно и найлон/стекловолокно. Хотя органические полимерные композиционные материалы показывают превосходные физические и механические свойства, они ограничиваются в отношении воспламеняемости, образования дыма и газа и возможности эксплуатации при повышенных температурах. Воспламеняемость композитов на основе органических полимеров можно снизить добавлением неорганических компонентов и/или добавок. Замещение атомов водорода атомами галогена (например, хлором) в углеводородах и углеводородных полимерах может значительно снизить воспламеняемость и образование дыма/газа, но они будут разрушаться при температурах, превышающих 250°C, и, в конечном счете, сгорать при температурах, превышающих 450°C. Органические термопластичные полимеры также деформируются при относительно низких температурах (примерно 100°C-300°C), а органические полимеры, предназначенные для эксплуатации при более высоких температурах, обычно недоступны из-за стоимости материала и обработки.Most currently well-known composite systems are based on organic polymer matrices such as epoxy / fiberglass, epoxy / carbon fiber, polyurethane / fiberglass, PVC / fiberglass, polyimide / silica fiber, polyester / fiberglass and nylon / fiberglass. Although organic polymeric composite materials exhibit excellent physical and mechanical properties, they are limited in terms of flammability, smoke and gas, and the ability to operate at elevated temperatures. The flammability of composites based on organic polymers can be reduced by the addition of inorganic components and / or additives. Replacing hydrogen atoms with halogen atoms (e.g., chlorine) in hydrocarbons and hydrocarbon polymers can significantly reduce flammability and smoke / gas formation, but they will decompose at temperatures exceeding 250 ° C and ultimately burn out at temperatures exceeding 450 ° C. Organic thermoplastic polymers also deform at relatively low temperatures (approximately 100 ° C-300 ° C), and organic polymers intended for use at higher temperatures are usually unavailable due to the cost of material and processing.

Другие композиционные материалы включают композиционные материалы с металлической матрицей (MMC), композиционные материалы с керамической матрицей (CMC), углерод-углеродные композиционные материалы, а также другие композиционные материалы на основе неорганической матрицы. Матрица композиционного материала может быть на 100% неорганической или она может содержать некоторое количество органического вещества. Неорганические матричные структуры включают керамику, керамику на основе оксидов, стекла, металлы, металлические сплавы, цементирующие материалы и аналогичные материалы. Другие материалы, которые можно рассматривать, включают неорганические частицы, инкапсулированные неорганическими связующими, органические смолы, наполненные неорганическими наполнителями, неорганическо-органические гибриды, такие как силикон, и другие неорганические матричные материалы, известные специалисту в данной области.Other composite materials include metal matrix composite materials (MMC), ceramic matrix composite materials (CMC), carbon-carbon composite materials, and other inorganic matrix composite materials. The matrix of the composite material may be 100% inorganic or it may contain some organic matter. Inorganic matrix structures include ceramics, oxide-based ceramics, glass, metals, metal alloys, cementitious materials, and similar materials. Other materials that can be considered include inorganic particles encapsulated with inorganic binders, organic resins filled with inorganic fillers, inorganic-organic hybrids such as silicone, and other inorganic matrix materials known to those skilled in the art.

Силикаты щелочных металлов применяют в качестве возможных связующих материалов неорганической матрицы. См., например, патенты США №4472199; 4509985; 4888311; 5288321; 5352427; 5539140 или 5798307, выданные Davidovits; патент США №4936939, выданный Woolum, или патент США №4284664, выданный Rauch.Alkali metal silicates are used as possible binding materials for the inorganic matrix. See, for example, US patents No. 4472199; 4,599,885; 4,888,311; 5,288,321; 5352427; 5,539,140 or 5,798,307 issued by Davidovits; US patent No. 4936939 issued by Woolum, or US patent No. 4284664 issued by Rauch.

Огнестойкие двери, которые представляют собой одну форму противопожарной преграды, являются многомиллиардным долларовым рынком в одной Северной Америке и столь же крупным в Европе. Ожидается, что рынок огнестойких дверей вырастет с наступлением более строгих правительственных установлений по чрезвычайным ситуациям 9/11 и давления страховых компаний. Технология, используемая при изготовлении огнестойкой двери, основана на пределе огнестойкости двери, который необходимо получить. Эксплуатационные характеристики данных огнестойких дверей измеряют, используя испытание на огнестойкость, когда измеряют время, в течение которого дверь может оказывать сопротивление огню и сохранять достаточную прочность. Протокол испытания может различаться, но обычно он представляет собой используемый в США протокол Warnock-Hersey. Данный протокол состоит из кривой обжига Е-119 с воздействием потока из шланга или без этого в конце данного испытания. Таким образом, дверь подвергают воздействию пламени в печи в течение некоторого периода времени, например, 60 минут, и затем по двери ударяют потоком из пожарного шланга. Дверь, которая сохраняется целой, проходит тест. Противопожарные двери классифицируют от 20 минут до многих часов, причем большая часть дверей имеет 20, 45, 60 и 90-минутный предел огнестойкости. Конструкция и материалы 20-минутной двери по сравнению с 90-минутной дверью значительно отличаются, что отражается не только в степени огнестойкости, но также в стоимости двери.Fireproof doors, which are one form of fire barrier, are a multi-billion dollar dollar market in North America alone and equally large in Europe. The fire-resistant door market is expected to grow with stricter 9/11 government emergency regulations and pressure from insurance companies. The technology used in the manufacture of the fireproof door is based on the limit of fire resistance of the door to be obtained. The performance of these fireproof doors is measured using a fire test, when they measure the time during which the door can resist fire and maintain sufficient strength. The test protocol may vary, but it is typically the US Warnock-Hersey protocol. This protocol consists of an E-119 firing curve with or without flow from the hose at the end of this test. Thus, the door is exposed to a flame in the furnace for a period of time, for example 60 minutes, and then the door is struck by a stream from a fire hose. A door that is kept intact passes the test. Fire doors are classified from 20 minutes to many hours, with most of the doors having a 20, 45, 60 and 90 minute fire resistance. The design and materials of the 20-minute door compared to the 90-minute door are significantly different, which is reflected not only in the degree of fire resistance, but also in the cost of the door.

20-Минутная дверь может просто представлять собой деревянную или пластиковую дверь с вспучивающимися полосками на краях для герметизации двери. Тогда как 60- или 90-минутная дверь в дополнение к полоскам на краях требует каркас некоторого типа, чтобы получить дополнительное время. Каркас служит множеству целей в зависимости от конструкции и материалов двери. Во-первых, каркас является пассивной защитой от огня, предотвращающей проникновение огня через дверь. Во-вторых, каркас изолирует сторону, где нет огня, поддерживая низкую температуру в течение испытания. В-третьих, каркас может помочь сохранить конструктивную целостность в течение теста с использованием потока из противопожарного шланга после воздействия огня. Каркасы, используемые в противопожарных дверях, могут исполнять все данные функции или только одну или две из данных функций, кроме того, эффективность каркасов в данных трех областях может различаться в зависимости от материалов и конструкции двери. Большинство 90-минутных дверей представляют собой металлические плоские двери с минеральным каркасом. Каркас в данных дверях действует, прежде всего, в качестве изоляции, а сталь функционирует в качестве противопожарного барьера и для сохранения прочности, когда после испытания на огнестойкость следует воздействие потока из противопожарного шланга. Также существует небольшое количество филенчатых дверей (относимых к фасонным и ограждающим дверям), которые имеют 90-минутный предел огнестойкости. В большинстве случае в их каркасе содержится вспучивающееся вещество. Каркас функционирует, прежде всего, в качестве противопожарной преграды и изоляции той стороны двери, с которой огонь отсутствует, и в очень ограниченной степени конструкционным материалом. Древесина на той стороне двери, с которой огонь отсутствует, функционирует в качестве основного конструкционного материала для противостояния потоку из противопожарного шланга.The 20-minute door can simply be a wooden or plastic door with intumescent stripes at the edges to seal the door. Whereas a 60- or 90-minute door, in addition to the strips at the edges, requires some kind of frame in order to get extra time. The frame serves many purposes depending on the design and materials of the door. Firstly, the frame is a passive protection against fire, preventing the penetration of fire through the door. Secondly, the frame isolates the side where there is no fire, maintaining a low temperature during the test. Thirdly, the frame can help maintain structural integrity during the test using flow from the fire hose after exposure to fire. The frames used in fire doors can perform all of these functions or only one or two of these functions, in addition, the effectiveness of the frames in these three areas can vary depending on the materials and design of the door. Most 90-minute doors are flat metal doors with a mineral frame. The frame in these doors acts primarily as insulation, and the steel functions as a fire barrier and to maintain strength when, after a fire test, the flow from the fire hose follows. There is also a small number of paneled doors (classified as shaped and enclosed doors) that have a 90-minute fire resistance rating. In most cases, their frame contains intumescent material. The frame functions primarily as a fire barrier and insulation on the side of the door with which there is no fire, and to a very limited extent by the structural material. The wood on the side of the door where there is no fire functions as the main structural material to withstand the flow from the fire hose.

Примеры данных конструкций предшествующего уровня техники можно найти в патентах предшествующего уровня техники. Например, патент США №4270326, выданный Hölter et al, описывает ткань из керамического волокна или стекловолокна для использования в противопожарной двери, где из волокон вместе аналогичными игловидными волокнами изготовлен войлок, в то время как патент США №4879320, выданный Hastings, описывает огнезащитный материал покрытия, который включает жидкое вспучивающееся вещество и диспергированные и суспендированные в нем огнеупорные волокна различного размера. Патенты США №4756945 и 4936064, выданные Gibb, описывают огнестойкую панель, которая включает матрицу огнеупорного вещества, в которую помещен или на поверхности которой находится армирующий материал. Gibb'945 описывает негорючие материалы бланкета, которые изготовлены из неорганических волокон, сформованных в огнеупорную, пористую ткань, и увеличивающийся в объеме под действием тепла негорючий слой прикреплен к одной стороне слоя подложки. Патент США №4801496, выданный Buchacher, описывает противопожарную стену, сооруженную из композиционного материала, включающего огнезащитный слой вспучивающегося материала, объединенный со слоями графита/эпоксидной смолы или Kevlar®/эпоксидной смолы.Examples of these prior art constructions can be found in prior art patents. For example, US Pat. No. 4,270,326 to Hölter et al describes ceramic or fiberglass fabric for use in a fire door, where felt is made from fibers with similar needle-like fibers, while US Patent No. 4,879,320 to Hastings describes a flame retardant material. coatings, which includes a liquid intumescent and dispersed and suspended in it refractory fibers of various sizes. U.S. Patent Nos. 4,756,945 and 4,936,064 to Gibb describe a fire resistant panel that includes a matrix of refractory material in which a reinforcing material is placed or on a surface. Gibb'945 describes non-combustible blanket materials that are made of inorganic fibers formed into a refractory, porous fabric, and which increases in volume under the influence of heat, the non-combustible layer is attached to one side of the substrate layer. US Patent No. 4,801,496 to Buchacher describes a fire wall constructed of a composite material including a fire retardant layer of intumescent material combined with layers of graphite / epoxy or Kevlar® / epoxy.

Примеры цементирующих материалов включают патент США №4159302, выданный Greve et al, который описывает противопожарную дверь, которая включает вспученный перлит, гипс, отвержденный гидравлический цемент и неорганическое связующее, патент США №4064317, выданный Fukuba et al, который описывает огнестойкий лист сухой штукатурки, патент США №6240691, выданный Holzkaemper et al, который описывает композиционную панель, включающую вспененный лист, изготовленный из цементирующего материала.Examples of cementitious materials include US Pat. No. 4,159,302, issued to Greve et al, which describes a fire door that includes expanded perlite, gypsum, cured hydraulic cement and an inorganic binder; US Pat. US patent No. 6240691 issued by Holzkaemper et al, which describes a composite panel comprising a foam sheet made of cementitious material.

Патенты США №4818595 и 5130184, выданные Ellis, описывают противопожарные преграды для использования на деревянных или пластмассовых подложках или между ними, которые используют подобные краскам суспензии цементирующей среды на основе оксида алюминия и дисперсий коллоидного диоксида кремния. Европейский патент №EP 0674089, выданный Wood, описывает противопожарную дверь, изготовленную из деревянной трехслойной (сэндвичевой) структуры и включающую теплоизолирующий огнестойкий материал, который представляет собой смесь огнестойкого цемента на основе алюмината кальция и неорганических волокон.US Patent Nos. 4,818,595 and 5,101,184, issued to Ellis, describe fire barriers for use on or between wooden or plastic substrates that use paint-like suspensions of an alumina cementitious slurry and colloidal silica dispersions. European patent No. EP 0674089, issued by Wood, describes a fire door made of a wooden three-layer (sandwich) structure and comprising a heat-insulating fire-resistant material, which is a mixture of fire-resistant cement based on calcium aluminate and inorganic fibers.

Вспучивающиеся композиции могут включать композиции силиката натрия, которые при воздействии на них тепла имеют тенденцию увеличиваться в объеме из-за нарастания давления вспенивания и при непрерывном воздействии тепла стремятся образовать полукокс, который обеспечивает защиту конструкции. Ряд вспучивающихся композиций описан и их применяют в противопожарных покрытиях, включая патент США №4729916, выданный Feldman; патент США №5476891, выданный Welna; патент США №5786095, выданный Batdorf; патент США №4675577, выданный Licht; патент США №5498466, выданный Navarro et al, и патент США №5580648, выданный Castle et al. Патент Castle описывает мастиковое вспучивающееся противопожарное покрытие, которое можно наносить на строительные элементы, такие как двутавровые балки. Другие примеры вспучивающихся слоистых систем включают патент США №3934066, выданный Murch et al, патент США №5258216, выданный von Bonin et al, патент США №5053288, выданный Delvaux et al, патент США №4297252, выданный Caesar et al, патент США №6340389, выданный Klus, патенты США №6270915 и 6182470, выданные Turpin et al, патент США №4799349, выданный Luckanuck et al, и патент США №5722213, выданный Morency.Intumescent compositions may include sodium silicate compositions which, when exposed to heat, tend to increase in volume due to increasing foaming pressure and tend to form semi-coke, which protects the structure, when exposed to heat. A number of intumescent compositions have been described and are used in fire coatings, including US Pat. No. 4,727,916 issued to Feldman; US patent No. 5476891 issued by Welna; US patent No. 5786095 issued to Batdorf; U.S. Patent No. 4,675,577 to Licht; US Patent No. 5,494,466 issued to Navarro et al and US Patent No. 5,580,648 issued to Castle et al. Castle patent describes a mastic intumescent fireproof coating that can be applied to building elements such as I-beams. Other examples of intumescent layered systems include US patent No. 3934066 issued by Murch et al, US patent No. 5258216 issued by von Bonin et al, US patent No. 5053288 issued by Delvaux et al, US patent No. 4,297,252 issued by Caesar et al, US patent No. 6,340,389 to Klus, U.S. Patent Nos. 6,270,915 and 6,182,470 issued to Turpin et al, U.S. Patent No. 4,799,349 to Luckanuck et al and U.S. Patent No. 5,722,213 to Morency.

Конструкции противопожарных преград и дверей также включали дополнительные конструктивные детали, такие как проволочная арматура, например, как описано в патенте США №5215806, выданном Bailey, теплоотражающие металлические слои, как описано в патенте США №4509559, выданном Cheetham et al, и материалы сотовой структуры или пространственные материалы, как описано в патенте США №4229872, выданном Miguel et al, или патенте США №4767656, выданном Chee et al.Fire barriers and door designs also included additional structural parts such as wire fittings, for example, as described in US Pat. No. 5,215,806 to Bailey, heat-reflecting metal layers, as described in US Pat. No. 4,509,559 to Cheetham et al, and honeycomb materials. or spatial materials, as described in US Pat. No. 4,229,872 issued to Miguel et al, or US Pat. No. 4,767,656 to Chee et al.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Описываются различные многослойные противопожарные системы или многослойные слоистые материалы, которые включают один или несколько слоев противопожарной преграды. В общем, противопожарная преграда представляет собой неорганическую полимерную матрицу, полученную, по меньшей мере, из одного силиката щелочного металла. Данные материалы, которые включают один или несколько остающихся слоев, обычно предоставляют одно или несколько свойств из следующего: увеличенную огнестойкость; термический барьер; слой, препятствующий окислению, армирование, остаточное сопротивление в течение и после воздействия огня, предотвращение прогорания или снижение уровня дыма и аналогичное. Фактическая конструкция противопожарной системы, как правило, основывается на требуемых эксплуатационных характеристиках. Таким образом, различные слои обычно включают один или несколько изолирующих материалов, один или несколько вспучивающихся материалов, один или несколько вспененных материалов, один или несколько гофрированных материалов, один или несколько отражающих слоев и т.д., а также обычно один или несколько армирующих наполнителей, таких как волокна или листы, которые могут присутствовать в виде отдельного слоя или быть включены в один из вышеуказанных слоев.Various multi-layer fire systems or multi-layer laminate materials are described that include one or more layers of a fire barrier. In general, a fire barrier is an inorganic polymer matrix obtained from at least one alkali metal silicate. These materials, which include one or more remaining layers, typically provide one or more of the following properties: increased fire resistance; thermal barrier; a layer that prevents oxidation, reinforcement, residual resistance during and after exposure to fire, prevention of burnout or reduction of smoke levels and the like. The actual design of the fire system is usually based on the required performance. Thus, the various layers typically include one or more insulating materials, one or more intumescent materials, one or more foam materials, one or more corrugated materials, one or more reflective layers, etc., as well as usually one or more reinforcing fillers such as fibers or sheets, which may be present as a separate layer or be included in one of the above layers.

Неорганическую полимерную матрицу по настоящему изобретению в соответствии с желанием можно изготовить либо (1) в виде продукта реакции силиката щелочного металла, одного или нескольких несиликатных структурообразующих веществ, таких как кислотное оксоанионное соединение, и/или реакционноспособного стекла, воды и, необязательно, наполнителя, и одного или нескольких вторичных связывающих структуру звеньев (таких как многовалентный(е) катион(ы), выбранный(е) из групп 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 или 16, например соль щелочноземельного металла), либо (2) в виде продукта реакции основания щелочного металла, источника кремнезема и воды, а также несиликатных структурообразующих веществ и модификаторов структуры или их комбинации. Более того, модифицированную неорганическую полимерную матрицу можно получить, используя водную суспензию силиката щелочного металла (или его предшественника), реакционноспособное стекло и воду, а также ингибиторы гелеобразования и другие структурообразующие материалы и модификаторы. Способность варьировать данные "структурные блоки" дает возможность подстраивать свойства продукта, чтобы он подходил для многочисленных высокотемпературных областей использования. Композиция может включать другие структурообразующие материалы, модификаторы и наполнители.The inorganic polymer matrix of the present invention, as desired, can be made either (1) as a reaction product of an alkali metal silicate, one or more non-silicate structure-forming substances, such as an acid oxoanion compound, and / or reactive glass, water and, optionally, a filler, and one or more secondary structural linking units (such as the multivalent (e) cation (s) selected (e) from groups 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 or 16, for example, an alkaline earth metal salt ), or (2) in the form of a reaction product of an alkali metal base, a source of silica and water, as well as non-silicate structure-forming substances and structure modifiers, or a combination thereof. Moreover, a modified inorganic polymer matrix can be obtained using an aqueous suspension of alkali metal silicate (or its precursor), reactive glass and water, as well as gelation inhibitors and other structure-forming materials and modifiers. The ability to vary these “building blocks” makes it possible to fine-tune the properties of the product so that it is suitable for numerous high-temperature areas of use. The composition may include other structure-forming materials, modifiers and fillers.

Композиционные материалы на основе силикатов щелочных металлов можно приготовить нанесением водной суспензии модифицированной матрицы щелочного металла на армирующую среду, такую как непрерывное или прерывистое волокно в виде жгутов или матов из стекла, углерода, покрытого углерода, оксидированного углерода, покрытого полимером углерода, покрытого полимером стекла, покрытого керамикой углерода, покрытого керамикой стекла, покрытого металлом углерода, покрытого металлом стекла, стали, нержавеющей стали, покрытой стали, полимера, минералов или аналогичного. После необязательного периода B-стадии и/или разделения(й), предназначенных для удаления избытка реагентов, неполимерных продуктов, примесей и/или другого нежелательного вещества, композиционный материал отверждают в температурном диапазоне примерно от 15°C до 1000°C и выше и при давлении, достаточном для затвердевания композиционного материала, обычно при внешнем давлении в диапазоне от давления окружающей среды до примерно 2000 фунт/кв. дюйм и под вакуумом примерно от давления окружающей среды до примерно 10-3 торр (например, с помощью вакуумного мешка). Предпочтительный диапазон температуры составляет от 50°C до 200°C, и давление составляет менее примерно 200 или примерно 250 фунт/кв. дюйм с использованием или без использования вакуумного мешка. Термин ″B-стадия" является общим термином, используемым в технологии изготовления композиционных материалов для описания практики, позволяющей предшественнику полимерной матрицы взаимодействовать и обрабатываться до стадии частично полимеризованного промежуточного соединения, не достигнув полностью отвержденной полимерной сетки. Также можно осуществить откачку вакуумным мешком, чтобы содействовать удалению воды и отверждению. Методы разделения включают промывку водой, раствором и/или растворителем, химическую паровую и/или газовую инфильтрацию. Композиционный материал можно сформовать различными методами, включая прямое формование, а также другие типичные методы формования.Composite materials based on alkali metal silicates can be prepared by applying an aqueous suspension of a modified alkali metal matrix to a reinforcing medium, such as continuous or intermittent fiber in the form of tows or mats of glass, carbon, carbon coated, oxidized carbon coated with a polymer of carbon, coated with a polymer of glass, ceramic-coated carbon, ceramic-coated glass, carbon-coated, metal-coated glass, steel, stainless steel, coated steel, polymer, mine ral or similar. After an optional B-stage period and / or separation (s), designed to remove excess reagents, non-polymer products, impurities and / or other undesirable substances, the composite material is cured in the temperature range from about 15 ° C to 1000 ° C and above and at pressure sufficient to harden the composite material, typically at an external pressure in the range from ambient pressure to about 2000 psi. inch and under vacuum from about ambient pressure to about 10 -3 Torr (for example, using a vacuum bag). A preferred temperature range is from 50 ° C to 200 ° C, and the pressure is less than about 200 or about 250 psi. inch with or without a vacuum bag. The term "B-stage" is a general term used in composite technology to describe a practice that allows the polymer matrix precursor to interact and process to the partially polymerized intermediate stage without reaching the fully cured polymer network. It is also possible to pump with a vacuum bag to facilitate water removal and curing. Separation methods include washing with water, solution and / or solvent, chemical steam and / or gases Infiltration The composite material can be molded by various methods, including direct molding, as well as other typical molding methods.

Полученная в результате композиция неорганической матрицы и/или композиционный материал проявляет термическую стабильность примерно до 1000°C и выше в зависимости от рецептуры и обработки и обладает превосходными свойствами относительно пламени, дыма и токсичности. Более того, композиционный материал, изготовленный по настоящему изобретению, обладает небольшим весом и хорошими теплоизолирующими и электроизоляционными характеристиками.The resulting inorganic matrix composition and / or composite material exhibits thermal stability up to about 1000 ° C and higher depending on the formulation and processing and has excellent flame, smoke and toxicity properties. Moreover, the composite material made according to the present invention has a low weight and good heat-insulating and electrical insulating characteristics.

Вместо неорганической полимерной матрицы или в дополнение к ней другие подходящие неорганические противопожарные соединения включают цементирующие вещества на основе оксидов, строительные растворы, огнеупорные материалы и аналогичные. Подходящие оксиды включают оксиды кремния, алюминия, магния и титана и соединения, которые включают такие оксиды, например силикаты, алюминаты и аналогичные. Дополнительные оксиды, которые могут быть включены вместе с указанными ранее оксидами, включают оксиды серы, кальция и железа. Кроме того, в неорганическую смолу можно включить встречающиеся в природе оксидные минералы неопределенного состава. Предпочтительными композициями неорганической смолы являются композиции смолы силиката щелочного металла.Instead of, or in addition to, the inorganic polymer matrix, other suitable inorganic fire fighting compounds include oxide-based cementitious substances, mortar, refractory materials, and the like. Suitable oxides include oxides of silicon, aluminum, magnesium and titanium and compounds that include such oxides, for example silicates, aluminates and the like. Additional oxides that may be included with the oxides indicated above include sulfur, calcium, and iron oxides. In addition, naturally occurring oxide minerals of indefinite composition can be included in the inorganic resin. Preferred inorganic resin compositions are alkali metal silicate resin compositions.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Данное изобретение состоит из показанных и описанных новых частей, конструкций, компоновок, комбинаций и улучшений. Сопровождающие чертежи, которые включены и составляют часть описания, иллюстрируют один вариант данного изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов изобретения.This invention consists of the shown and described new parts, structures, arrangements, combinations and improvements. The accompanying drawings, which are included and form part of the description, illustrate one embodiment of the present invention and together with the description serve to explain the principles of the invention.

Фиг.1 представляет собой покомпонентное изображение в разрезе (поперечный разрез) огнестойкого слоистого материала по настоящему изобретению;Figure 1 is an exploded cross-sectional view (cross section) of the flame retardant laminate of the present invention;

Фиг.2 представляет собой вид в разрезе (поперечном) слоистого материала из фиг.1, который скомпонован с дополнительными слоями, чтобы проиллюстрировать компоновку двери;Figure 2 is a sectional view (transverse) of the laminate of Figure 1, which is arranged with additional layers to illustrate the layout of the door;

Фиг.3 представляет собой вид в перспективе огнестойкого слоистого материала;Figure 3 is a perspective view of a flame retardant laminate;

Фиг.4 представляет собой вид в перспективе другого варианта осуществления огнестойкого слоистого материала;Figure 4 is a perspective view of another embodiment of a flame retardant laminate;

Фиг.5 представляет собой покомпонентное изображение в поперечном разрезе органическо/неорганического композиционного материала по настоящему изобретению;5 is an exploded cross-sectional view of an organic / inorganic composite material of the present invention;

Фиг.6 представляет собой покомпонентное изображение в перспективе огнестойкой конструкции двутавровой балки по настоящему изобретению;6 is an exploded perspective view of a fire-retardant I-beam structure of the present invention;

Фиг.7 представляет собой вид собранной двутавровой балки из фиг.6 в перспективе;Fig.7 is a perspective view of the assembled I-beams of Fig.6;

Фиг.8 представляет собой график зависимости эксплуатационной температуры от времени в ходе испытания на огнестойкость;Fig. 8 is a graph of operating temperature versus time during a fire test;

Фиг.9 представляет собой график зависимости температуры от времени при эксплуатации слоистых материалов при испытании в печи;Fig.9 is a graph of temperature versus time during operation of the layered materials when tested in an oven;

Фиг.10 представляет собой график зависимости температуры от времени при эксплуатации дополнительных слоистых материалов при испытании в печи;Figure 10 is a graph of temperature versus time during the operation of additional laminate materials when tested in an oven;

Фиг.11 представляет собой график зависимости температуры от времени при эксплуатации двутавровой балки при испытании в печи;11 is a graph of temperature versus time during operation of an I-beam in an oven test;

Фиг.12 представляет собой блок-схему, показывающую некоторые из многочисленных типов слоистых систем, которые можно изготовить по настоящему изобретению.12 is a block diagram showing some of the many types of laminate systems that can be manufactured according to the present invention.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Важный аспект настоящего изобретения состоит в использовании, по меньшей мере, одного слоя системы или слоистого материала, которые содержат композицию неорганической полимерной матрицы обычно в сочетании с армирующим материалом. Композицию неорганической полимерной матрицы по настоящему изобретению получают взаимодействием раствора силиката щелочного металла, несиликатного структурообразующего вещества и/или реакционноспособного стекла, воды и, необязательно, одного или нескольких вторичных связывающих структуру звеньев, таких как многовалентный(е) катион(ы), выбранные из групп 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 или 16 периодической таблицы, таких как соль щелочноземельного металла, и, необязательно, одного или нескольких наполнителей. Альтернативно, высокотемпературную композицию неорганической полимерной матрицы может предоставить взаимодействие источника кремнезема, основания щелочного металла, воды, несиликатных структурообразующих веществ и/или кислотного реакционноспособного стекла и, необязательно, одного или нескольких модификаторов структуры и/или одного или нескольких наполнителей. Если это необходимо или желательно, то могут быть включены дополнительные компоненты, такие как функциональные и/или нефункциональные наполнители, другие структурообразующие вещества и модификаторы.An important aspect of the present invention is the use of at least one layer of a system or laminate that comprises a composition of an inorganic polymer matrix, usually in combination with a reinforcing material. The composition of the inorganic polymer matrix of the present invention is obtained by the interaction of a solution of an alkali metal silicate, a nonsilicate structure-forming substance and / or reactive glass, water and, optionally, one or more secondary structural linking units, such as multivalent (e) cation (s) selected from the groups 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, or 16 of the periodic table, such as an alkaline earth metal salt, and, optionally, one or more fillers. Alternatively, the high temperature composition of the inorganic polymer matrix can provide the interaction of a source of silica, an alkali metal base, water, nonsilicate structure-forming substances and / or acid reactive glass and, optionally, one or more structure modifiers and / or one or more fillers. If necessary or desired, additional components may be included, such as functional and / or non-functional fillers, other structure-forming substances and modifiers.

Получаемую модифицированную композицию силиката щелочного металла можно отвердить при относительно низких температурах (<200°C) и при низких давлениях (<200 фунт/кв. дюйм), получая неорганическую полимерную структуру, имеющую стабильность размеров и термическую стойкость до 1000°C и выше. То есть конструкция, включающая матричную композицию по настоящему изобретению, не показывает никакого существенного постоянного изменения размеров при температурах до 700°C и выше. Однако она не ограничивается более низкой температурой или более низким давлением и, в случае необходимости или при желании, свойства можно дополнительно улучшить, используя повышенные температуры обработки (до 1000°C и выше) и давления (до 20000+фунт/кв. дюйм и выше), и/или включая термическую обработку после отверждения.The resulting modified alkali metal silicate composition can be cured at relatively low temperatures (<200 ° C) and at low pressures (<200 psi) to obtain an inorganic polymer structure having dimensional stability and thermal resistance up to 1000 ° C and higher. That is, the design comprising the matrix composition of the present invention does not show any significant permanent resizing at temperatures up to 700 ° C and above. However, it is not limited to a lower temperature or lower pressure and, if necessary or if desired, the properties can be further improved by using increased processing temperatures (up to 1000 ° C and higher) and pressure (up to 20,000 + psi and higher ), and / or including heat treatment after curing.

Примерную химическую композицию по изобретению, являющуюся качественным представлением исходных веществ, которую получают из водной смеси перед отверждением для создания неорганической матрицы, можно описать следующим образом:An exemplary chemical composition according to the invention, which is a qualitative representation of the starting materials, which is obtained from the aqueous mixture before curing to create an inorganic matrix, can be described as follows:

Figure 00000002
Figure 00000002

где A=(1-z)K2O или (z)Na2O, где z может различаться от 0 до 1, K2O представляет собой оксид калия и Na2O представляет собой оксид натрия, также может быть введен Li2O и/или эквивалент, такой как LiOH, если это желательно;where A = (1-z) K 2 O or (z) Na 2 O, where z can vary from 0 to 1, K 2 O is potassium oxide and Na 2 O is sodium oxide, Li 2 can also be introduced O and / or equivalent, such as LiOH, if desired;

SiO2 представляет собой диоксид кремния, который можно получить из источника кремнезема, такого как Kasil-1, тонкий кремнеземный порошок, кремнезем, силикагель или их комбинации,SiO 2 is silicon dioxide, which can be obtained from a source of silica, such as Kasil-1, fine silica powder, silica, silica gel, or combinations thereof,

H2O представляет собой воду,H 2 O represents water,

a = мольное отношение A2O:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,05 до 1,0,a = molar ratio A 2 O: SiO 2 , which is in the range from 0.05 to 1.0,

b = мольное отношение B:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,001 до 0,500,b = molar ratio B: SiO 2 , which is in the range from 0.001 to 0.500,

c = мольное отношение C:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,0 до 0,250,c = molar ratio C: SiO 2 , which is in the range from 0.0 to 0.250,

d = представляет собой мольное отношение D:SiO2 и находится в диапазоне от 0,0 до 2,000,d = represents a molar ratio of D: SiO 2 and is in the range from 0.0 to 2,000,

n = мольное отношение H2O, включенной в рецептуру, желаемый диапазон которого для исходной рецептуры составляет от 0,10 до 0,90, причем предпочтительным является диапазон n = от 0,15 до 0,35; и после отверждения n составляет менее 0,25, причем предпочтительным является n<0,05,n = molar ratio of H 2 O included in the formulation, the desired range of which for the starting formulation is from 0.10 to 0.90, with a range of n = 0.15 to 0.35 being preferred; and after curing, n is less than 0.25, with n <0.05 being preferred.

x = представляет собой число добавок (D), используемых для помощи при обработке и функционировании основной рецептуры, и находится в диапазоне примерно от 0 до 20,x = represents the number of additives (D) used to aid in the processing and functioning of the basic formulation, and ranges from about 0 to 20,

B = несиликатный стеклообразующий материал, такой как фосфатные, сульфатные или боратные группы, полученные из кислотного предшественника, такого как H3PO4, H2SO4, H3BO3, их комбинация и/или реакционноспособное стекло, такое как стекло борфосфата щелочного металла или фосфобората щелочного металла,B = non-silicate glass-forming material, such as phosphate, sulfate or borate groups derived from an acid precursor, such as H 3 PO 4 , H 2 SO 4 , H 3 BO 3 , a combination thereof and / or reactive glass, such as alkaline borophosphate glass metal or alkali metal phosphoborate,

С = модификаторы структуры, такие как Mg2+, Ca2+, Zn2+, Al3+, Ti4+, полученные из соединений многовалентных металлов главной группы и/или переходных металлов, таких как Mg(NO3)2, ZnCl2 или их комбинации, или являющиеся металлическим компонентом реакционноспособного стекла, иC = structure modifiers, such as Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , obtained from compounds of multivalent metals of the main group and / or transition metals, such as Mg (NO 3 ) 2 , ZnCl 2 or combinations thereof, or which are a metal component of reactive glass, and

D = необязательные добавки, выбранные из одного или нескольких, единственного или в комбинации, компонента, включающего:D = optional additives selected from one or more, single or in combination, component, including:

(i) реакционноспособные и/или нереакционноспособные наполнители, такие как каолин, смектиты, аттапульгиты, слюда, вермикулит, метакаолин, оксиды металлов или их комбинацию, но не ограничиваясь этим;(i) but not limited to reactive and / or non-reactive excipients such as kaolin, smectites, attapulgites, mica, vermiculite, metakaolin, metal oxides, or a combination thereof;

(ii) модификаторы гелеобразования, такие как органическое основание (хинолин) и/или органическая кислота (молочная кислота);(ii) gelation modifiers, such as organic base (quinoline) and / or organic acid (lactic acid);

(iii) поверхностно-активные вещества, такие как анионное, катионное и/или неионное поверхностно-активное вещество, такое как алкиларилсульфонаты, соли четвертичного аммония, соли протонированных органических аминов, органическо-неорганические гибриды, такие как силиконы, или их комбинацию, но не ограничиваясь этим; и(iii) surfactants, such as an anionic, cationic and / or nonionic surfactants, such as alkylaryl sulfonates, quaternary ammonium salts, salts of protonated organic amines, organic-inorganic hybrids, such as silicones, or a combination thereof, but not limited to this; and

(iv) вещества для повышения ударной вязкости и/или пластификаторы на органической основе, которые могут быть в форме смолы, низкомолекулярных и/или высокомолекулярных полимеров.(iv) toughness agents and / or organic-based plasticizers, which may be in the form of resins, low molecular weight and / or high molecular weight polymers.

При необходимости можно добавить технологические добавки, которые включают минеральные масла, растительные масла, животные масла, силиконовые масла, жирные кислоты и соли, алифатические спирты, фторированные масла, воски, полиолефины (такие как, например, полиэтилен, окисленный полиэтилен и политетрафторэтилен, но не ограничиваясь этим), графиты, поверхностно-активные вещества и их смеси.If necessary, technological additives can be added, which include mineral oils, vegetable oils, animal oils, silicone oils, fatty acids and salts, aliphatic alcohols, fluorinated oils, waxes, polyolefins (such as, for example, polyethylene, oxidized polyethylene and polytetrafluoroethylene, but not limited to this) graphites, surfactants and mixtures thereof.

Альтернативное выражение химической композиции по изобретению, включающей реакционноспособное стекло, также можно описать следующим образом:An alternative expression of the chemical composition of the invention, comprising reactive glass, can also be described as follows:

Figure 00000003
Figure 00000003

где A=(1-z)K2O или (z)Na2O, где z может различаться от 0 до 1, K2O представляет собой оксид калия и Na2O представляет собой оксид натрия, также может быть введен Li2O и/или эквивалент, такой как LiOH, если это желательно;where A = (1-z) K 2 O or (z) Na 2 O, where z can vary from 0 to 1, K 2 O is potassium oxide and Na 2 O is sodium oxide, Li 2 can also be introduced O and / or equivalent, such as LiOH, if desired;

SiO2 представляет собой диоксид кремния, полученный из источника кремнезема, такого как Kasil-1, тонкий кремнеземный порошок, кремнезем, кварц или силикагель или их комбинации,SiO 2 is silicon dioxide obtained from a source of silica, such as Kasil-1, a fine silica powder, silica, silica or silica gel, or combinations thereof,

G = реакционноспособное стекло, такое как стекло борфосфата щелочного металла или фосфобората щелочного металла,G = reactive glass, such as alkali metal borophosphate or alkali metal phosphoborate glass,

Fx = необязательные добавки и/или несиликатный(е) стеклообразующий(е) материал(ы), например, один или несколько компонентов, по отдельности или в комбинации, включающие:F x = optional additives and / or non-silicate (e) glass forming (e) material (s), for example, one or more components, individually or in combination, including:

(i) P2O5, B2O3 или SO3, полученные из кислотных предшественников, таких как H3PO4, H3BO3 или H2SO4 или их комбинацию,(i) P 2 O 5 , B 2 O 3 or SO 3 derived from acidic precursors such as H 3 PO 4 , H 3 BO 3 or H 2 SO 4, or a combination thereof,

(ii) модификатор(ы) структуры, такие как Mg2+, Zn2+, Al3+, Ti4+, полученные из соединений многовалентных металлов главной группы и/или переходных металлов, таких как Mg(NO3)2, ZnCl2 или их комбинацию;(ii) modifier (s) of the structure, such as Mg 2+ , Zn 2+ , Al 3+ , Ti 4+ , obtained from compounds of multivalent metals of the main group and / or transition metals, such as Mg (NO 3 ) 2 , ZnCl 2 or a combination thereof;

(iii) реакционноспособные и нереакционноспособные наполнители, такие как каолин, смектиты, аттапульгиты, слюда, вермикулит, метакаолин, оксиды металлов или их комбинацию, но не ограничиваясь этим;(iii) but not limited to reactive and non-reactive excipients such as kaolin, smectites, attapulgites, mica, vermiculite, metakaolin, metal oxides, or a combination thereof;

(iv) модификаторы гелеобразования, такие как органическое основание (хинолин) и/или органическая кислота (молочная кислота);(iv) gelation modifiers, such as organic base (quinoline) and / or organic acid (lactic acid);

(v) поверхностно-активных вещества, такие как анионное, катионное и/или неионное поверхностно-активное вещество, такое как алкиларилсульфонаты, соли четвертичного аммония, соли протонированных органических аминов, органическо-неорганические гибриды, такие как силиконы, или их комбинацию, но не ограничиваясь этим;(v) surfactants, such as an anionic, cationic and / or nonionic surfactants, such as alkylaryl sulfonates, quaternary ammonium salts, salts of protonated organic amines, organic-inorganic hybrids, such as silicones, or a combination thereof, but not limited to this;

(vi) вещества для повышения ударной вязкости и/или пластификаторы на органической основе, которые могут быть в форме смолы, низкомолекулярных и/или высокомолекулярных полимеров.(vi) toughness agents and / or organic-based plasticizers, which may be in the form of resins, low molecular weight and / or high molecular weight polymers.

H2O представляет собой воду,H 2 O represents water,

a = мольное отношение A2O:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,05 до 1,00,a = molar ratio A 2 O: SiO 2 , which is in the range from 0.05 to 1.00,

g = мольное отношение G:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,01 до 0,500,g = molar ratio G: SiO 2 , which is in the range from 0.01 to 0.500,

f = мольное отношение F:SiO2, которое находится в диапазоне от 0,000 до 2,000,f = molar ratio F: SiO 2 which is in the range from 0,000 to 2,000,

x = от 0 до примерно 20 и представляет собой число добавок (F), используемых для помощи при обработке и функционировании основной рецептуры, иx = 0 to about 20 and represents the number of additives (F) used to aid in the processing and functioning of the basic formulation, and

n = мольное отношение H2O, включенной в рецептуру, где для исходной рецептуры желаемый диапазон составляет от 0,10 до 0,90, причем предпочтительным является диапазон n = от 0,15 до 0,35, и после отверждения n составляет менее 0,25, причем предпочтительным является n<0,05.n = molar ratio of H 2 O included in the formulation, where for the original formulation, the desired range is from 0.10 to 0.90, with the range n = 0.15 to 0.35 being preferred, and after curing, n is less than 0 , 25, with n <0.05 being preferred.

При необходимости можно добавить технологические добавки, которые включают минеральные масла, растительные масла, животные масла, силиконовые масла, жирные кислоты и соли, алифатические спирты, фторированные масла, воски, полиолефины (такие как, например, полиэтилен, окисленный полиэтилен и политетрафторэтилен, но не ограничиваясь этим), графиты, поверхностно-активные вещества или их комбинации.If necessary, technological additives can be added, which include mineral oils, vegetable oils, animal oils, silicone oils, fatty acids and salts, aliphatic alcohols, fluorinated oils, waxes, polyolefins (such as, for example, polyethylene, oxidized polyethylene and polytetrafluoroethylene, but not limited to this), graphites, surfactants, or combinations thereof.

Силикаты щелочного металла, используемые в данном изобретении, могут иметь широкий диапазон отношения кремнезем/оксид щелочного металла (SiO2/A2O) и % уровней твердых веществ. Такие растворы можно получить из коммерческих источников или приготовить непосредственно перед использованием из предшественников, таких как источник кремнезема и гидроксид щелочного металла, оксид щелочного металла, карбонат или их комбинации. Силикат щелочного металла можно получить из основания щелочного металла, такого как гидроксид калия или гидроксид натрия, из поташа или кальцинированной соды и источника диоксида кремния. Источник SiO2 может представлять собой аморфный или кристаллический SiO2, такой как кремнезем, тонкий кремнеземный порошок, осажденный диоксид кремния, коллоидальный диоксид кремния, микрокремнезем, песок, микрокристаллический диоксид кремния, силикагель, коллоидный кремнезем, кварц, кварцевая мука, раствор силиката натрия, раствор силиката калия, а также твердые силикаты натрия и/или калия. Примером имеющегося в продаже силиката щелочного металла является Kasil-1, выпускаемый PQ Corporation, Valley Forge, PA. Различные источники кремнезема имеют желательные, а также нежелательные свойства. Например, некоторые источники тонкого кремнеземного порошка содержат следы углерода, которые могут привести к изменению цвета конечного продукта. Кроме того, на термические и физические свойства композиции неорганической полимерной матрицы может оказать влияние природа источника кремнезема, например, включение плотной кристаллической сетки α-кварца может повысить стабильность размеров, в то же время, в свою очередь, введение источника открытого аморфного кремнезема будет давать структуру сетки с более низкой плотностью. Однако соответствующий раствор силиката щелочного металла можно получить комбинацией различных источников щелочи и/или кремнезема. Когда силикат щелочного металла получают из гидроксида щелочного металла и источника кремнезема, гидроксид щелочного металла присутствует в количестве примерно от 3 мас.% до 30 мас.%, исходя из общей массы композиции или смеси, предпочтительно, примерно от 7 мас.% до 20 мас.%. Источник кремнезема присутствует в количестве примерно от 10 мас.% до 85 мас.% или примерно до 90 мас.% или примерно до 94 мас.%, предпочтительно от 15 мас.% до 70 мас.%. В некоторых случаях, например, когда используют раствор силиката щелочного металла, часть гидроксида щелочного металла, кремнезем и воду, которые предусмотрены, включают в описанные диапазоны.The alkali metal silicates used in this invention can have a wide range of silica / alkali metal oxide (SiO 2 / A 2 O) ratios and% solids levels. Such solutions can be obtained from commercial sources or prepared immediately before use from precursors such as a source of silica and alkali metal hydroxide, alkali metal oxide, carbonate, or combinations thereof. An alkali metal silicate can be prepared from an alkali metal base such as potassium hydroxide or sodium hydroxide, from potash or soda ash and a source of silicon dioxide. The source of SiO 2 may be amorphous or crystalline SiO 2 such as silica, fine silica powder, precipitated silica, colloidal silicon dioxide, silica fume, sand, microcrystalline silica, silica gel, colloidal silica, quartz, silica flour, sodium silicate solution, potassium silicate solution, as well as solid silicates of sodium and / or potassium. An example of a commercially available alkali metal silicate is Kasil-1, manufactured by PQ Corporation, Valley Forge, PA. Various sources of silica have desirable as well as undesirable properties. For example, some sources of fine silica powder contain traces of carbon that can cause discoloration of the final product. In addition, the thermal and physical properties of the composition of the inorganic polymer matrix may be affected by the nature of the silica source, for example, the inclusion of a dense α-quartz crystal network can increase dimensional stability, while at the same time, introducing a source of open amorphous silica will give the structure lower density meshes. However, an appropriate alkali metal silicate solution can be obtained by combining various sources of alkali and / or silica. When an alkali metal silicate is obtained from an alkali metal hydroxide and a silica source, the alkali metal hydroxide is present in an amount of from about 3 wt.% To 30 wt.%, Based on the total weight of the composition or mixture, preferably from about 7 wt.% To 20 wt. .%. The silica source is present in an amount of about 10 wt.% To 85 wt.% Or about 90 wt.% Or about 94 wt.%, Preferably from 15 wt.% To 70 wt.%. In some cases, for example, when an alkali metal silicate solution is used, a portion of the alkali metal hydroxide, silica and water that are provided are included in the described ranges.

Силикат щелочного металла, используемый при получении композиции неорганической смолы, представляет собой растворы силиката калия, растворы силиката натрия, кристаллический силикат натрия, кристаллический силикат калия, аморфный силикат натрия, аморфный силикат калия и их смеси. Альтернативно предшественниками силиката щелочного металла являются щелочное основание и источник кремнезема. Кремнезем в силикате щелочного металла представляет собой аморфную или кристаллическую форму кремнезема, выбранную из группы, состоящей из кремнезема, тонкого кремнеземного порошка, микрокремнезема, осажденного диоксида кремния, песка, кварца, кварцевой муки, силикагелей, коллоидального диоксида кремния и коллоидного кремнезема. Предпочтительно силикат щелочного металла и/или предшественники силиката щелочного металла имеют отношение SiO2/A2O примерно от 2,0:1,0 до 20,0:1,0, где A представляет собой K (калий) и/или Na (натрий) и где гидроксид щелочного металла выбран из группы, состоящей из гидроксида калия и гидроксида натрия.The alkali metal silicate used in the preparation of the inorganic resin composition is potassium silicate solutions, sodium silicate solutions, crystalline sodium silicate, crystalline potassium silicate, amorphous sodium silicate, amorphous potassium silicate and mixtures thereof. Alternatively, alkali metal silicate precursors are an alkaline base and a silica source. Silica in an alkali metal silicate is an amorphous or crystalline form of silica selected from the group consisting of silica, fine silica powder, silica fume, precipitated silica, sand, quartz, silica flour, silica gels, colloidal silicon dioxide and colloidal silica. Preferably, the alkali metal silicate and / or alkali metal silicate precursors have an SiO 2 / A 2 O ratio of from about 2.0: 1.0 to 20.0: 1.0, where A is K (potassium) and / or Na ( sodium) and wherein the alkali metal hydroxide is selected from the group consisting of potassium hydroxide and sodium hydroxide.

Несиликатные структурообразующие вещества можно ввести, если это желательно, в диапазоне примерно от 2 мас.% до 70 мас.%. Несиликатное структурообразующее вещество можно добавить в виде кислотного оксоанионного соединения. Примеры кислотных оксоанионных соединений включают борную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, однозамещенный фосфат натрия, дизамещенный фосфат натрия, дизамещенный фосфат калия, однозамещенный фосфат калия, гидрофосфат аммония, фосфатные соли металлов и/или неметаллов или соединения, включающие бораты, сульфаты, алюминаты, ванадаты, германаты, и аналогичные ионы, и их комбинации или смеси. Несиликатное структурообразующее вещество также можно добавить в виде некислотного оксоанионного соединения, например, трехзамещенного фосфата натрия, фосфата калия, бората натрия или аналогичных солей кислот, если рН смеси корректируют другим методом. Предпочтительная смесь кислотных оксоанионных соединений включает смеси однозамещенного фосфата калия и борной кислоты; однозамещенного фосфата натрия и борной кислоты, однозамещенного фосфата калия, однозамещенного фосфата натрия и борной кислоты; бората натрия и однозамещенного фосфата калия, причем можно использовать любой сорт или любую концентрацию указанных веществ, хотя более концентрированное вещество является предпочтительным для минимизации содержания воды. Кислотное оксоанионное соединение присутствует в количестве примерно от 0,01 мас.% до 20 мас.%, исходя из общей массы композиции. Предпочтительное количество кислотного оксоанионного соединения составляет примерно от 2 мас.% до 8 мас.%. Также можно включить соединения, содержащие многовалентные атомы и кислотные оксоанионы. Примеры включают однозамещенный фосфат алюминия Al(H2PO4)3, метафосфат алюминия Al(PO3)3, одноосновный фосфат магния, гидрофосфат магния, однозамещенный фосфат цинка, одноосновный фосфат кальция, гидрофосфат кальция, одноосновный фосфат бария, двуосновный фосфат бария, однозамещенный фосфат марганца, гидрофосфат марганца и аналогичные фосфаты металлов.Non-silicate structure-forming substances can be introduced, if desired, in the range of from about 2 wt.% To 70 wt.%. The non-silicate structure-forming substance can be added as an acid oxoanionic compound. Examples of acid oxoanionic compounds include boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, monosubstituted sodium phosphate, disubstituted sodium phosphate, disubstituted potassium phosphate, monosubstituted potassium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, phosphate salts of metals and / or non-metals, or compounds including borates, sulfates, aluminates vanadates, germanates, and similar ions, and combinations or mixtures thereof. The nonsilicate structure-forming substance can also be added as a non-acidic oxoanionic compound, for example, trisubstituted sodium phosphate, potassium phosphate, sodium borate or similar acid salts, if the pH of the mixture is adjusted by another method. A preferred mixture of acid oxoanionic compounds includes mixtures of monosubstituted potassium phosphate and boric acid; monosubstituted sodium phosphate and boric acid, monosubstituted potassium phosphate, monosubstituted sodium phosphate and boric acid; sodium borate and monosubstituted potassium phosphate, any grade or any concentration of these substances can be used, although a more concentrated substance is preferred to minimize water content. The acid oxoanionic compound is present in an amount of from about 0.01 wt.% To 20 wt.%, Based on the total weight of the composition. The preferred amount of acid oxoanionic compound is from about 2 wt.% To 8 wt.%. You can also include compounds containing multivalent atoms and acid oxoanions. Examples include monosubstituted aluminum phosphate Al (H 2 PO 4 ) 3 , aluminum metaphosphate Al (PO 3 ) 3 , monobasic magnesium phosphate, monosubstituted zinc phosphate, monobasic calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, monobasic barium phosphate, dibasic barium phosphate, monosubstituted manganese phosphate, manganese hydrogen phosphate and similar metal phosphates.

Альтернативно, в качестве структурообразующего вещества можно использовать некислотное оксоанионное соединение. Примеры таких соединений включают трехзамещенный фосфат натрия, фосфат калия, борат натрия или аналогичные соли кислот, если рН смеси корректируют другим методом. Считается, что некислотные оксоанионные соединения можно добавлять в количестве, аналогичном количеству кислотных оксоанионных соединений.Alternatively, a non-acidic oxoanionic compound can be used as a structure-forming substance. Examples of such compounds include trisubstituted sodium phosphate, potassium phosphate, sodium borate or similar acid salts, if the pH of the mixture is adjusted by another method. It is believed that non-acidic oxoanionic compounds can be added in an amount similar to the amount of acidic oxoanionic compounds.

Альтернативно, для получения композиции можно использовать реакционноспособное стекло в сочетании с раствором силиката щелочного металла. Фраза ″реакционноспособное стекло" охватывает широкое разнообразие кислотных неорганических стекол, которые могут предоставить кислотную группу для реакции конденсации между силикатом щелочного металла и стеклом, которая происходит в ходе реакции отверждения. Реакционноспособные кислотные стекла являются предпочтительными, и примеры реакционноспособных кислотных стекол включают борфосфорносиликатные, фосфатные, фосфорноборатные, борфосфатные и боратные стекла. Реакционноспособные стекла могут не быть действительно кислотными, но функционировать таким образом. Можно использовать некислотное стекло (рН примерно от 7 до 10) при условии, что рН реакционноспособного стекла меньше рН компонента, представляющего собой силикат щелочного металла, и/или его предшественников. Для отверждения такой композиции могут потребоваться повышенные условия обработки, включая более высокие температуры (>200°С) и/или более высокие давления (>200 фунт/кв. дюйм). Реакционноспособные стекла отличаются от по существу нереакционноспособных конструкционных стекол, которые используются в химических стаканах и сосудах для питья, и от оптических стекол, которые используются в окнах. Реакционноспособные стекла изготавливают в соответствии с типичными процессами производства стекла посредством объединения оксидных реагентов. В случае щелочного борфосфатного стекла P2O5, B2O3 и один или несколько оксидов щелочного металла или их предшественники объединяют в порошкообразной форме и нагревают смесь до температуры ее плавления, составляющей примерно от 700°C до 1500°C, и затем быстро охлаждая расплав и необязательно отжигая стекло до жесткого, хрупкого состояния. Отношение оксида фосфора к оксиду щелочного металла (A2O) будет составлять примерно от 6,1:1,0 до 1,5:1,0. В случае щелочного фосфорноборатного стекла B2O3, P2O5 и один или несколько оксидов щелочного металла или их предшественники объединяют в порошкообразной форме и нагревают смесь до температуры ее плавления, составляющей примерно от 700°C до 1500°C, и затем быстро охлаждая расплав и необязательно отжигая стекло до жесткого, хрупкого состояния. Отношение оксида фосфора к оксиду щелочного металла (A2O) будет составлять примерно от 5,0:1,0 до 1,15:1,0, а отношение оксида бора к оксиду щелочного металла (A2O) будет составлять примерно от 8,0:1,0 до 1,5:1,0.Alternatively, reactive glass in combination with an alkali metal silicate solution can be used to prepare the composition. The phrase “reactive glass” encompasses a wide variety of inorganic acid glasses that can provide an acid group for the condensation reaction between an alkali metal silicate and glass that occurs during the curing reaction. Reactive acid glasses are preferred, and examples of reactive acid glasses include borophosphoric silicate, phosphate, phosphoroborate, borophosphate and borate glasses. Reactive glasses may not be truly acidic, but function in this way. Non-acid glass (pH about 7 to 10) can be used provided that the pH of the reactive glass is less than the pH of the alkali metal silicate component and / or its precursors. including higher temperatures (> 200 ° C) and / or higher pressures (> 200 psi) Reactive glasses differ from essentially non-reactive structural glasses that are used in chemical cups and vessels for drinking, and from optical glasses that are used in windows. Reactive glasses are made according to typical glass production processes by combining oxide reagents. In the case of alkaline borophosphate glass, P 2 O 5 , B 2 O 3 and one or more alkali metal oxides or their precursors are combined in powder form and the mixture is heated to its melting point of about 700 ° C to 1500 ° C, and then quickly cooling the melt and optionally annealing the glass to a hard, brittle state. The ratio of phosphorus oxide to alkali metal oxide (A 2 O) will be from about 6.1: 1.0 to 1.5: 1.0. In the case of alkaline phosphoroborate glass, B 2 O 3 , P 2 O 5 and one or more alkali metal oxides or their precursors are combined in powder form and the mixture is heated to its melting temperature of about 700 ° C to 1500 ° C, and then quickly cooling the melt and optionally annealing the glass to a hard, brittle state. The ratio of phosphorus oxide to alkali metal oxide (A 2 O) will be from about 5.0: 1.0 to 1.15: 1.0, and the ratio of boron oxide to alkali metal oxide (A 2 O) will be from about 8 0: 1.0 to 1.5: 1.0.

Предпочтительно, твердое стекло измельчают до порошкообразной формы. Предпочтительным порошком является порошкообразное реакционноспособное борфосфатное стекло. Использование данного предпочтительного порошкообразного стекла облегчает регулирование скорости отверждения и аморфной природы матрицы. Термические и физические свойства неорганической силикатно/стеклянной матрицы можно варьировать, регулируя отношение SiO2 к реакционноспособному стеклу и/или предшественникам стекла (G). Отношение G:SiO2 может меняться от 0,01 до 50,0 по массе. Реакционноспособное стекло используют в количестве примерно от 0,01% до 60% массовых, исходя из общей массы смеси, причем предпочтительным является количество от 3% до 35% и наиболее предпочтительным является количество от 5% до 20% массовых.Preferably, the hard glass is ground to a powder form. A preferred powder is powdered reactive borophosphate glass. The use of this preferred powdery glass facilitates adjusting the cure rate and the amorphous nature of the matrix. The thermal and physical properties of the inorganic silicate / glass matrix can be varied by adjusting the ratio of SiO 2 to reactive glass and / or glass precursors (G). The ratio of G: SiO 2 can vary from 0.01 to 50.0 by weight. Reactive glass is used in an amount of about 0.01% to 60% by weight based on the total weight of the mixture, with an amount of 3% to 35% being preferred and an amount of 5% to 20% by weight being most preferred.

Поскольку является желательным, чтобы полученное стекло являлось кислотным, композиция данного стекла будет состоять в основном из таких стеклообразующих веществ, как оксиды фосфора, бора и необязательно кремния. Предпочтительным оксидом щелочного металла является оксид лития. Если требуется стекло с высоким содержанием фосфора, то композиция стекла перед плавлением будет включать примерно от 20 мольн.% до 80 мольн.% оксида фосфора (V) (P2O5) или его солей, кислот или других форм-предшественников, которые обеспечивают надлежащие или эквивалентные количества фосфора и кислорода, основанные на общем количестве рецептуры стекла, предпочтительно от 30 мольн.% до 70 мольн.%, более предпочтительно от 35 мольн.% до 65 мольн.%. Наиболее предпочтительно используют от 60 мольн.% до 65 мольн.%. Оксид бора (B2O3) будет составлять примерно от 1 мольн.% до 15 мольн.% стекла, предпочтительно от 2 мольн.% до 8 мольн.% и, более предпочтительно от 4 мольн.% до 6 мольн.%. Оксид щелочного металла (A2O) составляет примерно от 5 мольн.% до 50 мольн.% композиции стекла, предпочтительно от 20 мольн.% до 40 мольн.% и более предпочтительно от 15 мольн.% до 30 мольн.%. Оксид щелочноземельного металла (M'O) используют в количество примерно от 0,01 мольн.% до 30 мольн.% от общего количества стеклянной смеси, причем количество от 5 мольн.% до 20 мольн.% является предпочтительным, и количество от 10 мольн.% до 15 мольн.% является более предпочтительным. Если желательно, можно включить другие оксиды, включающие, но не ограничивающиеся ими, оксид алюминия, оксид железа, оксид лантана, оксид церия, оксид молибдена и диоксид кремния. Данные оксиды добавляют в количестве до 20 мольн.%.Since it is desirable that the resulting glass is acidic, the composition of this glass will consist mainly of glass-forming substances such as oxides of phosphorus, boron and optionally silicon. A preferred alkali metal oxide is lithium oxide. If glass with a high phosphorus content is required, then the glass composition before melting will include from about 20 mol.% To 80 mol.% Of phosphorus oxide (V) (P 2 O 5 ) or its salts, acids or other precursor forms that provide appropriate or equivalent amounts of phosphorus and oxygen based on the total amount of glass formulation, preferably from 30 mol% to 70 mol%, more preferably from 35 mol% to 65 mol%. Most preferably, 60 mol% to 65 mol% is used. Boron oxide (B 2 O 3 ) will comprise from about 1 mol% to 15 mol% of glass, preferably from 2 mol% to 8 mol%, and more preferably from 4 mol% to 6 mol%. Alkali metal oxide (A 2 O) is from about 5 mol% to 50 mol% of the glass composition, preferably from 20 mol% to 40 mol%, and more preferably from 15 mol% to 30 mol%. Alkaline earth metal oxide (M'O) is used in an amount of about 0.01 mol% to 30 mol% of the total glass mixture, an amount of 5 mol% to 20 mol% is preferred, and an amount of 10 mol % to 15 mol% is more preferred. If desired, other oxides may be included, including, but not limited to, alumina, iron oxide, lanthanum oxide, cerium oxide, molybdenum oxide, and silicon dioxide. These oxides are added in an amount up to 20 mol%.

Если необходимо стекло с высоким содержанием бора, то композиция стекла перед плавлением будет включать примерно от 10 мольн.% до 50 мольн.% оксида фосфора (V) (P2O5), или его солей, кислот или других форм-предшественников, которые обеспечивают эквивалентные количества фосфора и кислорода, исходя из общего количества рецептуры стекла, предпочтительно от 20 мольн.% до 40 мольн.%, более предпочтительно от 25 мольн.% до 35 мольн.%. Оксид бора (B2O3) будет составлять примерно от 10 мольн.% до 70 мольн.% стекла, предпочтительно от 30 мольн.% до 60 мольн.% и более предпочтительно от 45 мольн.% до 55 мольн.%. Оксид щелочного металла (A2O) составляет примерно от 5 мольн.% до 45 мольн.% композиции стекла, предпочтительно, от 20 мольн.% до 40 мольн.% и, более предпочтительно, от 15 мольн.% до 30 мольн.%. Оксид щелочноземельного металла (M'O) необязательно используют в количество примерно от 0 мольн.% до 30 мольн.% от общего количества стеклянной смеси, причем количество от 5 мольн.% до 20 мольн.% является предпочтительным, и количество от 10 мольн.% до 15 мольн.% является более предпочтительным, в случае его использования.If glass with a high boron content is needed, then the glass composition before melting will include from about 10 mol.% To 50 mol.% Of phosphorus oxide (V) (P 2 O 5 ), or its salts, acids or other precursor forms, which provide equivalent amounts of phosphorus and oxygen based on the total amount of glass formulation, preferably from 20 mol% to 40 mol%, more preferably from 25 mol% to 35 mol%. Boron oxide (B 2 O 3 ) will comprise from about 10 mol% to 70 mol% of glass, preferably from 30 mol% to 60 mol%, and more preferably from 45 mol% to 55 mol%. Alkali metal oxide (A 2 O) is from about 5 mol% to 45 mol% of the glass composition, preferably from 20 mol% to 40 mol%, and more preferably from 15 mol% to 30 mol% . An alkaline earth metal oxide (M'O) is optionally used in an amount of about 0 mol% to 30 mol% of the total glass mixture, an amount of 5 mol% to 20 mol% is preferred, and an amount of 10 mol. % to 15 mol.% is more preferable if used.

Рецептура реакционноспособного стекла, если его используют, является критичной для химии и осуществления данного изобретения. Желательно, чтобы стекло реагировало со смесью силикатов щелочного металла для снижения основности получаемой в результате матрицы и для соединения множества сеточных структур. Комбинация сильно различающихся сеточных структур, одной на основе силиката, а другой на основе фосфата, приводит к смеси аморфного неорганического полимера и кристаллической сетки, а также новым звеньям сетки, образованным в результате реакции щелочного силиката и кислотного фосфата, таким как -Si-O-P-. Как силикатные, так и фосфатные соединения, которые, как известно, являются превосходными структурообразующими веществами, составляют основу для данного изобретения.The formulation of reactive glass, if used, is critical to the chemistry and implementation of the present invention. It is desirable that the glass react with a mixture of alkali metal silicates to reduce the basicity of the resulting matrix and to connect multiple grid structures. The combination of very different network structures, one based on silicate and the other based on phosphate, leads to a mixture of an amorphous inorganic polymer and a crystalline network, as well as new network units formed by the reaction of alkaline silicate and acid phosphate, such as -Si-OP- . Both silicate and phosphate compounds, which are known to be excellent structure-forming substances, form the basis for this invention.

Реакционноспособное стекло, которое можно использовать для получения композиционного материала, можно кратко описать следующей формулой:Reactive glass, which can be used to obtain a composite material, can be briefly described by the following formula:

Figure 00000004
где Σrk=1
Figure 00000004
where Σr k = 1

k=1k = 1

Формула IIIFormula III

где n = число желаемых компонентов стекла,where n = the number of desired glass components,

M = по меньшей мере, один стеклообразующий компонент, такой как бор, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, сурьма, алюминий и ванадий, и, по меньшей мере, один модификатор стекла, который работает как флюс, такой как литий, натрий, калий, рубидий и цезий, и, необязательно, дополнительные модификаторы структуры, такие как ванадий, алюминий, олово, титан, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, ртуть, цинк, тулий, свинец, цирконий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, актиний, торий, уран, иттрий, галлий, магний, кальций, стронций, барий, олово, висмут и кадмий,M = at least one glass-forming component, such as boron, silicon, phosphorus, sulfur, germanium, arsenic, antimony, aluminum and vanadium, and at least one glass modifier that works like a flux, such as lithium, sodium , potassium, rubidium and cesium, and optionally additional structure modifiers such as vanadium, aluminum, tin, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, mercury, zinc, thulium, lead, zirconium, lanthanum, cerium , praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, act Nij, thorium, uranium, yttrium, gallium, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, bismuth and cadmium,

E = кислород, халькогениды и/или галогены, такие как сера, селен, теллур и фтор,E = oxygen, chalcogenides and / or halogens, such as sulfur, selenium, tellurium and fluorine,

P = валентность катиона М, например 5 для фосфора, которая обычно изображается как P5+или P(V),P = valency of cation M, e.g. 5 for phosphorus, which is usually depicted as P 5+ or P (V),

q = валентность аниона E, например 2 для кислорода, которая обычно изображается как O2-,q = valency of anion E, for example 2 for oxygen, which is usually depicted as O 2- ,

q' = число катионов M, содержащихся в звене структуры, равное q или q/2, которое является наименьшим целым числом, всякий раз когда p и q являются четными числами, например 2 для фосфора в P2O5 или 1 для кремния в SiO2,q '= the number of cations M contained in a unit of the structure, equal to q or q / 2, which is the smallest integer whenever p and q are even numbers, for example 2 for phosphorus in P 2 O 5 or 1 for silicon in SiO 2

p' = число анионов E, содержащихся в звене структуры, равное p или p/2, которое является наименьшим целым числом, всякий раз когда p и q являются четными числами, например 5 для фосфора в P2O5 или 2 для кремния в SiO2,p '= the number of E anions contained in the structural unit equal to p or p / 2, which is the smallest integer whenever p and q are even numbers, for example 5 for phosphorus in P 2 O 5 or 2 for silicon in SiO 2

r = мольная доля каждого индивидуального звена структуры в компоненте реакционноспособного стекла,r = molar fraction of each individual structural unit in the component of reactive glass,

n = число общих звеньев структуры в компоненте реакционноспособного стекла.n = number of common structural units in the reactive glass component.

Бинарное стекло можно представить в виде {(M1p+)q')(E1q-)p'}r1{(M2p+)q')(E2q-)p'}r2, r1+r2=1, а формулу тройного стекла можно обобщить в виде {(M1p+)q')(E1q-)p'}r1{(M2p+)q')(E2q-)p'}r2{(M3p+)q')(E3q-)p'}r3, r1+r2+r3=1. Таким образом, натриево-кальциево-силикатное стекло можно описать в виде (CaO)r1(SiO2)r2(Na2O)r3, где r1+r2+r3=1. Кремний (Si) представляет собой стеклообразующий компонент, ковалентно связанный с кислородом с образованием структуры стекла, а натрий (Na) и кальций (Ca) являются модификаторами стекла, которые связаны с силикатной структурой ионной связью, содействуя образованию и стойкости стеклянной фазы. Следовательно, M в общем представляет, по меньшей мере, одно структурообразующее вещество (Mgf) и, по меньшей мере, один модификатор структуры стекла (Mgm) в рецептуре стекла.Binary glass can be represented as {(M 1 p + ) q ' ) (E 1 q- ) p' } r1 {(M 2 p + ) q ' ) (E 2 q- ) p' } r2 , r 1 + r 2 = 1, and the triple glass formula can be generalized in the form {(M 1 p + ) q ' ) (E 1 q- ) p' } r1 {(M 2 p + ) q ' ) (E 2 q- ) p' } r2 { (M 3 p + ) q ' ) (E 3 q- ) p' } r3 , r 1 + r 2 + r 3 = 1. Thus, sodium-calcium-silicate glass can be described as (CaO) r1 (SiO 2 ) r2 (Na 2 O) r3 , where r 1 + r 2 + r 3 = 1. Silicon (Si) is a glass-forming component covalently bonded to oxygen to form a glass structure, and sodium (Na) and calcium (Ca) are glass modifiers that are ionically bonded to the silicate structure, contributing to the formation and stability of the glass phase. Therefore, M generally represents at least one structure-forming substance (M gf ) and at least one glass structure modifier (M gm ) in the glass formulation.

Время осветления и температура стекла также влияет на его физические и механические характеристики. Для постоянного состава увеличение температуры осветления и/или времени дополнительно уплотняет структуру стекла, повышая Tg, Ts и Tm, понижая активность структуры и содержание гидроксил/H2O стекла, в то же время улучшая долговечность. Таким образом, при изменении состава стекла, времени осветления стекла и температуры различные рецептуры стекла могут сильно различаться в отношении реакционной способности, долговечности, кислотности, гидролитической стабильности, ударной вязкости и обрабатываемости. Можно необязательно добавить умеренные уровни диоксида кремния и/или оксида алюминия, чтобы ограничить загрязнение печи и/или упрочнить структуру стекла, если есть необходимость в очень высокой термостойкости (>900°С). Согласование, смешение и корректировка свойств стекла и силиката щелочного металла дает рецептуру устойчивого к действию высокой температуры материала с уникальными и новыми свойствами. Другими словами, способность изменять данные ″структурные блоки" дает возможность приспосабливать свойства продукта к многочисленным областям использования в условиях воздействия высокой температуры.The clarification time and temperature of the glass also affect its physical and mechanical characteristics. For a constant composition, an increase in the clarification temperature and / or time additionally densifies the glass structure, increasing T g , T s and T m , lowering the activity of the structure and the content of hydroxyl / H 2 O glass, while improving durability. Thus, with a change in glass composition, glass lightening time, and temperature, different glass formulations can vary greatly with respect to reactivity, durability, acidity, hydrolytic stability, impact strength, and workability. You can optionally add moderate levels of silicon dioxide and / or alumina to limit furnace fouling and / or harden the glass structure if very high temperature resistance is needed (> 900 ° C). Coordination, mixing and adjustment of the properties of glass and alkali metal silicate gives the formulation of a material resistant to high temperature with unique and new properties. In other words, the ability to change data “structural blocks” makes it possible to adapt the properties of the product to numerous areas of use under high temperature conditions.

Размер частиц реакционноспособного стекла, как и размер частиц дополнительных ингредиентов, является важным, но не критическим. Очевидно, что реакционная способность ингредиентов увеличивается со снижением размера частиц, и если частицы являются слишком мелкими, то вещества могут являться слишком реакционноспособными, таким образом, может быть необходимо сделать корректировку в используемых компонентах для получения композиций по настоящему изобретению. Порошкообразные компоненты композиции (кремнезем, реакционноспособное стекло и т.д.) можно гранулировать, таблетировать или уплотнить иным способом перед добавлением к жидкой части композиции.The particle size of the reactive glass, as well as the particle size of the additional ingredients, is important, but not critical. Obviously, the reactivity of the ingredients increases with decreasing particle size, and if the particles are too small, then the substances may be too reactive, so it may be necessary to make adjustments in the components used to obtain the compositions of the present invention. The powdered components of the composition (silica, reactive glass, etc.) can be granulated, tabletted or densified in another way before being added to the liquid portion of the composition.

Хотя данное изобретение представляет собой композицию неорганической полимерной матрицы, полученную в результате взаимодействия источника силиката щелочного металла и несиликатного структурообразующего вещества и/или реакционноспособного стекла, механические, физические и технологические характеристики матрицы можно улучшить с помощью дополнительных компонентов, если это желательно. В случае необходимости можно включить дополнительные компоненты, такие как наполнители, другие структурообразующие вещества и модификаторы. Они включают добавки, структурообразующие вещества и наполнители, типично используемые или известные специалисту в данной области, неорганические, органические или гибридные, и могут включать добавки или наполнители, чтобы дать возможность обработать, изготовить и улучшить эксплуатационные характеристики при использовании.Although this invention is a composition of an inorganic polymer matrix obtained by reacting an alkali metal silicate source and a non-silicate structure-forming substance and / or reactive glass, the mechanical, physical and technological characteristics of the matrix can be improved using additional components, if desired. If necessary, you can include additional components, such as fillers, other structure-forming substances and modifiers. They include additives, structure-forming substances and fillers, typically used or known to the person skilled in the art, inorganic, organic or hybrid, and may include additives or fillers to enable processing, manufacture and improvement of performance when used.

Необязательные добавки и/или дополнительные структурообразующие вещества могут представлять собой такие соединения, как бораты, сульфаты, алюминаты, ванадаты, борная кислота, фосфорная кислота, серная кислота, азотная кислота, оксид фосфора (V), однозамещенный фосфат натрия, дизамещенный фосфат натрия (динатрийфосфат), однозамещенный фосфат калия, дизамещенный фосфат калия (дикалийфосфат), гидрофосфат аммония, другие фосфатные соли металлов и/или неметаллов, германаты или аналогичные. Необязательные структурообразующие вещества присутствуют в количестве от 0,0 мас.% до 50 мас.%, исходя из общей массы композиции. Если структурообразующие вещество включено в рецептуру, его предпочтительное количество F1 составляет от 2 мас.% до примерно 10 мас.%.Optional additives and / or additional structure-forming substances can be such compounds as borates, sulfates, aluminates, vanadates, boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphorus oxide (V), monosubstituted sodium phosphate, disubstituted sodium phosphate (disodium phosphate ), monosubstituted potassium phosphate, disubstituted potassium phosphate (dipotassium phosphate), ammonium hydrogen phosphate, other phosphate salts of metals and / or non-metals, germanates or the like. Optional structure-forming substances are present in an amount of from 0.0 wt.% To 50 wt.%, Based on the total weight of the composition. If a structure-forming substance is included in the formulation, its preferred amount of F 1 is from 2 wt.% To about 10 wt.%.

Вторичные связывающие структуру звенья могут представлять собой многовалентные катионы, выбранные из групп 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 или 16, предпочтительно из групп 2, 3, 4, 5, 11, 12, 13, 14, 15 или 16 периодической таблицы, и их используют в количестве от нуля до примерно 20 мас.%, от общей массы смеси, причем предпочтительным является диапазон примерно от 1,0 мас.% до 5 мас.%. Также можно использовать многовалентные катионы Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Pd и Pt групп 6, 7, 8, 9, 10, но предпочтительными являются катионы из других групп. Соединения, содержащие многовалентный катион, могут включать любую соль металла главной группы, включая нитраты, сульфаты и хлориды, хотя предпочтительными являются соли цинка, магния и кальция. Необязательное вторичное связывающее структуру звено может представлять собой многовалентный катион, применимый для координирования с двумя оксосоединениями, такой как катион щелочноземельных металлов, металлов главной группы, представителей переходных металлов, лантанидов и/или актинидов и их любая применимая комбинация. Другие вторичные связывающие структуру звенья могут включать соединения, содержащие бор, алюминий, свинец, галлий, кадмий, титан, цирконий, лантан, церий, неодим, иттрий, стронций, барий, литий, рубидий, цезий и фтор.The secondary structural linking units may be multivalent cations selected from groups 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, or 16, preferably from groups 2, 3, 4, 5, 11, 12, 13, 14, 15 or 16 of the periodic table, and they are used in an amount of from zero to about 20 wt.%, Based on the total weight of the mixture, with a range of from about 1.0 wt.% To 5 wt.%. Multivalent cations of Cr, Mo, W, Mn, Fe, Co, Ni, Pd and Pt of groups 6, 7, 8, 9, 10 can also be used, but cations from other groups are preferred. Compounds containing a multivalent cation may include any metal salt of the main group, including nitrates, sulfates and chlorides, although zinc, magnesium and calcium salts are preferred. The optional secondary linking structure may be a multivalent cation, useful for coordination with two oxo compounds, such as the cation of alkaline earth metals, main group metals, transition metals, lanthanides and / or actinides, and any combination thereof that is applicable. Other secondary structural linking units may include compounds containing boron, aluminum, lead, gallium, cadmium, titanium, zirconium, lanthanum, cerium, neodymium, yttrium, strontium, barium, lithium, rubidium, cesium and fluorine.

Необязательные добавки, которые можно использовать, включают глинистые наполнители, оксидные наполнители, модификаторы геля, повышающие ударную вязкость органические добавки, пластификаторы или их комбинации. Наполнители включают каолин, метакаолин, монтмориллониты, слюду, а также другие смектиты и другие глинистые или минеральные наполнители. Когда используют глинистые наполнители, предпочтительным является кальцинированный каолин, и его можно использовать в количестве от нуля до 25 мас.%, исходя из общей массы композиции, причем от 3 мас.% до 5 мас.% является предпочтительным. Кальцинированный каолин может обладать некоторой реакционной способностью по отношению к силикатным матричным материалам, хотя реакционная способность глинистого наполнителя не требуется, и можно использовать любой из имеющихся в продаже глинистых наполнителей.Optional additives that can be used include clay fillers, oxide fillers, gel modifiers, toughness increasing organic additives, plasticizers, or combinations thereof. Fillers include kaolin, metakaolin, montmorillonites, mica, as well as other smectites and other clay or mineral fillers. When clay fillers are used, calcined kaolin is preferred and can be used in an amount of from zero to 25 wt.% Based on the total weight of the composition, with 3 wt.% To 5 wt.% Being preferred. Calcined kaolin may have some reactivity with silicate matrix materials, although a clay filler has no reactivity, and any of the commercial clay fillers can be used.

Необязательные оксидные наполнители, которые можно использовать, включают оксиды бора, алюминия, кремния, цинка, галлия, титана, циркония, марганца, железа, молибдена, вольфрама, висмута, свинца, лантана, церия, неодима, иттрия, кальция, магния и бария, и они присутствуют в количестве примерно от 0,0 мас.% до 20 мас.%, исходя из общей массы композиции. Оксид магния (MgO, который является предпочтительным) используют в количестве от нуля % до 15% массовых, исходя из общей массы композиции, причем от 1% до 10% массовых является предпочтительным, и от 2% до 8% массовых является особенно предпочтительным.Optional oxide fillers that can be used include oxides of boron, aluminum, silicon, zinc, gallium, titanium, zirconium, manganese, iron, molybdenum, tungsten, bismuth, lead, lanthanum, cerium, neodymium, yttrium, calcium, magnesium and barium, and they are present in an amount of about 0.0 wt.% to 20 wt.%, based on the total weight of the composition. Magnesium oxide (MgO, which is preferred) is used in an amount of from zero% to 15% by weight based on the total weight of the composition, from 1% to 10% by weight is preferred, and from 2% to 8% by weight is particularly preferred.

Модификаторы могут включать сшивающие агенты и ингибиторы или активаторы гелеобразования, такие как минеральные кислоты, органические кислоты и основания. Сшивающие агенты также можно вводить в виде фосфатов металлов, как описано ранее. Они включают фосфат алюминия, фосфат магния, фосфат кальция, фосфат цинка, фосфат железа, фосфат церия, фосфат лантана, фосфат бария, однозамещенный фосфат алюминия (Al(H2PO4)3), метафосфат алюминия (Al(PO3)3), одноосновный фосфат магния, гидрофосфат магния, однозамещенный фосфат цинка, одноосновный фосфат кальция, гидрофосфат кальция, одноосновный фосфат бария, диосновный фосфат бария, однозамещенный фосфат марганца, гидрофосфат марганца и аналогичные фосфаты металлов.Modifiers may include crosslinking agents and gel inhibitors or activators such as mineral acids, organic acids and bases. Crosslinking agents can also be introduced in the form of metal phosphates, as described previously. These include aluminum phosphate, magnesium phosphate, calcium phosphate, zinc phosphate, iron phosphate, cerium phosphate, lanthanum phosphate, barium phosphate, monosubstituted aluminum phosphate (Al (H 2 PO 4 ) 3 ), aluminum metaphosphate (Al (PO 3 ) 3 ) monobasic magnesium phosphate, magnesium hydrogen phosphate, monosubstituted zinc phosphate, monobasic calcium phosphate, calcium hydrogen phosphate, monobasic barium phosphate, dibasic barium phosphate, monosubstituted manganese phosphate, manganese hydrogen phosphate and similar metal phosphates.

Необязательный модификатор геля представляет собой органическую кислоту и/или органическое основание, обычно выбранные из группы, состоящей из оксикислот и N- и P-оснований. Примеры органических кислот включают молочную кислоту и лимонную кислоту. Предпочтительно, используют α-оксикислоты, β-оксикислоты, замещенные пиридины и хинолины. Их используют в количестве от нуля до 10 мас.%, исходя из общей массы композиции, причем количество от 0,05 мас.% до 5 мас.% является предпочтительным. Необязательное поверхностно-активное вещество представляет собой анионное, катионное и/или неионное поверхностно-активное вещество, такое как алкиларилсульфонаты, силиконы, соли четвертичного аммония, соли протонированных органических аминов, гидроксильные полимеры, органическо-неорганические гибриды, такие как силиконы, и их комбинации, но не ограничивается этим. Данные добавки используют в количестве от нуля до 10 мас.%, исходя из общей массы композиции, причем количество от 0,5 мас.% до 5 мас.% является предпочтительным.An optional gel modifier is an organic acid and / or organic base, typically selected from the group consisting of hydroxy acids and N and P bases. Examples of organic acids include lactic acid and citric acid. Preferably, α-hydroxy acids, β-hydroxy acids, substituted pyridines and quinolines are used. They are used in an amount of from zero to 10 wt.%, Based on the total weight of the composition, and an amount of from 0.05 wt.% To 5 wt.% Is preferred. An optional surfactant is an anionic, cationic and / or nonionic surfactant, such as alkylaryl sulfonates, silicones, quaternary ammonium salts, salts of protonated organic amines, hydroxyl polymers, organic-inorganic hybrids such as silicones, and combinations thereof, but not limited to this. These additives are used in an amount of from zero to 10 wt.%, Based on the total weight of the composition, and an amount of from 0.5 wt.% To 5 wt.% Is preferred.

Необязательная органическая добавка, повышающая ударную прочность, и/или пластификатор представляет собой повышающую ударную прочность добавку на органической основе, пластификатор или их комбинацию. Повышающую ударную прочность добавку на органической основе можно выбрать из группы, состоящей из смол, низкомолекулярных и/или высокомолекулярных полимеров. Данные вещества используют в количестве от нуля до 10 мас.%, исходя из общей массы композиции.An optional organic impact enhancing additive and / or plasticizer is an organic based enhancing impact additive, a plasticizer, or a combination thereof. An organic-based impact strength improver can be selected from the group consisting of resins, low molecular weight and / or high molecular weight polymers. These substances are used in an amount of from zero to 10 wt.%, Based on the total weight of the composition.

Остальная часть неотвержденной композиции представляет собой воду, и она будет составлять примерно от 10 мас.% до 75 мас.%, исходя из общей массы композиции. Предпочтительным является диапазон от 15 мас.% до 40 мас.%. Воду можно ввести в виде части одного из компонентов, например, в виде части раствора силиката щелочного металла, раствора соли щелочноземельного металла или части раствора фосфорной кислоты. Поскольку вода, включенная в данное изобретение, может рассматриваться в качестве реакционной среды, реагента, а также продукта реакции, концентрацию воды, в общем, трудно определить количественно. Начальный уровень воды в исходной смеси может различаться примерно от 10 мас.% до 70 мас.%, в то время как препрег B-стадии может содержать примерно от 5 мас.% до 35 мас.% воды. Сам отвержденный образец неорганического связующего, а также композиционный материал может содержать примерно от 0 мас.% до 10 мас.% воды в зависимости от условий обработки.The rest of the uncured composition is water, and it will be from about 10 wt.% To 75 wt.%, Based on the total weight of the composition. The preferred range is from 15 wt.% To 40 wt.%. Water can be introduced as part of one of the components, for example, as part of an alkali metal silicate solution, an alkaline earth metal salt solution or part of a phosphoric acid solution. Since the water included in this invention can be considered as a reaction medium, a reagent, as well as a reaction product, the concentration of water is generally difficult to quantify. The initial water level in the starting mixture can vary from about 10 wt.% To 70 wt.%, While the B-stage prepreg can contain from about 5 wt.% To 35 wt.% Water. The cured inorganic binder sample itself, as well as the composite material may contain from about 0 wt.% To 10 wt.% Water, depending on the processing conditions.

Как отмечено выше, очень важный аспект настоящего изобретения состоит в желательном использовании армирующей среды, желательно тканого и/или нетканого, непрерывного и/или дискретного волокна, которое используют в слое смолы силиката щелочного металла. Армирование может находиться в диапазоне примерно от 2 об.% до 60 об.%. Армирующие волокна могут включать никелевое волокно, стекловолокно, углеродное волокно, графитовое волокно, минеральное волокно, оксидированное углеродное волокно, оксидированное графитовое волокно, стальное волокно, металлическое волокно, покрытое металлом углеродное волокно, покрытое металлом стекловолокно, покрытое металлом графитовое волокно, покрытое металлом керамическое волокно, покрытое никелем графитовое волокно, покрытое никелем углеродное волокно, покрытое никелем стекловолокно, кварцевое волокно, керамическое волокно, волокно из карбида кремния, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевого сплава, покрытое латунью стальное волокно, полимерное волокно, покрытое полимером углеродное волокно, покрытое полимером графитовое волокно, покрытое полимером стекловолокно, покрытое полимером арамидное волокно, такое как Kevlar®, покрытое керамикой углеродное волокно, покрытое керамикой графитовое волокно, покрытое керамикой стекловолокно, оксидированное полиакрилонитрильное волокно, базальтовое волокно, устойчивое к действию щелочи стекловолокно и/или другие волокна, известные специалисту в данной области. Также можно использовать комбинации данных различных волокон. Предпочтительно, волокно представляет собой графитовое волокно, Е-стекловолокно, S-стекловолокно, базальтовое волокно, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевых сплавов, арамидное волокно, полиэтиленовое волокно, волокно SiC и волокно BN. Данные волокна также могут быть покрыты и/или обработаны. Примеры подходящих покрытий для использования на волокнах включают осажденные из паровой фазы металл и металлические сплавы, химически осажденные металл и металлические сплавы, металлы и металлические сплавы, нанесенные из расплава, электролитически нанесенные металл и металлические сплавы, органические полимерные покрытия, неорганическо-органические полимерные гибридные покрытия, оксиды металлов, фосфаты, фосфаты металлов, силикаты, органические полимерные силикаты и гибриды органический полимер-кремнезем и функционализированные силоксаны.As noted above, a very important aspect of the present invention is the desirable use of a reinforcing medium, preferably a woven and / or non-woven, continuous and / or discrete fiber, which is used in an alkali metal silicate resin layer. Reinforcement can range from about 2 vol.% To 60 vol.%. Reinforcing fibers may include nickel fiber, glass fiber, carbon fiber, graphite fiber, mineral fiber, oxidized carbon fiber, oxidized graphite fiber, steel fiber, metal fiber, metal coated carbon fiber, metal coated glass fiber, metal coated graphite fiber, metal coated ceramic fiber nickel-plated graphite fiber, nickel-plated carbon fiber, nickel-plated glass fiber, silica fiber, ceramic fiber, silicon carbide fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, brass coated steel fiber, polymer fiber, polymer coated carbon fiber, polymer coated graphite fiber, polymer coated glass fiber, polymer coated aramid fiber such as Kevlar®, ceramic-coated carbon fiber, ceramic-coated graphite fiber, ceramic-coated glass fiber, oxidized polyacrylonitrile fiber, basalt fiber, alkali resistant eklovolokno and / or other fibers known to those skilled in the art. Combinations of data from various fibers may also be used. Preferably, the fiber is graphite fiber, E-glass fiber, S-glass fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, aramid fiber, polyethylene fiber, SiC fiber and BN fiber. These fibers may also be coated and / or processed. Examples of suitable coatings for use on fibers include vapor deposited metal and metal alloys, chemically deposited metal and metal alloys, metals and metal alloys deposited from the melt, electrolytically deposited metal and metal alloys, organic polymer coatings, inorganic-organic polymer hybrid coatings , metal oxides, phosphates, metal phosphates, silicates, organic polymer silicates and hybrids, organic polymer-silica and functionalized siloxanes.

Армирующие волокна могут быть во многих формах, включая пряжу, паклю, нитевидные кристаллы, непрерывное волокно, короткое волокно, тканые материалы, тканые листы, трикотажное полотно, нетканые материалы, неориентированные маты, прошитые маты, сетки, войлок, оплетенные материалы, навитой жгут, проволоку и/или другие формы, известные специалисту в данной области.Reinforcing fibers can be in many forms, including yarn, tow, whiskers, continuous fiber, short fiber, woven materials, woven sheets, knitted fabric, non-woven materials, non-oriented mats, stitched mats, nets, felt, braided materials, wound tow, wire and / or other forms known to the person skilled in the art.

В качестве армирующего материала можно использовать армирование стекловолокном (включая, но не ограничиваясь этим, E-стекловолокно, S-стекловолокно и устойчивое к действию щелочи стекловолокно). Композитные структуры также могут включать гибридное армирование волокнами, например комбинацией стекловолокна, углеродного волокна, волокна из органического полимера, оксида и/или металла. Армирование может быть в форме тканого или нетканого материала, сетки, сита, ваты, непрерывных или дискретных волокон. Различные волокна и/или ткани можно перемешать в матрице или дискретно разделить на слои. Примеры включают чередующиеся слои армирования углеродным волокном и стекловолокном, а также сэндвичевую стальную сетку, помещенную посередине стеклянных сеток. Композиционные материалы, использующие армирование стекловолокном и матричное связующее по настоящему изобретению, являются приемлемыми по стоимости, негорючими, термически стабильными [например, никакого измеримого (<0,2%) остаточного изменения размера после 48 часов воздействия при 700°C] композиционными материалами с изолирующими свойствами и конструкционными свойствами, которые можно переработать при более низких температурах, используя типичное технологическое оборудование. Обычную переработку можно осуществить при относительно низких температурах (<200°C) и низком давлении (<200 фунт/кв. дюйм). Поперечно-армированный стекловолокном слоистый материал можно получить с высокими теплоизоляционными свойствами (например, номинальная теплопроводность 1,4 Вт/м·К), электроизоляционными свойствами (неопределяемая электропроводность при измерении стандартным омметром) и умеренными механическими характеристиками (модуль изгиба до 18 миллионов фунтов на квадратный дюйм, прочность на изгиб до 200+ тысяч фунтов на квадратный дюйм и максимальная деформация изгиба до 1,3%). Данная комбинация свойств должна являться перспективной технологией для многих областей использования.As the reinforcing material, fiberglass reinforcement can be used (including, but not limited to, E-fiberglass, S-fiberglass and alkali-resistant fiberglass). Composite structures may also include hybrid fiber reinforcement, for example, a combination of glass fiber, carbon fiber, organic polymer fiber, oxide, and / or metal. Reinforcement may be in the form of a woven or non-woven material, mesh, sieve, cotton, continuous or discrete fibers. Various fibers and / or tissues can be mixed in a matrix or discretely divided into layers. Examples include alternating layers of carbon fiber and glass fiber reinforcement, as well as a sandwich steel mesh placed in the middle of the glass mesh. Composite materials using the fiberglass reinforcement and matrix binder of the present invention are cost-effective, non-combustible, thermally stable [for example, no measurable (<0.2%) residual resizing after 48 hours of exposure at 700 ° C] composite materials with insulating properties and structural properties that can be processed at lower temperatures using typical processing equipment. Conventional processing can be carried out at relatively low temperatures (<200 ° C) and low pressure (<200 psi). Cross-reinforced glass fiber laminated material can be obtained with high thermal insulation properties (for example, nominal thermal conductivity 1.4 W / m · K), electrical insulation properties (undetectable conductivity when measured with a standard ohmmeter) and moderate mechanical characteristics (bending modulus up to 18 million pounds per square inch, bending strength up to 200+ thousand pounds per square inch and maximum bending deformation up to 1.3%). This combination of properties should be a promising technology for many areas of use.

Армирование керамическим волокном (включая волокна карбида кремния) представляет собой другое предпочтительное армирование, особенно для высокотемпературных областей использования (выше 700°C). Хотя керамические волокна являются дорогими, они сохраняют структурную целостность значительно выше 1000°C. Армирование углеродным волокном представляет собой предпочтительное армирование, когда является желательным электропроводность, теплопроводность, высокая прочность и/или прочность на удар.Ceramic fiber reinforcement (including silicon carbide fibers) is another preferred reinforcement, especially for high temperature applications (above 700 ° C). Although ceramic fibers are expensive, they retain structural integrity well above 1000 ° C. Carbon fiber reinforcement is the preferred reinforcement when electrical conductivity, thermal conductivity, high strength and / or impact strength are desired.

Механические свойства композитной структуры, включающей композицию неорганической полимерной матрицы, можно улучшить при условии, что существует достаточное взаимодействие между матрицей и армирующим компонентом. Композитная структура, включающая композицию неорганической полимерной матрицы, обеспечивает повышенный уровень механической прочности, если армирующий компонент показывает в некоторой степени оксофильный характер на границе раздела матрица - армирующий компонент. Композитная структура, включающая композицию неорганической полимерной матрицы и армирование нержавеющей сталью, проявляет повышенный уровень механических характеристик. Улучшение лучше иллюстрируется при использовании в качестве армирующего компонента углеродного или графитового волокна. Углеродные и/или графитовые волокна в своей основе являются неполярными и гидрофобными, но их можно обработать различными способами для создания областей с гидрофильным характером, например нанесением проклеивающего или другого покрытия (как правило, органических полимеров, таких как эпоксидные смолы или органические силаны) или посредством использования поверхностно-активных веществ. Обычно увеличение гидрофильной природы волокна также будет создавать более оксофильную поверхность и улучшать поверхность раздела между армирующим компонентом и матрицей, но армирующий компонент можно сделать более оксофильным другими способами. Металлизация волокна может создать оксофильную поверхность, которая будет значительно увеличивать межфазную прочность композитной структуры. Химическое, термическое или электролитическое окисление углеродного, графитового и/или полимерного армирующего компонента также может увеличить оксофильность и, таким образом, межфазную прочность и механические свойства композитной структуры. Более того, волокно можно проклеить органическим полимером, объединенным с порошкообразным неорганическим оксидом, таким как стеклообразная фритта, реакционноспособная стеклообразная фритта, кремнезем, оксид алюминия, оксид циркония и аналогичные материалы на основе оксидов. Это придает оксофильный характер поверхности армирующего компонента. Данные принципы также можно распространить на другие композиции матриц на оксидной основе, включая, но не ограничиваясь этим, смолы силикатов щелочных металлов, смолы фосфатов металлов, цементирующие материалы, огнеупорные соединения и другие неорганические и/или гибридные неорганическо/органические материалы на основе оксидов. Придавая достаточную неровность и шероховатость поверхности армирующей среды для содействия полезному механическому взаимодействию, также можно увеличить поверхность раздела между матрицей и армирующим компонентом.The mechanical properties of the composite structure, including the composition of the inorganic polymer matrix, can be improved provided that there is sufficient interaction between the matrix and the reinforcing component. A composite structure including a composition of an inorganic polymer matrix provides an increased level of mechanical strength if the reinforcing component shows to some extent an oxophilic character at the matrix – reinforcing component interface. The composite structure, including the composition of the inorganic polymer matrix and reinforcing with stainless steel, exhibits an increased level of mechanical characteristics. The improvement is better illustrated by using carbon or graphite fiber as the reinforcing component. Carbon and / or graphite fibers are basically non-polar and hydrophobic, but they can be processed in various ways to create areas with a hydrophilic character, for example by applying a sizing or other coating (usually organic polymers such as epoxies or organic silanes) or the use of surfactants. Typically, increasing the hydrophilic nature of the fiber will also create a more oxophilic surface and improve the interface between the reinforcing component and the matrix, but the reinforcing component can be made more oxophilic in other ways. Metallization of the fiber can create an oxophilic surface, which will significantly increase the interfacial strength of the composite structure. Chemical, thermal, or electrolytic oxidation of the carbon, graphite, and / or polymer reinforcing component can also increase oxophilicity and thus interfacial strength and mechanical properties of the composite structure. Moreover, the fiber can be sized with an organic polymer combined with a powdery inorganic oxide such as glassy frit, reactive glassy frit, silica, alumina, zirconia and similar oxide-based materials. This gives the oxophilic surface character of the reinforcing component. These principles can also be extended to other oxide-based matrix compositions, including, but not limited to, alkali metal silicate resins, metal phosphate resins, cementitious materials, refractory compounds, and other inorganic and / or hybrid inorganic / organic oxide materials. By providing sufficient roughness and surface roughness of the reinforcing medium to promote beneficial mechanical interaction, it is also possible to increase the interface between the matrix and the reinforcing component.

Кроме того, композиция неорганической полимерной матрицы может включать разнообразные органические и неорганические наполнители, обычно используемые специалистами в данной области. Матрица может включать такие материалы наполнителей, как керамические порошки, минеральные порошки, металлические порошки, карбиды кремния, нитриды кремния, силикаты, нитриды бора, алюмосиликаты, силикаты алюминия, смешанные силикаты натрия и алюминия, смешанные силикаты калия и алюминия, углерод, углеродная сажа, углеродные нанотрубки, молибден и его соединения или другие наполнители, известные специалисту в данной области. Органические материалы являются менее предпочтительными, когда область использования является такой, что органические материалы будут сгорать и давать газообразные продукты. Наполнители также могут быть сферическими, таким как микросферы, макросферы, полые и/или сплошные сферы, и/или частицы цилиндрической, плоской и/или правильной или неправильной формы.In addition, the composition of the inorganic polymer matrix may include a variety of organic and inorganic fillers commonly used by specialists in this field. The matrix may include filler materials such as ceramic powders, mineral powders, metal powders, silicon carbides, silicon nitrides, silicates, boron nitrides, aluminosilicates, aluminum silicates, mixed sodium and aluminum silicates, mixed potassium and aluminum silicates, carbon, carbon black, carbon nanotubes, molybdenum and its compounds or other fillers known to the person skilled in the art. Organic materials are less preferred when the area of use is such that organic materials will burn and produce gaseous products. The fillers can also be spherical, such as microspheres, macrospheres, hollow and / or solid spheres, and / or particles of a cylindrical, flat and / or regular or irregular shape.

Композиция неорганической полимерной матрицы по настоящему изобретению влияет на рН раствора, содержащего основу в виде силиката щелочного металла, вводя кислотный неорганический компонент (такой как протонированные оксоанионы, например, фосфорную или борную кислоту, однозамещенный фосфат или реакционноспособные стекла) и модификатор, представляющий собой кислотную соль, такую как соль щелочноземельного металла. Растворы силиката щелочного металла требуют высокое значение рН, чтобы поддерживать высокую концентрацию мономерных силикатных анионов, необходимых для умеренного образования сетки. Способность отверждаться при умеренных условиях после снижения рН до меньшего значения уменьшает повреждение стекловолоконного армирования, вызываемого щелочной природой матрицы. Неорганическое матричное связующее отверждается путем реакции конденсации, частично ведомой отщеплением воды от каркаса, и избыточная вода в связующем приводит к дефициту стабильности размеров, плохим физическим свойствам и трудности обработки.The composition of the inorganic polymer matrix of the present invention affects the pH of a solution containing an alkali metal silicate base by introducing an acidic inorganic component (such as protonated oxoanions, for example phosphoric or boric acid, monosubstituted phosphate or reactive glasses) and an acid salt modifier such as an alkaline earth metal salt. Alkali metal silicate solutions require a high pH to maintain a high concentration of monomeric silicate anions, which are necessary for moderate network formation. The ability to cure under moderate conditions after lowering the pH to a lower value reduces the damage to fiberglass reinforcement caused by the alkaline nature of the matrix. The inorganic matrix binder is cured by a condensation reaction partially driven by the removal of water from the skeleton, and excess water in the binder leads to a lack of dimensional stability, poor physical properties and processing difficulties.

Понятно, что композиции неорганической полимерной матрицы по настоящему изобретению можно изготовить и переработать в композиционные материалы, используя прямое формование, объемное формование, листовое формование, порошок и армирование, жидкость и армирование, препрег и спекание. Дополнительные методы включают пултрузию (автоматизированный процесс, способный дать продукт с постоянным поперечным сечением), влажное наслоение (простой ручной способ быстрого получения опытных образцов и дающий продукты с низкими эксплуатационными качествами), накальную обмотку (автоматизированный способ получения тел вращения), формование вакуумным мешком (типичный способ для высокоэффективных аэрокосмических слоистых материалов), автоклавное или неавтоклавное вакуумное нагнетание (способ для высокоэффективных частей большой толщины), пленочную инфузию жидкой смолы или порошковую инфузию, литьевое прессование (процесс формования сеткообразного материала с превосходной воспроизводимостью размеров), экструзию (способ, которым можно получить неконструкционные коротковолокнистые продукты постоянного поперечного сечения), инжекционное формование (автоматизированный способ, которым можно получить небольшие, неконструкционные коротковолокнистые продукты), отливку (способ для объемных неконструкционных продуктов), центробежное литье (способ, которым можно изготовить трубы высокого качества), формование стабилизированного эластомера (способ, которым можно изготовить необычные формы) и аналогичные процессы.It is understood that the compositions of the inorganic polymer matrix of the present invention can be made and processed into composite materials using direct molding, bulk molding, sheet forming, powder and reinforcing, liquid and reinforcing, prepreg and sintering. Additional methods include pultrusion (an automated process capable of producing a product with a constant cross section), wet layering (a simple manual method for quickly producing prototypes and producing products with low performance), a filament winding (an automated method for producing bodies of revolution), vacuum bag molding ( typical method for high-performance aerospace laminated materials), autoclave or non-autoclave vacuum injection (the method for high-performance parts is large thickness), film infusion of liquid resin or powder infusion, injection molding (the process of forming a mesh-like material with excellent reproducibility of dimensions), extrusion (the way in which non-structural short-fiber products of constant cross section can be obtained), injection molding (an automated way that can be obtained small, non-structural short-fiber products), casting (method for bulk non-structural products), centrifugal casting (method that can be Started pipes of high quality), the stabilized elastomer molding (a method that can produce unusual shapes) and similar processes.

Композиционный материал отверждают в температурном диапазоне примерно от 15°C до 1000°C и выше, и при давлении в диапазоне от 0 фунт/кв. дюйм до примерно 2000 фунт/кв. дюйм, предпочтительно при температуре примерно от 50°C до 200°C и при давлении менее примерно 200 фунт/кв. дюйм.The composite material is cured in a temperature range of from about 15 ° C to 1000 ° C and above, and at a pressure in the range of 0 psig. inch to about 2000 psi inch, preferably at a temperature of from about 50 ° C to 200 ° C and at a pressure of less than about 200 psi. inch.

Если желательно, композиционную часть можно подвергнуть термическому пост-отверждению и/или химически обработать, чтобы дополнительно повысить термическую, размерную или гидролитическую стабильность или их комбинацию. Данную часть можно термически обработать на воздухе, под вакуумом или в инертной атмосфере в температурном диапазоне примерно от 15°C до 1000°C. Композиционную часть можно промыть водой или другим растворителем, чтобы удалить избыток реагентов. Более того, это можно сделать после только частичного образования неорганической полимерной сеточной структуры перед завершением процесса отверждения. Композиционную часть также можно ввести в контакт с кислотными растворами, растворами солей металлов, растворами солей металлических кислот, растворами поверхностно-активных веществ, растворами фторированных соединений, соединениями на основе кремния, органическими фор-полимерами, иономерами, полимерами и/или другими растворами, предназначенными для придания гидрофобности.If desired, the composite may be post-cured and / or chemically treated to further enhance thermal, dimensional or hydrolytic stability, or a combination thereof. This part can be thermally treated in air, under vacuum or in an inert atmosphere in the temperature range from about 15 ° C to 1000 ° C. The composition may be washed with water or another solvent to remove excess reagents. Moreover, this can be done after only partial formation of the inorganic polymer network structure before the completion of the curing process. The composite part can also be brought into contact with acid solutions, solutions of metal salts, solutions of salts of metallic acids, solutions of surfactants, solutions of fluorinated compounds, silicon-based compounds, organic form-polymers, ionomers, polymers and / or other solutions intended to impart hydrophobicity.

Например, погружение или покрытие композитной структуры с использованием разбавленного раствора фосфорной кислоты может улучшить термическую, а также гидролитическую стойкость композитной структуры. В растворе фосфорной кислоты может содержаться одна или несколько солей металлов. Аналогичного улучшения можно достичь, используя разбавленный раствор соли магния в одиночку или в сочетании с раствором фосфорной кислоты. Также можно использовать другие растворимые соли поливалентных металлов, например содержащие алюминий, кальций, цинк, церий, лантан и/или аналогичные соли. Композитную структуру, если это желательно, также можно обработать растворами солей одновалентных металлов, таких как гидроксид лития, ацетат лития, хлорид лития и так далее.For example, dipping or coating a composite structure using a dilute phosphoric acid solution can improve the thermal as well as hydrolytic resistance of the composite structure. The phosphoric acid solution may contain one or more metal salts. A similar improvement can be achieved using a dilute solution of magnesium salt alone or in combination with a solution of phosphoric acid. Other soluble salts of polyvalent metals may also be used, for example, containing aluminum, calcium, zinc, cerium, lanthanum and / or similar salts. The composite structure, if desired, can also be treated with solutions of monovalent metal salts such as lithium hydroxide, lithium acetate, lithium chloride and so on.

Данные способы обладают некоторыми преимуществами по сравнению с методами отверждения/уплотнения, обычно используемыми при изготовлении высокотемпературных неорганических полимеров, а именно керамики и стекол. Обработка керамики и стекла типично требует оборудование для высокотемпературной обработки (выше 1000°C). Природа рецептуры неорганической матрицы по настоящему изобретению дает возможность обрабатывать композиционные материалы с помощью традиционного оборудования, используемого в установках для изготовления композиционных материалов. Данные способы позволяют достичь более высокой производительности по сравнению с типичными керамическими способами и дают возможность легко изготавливать более крупные детали по сравнению с типичными керамическими способами. Использование данных способов предоставляет большие объемы волокна со структурной целостностью, что является превосходным для правильной обработки бетона.These methods have several advantages over the curing / densification methods commonly used in the manufacture of high temperature inorganic polymers, namely ceramics and glasses. Ceramic and glass processing typically requires high temperature processing equipment (above 1000 ° C). The nature of the inorganic matrix formulations of the present invention makes it possible to process composite materials using conventional equipment used in plants for manufacturing composite materials. These methods make it possible to achieve higher productivity in comparison with typical ceramic methods and make it possible to easily produce larger parts in comparison with typical ceramic methods. Using these methods provides large volumes of fiber with structural integrity, which is excellent for the proper processing of concrete.

Альтернативно, композиция неорганической полимерной матрицы по настоящему изобретению не ограничивается исключительно композиционными материалами. Композицию можно использовать для получения чистых компонентов смол, покрытий и клеев.Alternatively, the composition of the inorganic polymer matrix of the present invention is not limited solely to composite materials. The composition can be used to obtain pure components of resins, coatings and adhesives.

Ценным является то, что настоящее изобретение можно осуществить в виде негорючего материала. Данное желательное свойство безопасности отличает данное изобретение от большинства органических материалов (таких как, например, пластмассы, древесина или резина, но не ограничиваясь этим), которые имеют тенденцию гореть, образовывать дым и/или токсичные газы при воздействии огня. Более того, настоящее изобретение можно осуществить в виде теплоизолятора и/или электрического изолятора. Данная желательная черта отличает композиции по настоящему изобретению от большинства металлов (таких как сталь, алюминий или медь), которые имеют тенденцию являться проводниками тепла и электричества.It is valuable that the present invention can be implemented as a non-combustible material. This desirable safety feature distinguishes this invention from most organic materials (such as, for example, but not limited to plastics, wood or rubber), which tend to burn, form smoke and / or toxic gases when exposed to fire. Moreover, the present invention can be implemented as a heat insulator and / or electrical insulator. This desirable feature distinguishes the compositions of the present invention from most metals (such as steel, aluminum or copper), which tend to be conductors of heat and electricity.

Настоящее изобретение можно осуществить для функционирования при высоких температурах (>1000°C) с незначительными остаточными изменениями в размерах. Данное желательное свойство отличает изобретение от большинства органических материалов (которые имеют тенденцию подвергаться пиролизу при воздействии температур, превышающих 500°C), от большинства цементирующих рецептур (которые имеют тенденцию трескаться выше 300°C) и от многих металлов (включая алюминий), которые имеют тенденцию деформироваться или плавиться при 700°C. В качестве дальнейшей характерной особенности системы по настоящему изобретения могут достичь высокотемпературных рабочих характеристик (до 1000°C и выше), в то же время являясь обрабатываемыми при относительно низких температурах (<200°C) и низких давлениях (например, но не ограничиваясь этим, до <200°C и <200 фунт/кв. дюйм). Это свойство является желательным, поскольку способность к обработке при низких температурах и давлениях позволяет обрабатывать системы по изобретению на более приемлемом оборудовании и более приемлемыми способами. Данная характерная черта химии отличает настоящее изобретение от большинства керамических материалов, стекол и металлов, которые обычно требуют очень высоких температур и/или высоких давлений для получения формованного образца. Конечно, систему по изобретению можно эффективно обработать при более высоких температурах и давлениях; материал был обработан при давлениях выше 10000 фунт/кв. дюйм и при температурах выше 1500°C.The present invention can be implemented for operation at high temperatures (> 1000 ° C) with minor residual changes in size. This desirable property distinguishes the invention from most organic materials (which tend to undergo pyrolysis when exposed to temperatures exceeding 500 ° C), from most cementitious formulations (which tend to crack above 300 ° C) and from many metals (including aluminum) that have tendency to deform or melt at 700 ° C. As a further characteristic feature, the systems of the present invention can achieve high temperature performance (up to 1000 ° C and higher), while being processed at relatively low temperatures (<200 ° C) and low pressures (for example, but not limited to, up to <200 ° C and <200 psi). This property is desirable because the ability to process at low temperatures and pressures makes it possible to process the systems of the invention with more suitable equipment and more acceptable methods. This characteristic feature of chemistry distinguishes the present invention from most ceramic materials, glasses and metals, which usually require very high temperatures and / or high pressures to obtain a molded sample. Of course, the system of the invention can be efficiently processed at higher temperatures and pressures; material was processed at pressures above 10,000 psi. inches and at temperatures above 1500 ° C.

В некоторых случаях область использования может потребовать наличие термического барьера для сопротивления пламени и/или повышенным температурам в течение одного цикла службы и затем замену или использование при пониженных температурах эксплуатации, когда нет необходимости выдерживать экстремальные температуры, превышающие 200°C. Можно использовать органические/неорганические гибриды на основе настоящего изобретения. Органический компонент может являться мономерным, олигомерным или полимерным по природе и придавать дополнительную ударную прочность, пластичность и гибкость гибридной композиции.In some cases, the area of use may require a thermal barrier to resist flame and / or elevated temperatures during one service cycle and then replaced or used at lower operating temperatures when it is not necessary to withstand extreme temperatures in excess of 200 ° C. Organic / inorganic hybrids based on the present invention may be used. The organic component may be monomeric, oligomeric or polymeric in nature and impart additional impact strength, ductility and flexibility to the hybrid composition.

Настоящее изобретение можно осуществить, пропитывая волокна с получением жесткого композиционного материала. Данная желательная черта отличает изобретение от большинства материалов, поскольку наиболее жесткие материалы не обрабатывались в виде жидкости с низкой вязкостью, способной смачивать волокна. Армирование материала матрицы волокнами предоставляет множество преимуществ, включая улучшенную прочность, жесткость, сопротивление развитию трещины, усталостную прочность и сопротивление удару. В то время как армированные волокнами композиционные материалы являются обычными в областях использования с диапазоном от приборной панели автомобиля до элементов самолета F-22, подавляющее большинство композиционных материалов изготавливают из материалов, представляющих собой органическую матрицу, которые являются горючими. Негорючие композиционные материалы, такие как композиционные материалы с керамической матрицей и композиционные материалы с металлической матрицей, имеют тенденцию ограничения по стоимости для большинства областей использования из-за требуемых высоких температур обработки. Настоящее изобретение можно осуществить при более низкой стоимости по сравнению с большинством композиционных материалов с керамической или металлической матрицей. Данные желательные особенности отличают настоящее изобретение от многих материалов, включая многочисленные металлы.The present invention can be carried out by impregnating fibers to obtain a rigid composite material. This desirable feature distinguishes the invention from most materials, since the most rigid materials were not processed as a liquid with a low viscosity, capable of wetting the fibers. Reinforcing the matrix material with fibers provides many advantages, including improved strength, stiffness, crack resistance, fatigue resistance, and impact resistance. While fiber-reinforced composite materials are common in areas of use ranging from the dashboard of an automobile to the elements of an F-22 aircraft, the vast majority of composite materials are made from materials that are organic matrices that are combustible. Non-combustible composites, such as ceramic matrix composites and metal matrix composites, tend to have cost limitations for most applications due to the high processing temperatures required. The present invention can be carried out at a lower cost compared with most composite materials with a ceramic or metal matrix. These desirable features distinguish the present invention from many materials, including numerous metals.

Композицию по настоящему изобретению можно легко получить, включая разнообразные, вышеуказанные в общих чертах наполнители, чтобы эксплуатационные характеристики материала подходили для конкретных областей использования. Данные наполнители, которые могут включать полые сферы, проводящие наполнители, добавки, повышающие коэффициент трения и/или термическую стойкость, можно включить, чтобы модифицировать физические свойства, включая, но не ограничиваясь этим, плотность, проводимость, коэффициент трения или термические характеристики. Данные желательные характерные свойства отличают настоящее изобретение от многих материалов, включая многие металлы. Обладая данными чертами, настоящее изобретение подходит для многих областей применения, включая противопожарные преграды, теплозащитные экраны, высокотемпературные изоляторы, высокотемпературные формы, фрикционные продукты, инструмент и конструкции, работающие в условиях воздействия высокой температуры.The composition of the present invention can be easily obtained, including a variety of the above generally described excipients, so that the performance characteristics of the material are suitable for specific applications. These fillers, which may include hollow spheres, conductive fillers, additives that increase the coefficient of friction and / or thermal resistance, can be included to modify physical properties, including, but not limited to, density, conductivity, coefficient of friction, or thermal characteristics. These desirable characteristic properties distinguish the present invention from many materials, including many metals. Possessing these features, the present invention is suitable for many applications, including fire barriers, heat shields, high-temperature insulators, high-temperature molds, friction products, tools and structures operating under high temperature conditions.

Кроме композиций неорганической полимерной матрицы можно использовать другие соединения, такие как различные органические и неорганические наполнители, и композиции неорганической полимерной матрицы можно изготовить, используя разнообразные способы, такие как компрессионное формование, объемное формование и т.д., и затем отвердить, обработать и использовать в различных областях использования, и они могут иметь желаемые свойства согласно многочисленным тестам ASTM, сформулированным в патенте США №10/777885 ″Fire Testing Inorganic Composite Structures″, поданном 12 февраля 2004 года, который настоящим полностью включается ссылкой, включая все 39 примера.In addition to the inorganic polymer matrix compositions, other compounds, such as various organic and inorganic fillers, can be used, and the inorganic polymer matrix compositions can be made using a variety of methods, such as compression molding, volume molding, etc., and then harden, process and use in various fields of use, and they may have the desired properties according to numerous ASTM tests formulated in US Pat. No. 10/777885 ″ Fire Testing Inorganic Composite Structures ″, hearth Mr. February 12, 2004, which is hereby incorporated by reference, including all 39 examples.

Противопожарные системы или многослойные огнестойкие системы по настоящему изобретению обычно включают два или более слоя различных материалов, причем предпочтительно, по меньшей мере, один из слоев включает вышеуказанную неорганическую полимерную матрицу, полученную из силиката щелочного металла, и необязательно, но желательно, содержащую волокнистый армирующий компонент. Остающиеся один или несколько слоев включают любой нижеследующий компонент: по меньшей мере, один изолирующий материал, по меньшей мере, один вспучивающийся материал, по меньшей мере, один вспененный материал, по меньшей мере, один отражающий материал, или армирующий слой, или армирующий материал в любом из вышеуказанных слоев. Кроме того, отдельно или внутри любого из вышеуказанных слоев может существовать гофрированный газосодержащий слой. Еще одна противопожарная система может содержать два или более слоя полимерной смолы силиката щелочного металла.Fire protection systems or multilayer fire-retardant systems of the present invention typically include two or more layers of different materials, preferably at least one of the layers includes the above inorganic polymer matrix derived from alkali metal silicate, and optionally, but preferably, containing a fibrous reinforcing component . The remaining one or more layers include any of the following component: at least one insulating material, at least one intumescent material, at least one foam material, at least one reflective material, or a reinforcing layer or reinforcing material in any of the above layers. In addition, a corrugated gas-containing layer may exist separately or within any of the above layers. Another fire fighting system may comprise two or more layers of an alkali metal silicate polymer resin.

Изолирующие материалы, которые имеют хорошие противопожарные свойства, обычно включают устойчивые к воздействию высокой температуры материалы, известные из литературы и уровня техники, такие как разнообразные соединения силикатов, различные соединения оксида алюминия или их комбинации, такие как глиноземные силикаты (RCF). Часто такие соединения присутствуют в форме волокон, поскольку они имеют низкую массу, и находят применение во многих областях использования, но также можно использовать твердые слои из таких соединений. Другие подходящие изолирующие материалы включают различные материалы и соединения, известные из уровня техники и литературы, которые обычно содержат значительные количества (по меньшей мере, примерно 30%, или примерно 50%, или примерно 70% массовых) оксида алюминия, кремнезема, алюмината, силиката, а также других оксидов металлов, содержащих кальций, магний и аналогичные. Другие изолирующие соединения включают различные огнеупорные материалы, такие как карбид кремния, углерод-углерод и аналогичные. Также можно использовать различные керамические материалы, известные из литературы и уровня техники, изготовленные из различных глин, например черепицу, терракоту, и аналогичные, фарфор, фарфоровые эмали, известь, штукатурку и гипсовые продукты и аналогичные.Insulating materials that have good fire-fighting properties typically include high temperature resistant materials known from the literature and the prior art, such as various silicate compounds, various alumina compounds, or combinations thereof, such as alumina silicates (RCF). Often, such compounds are present in the form of fibers because they are low in weight and are used in many applications, but solid layers of such compounds can also be used. Other suitable insulating materials include various materials and compounds known in the art and literature, which typically contain significant amounts (at least about 30%, or about 50%, or about 70% by weight) of alumina, silica, aluminate, silicate as well as other metal oxides containing calcium, magnesium and the like. Other insulating compounds include various refractory materials such as silicon carbide, carbon-carbon, and the like. You can also use various ceramic materials known from the literature and the prior art, made of various clays, such as tiles, terracotta, and the like, porcelain, porcelain enamels, lime, plaster and gypsum products and the like.

Вспучивающийся слой обычно представляет собой любой материал, который выделяет летучее вещество, например воду, при нагревании во время, когда структура материала будет поддерживать образование ячеек. Весьма предпочтительным является вспучивающийся графит. Другие соединения включают различные силикаты щелочных металлов, такие как силикаты натрия, калия или силикат лития, или силикаты щелочноземельных металлов, такие как силикаты кальция и магния. Вермикулит представляет собой другой применимый вспучивающийся материал.The intumescent layer is usually any material that releases a volatile substance, such as water, when heated during a time when the structure of the material will support cell formation. Intumescent graphite is highly preferred. Other compounds include various alkali metal silicates, such as sodium, potassium or lithium silicate, or alkaline earth metal silicates, such as calcium and magnesium silicates. Vermiculite is another suitable intumescent material.

Отражающие слои обычно состоят из материалов, которые отражают свет и таким образом отводят тепло от той стороны системы, которая не подвергается действию огня. Слой может быть толстым, но предпочтительно является тонким, и его изготавливают из устойчивого к воздействию высокой температуры материала. Подходящие отражающие материалы обычно отражают, по меньшей мере, примерно 50% или, по меньшей мере, примерно 65% и, желательно, по меньшей мере, примерно 80% или, по меньшей мере, примерно 90% падающего на него солнечного света. Примеры включают полиэфирные пленки, такие как Mylar®, алюминиевую фольгу или листовой материал и аналогичные материалы. Устойчивые к воздействию высокой температуры отражающие поверхности обычно включают интенсивно отражающие металлы и сплавы, такие как титан, хром, никель, и аналогичные: нержавеющую сталь и аналогичные металлы. Отражающие поверхности обычно находятся в листовой форме и присутствуют на внутренней или внешней стороне слоистого материала или многослойной огнестойкой системы.Reflective layers usually consist of materials that reflect light and thus remove heat from the side of the system that is not exposed to fire. The layer may be thick, but is preferably thin, and is made from a high temperature resistant material. Suitable reflective materials typically reflect at least about 50%, or at least about 65%, and preferably at least about 80%, or at least about 90% of the sunlight falling on it. Examples include polyester film such as Mylar ®, aluminum foil or sheet material and similar materials. High temperature resistant reflective surfaces typically include intensely reflective metals and alloys such as titanium, chromium, nickel, and the like: stainless steel and similar metals. Reflective surfaces are usually in sheet form and are present on the inner or outer side of the laminate or multilayer fire-retardant system.

Армирующие материалы были описаны в данной заявке выше и, следовательно, не будут повторяться. В то время как они обычно используются в волокнистой форме, либо непрерывной, либо дискретной, тканой или нетканой, их также можно использовать в листовой форме или форме перфорированного листа, полоски и аналогичного и, таким образом, они образуют индивидуальный или отдельный слой. Желательно, как отмечено выше, армирующий материал обычно используют в волокнистой форме для армирования слоя композиционного материала неорганической смолы по настоящему изобретению. Однако различные вышеуказанные армирующие материалы, в листовой форме или в форме перфорированного листа, или в любой другой форме, такой как волокна, можно использовать для усиления любого вышеуказанного слоя, такого как изолирующий слой, вспучивающийся слой, вспененный слой и даже отражающий слой, для придания им прочности и конструкционной целостности.Reinforcing materials have been described hereinabove and therefore will not be repeated. While they are usually used in fibrous form, either continuous or discrete, woven or non-woven, they can also be used in sheet form or in the form of a perforated sheet, strip and the like, and thus they form an individual or separate layer. Desirably, as noted above, the reinforcing material is typically used in fibrous form to reinforce the layer of the composite inorganic resin of the present invention. However, the various reinforcing materials mentioned above, in sheet form or in the form of a perforated sheet, or in any other form, such as fibers, can be used to reinforce any of the aforementioned layers, such as an insulating layer, an intumescent layer, a foam layer and even a reflective layer, to impart them strength and structural integrity.

Гофрированный слой, как правило, имеет многочисленные замкнутые области газа, такого как воздух, которые действуют в качестве огнестойкой среды внутри любого из вышеуказанных слоев за исключением поверхности отражающего слоя. Таким образом, вышеуказанные различные изолирующие материалы, вспучивающиеся материалы и армирующие материалы могут иметь внутри полости с воздухом или другим газом. Альтернативно, гофрированный слой может являться слоем газа (например, воздуха) между изолирующим слоем.The corrugated layer typically has numerous closed regions of gas, such as air, which act as a flame retardant medium inside any of the above layers except for the surface of the reflective layer. Thus, the above various insulating materials, intumescent materials, and reinforcing materials may have cavities inside them with air or other gas. Alternatively, the corrugated layer may be a layer of gas (eg, air) between the insulating layer.

Пористые или вспененные материалы, такие как вспененные композиции, которые можно использовать в настоящем изобретении, обычно являются негорючими и применимы для управления теплообменом, противопожарной защиты и других высокотемпературных областей использования. Способность системы по настоящему изобретению выдерживать температуры более 800°C позволяет его использовать в областях, в которых нельзя применять вспененные материалы на органической основе и/или их производные. Неорганические пористые материалы, такие как вспененные композиции, изготовленные из углеродных, стеклянных и керамических материалов, могут выдерживать аналогичные температуры, но их высокая стоимость ограничивает их использование для нужд крупномасштабного управления тепловыми нагрузками и/или чувствительных к стоимости областей использования. Пористые материалы, полученные по настоящему изобретению, можно также формовать в требующиеся сложные, а также простые формы, и/или конкретно формовать, используя традиционное обрабатывающее оборудование. Пористые материалы, такие как вспененный материал, могут быть либо конструкционными (цельными), либо неконструкционными, полученными с использованием или без использования вспенивающего вещества. Также можно приготовить синтактический вспененный материал, используя настоящее изобретение и соответствующие наполнители, такие как микросферы, микрошарики и/или микрокапсулы.Porous or foamed materials, such as foamed compositions that can be used in the present invention, are generally non-combustible and are useful for controlling heat transfer, fire protection, and other high temperature applications. The ability of the system of the present invention to withstand temperatures above 800 ° C allows it to be used in areas where organic-based foam materials and / or their derivatives cannot be used. Inorganic porous materials, such as foam compositions made of carbon, glass and ceramic materials, can withstand similar temperatures, but their high cost limits their use for large-scale thermal load management and / or cost-sensitive applications. The porous materials obtained according to the present invention can also be molded into the required complex as well as simple forms, and / or specifically molded using conventional processing equipment. Porous materials, such as foam, can be either structural (solid) or non-structural, obtained with or without a blowing agent. You can also prepare syntactic foam using the present invention and appropriate excipients such as microspheres, microspheres, and / or microcapsules.

При получении различного типа барьерных или многослойных композитных систем, как правило, один или более внешних слоев изготавливают из материала, который обладает хорошей огнестойкостью и стойкостью к прогоранию, такого как неорганическая полимерная матрица, полученная из силиката щелочного металла, или одного или нескольких материалов на неорганической основе, таких как цементы на оксидной основе, огнеупорные материалы, оксиды алюминия и аналогичные. Многослойные огнестойкие системы необязательно могут содержать промежуточный слой, размещенный между одним или несколькими внешними слоями и одним или несколькими каркасными слоями. Каркасный слой может представлять собой подложку, которую необходимо защитить, такую как металл с низкой температурой плавления или горючий материал, такой как древесина или другой органический материал. Альтернативно, в эстетических областях использования эстетический наружный материал, такой как древесина или поверхность древесного шпона, поверхность пластика и т.д., например, в противопожарной двери, может содержать промежуточный(е) или каркасный(е) слой(и), например, изолирующий слой, слой силиката щелочного металла, для препятствования или предотвращения проникновения пламени или тепла.Upon receipt of various types of barrier or multilayer composite systems, as a rule, one or more outer layers are made of a material that has good fire resistance and burn resistance, such as an inorganic polymer matrix made from alkali metal silicate, or one or more materials on an inorganic base, such as oxide-based cements, refractory materials, aluminum oxides and the like. Multilayer fire resistant systems may optionally comprise an intermediate layer sandwiched between one or more outer layers and one or more wireframe layers. The skeleton layer may be a substrate to be protected, such as a low melting point metal or combustible material, such as wood or other organic material. Alternatively, in aesthetic applications, an aesthetic exterior material such as wood or wood veneer surface, plastic surface, etc., for example, in a fire door, may contain an intermediate (e) or frame (e) layer (s), for example an insulating layer, an alkali metal silicate layer, to inhibit or prevent the ingress of flame or heat.

Различные вышеуказанные комбинации слоев для получения различных типов слоистых материалов можно отнести к гибридным слоистым материалам или гибридным системам, которые можно изготовить соединением, посредством ламинирования и т.д., огнестойкого неорганического тонкого слоя или слоистого материала с органическим композиционным каркасом. Огнестойкий композиционный материал функционирует в качестве противопожарной преграды, кислородного барьера и в меньшей степени изоляции. В отличие от типичной пассивной изоляции огнестойкий композиционный материал функционирует не только как изоляция, которая предотвращает термическое разложение органической смолы. Вместо этого огнестойкая неорганическая смола действует как барьер для пламени и кислорода.The various combinations of layers described above for producing various types of laminate materials can be attributed to hybrid laminate materials or hybrid systems that can be made by bonding, by laminating, etc., a flame-retardant inorganic thin layer or laminate with an organic composite frame. The flame retardant composite material functions as a fire barrier, an oxygen barrier, and to a lesser extent isolation. Unlike typical passive insulation, a flame retardant composite material functions not only as an insulation that prevents the thermal decomposition of organic resin. Instead, the flame retardant inorganic resin acts as a barrier to flame and oxygen.

Множество систем или многослойных композитов можно изготовить, используя, в любом порядке, один или несколько слоев, включающих неорганическую полимерную матрицу, полученную из силиката щелочного металла, например, взаимодействием с несиликатным структурообразующим веществом и реакционноспособным стеклом, водой и необязательно одним или несколькими вторичными модификаторами структуры, и, по меньшей мере, один слой из любого из нижеследующих слоев: изолирующего слоя, слоя вспучивающегося материала, вспененного слоя, отражающего слоя, армирующего слоя или гофрированного слоя; причем, предпочтительно, один или несколько вышеуказанных слоев внутри содержат армирующий материал, например, как правило, волокно и т.д. Количество слоев огнестойких слоистых материалов или систем по настоящему изобретению может сильно различаться, например, как правило, примерно от 2 до 10 слоев, и типично или предпочтительно примерно от 2 до 3, или примерно до 4 или примерно до 5 слоев или примерно до 7 слоев.Many systems or multilayer composites can be made using, in any order, one or more layers comprising an inorganic polymer matrix made from alkali metal silicate, for example, by reacting with a non-silicate structure-forming substance and reactive glass, water and optionally one or more secondary structure modifiers , and at least one layer from any of the following layers: an insulating layer, an intumescent layer, a foam layer, a reflective layer, reinforcing layer or corrugated layer; moreover, preferably, one or more of the above layers inside contain a reinforcing material, for example, as a rule, fiber, etc. The number of layers of the flame retardant laminate materials or systems of the present invention can vary greatly, for example, typically from about 2 to 10 layers, and typically or preferably from about 2 to 3, or up to about 4, or up to about 5 layers, or up to about 7 layers .

Смолы силикатов щелочных металлов или их композиционные материалы, например, содержащие армирующие материалы, можно использовать многообразными способами при создании систем, целью которых является увеличение огнестойкости или создание противопожарной преграды, способной предотвратить проникновение пламени, проникновение кислорода, создать термическую изоляцию (порядок величины менее чем у стали) и сохранить прочность в течение и после воздействия огня (уровень сохранения зависит от температуры пламени и времени). Например, слой смолы силиката щелочного металла толщиной от 0,020 дюйма до более толстых конструкционных слоистых материалов можно использовать в качестве противопожарного барьера поверх органических композиционных материалов или древесины для улучшения огнестойкости систем. Данные свойства можно дополнительно оптимизировать для более ответственных сценариев защиты с введением высокотемпературной изоляции, которая принимает различные формы. Комбинация слоя смолы силикатов щелочных металлов или ее композиционных материалов и изоляции направлена на преодоление различных недостатков высокотемпературных изолирующих материалов, используемых по отдельности. Тонкий не конструкционный слой (0,020") может улучшить срок службы, снизить теплоперенос и действовать в качестве непроницаемого для кислорода барьера. Далее данные системы можно использовать в качестве пассивной противопожарной защиты для таких подложек, как древесина, сталь или композиционные материалы. Можно сконструировать повторяющиеся слои смолы силиката щелочного металла или ее композиционного материала и изоляции, чтобы добиться лучшего функционирования противопожарной системы не только с точки зрения огнестойкости, но и физических, механических и термических свойств, которые являются важными характеристиками для большинства разработок противопожарных систем. Введение отражающих поверхностей на внутренний или внешний слой смолы силиката щелочного металла или ее композиционного материала будет дополнительно улучшать характеристики системы, снижая излучательную теплопроводность. Использование более толстого слоя смолы силиката щелочного металла или композиционных материалов, который способен поддерживать конструкцию один или с жестким каркасом из негорючего изоляционного материала, может позволить ему функционировать в качестве несущей нагрузку конструкции, которая является полностью негорючей. Жесткие негорючие изоляционные материалы, способные выполнять функцию каркаса в строительной конструкция типа "сандвич", не являются широко распространенными, причем изолирующие материалы с лучшими характеристиками являются дорогими и трудными для использования. Различные вспененные материалы предлагают хороший изолирующий каркас, способный к хорошей адгезии с облицовочными листами из смолы силиката щелочного металла и обладающий хорошими эксплуатационными характеристиками.Resins of alkali metal silicates or their composite materials, for example, containing reinforcing materials, can be used in a variety of ways to create systems whose purpose is to increase fire resistance or create a fire barrier that can prevent the penetration of flames, the penetration of oxygen, and create thermal insulation (order of magnitude less than steel) and maintain strength during and after exposure to fire (the level of conservation depends on flame temperature and time). For example, an alkali metal silicate resin layer from 0.020 inches thick to thicker structural laminates can be used as a fire barrier over organic composite materials or wood to improve fire resistance of systems. These properties can be further optimized for more critical protection scenarios with the introduction of high-temperature insulation, which takes various forms. The combination of a resin layer of alkali metal silicates or its composite materials and insulation is aimed at overcoming the various disadvantages of the high-temperature insulating materials used individually. A thin, non-structural layer (0.020 ") can improve service life, reduce heat transfer and act as an oxygen-impervious barrier. These systems can then be used as passive fire protection for substrates such as wood, steel or composite materials. Repeated layers can be constructed resins of alkali metal silicate or its composite material and insulation in order to achieve better functioning of the fire system not only in terms of fire resistance, but also physical mechanical, thermal, and thermal properties that are important characteristics for most fire-fighting systems. The incorporation of reflective surfaces on the inner or outer layer of an alkali metal silicate resin or its composite material will further improve system performance by reducing radiative thermal conductivity. Using a thicker layer of alkaline silicate resin metal or composite materials that is capable of supporting the structure alone or with a rigid frame of it flammable insulating material, can allow it to function as a load-bearing structure, which is completely non-combustible. Rigid non-combustible insulation materials capable of performing the function of a frame in a sandwich-type building structure are not widespread, and insulation materials with better characteristics are expensive and difficult to use. Various foam materials offer a good insulating cage capable of good adhesion with alkali metal silicate resin facing sheets and having good performance.

Противопожарные системы разрабатывают на основе противопожарных требований, предоставленных внешних границ для системы, механических требований, физических требований и в зависимости от рынка, стоимости. Некоторые противопожарные преграды могут представлять собой просто слой смолы силиката щелочного металла или ее композиционного материала толщиной 0,020 дюйма для предотвращения проникновения пламени (слой смолы силиката щелочного металла/углеродный слоистый материал - 2 слоя, используемые для противопожарной защиты гондолы). Другие системы могут состоять из множества слоев, предназначенных для изоляции, предотвращения проникновения пламени и поддержания низкой температуры с холодной стороны в течение продолжительного времени (VSV материал), т.е. слой смолы силиката щелочного металла, имеющий армирующую металлическую сетку и внешние слои из стекловолокна, используют в качестве слоя покрытия поверх керамического бланкета для снижения теплопереноса и придания системе большей долговечности. Кроме того, VSV многослойную систему в каркасах противопожарных дверей можно использовать для создания оболочки, в пределах которой будет расширяться вспучивающийся материал, для уменьшения теплопереноса и для придания прочности, чтобы выдержать испытание потоком из пожарного шланга. Противопожарная преграда функционирует по различным механизмам: устраняя проникновение пламени, предотвращая проникновение кислорода из-за сгорания нижележащего горючего материала и уменьшая тепло, необходимое для горения. Противопожарные системы могут стать очень сложными исходя из теплопереноса, сгорания материалов, сохранения прочности в течение и после воздействия огня, материала, физических и термических свойств системы в условиях окружающей среды.Fire systems are developed on the basis of fire requirements provided by the external boundaries for the system, mechanical requirements, physical requirements, and depending on the market, cost. Some fire barriers may simply be a 0.020 inch thick alkali metal silicate resin or composite material layer to prevent flame penetration (alkali metal silicate resin / carbon laminate — 2 layers used to protect the gondola). Other systems can consist of many layers designed to insulate, prevent flame penetration and keep the cold side cold for a long time (VSV material), i.e. an alkali metal silicate resin layer having a reinforcing metal mesh and outer layers of fiberglass is used as a coating layer over a ceramic blanket to reduce heat transfer and give the system greater durability. In addition, the VSV multi-layer system in the fire door frames can be used to create a shell within which the intumescent material will expand, to reduce heat transfer, and to provide strength to withstand the flow test from the fire hose. The fire barrier operates by various mechanisms: eliminating the penetration of flames, preventing the penetration of oxygen due to combustion of the underlying combustible material and reducing the heat required for combustion. Fire-fighting systems can become very complex based on heat transfer, combustion of materials, preservation of strength during and after exposure to fire, material, physical and thermal properties of the system in environmental conditions.

Слой смолы силиката щелочного металла или композиционный материал на его основе применим в противопожарных преградах либо один, либо в виде части системы, включающей изолирующие и/или отражающие поверхности. В 90-минутной деревянной противопожарной двери используют VSV систему (т.е. многослойную систему вуаль/сетка/вуаль) в комбинации со вспучивающимся материалом для защиты деревянной холодной стороны панели в течение 90 минут воздействия огня по ASTM E-119 и затем чтобы выдержать испытание потоком из пожарного шланга. Противопожарный барьер каркаса двери имеет толщину лишь 5/8" перед воздействием, представляя собой наиболее тонкий 90-минутный противопожарный каркас, имеющийся в настоящее время на рынке. Другая противопожарная система, представляющая намного более простую систему, является 2-слойным композиционным материалом смола щелочного металла/углеродный армирующий компонент, используемым в качестве противопожарной защиты в гондолах реактивных двигателей для предотвращения проникновения пламени. Для данной области применения, кроме противопожарных свойств, также необходима вибрационная устойчивость и химическая стойкость.The alkali metal silicate resin layer or a composite material based thereon is applicable in fire barriers either alone or as part of a system including insulating and / or reflective surfaces. A 90-minute wooden fire door uses a VSV system (i.e. a multi-layer veil / net / veil system) in combination with an intumescent material to protect the wood cold side of the panel for 90 minutes of exposure to fire according to ASTM E-119 and then to pass the test flow from a fire hose. The door frame fire barrier is only 5/8 "thick before exposure, representing the thinnest 90 minute fire frame currently on the market. Another fire system, which is a much simpler system, is a 2-layer alkaline metal resin composite / carbon reinforcing component used as fire protection in jet engine nacelles to prevent flame penetration. Varying properties, vibration resistance and chemical resistance are also required.

Уникальность композиционных материалов из смолы силиката щелочного металла состоит в материалах, негорючести, низкой теплопроводности, высокотемпературных свойствах, низкой температуре обработки и низкой стоимости. В сочетании данные свойства предоставляют уникальный материал, который можно использовать в различных областях. Конкурентоспособные материалы существуют, но не имеют всю совокупность свойств, предлагаемую композиционными материалами из смолы силиката щелочного металла.The uniqueness of composite materials from alkali metal silicate resins lies in the materials, incombustibility, low thermal conductivity, high temperature properties, low processing temperature and low cost. In combination, these properties provide a unique material that can be used in various fields. Competitive materials exist, but do not have the full range of properties offered by alkali metal silicate resin composites.

Слоистые материалы или многослойные противопожарные системы, содержащие, по меньшей мере, один слой, изготовленный из огнестойких неорганических смол по настоящему изобретению, можно использовать для защиты подложек на органической основе, продуктов из слоистых материалов и т.д. от воздействия огня в течение заданного интервала времени. Системы на основе неорганической смолы являются уникальными в том, что они не полагаются на изолирование органического слоистого материала от воздействия тепла. Вместо этого смола функционирует в качестве барьера для пламени/кислорода, адресуясь к различным углам пожарного треугольника. Действуя в качестве барьера для пламени/кислорода, данные огнестойкие неорганические слои предотвращают не разложение органического материала, а только его сгорание. Таким образом, можно использовать гибридный слоистый материал для улучшения эксплуатационных характеристик органического слоистого материала до тех пор, пока уделяется внимание методу, которым изолируют материал каркаса.Layered materials or multilayer fire protection systems containing at least one layer made from the flame retardant inorganic resins of the present invention can be used to protect organic-based substrates, products from laminated materials, etc. from exposure to fire for a given period of time. Inorganic resin systems are unique in that they do not rely on insulating the organic laminate from heat. Instead, the resin functions as a flame / oxygen barrier, addressing different angles of the fire triangle. Acting as a flame / oxygen barrier, these flame-retardant inorganic layers prevent not the decomposition of organic material, but only its combustion. Thus, a hybrid laminate can be used to improve the performance of the organic laminate as long as attention is paid to the method by which the carcass material is isolated.

В то время как различные выгодные черты и варианты конечного использования изложены в дальнейшем, важные многослойные, огнестойкие системы включают композиционные материалы смол силикатов щелочных металлов сами по себе, системы VSV и противопожарные двери. Композиционный материал сам по себе используют почти во всех областях, и он включает модифицированные неорганические полимерные матрицы, изготовленные из силиката щелочного металла, одного или нескольких несиликатных структурообразующих веществ и/или реакционноспособного стекла и, необязательно, одного или нескольких вторичных связывающих структуру звеньев, причем все данные компоненты обычно называют смолой силиката щелочного металла. Важный аспект состоит в том, что смола содержит армирующий компонент, как правило, в форме армирующих волокон, например, углеродных волокон. Чтобы добиться соответствующей толщины и конструктивной целостности, можно использовать два таких слоя композиционного материала из смолы силиката щелочного металла, и они могут просто располагаться один на другом, быть объединены вместе или приклеены друг к другу или присоединены любым способом.While various beneficial features and end-use options are set forth below, important multilayer, fire-resistant systems include alkali metal silicate resin composites per se, VSV systems and fire doors. The composite material itself is used in almost all fields, and it includes modified inorganic polymer matrices made of alkali metal silicate, one or more non-silicate structure-forming substances and / or reactive glass and, optionally, one or more secondary structural linking units, all these components are commonly referred to as alkali metal silicate resin. An important aspect is that the resin contains a reinforcing component, typically in the form of reinforcing fibers, for example carbon fibers. In order to achieve an appropriate thickness and structural integrity, two such layers of an alkali metal silicate resin composite material can be used, and they can simply be stacked on top of each other, be joined together or glued to each other, or attached in any way.

VSV система, как правило, содержит металлический армирующий элемент, такой как сетка, перфорированный лист и т.д., и его используют и встраивают внутрь смолы силиката щелочного металла с получением композиционного материала. На любой стороне одного или нескольких слоев данного композиционного материала используют тонкий изолирующий слой из стекловолокна. Данная многослойная система находит использование в отдельных областях, например, во внутренних частях корпуса корабля.The VSV system typically contains a metal reinforcing element, such as a mesh, a perforated sheet, etc., and is used and built into the alkali metal silicate resin to form a composite material. A thin fiberglass insulating layer is used on either side of one or more layers of this composite material. This multilayer system finds use in certain areas, for example, in the interior of the ship's hull.

В варианте осуществления противопожарной двери обычно используют композиционный материал из смолы силиката щелочного металла, содержащий волокна, с вспучивающимся слоем, как правило, на его обеих сторонах, причем все данные компоненты размещены внутри деревянной панели и т.д., формируя деревянную противопожарную дверь. В зависимости от искомой степени защиты можно использовать дополнительные слои композиционного материала из неорганической смолы силиката щелочного металла и вспучивающийся слой.In an embodiment of a fire door, an alkali metal silicate resin composite material containing fibers is typically used with an intumescent layer, typically on both sides thereof, all of these components being placed inside a wood panel, etc., forming a wooden fire door. Depending on the degree of protection sought, additional layers of an inorganic alkali metal silicate resin composite material and an intumescent layer can be used.

Различные слоистые материалы или многослойные системы по настоящему изобретению можно использовать в различных областях, таких как усиленные шахты для ракет, корабельные палубы, защита от струй выходящего газа реактивного двигателя и теплозащитные экраны авианосцев, противопожарные преграды, фильтры горячих газов, защитные покрытия, электрические панели и распределительные шкафы (с электромагнитным экранированием или без него), кожухи двигателей, или в любых областях, в которых преимущественно требуется защита от ущерба от пламени и теплопередачи, коррозионная стойкость, снижение себестоимости жизненного цикла и уменьшение массы. Кроме того, данную технологию можно применить для усиления изолирующих вставок для авиатормоза. Данный изоляционный материал внутри каждого поршня термически изолирует фрикционную головку от гидравлической системы. По сравнению с традиционными смолами, некоторые из которых разлагаются ниже 450°C, матричное связующее по настоящему изобретению имеет намного более высокую термическую стабильность (до температуры выше 1000°C), и в противоположность металлам композиционный материал по настоящему изобретению имеет превосходные изоляционные характеристики. Это защищает гидравлическую систему и может снизить массу и/или связанную с ней стоимость. По сравнению с керамикой композиционный материал по настоящему изобретению является более жестким из-за присутствия армирующих волокон, но менее дорогим по сравнению с композиционными материалами с керамической матрицей из-за используемых материалов и процессов.The various laminates or multilayer systems of the present invention can be used in various fields, such as reinforced rocket shafts, ship decks, jet engine exhaust gas shields and aircraft carrier heat shields, fire barriers, hot gas filters, protective coatings, electrical panels and distribution cabinets (with or without electromagnetic shielding), engine covers, or in any areas in which protection against damage from flame and eploperedachi, corrosion resistance, reduced life cycle cost and weight reduction. In addition, this technology can be used to strengthen insulating inserts for aircraft brakes. This insulating material inside each piston thermally isolates the friction head from the hydraulic system. Compared to traditional resins, some of which decompose below 450 ° C, the matrix binder of the present invention has much higher thermal stability (up to temperatures above 1000 ° C), and in contrast to metals, the composite material of the present invention has excellent insulating characteristics. This protects the hydraulic system and can reduce weight and / or associated costs. Compared to ceramics, the composite material of the present invention is more rigid due to the presence of reinforcing fibers, but less expensive compared to ceramic matrix composites due to the materials and processes used.

Барьерные системы по настоящему изобретению также можно использовать в тех областях, где желательной является хорошая термическая и физическая стабильность, например, в областях, в которых используют керамические композиционные материалы. Данные области будут включать применение в аэрокосмической, морской областях, в области грузоперевозок, строительстве и архитектуре, в диапазоне от простых применений, требующих огнестойкости и/или термостойкости, до более сложных огнестойких применений, включающих высокотемпературную и долговременную защиту, тепловую и противопожарную защиту для трубопроводов, кабельных коробок, линий электропередачи, газопроводов и нефтепроводов, противопожарную и тепловую защиту конструкционных стальных колонн, балок и балочных ферм, переборок и других поверхностей для лодок, кораблей, самолетов, автобусов, фуникулеров, трамваев и аналогичного. Таким образом, можно добиться противопожарной защиты в течение 60 или 90 минут или более при температуре до 1700°F, и это можно сделать при относительно небольших массах конструкций.The barrier systems of the present invention can also be used in areas where good thermal and physical stability is desirable, for example, in areas where ceramic composite materials are used. These areas will include aerospace, marine, cargo, construction and architecture applications ranging from simple applications requiring fire resistance and / or heat resistance to more complex fire resistant applications, including high temperature and long-term protection, thermal and fire protection for pipelines , cable boxes, power lines, gas and oil pipelines, fire and heat protection of structural steel columns, beams and beam trusses, bulkheads and other surfaces for boats, ships, planes, buses, funiculars, trams and the like. Thus, it is possible to achieve fire protection for 60 or 90 minutes or more at temperatures up to 1700 ° F, and this can be done with relatively small masses of structures.

В соответствии с концепциями настоящего изобретения таблица 1 служит в качестве иллюстрации различных типов барьерных систем, которые можно использовать по настоящему изобретению.In accordance with the concepts of the present invention, Table 1 serves as an illustration of the various types of barrier systems that can be used in the present invention.

Следующая ниже таблица 1 представлена в виде иллюстрации областей использования настоящего изобретения, но их не следует рассматривать в качестве исчерпывающих или ограничивающих применение изобретения:The following table 1 is presented as an illustration of the areas of use of the present invention, but should not be construed as exhaustive or limiting the application of the invention:

Таблица 1Table 1 ПримерExample ПрименениеApplication Структура(Композционный материал = композит, представляющий собой армированную неорганическую смолу)Structure (Composite material = composite, which is a reinforced inorganic resin) Неорганические слоистые материалыInorganic Laminates КомментарииComments AA противопожарная стена или преграда малого веса fire wall or light barrier Неорганический композитInorganic composite Углеродное волокно/смола силиката щелочного металлаCarbon Fiber / Alkali Metal Silicate Resin Толщина может находиться в диапазоне от 1 слоя до множества слоевThickness can range from 1 layer to many layers BB термический/противопожарный барьер - легкий вес, низкая стоимостьthermal / fire barrier - light weight, low cost Неорганический композит/изолирующий материал/композитInorganic composite / insulating material / composite Углеродное волокно или стекловолокно/смола силиката щелочного металлаCarbon Fiber or Fiberglass / Alkali Metal Silicate Resin Каркас может представлять собой изолирующие материалы, включая сотовую структуруThe framework may be insulating materials, including a honeycomb structure CC термический/противопожарный барьер, конструкция двери отвечает 90-минутному тестуthermal / fire barrier, door design meets the 90-minute test Древесина/неорганический композит/вспучивающийся мат/неорганический композит/вспучивающийся мат/неорганический композит/древесинаWood / inorganic composite / intumescent mat / inorganic composite / intumescent mat / inorganic composite / wood Волокно из нержавеющей стали/смола силиката щелочного металлаStainless Steel Fiber / Alkali Metal Silicate Resin Слои могут быть оптимизированы с точки зрения эксплуатационных качествLayers can be optimized in terms of performance DD термический/противопожарный барьер для областей использования на мореthermal / fire barrier for maritime applications Вспучивающееся покрытие/неорганический композит/8 фунт. минеральный бланкет/конструкция переборкиIntumescent coating / inorganic composite / 8 lbs. mineral blanket / bulkhead construction Стекловолокно или волокно из нержавеющей стали/смола силиката щелочного металлаFiberglass or stainless steel fiber / alkali metal silicate resin Обеспечивает противопожарную и термическую преградуProvides fire and thermal barrier EE противопожарная преграда, включающая воздушные полостиfire barrier including air cavities гофрированный неорганический композитcorrugated inorganic composite Волокно/смола силиката щелочного металлаAlkali Silicate Fiber / Resin Композит формуют в виде гофрированного материалаThe composite is molded as corrugated material FF органический композит, имеющий улучшенную огнестойкостьimproved flame retardant organic composite Неорганический композит/органический композит/неорганический композитInorganic composite / organic composite / inorganic composite Волокно/смола силиката щелочного металлаAlkali Silicate Fiber / Resin Добавляет огнестойкость и улучшенную прочность органическому композитуAdds fire resistance and improved strength to the organic composite. GG материал с высокой термо- и огнестойкостьюmaterial with high thermal and fire resistance Неорганический композит/неорганическая пена/неорганический композитInorganic composite / inorganic foam / inorganic composite Волокно/смола силиката щелочного металлаAlkali Silicate Fiber / Resin Вспененный материал может представлять собой стеклянную, углеродную и аналогичную огнестойкую вспененную системуThe foam material may be a glass, carbon and similar flame retardant foam system. HH высокопрочная противопожарная преградаhigh-strength fire barrier Неорганический композит/минеральный каркас/неорганический композитInorganic composite / mineral frame / inorganic composite Композит из волокна из нержавеющей стали/смолы силиката щелочного металлаStainless Steel Fiber Composite / Alkali Metal Silicate Resin Минеральный каркас представляет собой известный огнестойкий каркас, а композит улучшает противопожарные характеристикиThe mineral skeleton is a well-known fire-resistant skeleton, and the composite improves fire performance

Другие примеры подходящих слоистых материалов или систем включают примеры 1-8 таблицы 2, где материал типа ″композиционного материала" представляет собой неорганический полимерный композиционный материал, содержащий смолу силиката щелочного металла и армирующий материал.Other examples of suitable laminate materials or systems include examples 1-8 of table 2, where the material of the type "composite material" is an inorganic polymer composite material containing an alkali metal silicate resin and a reinforcing material.

Таблица 2table 2 Пр.Etc. СлойLayer МатериалMaterial Тип материалаMaterial type ПреимуществоAdvantage КомментарииComments 1one 1one FR/CFR / C КомпозитComposite противопожарная стена или преграда малого веса; fire wall or light barrier; Толщина может находиться в диапазоне от 1 слоя до множества слоевThickness can range from 1 layer to many layers 22 1one FR/C(или G)FR / C (or G) КомпозитComposite термический/противопожарный барьерthermal / fire barrier Каркас может представлять собой любой изолирующий материал, включая сотовую структуруThe frame may be any insulating material, including a honeycomb structure 22 BalsaBalsa Изоляция (древесина)Insulation (wood) легкий вес, низкая стоимостьlight weight, low cost 33 FR/C(или G)FR / C (or G) КомпозитComposite 33 1one MDFMDF ДревесинаWood термический/противопожарный барьерthermal / fire barrier Слои FR/SS и Palusol можно оптимизировать для получения любых эксплуатационных характеристикFR / SS and Palusol layers can be optimized for any performance 22 FR/SSFR / SS КомпозитComposite каркасframe 33 PalusolPalusol Вспучивающийся матIntumescent mat тонкая 90 минутная дверьthin 90 minute door 4four FR/SSFR / SS КомпозитComposite каркасframe 55 PalusolPalusol Вспучивающийся матIntumescent mat Вспучивающиеся маты могут быть любого типаIntumescent mats can be of any type 66 FR/SSFR / SS КомпозитComposite 77 MDFMDF ДревесинаWood 4four 1one ПокрытиеCoating Вспучивающееся покрытиеIntumescent coating термический/противопожарный барьерthermal / fire barrier Система оценивается для военно-морского флота СШАThe system is priced for the US Navy 22 FR/G (или SS)FR / G (or SS) КомпозитComposite превосходные эксплуатационные характеристикиsuperior performance 33 БланкетBlanket 8 фунт. минеральный бланкет8 pounds. mineral blanket в два раза больше бланкета twice the blanket 4four СтальSteel Структура переборкиBulkhead Structure 55 1one FR/любойFR / any Гофрированный материалCorrugated material Воздушные полости улучшают термические характеристикиAir cavities improve thermal performance Работает любой метод создания воздушных полостей - можно легко оптимизироватьAny method for creating air cavities works - you can easily optimize 66 1one FR/любойFR / any КомпозитComposite FyreRoc - противопожарная преградаFyreRoc - fire barrier Композит FyreRock улучшает прочность и огнестойкость органического слоистого материалаFyreRock Composite Improves Strength and Fire Resistance of Organic Laminates 22 RPRP Органический композитOrganic composite Улучшение огнестойкости любого органического композитаImproving the fire resistance of any organic composite 33 FR/любойFR / any КомпозитComposite 77 1one FR/любойFR / any КомпозитComposite Высокий уровень термической изоляции и огнестойкостиHigh level of thermal insulation and fire resistance Вспененные материалы могут быть стеклянными, углеродными и т.д. При надлежащем вспененном материале может представлять собой противопожарную системуFoamed materials can be glass, carbon, etc. With proper foam, it can be a fire system 22 ПенаFoam Неорганическая пенаInorganic foam Изолирующие качества и огнестойкостьInsulating qualities and fire resistance 33 FR/любойFR / any КомпозитComposite Эксплуатационные качестваPerformance 88 1one FR/SSFR / SS КомпозитComposite Улучшенная прочность после действия огня на минеральный каркасImproved durability after fire on the mineral skeleton Минеральный каркас представляет собой известный минеральный каркас - FR/SS улучшает присущую непрочностьMineral framework is a well-known mineral framework - FR / SS improves inherent fragility 22 Мин. каркасMin frame Минеральный каркасMineral skeleton 33 FR/SSFR / SS КомпозитComposite

Коды материаловMaterial Codes

FR =FR = Неорганическая полимерная матрица, полученная из силиката щелочного металлаInorganic polymer matrix derived from alkali metal silicate C =C = Углеродное волокноCarbon fiber G =G = СтеклоGlass Любой =Any = Любое волокноAny fiber SS =SS = Волокно из нержавеющей сталиStainless steel fiber MDSMDS Древесина средней плотностиMedium density wood RP =RP = Армированная пластмассаReinforced plastic

Таблицы 1 и 2 демонстрируют, что могут существовать многие различающиеся типы слоистых материалов или структур, состоящие, по меньшей мере, из одного слоя неорганического полимера, включающего материал силиката щелочного металла, и из других слоев, например, по меньшей мере, одного изолирующего слоя, вспучивающегося слоя, вспененного слоя, гофрированного слоя, слоя армирующего материала и аналогичного.Tables 1 and 2 demonstrate that many different types of layered materials or structures can exist, consisting of at least one inorganic polymer layer including alkali metal silicate material and other layers, for example at least one insulating layer, an intumescent layer, a foamed layer, a corrugated layer, a layer of reinforcing material and the like.

Полученные в результате композиционные материалы показывают стабильность размеров до температуры примерно 900°C и выше в зависимости от конечной рецептуры и выбранной обработки и обладают превосходными свойствами относительно пламени, дыма и токсичности. Композиционный материал, изготовленный с использованием композиции неорганической смолы по настоящему изобретению, обладает легким весом и хорошими теплоизоляционными характеристиками. Различные формы являются относительно недорогими для изготовления прежде всего вследствие низких температур и давлений, требуемых для осуществления отверждения композиционного материала.The resulting composite materials show dimensional stability up to a temperature of about 900 ° C and higher depending on the final formulation and the treatment chosen and have excellent flame, smoke and toxicity properties. A composite material made using the inorganic resin composition of the present invention has light weight and good thermal insulation characteristics. Various forms are relatively inexpensive to manufacture, primarily due to the low temperatures and pressures required to effect the curing of the composite material.

Композиции неорганических смол применимы в качестве огнестойких связующих, материалов для объемного формования, композиций для листового формования, клеев, покрытий, композиций чистых смол, ячеистых материалов, таких как вспененные композиции, или огнестойких композиционных материалов. В качестве композиционных материалов композицию неорганической смолы можно сформировать в объекты определенной формы после отверждения. Альтернативно в качестве композиционного материала композицию используют для пропитки ткани, которую можно соединить с другими аналогично пропитанными тканями с получением пакета листов, который, в свою очередь, затем формуют и отверждают, получая формованный композиционный материал или предмет, аналогично материалу в объеме, но с преимуществом армирования, которое предоставляется тканью. Композиции по настоящему изобретению применимы в тех областях использования, где желательны хорошая термостойкость и физическая стойкость, например в тех областях применения, для которых применяют керамические композиционные материалы.Inorganic resin compositions are useful as flame retardant binders, bulk molding materials, sheet forming compositions, adhesives, coatings, pure resin compositions, cellular materials such as foam compositions, or flame retardant composite materials. As composite materials, the inorganic resin composition can be formed into objects of a certain shape after curing. Alternatively, as a composite material, the composition is used to impregnate a fabric that can be combined with other similarly impregnated fabrics to form a pack of sheets, which, in turn, is then molded and cured to form a molded composite material or object, similar to the material in volume, but with an advantage reinforcement provided by the fabric. The compositions of the present invention are applicable in those applications where good heat and physical resistance are desired, for example, in those applications for which ceramic composite materials are used.

При использовании ненаправленного волокна новые огнестойкие неорганические смолы имеют механические свойства, сравнимые с композиционными материалами на основе органических смол. Тканеволоконные композиционные материалы, использующие систему на основе смолы, являются несколько более проблематичными из-за трудности проникновения в жгуты волокна. Однако FST характеристики неорганических систем со структурным компонентом на органической основе, как полагают, обеспечивают некоторое смягчение.When using omnidirectional fiber, new flame-retardant inorganic resins have mechanical properties comparable to composite resins based on organic resins. Tissue-fiber composites using a resin-based system are somewhat more problematic due to the difficulty of penetrating fiber bundles. However, the FST characteristics of inorganic systems with an organic-based structural component are believed to provide some mitigation.

Термические свойства, состоящие из теплопроводности, теплового расширения и удельной теплоемкости, оценивали для огнестойких композиционных материалов из неорганических смол, армированных стеклом, нержавеющей сталью и углеродом. Термические характеристики, оцененные данными методами, показали согласующиеся эксплуатационные параметры для новых огнезащитных неорганических композиционных материалов при температурах от комнатной до 800°C, что неосуществимо в случае систем на основе органических смол.Thermal properties, consisting of thermal conductivity, thermal expansion, and specific heat, were evaluated for flame-retardant inorganic resin composite materials reinforced with glass, stainless steel, and carbon. The thermal characteristics evaluated by these methods showed consistent operational parameters for the new flame retardant inorganic composite materials at temperatures from room temperature to 800 ° C, which is not feasible in the case of systems based on organic resins.

Композиционные материалы также можно ламинировать, используя стандартные методы ламинирования, такие как неорганическая высокотемпературная адгезия или высокопрочная органическая адгезия в зависимости от требуемых свойств системы. Кроме того, гибридные композиционные материалы можно изготовить присоединением, посредством ламинирования, огнестойкого неорганического композиционного материала или слоистого материала к каркасу органического слоистого материала или композиционного материала. Огнестойкий композиционный материал или слоистый материал функционирует в качестве противопожарной преграды, непроницаемого для кислорода барьера и, в меньшей степени, изоляции. В отличие от пассивной изоляции огнестойкий композиционный материал не функционирует, главным образом, в качестве изоляции, которая предотвращает разложение органической смолы. Вместо этого огнестойкий композиционный материал на основе неорганической смолы действует в качестве барьера для пламени и кислорода. Кроме того, огнестойкий композиционный материал увеличивает прочность гибридного композиционного материала.Composite materials can also be laminated using standard laminating techniques such as inorganic high temperature adhesion or high strength organic adhesion depending on the desired system properties. In addition, hybrid composite materials can be made by attaching, by lamination, a flame retardant inorganic composite material or laminate to a frame of an organic laminate or composite material. A fire-resistant composite material or laminate functions as a fire barrier, an oxygen-impermeable barrier and, to a lesser extent, insulation. Unlike passive insulation, a flame retardant composite does not function primarily as an insulation that prevents decomposition of organic resin. Instead, a flame retardant inorganic resin composite material acts as a barrier to flame and oxygen. In addition, the flame retardant composite material increases the strength of the hybrid composite.

Композиционные материалы, изготовленные из огнестойких неорганических смол, можно использовать для защиты композитов и слоистых материалов на органической основе от воздействия огня в течение фиксированного интервала времени. Композиция неорганической смолы, используемая для создания композиционного материала, является уникальной в том, что она не полагается просто на изолирование органического композиционного материала от воздействия тепла. Вместо этого композиция неорганической смолы функционирует в качестве барьера для пламени/кислорода, адресуясь к различным углам в пожарном треугольнике. Действуя в качестве барьера для пламени/кислорода, данные огнестойкие неорганические слои предотвращают горение, но не разложение. Таким образом, можно использовать гибридный композиционный материал для улучшения эксплуатационных характеристик органического композиционного материала, пока внимание обращено к методу, которым изолирован материал каркаса.Composite materials made from flame-retardant inorganic resins can be used to protect composites and layered materials on an organic basis from exposure to fire for a fixed period of time. The inorganic resin composition used to create the composite material is unique in that it does not simply rely on insulating the organic composite material from heat. Instead, the inorganic resin composition functions as a flame / oxygen barrier, addressing various angles in the fire triangle. Acting as a flame / oxygen barrier, these flame-retardant inorganic layers prevent combustion, but not decomposition. Thus, it is possible to use a hybrid composite material to improve the performance of the organic composite material, while attention is paid to the method by which the frame material is insulated.

Огнестойкий композиционный материал в одиночку или с материалами каркаса можно использовать, например, с деревянными панелями дли изготовления противопожарной двери. Противопожарный композиционный материал можно использовать в одиночку в качестве барьера или его можно сформовать с воздушными полостями, например, гофрированный материал, ячеистую структуру или полые сферы можно добавить к композиции неорганической смолы для увеличения огнестойких характеристик, улучшения изолирующих свойств или конструкционных характеристик без добавления материала каркаса. Более того, противопожарные композиционные материалы можно использовать с одиночными каркасами или многокаркасными конструкциями для улучшения разнообразия свойств. Огнестойкий композиционный материал можно накладывать на любую подложку или соединять с любой подложкой, огнестойкость которой необходимо улучшить, например, дополнительным ламинированием других подложек, которые не являются огнестойкими, для увеличения эксплуатационных характеристик общего композиционного материала. В структуру можно добавить дополнительную основу, такую как, например, проволочная сетка, металлические сита, стеклянные сетки и т.д., но не ограничиваясь этим. Изобретение можно применить к любой конструкции, которая служит в качестве противопожарной преграды, хотя его использование в противопожарных дверях служит примером преимущества. Поскольку неорганические огнестойкие композиционные материалы разрабатываются, чтобы дать возможность преградам, таким как двери, выдержать поток из шланга и сохранять каркасную защитную оболочку без запретов по массе, теперь каркас может соответствовать эксплуатационным свойствам, которые ранее были невозможны без неорганических противопожарных композиционных материалов. Масса противопожарного композиционного материала в сравнении с его прочностью является важной при изготовлении противопожарной преграды. Как было отмечено, более тонкие преграды, которые меньше весят, в то же время отвечающие 60- и 90-минутному пределу огнестойкости, будут предоставлять преграды для использования в большем количестве архитектурных областей.Fire-resistant composite material alone or with frame materials can be used, for example, with wood panels for the manufacture of fire doors. The fireproof composite material can be used alone as a barrier or it can be molded with air cavities, for example, corrugated material, a cellular structure or hollow spheres can be added to an inorganic resin composition to increase fire resistance, improve insulating properties or structural characteristics without adding carcass material. Moreover, fireproof composite materials can be used with single frames or multi-frame structures to improve a variety of properties. The flame-retardant composite material can be applied to any substrate or connected to any substrate, the fire resistance of which must be improved, for example, by additional lamination of other substrates that are not fire-resistant, to increase the operational characteristics of the overall composite material. An additional base can be added to the structure, such as, for example, but not limited to wire mesh, metal sieves, glass nets, etc. The invention can be applied to any design that serves as a fire barrier, although its use in fire doors is an example of an advantage. Since inorganic flame-retardant composite materials are designed to allow barriers such as doors to withstand flow from the hose and maintain the skeleton sheath without weight restrictions, the skeleton can now meet operational properties that were previously impossible without inorganic fire-resistant composite materials. The mass of fire-resistant composite material in comparison with its strength is important in the manufacture of fire barriers. As noted, thinner barriers that weigh less while meeting the 60- and 90-minute fire resistance limits will provide barriers for use in more architectural areas.

Слоистые материалы или барьерные системы по настоящему изобретению протестировали относительно двух главных типов методов. Первый метод представляет собой испытание на воспламеняемость, которое используют для оценки части горючей компоненты пожарного треугольника для тестируемого материала. Испытание на воспламеняемость описано в различных протоколах стандартов ASTM (Американское общество по испытанию материалов), NFPA (Национальная ассоциация по противопожарной защите), IMO (Международная морская организация), ISO (Международная организация по стандартизации), UL (лаборатория по технике безопасности) и других для измерения времени до воспламенения, распространения пламени, выделения тепла и дыма. Данные тесты используют для характеристики материала на FST функционирование. Органические композиционные материалы, которые модифицируют с целью получения хорошей огнестойкости, обычно будут улучшать свою огнестойкость при ухудшении других свойств системы.Layered materials or barrier systems of the present invention have been tested against two main types of methods. The first method is a flammability test, which is used to evaluate a portion of the combustible components of a fire triangle for a test material. Flammability testing is described in various protocols of ASTM (American Society for Testing Materials), NFPA (National Fire Protection Association), IMO (International Maritime Organization), ISO (International Organization for Standardization), UL (safety laboratory) and others. to measure the time before ignition, flame propagation, heat and smoke. These tests are used to characterize the material for FST operation. Organic composite materials that are modified to obtain good fire resistance will generally improve their fire resistance while impairing other properties of the system.

Второй метод подвергает материал воздействию примерного графика изменения температуры, которая действительно будет возникать при пожаре. При данном типе испытания материал подвергают воздействию кривой обжига в течение заданного времени, после чего материал оценивают, основываясь на том, как хорошо он выдержал воздействие. Обычно используют две общих кривые обжига: ASTM E-119 и UL-1709. ASTM E-119 предназначен следовать температурному профилю пожара в здании и используется при оценке большинства продуктов для строительства зданий. Кривая обжига ASTM E-119 предназначена для симулирования действительного пожара в здании, и ее используют с различными критериями разрушения для определения стойкости данной части в течение воздействия огня. Основываясь на данной толщине, деревянные части будут выдерживать сценарий воздействия огня Е-119 в течение 20 или более минут в определенных случаях. Для улучшения огнестойкости, например, дерево можно расположить между слоями огнестойкой изоляции или противопожарную преграду/изоляцию можно использовать между двумя слоями дерева. Периоды времени отмеряют после 30, 45, 60 и 90 минут воздействия на образец конкретной температуры поверхности. UL-1709 следует профилю температуры пламени топлива и используется для аэрокосмических и военных продуктов. В случае оценки двутавровой балки критерием разрушения будет полное разрушение конструкции.The second method exposes the material to an approximate temperature schedule that will actually occur in a fire. In this type of test, the material is subjected to a firing curve for a predetermined time, after which the material is evaluated based on how well it has withstood the impact. Two common firing curves are typically used: ASTM E-119 and UL-1709. ASTM E-119 is designed to follow the temperature profile of a building fire and is used in evaluating most products for building construction. The ASTM E-119 firing curve is designed to simulate a real fire in a building, and it is used with various destruction criteria to determine the resistance of a given part to exposure to fire. Based on this thickness, the wooden parts will withstand the E-119 fire exposure scenario for 20 or more minutes in certain cases. To improve fire resistance, for example, a tree can be placed between layers of fire-resistant insulation or a fire barrier / insulation can be used between two layers of wood. Time periods are measured after 30, 45, 60 and 90 minutes of exposure to a sample of a specific surface temperature. UL-1709 follows the fuel flame temperature profile and is used for aerospace and military products. In the case of an I-beam assessment, the criterion for destruction will be the complete destruction of the structure.

Фиг.1 иллюстрирует пример слоистого материала, который можно изготовить по настоящему изобретению. Как показано, компоновка слоистого материала 1 может представлять собой, например, дверь или преграду. Слоистый материал 1 получают из слоя вспучивающегося материала 2, причем каждая сторона вспучивающегося слоя ламинирована слоями смолы силиката щелочного металла 3, и он имеет внешний слой 4, который может представлять собой дерево или другие материалы, необходимые для получения желаемого архитектурного внешнего вида. Далее, как показано на фиг.2, может быть добавлено дополнительное профилирование присоединением или приклеиванием формованной металлической лицевой стороны 5 и задней стороны 6 к внешнему слою 4 слоистого материала 1.Figure 1 illustrates an example of a laminate that can be manufactured according to the present invention. As shown, the layout of the laminate 1 may be, for example, a door or a barrier. The laminate 1 is obtained from an intumescent material layer 2, each side of the intumescent layer being laminated with alkali metal silicate resin layers 3, and it has an outer layer 4, which may be wood or other materials necessary to obtain the desired architectural appearance. Further, as shown in FIG. 2, additional profiling can be added by attaching or gluing the molded metal face 5 and back 6 to the outer layer 4 of the laminate 1.

Фиг.3 и 4 иллюстрируют две обычные огнестойкие компоновки для улучшения огнестойкости дерева. Как показано на фиг.3, огнестойкий слоистый материал 7 ламинируют межу двумя деревянными деталями 8 и 9. На фиг.4 огнестойкие слоистые материалы 7 накладывают на поверхность деревянной детали 10.Figures 3 and 4 illustrate two conventional fire resistant arrangements for improving the fire resistance of wood. As shown in FIG. 3, the fire-resistant laminate 7 is laminated between two wooden parts 8 and 9. In FIG. 4, the fire-resistant laminate 7 is applied to the surface of the wood 10.

Фиг.5 иллюстрирует гибридный слоистый материал 11, в котором органический композиционный каркас 12 присоединен к огнестойким слоистым материалам 13 или покрыт ими. Каркас 12 может представлять собой, например, эпоксидный или фенольный композиционный или слоистый материал, в то время как огнестойкие слоистые материалы 13 могут представлять собой, например, нетканый стекловолоконный мат, который пропитан смолой силиката щелочного металла. Мат может быть однослойным или слоистым материалом, содержащим более одного слоя, в зависимости от необходимых характеристик или желаемых конфигураций.FIG. 5 illustrates a hybrid laminate 11, in which an organic composite frame 12 is attached to or coated with a flame retardant laminate 13. The frame 12 may be, for example, an epoxy or phenolic composite or laminate, while the flame retardant laminate 13 may be, for example, a nonwoven glass fiber mat that is impregnated with an alkali metal silicate resin. The mat may be a single layer or laminate material containing more than one layer, depending on the required characteristics or desired configurations.

Фиг.6 и 7 иллюстрируют еще одну конфигурацию варианта осуществления концепции по настоящему изобретению, в которой конструкция, такая как двутавровая балка 15, имеет рукав из огнестойкого слоистого материала, например, из нетканого стекловолокнистого мата, пропитанного смолой силиката щелочного металла по настоящему изобретению, помещенный на балку и сформованный по профилю балки, для получения огнестойкой двутавровой балки 17, показанной на фиг.7.6 and 7 illustrate yet another configuration of an embodiment of the concept of the present invention, in which a structure, such as an I-beam 15, has a sleeve of a flame-retardant laminate, such as a non-woven fiberglass mat impregnated with an alkali metal silicate resin of the present invention, placed on the beam and molded along the profile of the beam, to obtain a fire-resistant I-beam 17, shown in Fig.7.

Чтобы дополнительно понять изобретение, изготовили ряд композиционных слоистых структур и оценили их эксплуатационные характеристики в качестве огнестойких материалов. Каркасы изготовили из огнестойких неорганических смол, представляющих материал с двойной способностью функционировать как в качестве преграды для огня, так и конструкционного элемента после воздействия огня. Изолирующие характеристики новой каркасной системы намного лучше, чем у стали (теплопроводность 2,5 Британских тепловых единиц дюйм/час фут2 F по сравнению с 325 Британских тепловых единиц дюйм/час фут2 F). Чтобы быть достаточно изолирующим, отвечая протоколам испытаний холодной стороны E-119, к каркасным структурам добавляют вспучивающиеся материалы. Вспучивающийся материал, используемый в тестируемых панельных конструкциях, функционирует в качестве изолятора, а также теплоотвода. Материал расширяется в течение испытания на огнестойкость, приводя к тому, что температура на холодной стороне остается ниже температуры воспламенения дерева. Тогда слой дерева на холодной стороне может оставаться конструкционным, чтобы выдержать испытание потоком из пожарного шланга. Недостаток вспучивающегося материала заключается в том, что при увеличении продолжительности воздействия огня его эффективность в качестве изоляции уменьшается до момента, когда материал холодной стороны будет разрушаться. Тогда дерево на холодной стороне больше не будет выдерживать испытание потоком из пожарного шланга.To further understand the invention, a number of composite layered structures were made and their performance characteristics evaluated as flame retardant materials. The frames were made of fire-resistant inorganic resins, representing a material with a dual ability to function both as a barrier to fire and as a structural element after exposure to fire. The insulating performance of the new frame system is much better than that of steel (thermal conductivity 2.5 British thermal units inch per hour ft 2 F compared to 325 British thermal units inch per hour foot 2 F). In order to be sufficiently insulating, in accordance with the E-119 cold side test protocols, intumescent materials are added to the frame structures. The intumescent material used in the test panel designs functions as an insulator as well as a heat sink. The material expands during the fire test, leaving the temperature on the cold side below the ignition temperature of the wood. Then the layer of wood on the cold side can remain structural to withstand the flow test from the fire hose. The disadvantage of intumescent material is that with an increase in the duration of exposure to fire, its effectiveness as insulation decreases until the material on the cold side is destroyed. Then the tree on the cold side will no longer pass the test by flow from the fire hose.

Оцененные огнестойкие слоистые материалы состоят из неорганической смолы (смола силиката щелочного металла), которой предварительно пропитаны маты из нержавеющей стали, подвергнутые прямому формованию от 27°C до 66°C. Маты состояли из двух слоев, на 0° и на 90° прошитые вместе в один слой. Пористость матов приводит примерно к 80 об.% смолы в конечном продукте. Полученный в результате слоистый материал имеет толщину 0,102 см и плотность 2,5 г/см3 (неорганический слоистый материал ″A″). Дополнительный огнестойкие слоистые материалы состояли из огнестойкой неорганической смолы, пропитанной в стекловолокно, что в результате приводило к толщине 0,064 см и плотности 1,90 г/см3 (неорганический слоистый материал ″B″), и огнестойкой неорганической смолы, пропитанной в мат из стекловолокна, что в результате приводило к толщине 0,089 см и плотности 2,3 г/см3 (неорганический слоистый материал ″C″).The rated flame-retardant laminates consist of an inorganic resin (alkali metal silicate resin), which has been pre-impregnated with stainless steel mats, directly molded from 27 ° C to 66 ° C. The mats consisted of two layers, 0 ° and 90 ° stitched together in one layer. The porosity of the mats results in approximately 80% by volume of resin in the final product. The resulting laminate has a thickness of 0.102 cm and a density of 2.5 g / cm 3 (inorganic laminate ″ A ″). The additional flame-retardant laminate materials consisted of a flame-retardant inorganic resin impregnated in fiberglass, resulting in a thickness of 0.064 cm and a density of 1.90 g / cm 3 (inorganic laminate “B”), and a fire-resistant inorganic resin impregnated in a fiberglass mat , which resulted in a thickness of 0.089 cm and a density of 2.3 g / cm 3 (inorganic laminate ″ C ″).

Оцененные в данном исследовании системы, по существу, состояли из двух слоев дерева, посередине которых размещался противопожарный барьер. Протестированные противопожарные барьеры представляли собой как однокомпонентные системы, так и системы типа ″сэндвич″. Протестированные противопожарные барьеры были различными, чтобы оптимизировать противопожарные характеристики для общей системы. Различные конструкции имели различные уровни изоляции и противопожарности слоистых материалов, чтобы можно было оценить влияние данных двух переменных на характеристики системы. Использованный вспучивающийся материал имел толщину 0,318 см со степенью расширения от 4 до 1 в течение нагревания. Все образцы имели толщину примерно 4,45 см. Используемая в оценке древесина представляла собой древесноволокнистую плиту средней плотности (MDF), хотя также можно использовать древесноволокнистую плиту высокой плотности (HDF). Толщина древесины находилась в диапазоне от 3/4 дюйма в толстом сечении до 1/4 дюйма в тонком сечении, где дверь была подвергнута механической обработке для придания стиля. Общая толщина двери составляла 3/4 дюйма, причем каркас позволял один дюйм механически обрабатывать по 1/2 дюйма на сторону. Толщина каркаса 90-минутной двери составляла примерно 1/4 дюйма. Оцененные образцы представляли собой следующее:The systems evaluated in this study essentially consisted of two layers of wood, in the middle of which a fire barrier was placed. The tested fire barriers were both single-component systems and sandwich systems. The fire barriers tested were varied to optimize fire performance for the overall system. Different designs had different levels of insulation and fire resistance of layered materials, so that the effect of these two variables on the characteristics of the system could be estimated. The intumescent material used was 0.318 cm thick with a degree of expansion of 4 to 1 during heating. All samples were approximately 4.45 cm thick. The wood used in the evaluation was a medium density fiberboard (MDF), although high density fiberboard (HDF) could also be used. The thickness of the wood ranged from 3/4 inch in thick section to 1/4 inch in thin section, where the door was machined to style. The total thickness of the door was 3/4 inches, with the frame allowing one inch to be machined 1/2 inch per side. The 90-minute door frame was approximately 1/4 inch thick. The evaluated samples were as follows:

Первая загрузка печи состояла из:The first furnace charge consisted of:

I. деревянной панели, используемой в качестве контрольного образца,I. wood panel used as a control sample,

II. образца типа ″сэндвич″, представляющего собой слой дерева/огнестойкий слоистый материал ″A″/слой дерева,II. ″ sandwich ″ type specimen, which is a layer of wood / fire-resistant laminate ″ A ″ / layer of wood,

III. образца типа ″сэндвич″, представляющего собой слой дерева/ вспучивающийся слой/слой дерева иIII. a sandwich type specimen of a tree layer / intumescent layer / tree layer and

IV. образца типа ″сэндвич″, представляющего собой слой дерева/огнестойкий слоистый материал ″A″/вспучивающийся слой/огнестойкий слоистый материал ″A″/слой дерева.IV. a sandwich type specimen of a wood layer / fireproof laminate ″ A ″ / intumescent layer / fireproof laminate ″ A ″ / wood layer.

Вторая загрузка печи состояла из:The second furnace charge consisted of:

V. образца, представляющего собой слой дерева/огнестойкий слоистый материал ″A″/вспучивающийся слой/огнестойкий слоистый материал ″A″/слой дерева,V. a sample representing a layer of wood / fire-resistant laminate ″ A ″ / intumescent layer / fire-resistant laminate ″ A ″ / wood layer,

VI. образца, представляющего собой слой дерева/огнестойкий слоистый материал ″B″/вспучивающийся слой/огнестойкий слоистый материал ″B″/слой дерева,VI. a sample representing a layer of wood / fireproof laminate ″ B ″ / intumescent layer / fireproof laminate ″ B ″ / wood layer,

VII. образца типа ″сэндвич″, представляющего собой слой дерева/огнестойкий слоистый материал ″C″/вспучивающийся слой/огнестойкий слоистый материал ″C″/вспучивающийся слой/огнестойкий слоистый материал ″C″/слой дерева.VII. a sandwich type specimen, which is a wood layer / fireproof laminate ″ C ″ / intumescent layer / fireproof laminate ″ C ″ / intumescent layer / fireproof laminate ″ C ″ / wood layer.

Испытание на огнестойкость осуществили в Southwest Research Institute на тестируемых панелях 61 см × 61 см. При использовании изначально идентифицированной кривой отжига Е-119 наблюдали, что излучаемое горящей древесиной тепло было в избытке от исходной кривой. Для того чтобы собрать данные, более годные для употребления, температуру сравнивали с кривой UL-1709, которая более близко соответствует наблюдаемому поведению (фиг.8). В случае данного исследования использовали температуру поверхности 232°C.The fire resistance test was carried out at the Southwest Research Institute on the test panels 61 cm × 61 cm. Using the initially identified annealing curve E-119, it was observed that the heat emitted by the burning wood was in excess of the original curve. In order to collect more usable data, the temperature was compared with the UL-1709 curve, which more closely corresponds to the observed behavior (Fig. 8). In the case of this study, a surface temperature of 232 ° C was used.

Для регулирования внутренней температуры и температуры холодной стороны во множестве точек на тестируемой панели использовали термопары. Испытание проводили на четырех панелях на компанию печи. Процедуру испытания проводили, пока каждая панель в испытании не разрушится. Разрушение панели происходит в момент времени, когда пламя проникает через образец. Результаты суммируются на фиг.9 и 10.To control the internal temperature and the temperature of the cold side at many points on the test panel used thermocouples. The test was carried out on four panels per furnace company. The test procedure was performed until each panel in the test is destroyed. The destruction of the panel occurs at a time when the flame penetrates through the sample. The results are summarized in figures 9 and 10.

В течение первого испытания в печи наблюдали, что образец древесины без каркаса разрушается за 25:45 минут. Древесина с каркасом из огнестойкого слоистого материала разрушается за 29:00 минут, вспучивающийся каркас разрушается за 32:45 минут и материал типа ″сэндвич″ из огнестойкого слоистого материала/вспучивающегося материала/огнестойкого слоистого материала разрушается за 39:00 минут.During the first test in the furnace, it was observed that the wood sample without the frame collapses in 25:45 minutes. Wood with a fire-resistant laminate skeleton collapses in 29:00 minutes, an intumescent skeleton collapses in 32:45 minutes, and a sandwich-type fireproof laminate / intumescent / fire-resistant laminate material breaks in 39:00 minutes.

Огнестойкий неорганический каркас функционирует в качестве барьера для пламени и пара в течение воздействия огня и в качестве конструкционного материала после тушения пожара. В качестве конструкционного компонента каркас позволяет древесине разрушаться в течение испытания на огнестойкость, но все еще выдерживать испытание потоком из противопожарного шланга. Огнестойкий неорганический каркас также удерживает вспучивающийся материал на месте в течение более поздних стадий воздействия огня и снижает скорость выделения паров воды в течение воздействия огня. Таким образом, синергические эффекты каркаса со структурой типа ″сэндвич″ из вспучивающегося и огнестойкого неорганического слоистого материала придают значительное преимущество по сравнению с любым из этих материалов, взятых по отдельности. Более того, вспучивающийся материал расширяется между ограничивающими слоями неорганического слоистого материала, а не расширяется изотропно, как происходило бы в случае с неограниченным вспучивающимся листом.The fire-resistant inorganic framework functions as a barrier to flame and vapor during exposure to fire and as a structural material after extinguishing a fire. As a structural component, the framework allows the wood to break down during the fire test, but still withstand the test by flow from the fire hose. The fire-resistant inorganic framework also holds the intumescent material in place during the later stages of the fire and reduces the rate of water vapor emission during the fire. Thus, the synergistic effects of the sandwich framework of the intumescent and fire-resistant inorganic laminate material give a significant advantage over any of these materials taken separately. Moreover, the intumescent material expands between the bounding layers of the inorganic laminate, and does not expand isotropically, as would be the case with an unlimited intumescent sheet.

Использование огнестойких неорганических каркасов вместе с изолирующим материалом отвечает протоколам испытания Е-119 продолжительностью до 90 минут в областях использования, требующих сохранение прочности после воздействия пламени. Результаты для образцов, наблюдаемые во втором испытании в печи, демонстрируют эксплуатационные характеристики каркаса из неорганической смолы/стекловолокна по сравнению с каркасом из неорганической смолы/волокна из нержавеющей стали. Испытание демонстрирует, что слоистый материал из стекловолокна разрушается примерно на 12 минут раньше, чем слоистый материал, содержащий сетку из нержавеющей стали. Считается, что низкие термические свойства стекловолокна/огнестойкого слоистого материала и потеря прочности с увеличением температуры по сравнению с образцами, армированными нержавеющей сталью, являются причинами для различия в эксплуатационных характеристиках. Образец с тремя слоями огнестойкого слоистого материала и двумя слоями вспучивающегося материала улучшает время до разрушения на 50 минут по сравнению с огнестойким слоистым материалом/вспучивающимся материалом/огнестойким слоистым материалом. Данные показывают, что огнестойкий слоистый материал толщиной 0,040" может улучшить время до разрушения для горючего материала древесины. Изолирование древесины не отвечает за улучшение эксплуатационных характеристик. Вместо этого полагают, что причиной данных результатов является слоистый материал, действующий в качестве барьера для кислорода и замедляющий горение. Комбинация огнестойкого слоистого материала/вспучивающегося материала/огнестойкого слоистого материала в каркасе дает результат, который можно ожидать из данных, получаемых на одном огнестойком слоистом материале и одном вспучивающемся материале. Считается, что улучшение, видимое в течение использования вспучивающегося каркаса, является функцией его способности изолировать древесину. Таким образом, комбинации огнестойкого слоистого материала и вспучивающегося материала функционирует так, как ожидается. Дополнительные 20 минут до разрушения образца показывают синергический эффект от присутствия повторяющихся вспучивающихся и огнестойких слоев в каркасе.The use of flame-retardant inorganic frameworks together with insulating material meets the E-119 test protocols for up to 90 minutes in areas of use that require maintaining strength after exposure to flame. The results for the samples observed in the second test in the furnace demonstrate the performance of the inorganic resin / fiberglass frame compared to the inorganic resin / stainless steel frame. The test demonstrates that the fiberglass laminate breaks down about 12 minutes earlier than the laminate containing a stainless steel mesh. It is believed that the low thermal properties of fiberglass / flame retardant laminate and the loss of strength with increasing temperature compared to samples reinforced with stainless steel are reasons for differences in performance. A sample with three layers of flame retardant laminate and two layers of intumescent material improves the fracture time by 50 minutes compared to flame retardant laminate / intumescent material / flame retardant laminate. The data show that 0.040 "thick flame retardant laminate can improve the time to failure for combustible wood. Insulating wood is not responsible for improving performance. Instead, it is believed that the reason for these results is a laminate that acts as an oxygen barrier and slows combustion The combination of flame-retardant laminate / intumescent / flame-retardant laminate in the framework gives a result that can be expected from the data obtained on one flame retardant laminate and one intumescent. It is believed that the improvement seen during the use of the intumescent framework is a function of its ability to isolate wood. Thus, the combination of the flame retardant laminate and the intumescent works as expected. An additional 20 minutes before destruction of the sample show a synergistic effect from the presence of repeated intumescent and fire-resistant layers in the frame.

Каркас, состоящий из повторяющихся слоев огнестойкого слоистого материала в комбинации с повторяющимися слоями вспучивающегося материала, с толщиной 0,953 см, включенный в обработанную панель из древесины толщиной 4,45 см, может отвечать 90-минутному тесту ASTM E-119. Огнестойкие слоистые материалы, изготовленные из огнестойких неорганических смол, являются уникальными, поскольку они функционируют в качестве барьера для пламени/кислорода, адресуясь к различным углам пожарного треугольника. Действуя в качестве барьера для пламени/кислорода, данные огнестойкие неорганические слои предотвращают не разрушение органического материала, а только его возгорание. Поскольку изолирование ″холодной стороны" деревянных панелей от воздействия тепла является важным при получении предела огнестойкости по ASTM E-119, функциональность изолирования увеличивают посредством использования вспучивающегося слоя. Кроме того, вспучивающийся материал расширяется между ограничивающими слоями неорганического слоистого материала, а не изотропно, как было бы в случае с неограниченным вспучивающимся листом.A framework consisting of repeating layers of flame retardant laminate in combination with repeating layers of intumescent material with a thickness of 0.953 cm included in a treated panel of wood with a thickness of 4.45 cm can meet the 90-minute ASTM E-119 test. Fire-resistant laminates made from flame-retardant inorganic resins are unique because they function as a flame / oxygen barrier, addressing different angles of the fire triangle. Acting as a flame / oxygen barrier, these flame-retardant inorganic layers prevent not the destruction of organic material, but only its ignition. Since insulating the “cold side” of wood panels from heat is important in obtaining the fire resistance limit of ASTM E-119, the insulation functionality is increased by using an intumescent layer. In addition, the intumescent material extends between the bounding layers of the inorganic laminate, rather than as isotropically as would be the case with an unlimited intumescent sheet.

В качестве дополнительного примера оценивали гибридный композиционный слоистый материал. Использованные материалы состоят из органических композитных структур, поставляемых корпорацией Electric Boat (EBC), и неорганических композиционных материалов, поставляемых корпорацией Goodrich. Неорганический полимерный композиционный материал был разработан, чтобы отвечать MIL-STD-2031 в областях термического регулирования. Гибридный слоистый материал плоской панели состоит из композиционного материала на основе органической смолы, расположенного между двумя слоями композиционного материала на основе неорганической смолы. Испытание на воспламеняемость на эпоксидной композитной системе проводили, используя огнестойкие неорганические слоистые материалы, имеющие различную толщину, как будет обсуждено в дальнейшем.As a further example, a hybrid composite laminate was evaluated. The materials used consist of organic composite structures supplied by Electric Boat Corporation (EBC) and inorganic composite materials supplied by Goodrich Corporation. The inorganic polymer composite has been designed to meet MIL-STD-2031 in the areas of thermal regulation. The hybrid laminate of the flat panel consists of an organic resin composite material located between two layers of an inorganic resin composite material. A flammability test on an epoxy composite system was carried out using flame-retardant inorganic layered materials having different thicknesses, as will be discussed hereinafter.

Кроме гибридных структур в виде плоской панели были созданы и оценены гибридные образцы в виде двутавровой балки, чтобы приблизиться к функционированию действительного каркаса, который можно использовать на подводной лодке. Двутавровые гибридные образцы получали, отверждая композиционный материал на основе неорганической смолы на обработанной абразивом поверхности двутавровой балки из композиционного материала на основе органической смолы, представляющего собой эпоксидный или фенольный композиционный материал. Обе двутавровые балки из композиционного материала на основе органической смолы изготовляли, используя пултрузию с армированием переплетенным волокном. Неорганический композиционный материал изготовляли пропиткой носка из углеродного волокна для его расположения поверх балки. Носок представляет собой простроченную ткань, которую можно пропитать и затем надеть на двутавровую балку, чтобы закрыть поверхность двутавровой балки. Толщина огнестойкого неорганического слоистого материала составляла примерно 0,07 см. В двутавровую балку были вставлены усилители, чтобы обеспечить соответствующее давление на внутреннюю поверхность двутавровой балки в течение отверждения. Гибридная композиционная балка затем была сформована вакуумным мешком и отверждена в автоклаве.In addition to the hybrid structures in the form of a flat panel, hybrid samples in the form of an I-beam were created and evaluated to approximate the functioning of a real frame that can be used on a submarine. I-beam hybrid samples were prepared by curing an inorganic resin composite material on an abrasive-treated surface of an I-beam of an organic resin composite material that is an epoxy or phenolic composite material. Both I-beams of an organic resin-based composite material were fabricated using pultrusion reinforced with twisted fiber. The inorganic composite material was made by impregnating a carbon fiber sock to position it on top of the beam. The sock is a stitched fabric that can be soaked and then put on the I-beam to close the surface of the I-beam. The thickness of the flame retardant inorganic laminate was approximately 0.07 cm. Amplifiers were inserted into the I-beam to provide adequate pressure on the inside of the I-beam during curing. The hybrid composite beam was then vacuum bag molded and autoclaved.

Первый ряд оцененных гибридных образцов состоял из неорганических слоистых материалов в виде плоской панели с различной толщиной, и они были оценены на способность защищать эпоксидные или фенольные композиционные слоистые материалы, такие как материалы, показанные на фиг.5. Типы армирования, используемые в данной оценке, представляли собой как стекловолокно, так и углеродное волокно, пропитанное неорганической смолой. В тесте оценивали влияние толщины и типа армирования на противопожарные свойства. Выбранный протокол испытаний представлял собой конусную калориметрию, ASTM 1354, который применим для определения времени до воспламенения, скоростей выделения тепла, пиковых скоростей выделения тепла и образования дыма. Данный тест проводят при измерениях теплового потока 75 и 100 кВт/м2.The first series of evaluated hybrid samples consisted of inorganic laminates in the form of a flat panel with different thicknesses, and they were evaluated for their ability to protect epoxy or phenolic composite laminates, such as those shown in FIG. The types of reinforcement used in this assessment were both fiberglass and carbon fiber impregnated with an inorganic resin. The test evaluated the effect of thickness and type of reinforcement on fire properties. The test protocol selected was cone calorimetry, ASTM 1354, which is applicable for determining time to ignition, heat release rates, peak heat release rates and smoke generation. This test is carried out when measuring heat flux of 75 and 100 kW / m 2 .

Испытание на воспламеняемость на гибридной композитной системе в виде плоской панели осуществляли при различных толщинах углерод/эпоксидного или стекло/эпоксидного композиционного материала, защищенного огнестойкой неорганической смолой. Все данные образцы имеют одну и ту же толщину горючего материала. Испытание на воспламеняемость фенольного композиционного материала проводили только с использованием 2-слойного композиционного слоистого материала, содержащего неорганическую смолу и стекловолокно. Как показано в таблицах 3 и 4, эксплуатационные характеристики во всех данных тестах были очень хорошими.The flammability test on a hybrid composite system in the form of a flat panel was carried out at different thicknesses of the carbon / epoxy or glass / epoxy composite material protected by a flame retardant inorganic resin. All of these samples have the same thickness of combustible material. The flammability test of the phenolic composite material was carried out only using a 2-layer composite layered material containing an inorganic resin and fiberglass. As shown in tables 3 and 4, the performance in all of these tests was very good.

Таблица 3Table 3 Данные ASTM 1354 при тепловом потоке 75 кВт/м2 ASTM 1354 data for a heat flux of 75 kW / m 2 Система: Каркас из эпоксидного слоистого материала с облицовочными листами неорганического слоистого материалаSystem: Frame of epoxy laminate with facing sheets of inorganic laminate Материал (конструкция неорганического слоистого материала)Material (construction of inorganic laminate) Время до воспламенения (секунды)Time to ignition (seconds) Пиковая скорость выделения тепла (кВт/м2)Peak heat release rate (kW / m 2 ) Средняя скорость выделения тепла (кВт/м2)Average heat release rate (kW / m 2 ) Общее выделение тепла (МДж/м2)Total heat generation (MJ / m 2 ) 1-Слойный мат из углеродного волокна1-Layer Carbon Fiber Mat 117117 271271 151151 5757 2-Слойный мат из углеродного волокна2-Layer Carbon Fiber Mat 166166 244244 155155 6262 4-Слойный мат из углеродного волокна4-ply carbon fiber mat 221221 203203 123123 5656 8-Слойный мат из углеродного волокна8-Layer Carbon Fiber Mat 306306 186186 110110 6363 1-Слойный мат из стекловолокна1-layer fiberglass mat 136136 266266 157157 6565 2-Слойный мат из стекловолокна2-layer fiberglass mat 137137 230230 145145 5555 4-Слойный мат из стекловолокна4-layer fiberglass mat 232232 229229 130130 6767 8-Слойный мат из стекловолокна8-layer fiberglass mat 302302 195195 8181 6161 Чистый слоистый материал эпоксид/стекловолокноPure laminate epoxy / fiberglass 2828 328328 201201 6060

Таблица 4Table 4 Данные ASTM 1354 при тепловом потоке 75 кВт/м2 и 100 кВт/м2 ASTM 1354 data for a heat flux of 75 kW / m 2 and 100 kW / m 2 Система: Каркас из фенольного слоистого материала с 2 слоями углеродного неорганического слоистого материалаSystem: Frame made of phenolic laminate with 2 layers of carbon inorganic laminate Материал (Тепловой поток)(кВт/м2)Material (Heat Flow) (kW / m 2 ) Время до воспламенения (секунды)Time to ignition (seconds) Пиковая скорость выделения тепла (кВт/м2)Peak heat release rate (kW / m 2 ) Средняя скорость выделения тепла (кВт/м2)Average heat release rate (kW / m 2 ) Общее выделение тепла (МДж/м2)Total heat generation (MJ / m 2 ) 2-Слойный углеродный слоистый материал (75)2-Layer Carbon Laminate (75) 255,12255.12 40,1440.14 25,7425.74 11,1911.19 2-Слойный углеродный слоистый материал (100)2-Layer Carbon Laminate (100) 73,3873.38 64,8664.86 3535 14,0714.07 Фенольный композиционный слоистый материал (75)Phenolic Composite Layered Material (75) 163163 6464 4848 N/AN / a Фенольный композиционный слоистый материал (100)Phenolic Composite Layered Material (100) 6262 8181 5353 N/AN / a

Второй протокол испытаний оценивал предел огнестойкости гибридного слоистого материала с использованием двутавровой балки. Балки включают эпоксидный или фенольный композиционный каркас, защищенный неорганической композиционной поверхностью (фиг.6 и 7). Точный протокол, используемый в данной испытании, получали для лучшей оценки влияния слоистого материала на стойкость гибридной балки. Используя кривую обжига Е-119 и протокол тестирования, аналогичный MIL-G-18015B, данный тест симулирует действительный сценарий воздействия огня под нагрузкой. В течение испытания на огнестойкость двутавровая балка проходила через печь, и 20 фунтовый вес свешивался с балки перпендикулярно длине балки. При протекании теста балка, в конце концов, прогорала, что приводило к ее разрушению.A second test protocol evaluated the fire resistance of a hybrid laminate using an I-beam. Beams include an epoxy or phenolic composite framework protected by an inorganic composite surface (FIGS. 6 and 7). The exact protocol used in this test was obtained to better assess the effect of the laminate on the durability of the hybrid beam. Using the E-119 firing curve and a test protocol similar to MIL-G-18015B, this test simulates a valid scenario of exposure to fire under load. During the fire test, an I-beam passed through the furnace, and 20 pounds of weight hung from the beam perpendicular to the length of the beam. During the test, the beam eventually burned out, which led to its destruction.

Как видно из фиг.11, результаты теста показывают значительное увеличение в термостойкости и времени до разрушения конструкции для огнестойких неорганических армированных гибридных балок. Кроме того, наблюдалось, что нет никакого дыма в течение испытания двутавровой балки из огнестойкой смолы.As can be seen from Fig. 11, the test results show a significant increase in heat resistance and time to structural failure for flame retardant inorganic reinforced hybrid beams. In addition, it was observed that there was no smoke during the test of the I-beam of flame retardant resin.

Характеристики огнестойкой смолы во всех данных тестах дали одни и те же результаты: негорючие свойства. Это обусловлено тем, что конструкция из смолы не действует в качестве источника горючего. Именно взаимодействие горючего каркаса, как части гибридного слоистого материала, с негорючими облицовочными листами обеспечивает полезные свойства. По большей части слоистые материалы в виде плоской панели и двутавровой балки работали так, как ожидалось.The characteristics of the flame retardant resin in all these tests gave the same results: non-combustible properties. This is because the resin structure does not act as a fuel source. It is the interaction of the combustible framework, as part of a hybrid laminate, with non-combustible facing sheets that provides useful properties. For the most part, laminated materials in the form of a flat panel and an I-beam worked as expected.

Наблюдаемое поведение для гибридного слоистого материала начинается с теплопереноса через неорганический композиционный материал в горючий каркас. Это, в свою очередь, будет давать возможность протекать разрушению. Поскольку облицовочные листы не предназначены прежде всего являться изолирующими листами, органический слоистый материал может начать подвергаться воздействию разрушающей температуры за очень короткое время. Поэтому основная цель облицовочных листов слоистого материала состоит в предотвращении поступления кислорода к газам, образующимся вследствие разложения, посредством этого предотвращая возгорание. Таким путем огнестойкие неорганические листы исключают один важный параметр в пожарном треугольнике: кислород. Несмотря на перенос тепла через огнестойкий слоистый материал, неорганическая структура будет сохранять часть своей прочности после воздействия огня.The observed behavior for the hybrid laminate begins with heat transfer through the inorganic composite to the combustible framework. This, in turn, will enable destruction to proceed. Since cladding sheets are not primarily intended to be insulating sheets, the organic laminate can begin to be exposed to destructive temperature in a very short time. Therefore, the main purpose of the facing sheets of the laminate is to prevent oxygen from entering the gases generated by decomposition, thereby preventing fire. In this way, flame retardant inorganic sheets eliminate one important parameter in the fire triangle: oxygen. Despite heat transfer through the fireproof laminate, the inorganic structure will retain some of its strength after exposure to fire.

Теоретически надлежащее функционирование гибридного слоистого материала будет увеличивать время, требующееся для полного разрушения органического слоистого материала посредством исключения кислорода. Разложение все еще будет происходить; просто оно будет требовать большее время. Данные по выделению тепла для гибридного слоистого материала имеют более низкие пиковые скорости выделения тепла. Считается, что это происходит вследствие отсутствия необходимого для горения кислорода. Если теория считает, что огнестойкая неорганическая смола действует в качестве барьера для огня и кислорода, толщина огнестойкого слоистого материала должна иметь незначительное влияние на противопожарные характеристики. Интересно, что данные действительно показывают прямую корреляцию между толщиной облицовочного листа как в эпоксидных, так и фенольных слоистых гибридных материалах, и временем до воспламенения и скоростями выделения тепла. Повышение изолирующих свойств, являющееся результатом увеличения толщины слоистого материала, могло бы служить причиной для данной тенденции; однако это не кажется вероятным. Другим возможным объяснением мог бы являться эффект жесткости слоистого материала. Огнестойкий лист с большей толщиной будет давать возможность лучшего присоединения к органическому слоистому материалу, давая возможность непроницаемому для кислорода барьеру оставаться на месте в течение более длительного периода.Theoretically, the proper functioning of the hybrid laminate will increase the time required for the complete destruction of the organic laminate by eliminating oxygen. Decomposition will still occur; it will just take longer. The heat release data for the hybrid laminate has lower peak heat release rates. It is believed that this is due to the lack of oxygen necessary for combustion. If the theory believes that a flame-retardant inorganic resin acts as a barrier to fire and oxygen, the thickness of the flame-retardant laminate should have little effect on fire performance. Interestingly, the data do show a direct correlation between the thickness of the facing sheet in both epoxy and phenolic layered hybrid materials, and the time to ignition and the rates of heat release. An increase in the insulating properties resulting from an increase in the thickness of the layered material could be the reason for this trend; however, this does not seem likely. Another possible explanation could be the stiffening effect of the laminate. A fire-resistant sheet with a greater thickness will enable better bonding to the organic laminate, allowing the oxygen-impervious barrier to remain in place for a longer period.

Для присоединения облицовочных листов ко всем гибридным слоистым материалам в виде плоских листов, изготовленным с эпоксидным каркасом, использовали высокотемпературный клей. Для гибридного слоистого материала с фенольным каркасом клей не используют, а вместо этого связывают с шероховатой поверхностью каркаса в течение отверждения неорганической смолы. Данные обоих указанных адгезивных методов следуют той же тенденции, показывая, что связывание оказывает незначительное влияние на эксплуатационные характеристики гибрида. Гибридные слоистые материалы, изготовленные с эпоксидным каркасом, показали увеличение времени до воспламенения, находящееся в диапазоне от увеличения в четыре раза для одного слоя до увеличения в десять раз для 8 слоев. Кроме того, облицовочные листы огнестойкой неорганической смолы, действуя в качестве барьера для кислорода, приводили к снижению пиковой скорости выделения тепла, а также и скорости при 5 минутах. Общее выделение тепла для всех тестированных образцов было примерно одним и тем же. Гибридные слоистые материалы с фенольным каркасом содержали облицовочные листы из 2 слоев углеродного волокна и давали сравнимые результаты с гибридным слоистым материалом с эпоксидным каркасом как по увеличению времени до воспламенения, так и по снижению скоростей выделения тепла.To attach the facing sheets to all hybrid laminate materials in the form of flat sheets made with an epoxy frame, a high-temperature adhesive was used. For a phenolic skeleton hybrid laminate, glue is not used, but is instead bonded to the rough surface of the skeleton during the curing of the inorganic resin. The data from both of these adhesive methods follow the same trend, showing that binding has little effect on the performance of the hybrid. Hybrid laminates made with an epoxy framework showed an increase in ignition time ranging from a four-fold increase for one layer to a ten-fold increase for 8 layers. In addition, the facing sheets of the flame retardant inorganic resin, acting as a barrier to oxygen, led to a decrease in the peak heat release rate, as well as the speed at 5 minutes. The total heat generation for all tested samples was approximately the same. Hybrid layered materials with a phenolic skeleton contained facing sheets of 2 layers of carbon fiber and yielded comparable results with a hybrid layered material with an epoxy skeleton both in increasing the time before ignition and in reducing the rate of heat release.

Вторая фаза данной оценки состояла в определении эффекта защиты двутавровой балки, изготовленной из эпоксидной смолы/стекловолокна и фенольной смолы/стекловолокна, с помощью огнестойкого неорганического слоистого материала. Метод испытания, использованный в данной оценке, представлял собой действительный противопожарный тест в уменьшенном масштабе с использованием кривой отжига ASTM Е-119. Испытание сначала проводили на двутавровой балке эпоксидная смола/стекловолокно, которая разрушалась за 3 минуты на кривой отжига Е-119. Гибридная эпоксидная двутавровая балка разрушилась через 12,5 минут на кривой отжига Е-119 с 20-фунтовым весом, подвешенным на двутавровой балке. Фенольная двутавровая балка разрушилась через 9 минут по сравнению с 19 минутами для двутавровой балки, покрытой гибридным слоистым материалом. Теоретически слоистый материал должен предотвращать поступление кислорода для горения и, таким образом, он увеличивает время до разрушения для гибридной двутавровой балки. Улучшение во времени до разрушения для двутавровых балок с защитным слоем из огнестойкой неорганической смолы показывает, что тонкий слой толщиной 0,03 дюйма может дать существенное улучшение в противопожарных характеристиках. Аналогично режиму разрушения плоских панелей, двутавровые балки, в конечном итоге, разрушаются из-за разрушающего действия тепла.The second phase of this assessment was to determine the protection effect of an I-beam made of epoxy resin / fiberglass and phenolic resin / fiberglass using a flame retardant inorganic laminate. The test method used in this assessment was a valid fire-scale test on a reduced scale using the ASTM E-119 annealing curve. The test was first carried out on an I-beam of epoxy resin / fiberglass, which was destroyed in 3 minutes on the annealing curve of E-119. The hybrid epoxy I-beam collapsed after 12.5 minutes on the annealing curve of the E-119 with a 20-pound weight suspended on the I-beam. The phenolic I-beam collapsed after 9 minutes compared to 19 minutes for an I-beam coated with a hybrid laminate. Theoretically, the laminate should prevent the supply of oxygen for combustion and, thus, it increases the time to failure for a hybrid I-beam. The improvement in time to failure for I-beams with a flame retardant inorganic resin protective layer indicates that a thin layer of 0.03 inches can provide a significant improvement in fire performance. Similar to the mode of destruction of flat panels, I-beams, ultimately, are destroyed due to the destructive action of heat.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения показаны на фиг.12. Как показано в верхней средней части фиг.12, смолу силиката щелочного металла можно армировать любым типом материала, например, стеклянным армирующим материалом или углеродным армирующим материалом или стальным армирующим материалом, для получения армированного композиционного материала силиката щелочного металла. Композиционный материал можно использовать в том виде, в котором он находится, получая противопожарный конструкционный компонент, или наложить на различные подложки, например на композиционный материал в форме органической смолы, древесину, сталь и т.д., получая конструкционный компонент. Альтернативно из композиционного материала силиката щелочного металла можно получить изолирующую систему, добавляя к нему различные типы изоляции, например, керамическую, минеральную и аналогичную. Альтернативно можно получить вспучивающуюся систему, добавляя отличающиеся различные типы вспучивающегося материала, например, силикат щелочного металла, расслаивающийся графит, вермикулит и т.д., к композиту силиката щелочного металла. Аналогичным образом к композиту силиката щелочного металла можно добавить отличающиеся различные типы неорганических вспененных материалов, таких как стекло и углерод, получая вспененные системы. Из данных систем, а также других систем, которые не показаны, можно получить различные типы конструкций, например структуру типа простой ″сэндвич″, структуру типа многослойный ″сэндвич" и т.д., получая из этого другие системы, которые затем накладывают на подложку, получая противопожарную конструкционную систему.Other embodiments of the present invention are shown in FIG. As shown in the upper middle part of FIG. 12, the alkali metal silicate resin can be reinforced with any type of material, for example, glass reinforcing material or carbon reinforcing material or steel reinforcing material, to obtain an alkali metal silicate reinforced composite material. The composite material can be used in the form in which it is obtained to obtain a fire structural component, or applied to various substrates, for example, a composite material in the form of an organic resin, wood, steel, etc., to obtain a structural component. Alternatively, an insulating system can be obtained from a composite material of alkali metal silicate by adding various types of insulation to it, for example, ceramic, mineral and the like. Alternatively, an intumescent system can be obtained by adding different types of intumescent material, for example, alkali metal silicate, exfoliating graphite, vermiculite, etc., to an alkali metal silicate composite. Similarly, different types of inorganic foam materials such as glass and carbon can be added to the alkali metal silicate composite to form foam systems. From these systems, as well as other systems that are not shown, it is possible to obtain various types of structures, for example, a structure such as a simple ″ sandwich ″, a structure such as a multilayer ″ sandwich ”, etc., obtaining from this other systems that are then applied to the substrate getting a fire structural system.

Подложка, подлежащая защите, как правило, может представлять собой любой тип материала, который часто является эстетически привлекательным, но, как правило, имеет низкую точку воспламенения или температуру воспламенения. Обычные подложки включают дерево, например многочисленные типы древесины лиственных пород, например, клена, дуба, ясеня и т.д., или мягкую древесину, например различные типы сосны и т.д., а также клееную фанеру, слоистую древесину и так далее. Другие подложки включают органические смолы, которые обычно охватывают многочисленные типы полимеров, таких как сложные полиэфиры, простые полиэфиры, полиолефины, поливинилхлорид, эпоксиды, найлоны, фенольные смолы и аналогичные. Другие подложки включают металлы с низкой температурой плавления, такие как алюминий, латунь, бронза и даже различные типы стали. Два или более композиционных материала на основе силиката щелочного металла могут располагаться по соседству друг с другом или быть разделены другим слоем и аналогичным образом.The substrate to be protected, as a rule, can be any type of material, which is often aesthetically pleasing, but usually has a low flash point or flash point. Typical substrates include wood, for example, numerous types of hardwood, such as maple, oak, ash, etc., or softwood, for example various types of pine, etc., as well as glued plywood, laminated wood, and so on. Other substrates include organic resins, which typically encompass numerous types of polymers such as polyesters, polyethers, polyolefins, polyvinyl chloride, epoxides, nylons, phenolic resins and the like. Other substrates include metals with a low melting point, such as aluminum, brass, bronze, and even various types of steel. Two or more alkali metal silicate composite materials may be adjacent to each other or separated by another layer and the like.

Как можно понять из настоящего изобретения, огнестойкие и/или противопожарные слоистые материалы или композиционные материалы можно изготовить в различных формах из различных материалов. Огнестойкие смолы на основе силиката щелочного металла по настоящему изобретению являются достаточно гибкими, чтобы их можно было бы использовать в различных формах, независимо от того, являются они конструкционными предметами или комбинациями, которые обеспечивают улучшенную пожаробезопасность в сочетании с эстетичным видом посредством использования, например, древесно-слоистого пластика.As can be understood from the present invention, fire-resistant and / or fire-resistant laminated materials or composite materials can be made in various forms from various materials. The alkali metal silicate fire-resistant resins of the present invention are flexible enough to be used in various forms, regardless of whether they are structural objects or combinations that provide improved fire safety in combination with an aesthetic appearance by using, for example, wood laminated plastic.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения различные многослойные противопожарные системы, описанные выше, могут быть закреплены вместе с помощью, по меньшей мере, одного крепежного средства и аналогичного. Типичное крепежное средство включает болт, скобу, заклепку, проволоку, клей, магнит, торцевой паз, винт, гвоздь или их комбинацию.According to another embodiment of the present invention, the various multilayer fire protection systems described above can be secured together using at least one fastening means and the like. Typical fasteners include a bolt, bracket, rivet, wire, glue, magnet, end groove, screw, nail, or a combination thereof.

Предшествующие варианты осуществления настоящего изобретения были представлены с целью иллюстрации и описания. Данные варианты описания и осуществления на практике не имеют намерения являться исчерпывающими или ограничивать изобретение до описанной точной формы и очевидно, что возможны многочисленные модификации и изменения в свете вышеприведенного описания. Данные варианты осуществления были выбраны, чтобы лучше объяснить принципы изобретения и его практическое использование, чтобы тем самым дать возможность специалистам в данной области лучше использовать изобретение в его различных вариантах осуществления и с различными модификациями, которые подходят для конкретного предполагаемого применения. Подразумевается, что данное изобретение определяется следующей ниже формулой изобретения.The previous embodiments of the present invention have been presented for the purpose of illustration and description. These options for description and implementation in practice are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the described exact form and it is obvious that numerous modifications and changes are possible in light of the above description. These embodiments have been selected to better explain the principles of the invention and its practical use, thereby enabling those skilled in the art to better use the invention in its various embodiments and with various modifications that are suitable for the particular intended application. It is implied that the invention is defined by the following claims.

В то время как в соответствии с патентным законом были сформулированы лучший режим и предпочтительные варианты осуществления, объем изобретения ограничивается не этим, а объемом прилагаемой формулы изобретения.While the best mode and preferred embodiments have been formulated in accordance with patent law, the scope of the invention is not limited to this, but rather to the scope of the attached claims.

Claims (36)

1. Многослойная барьерная система, включающая:1. A multilayer barrier system, including: по меньшей мере, один слой композиции неорганической смолы, содержащей продукт взаимодействия силиката щелочного металла и/или предшественников силиката щелочного металла, реакционноспособного кислотного стекла, воды, необязательно одного или нескольких кислотных оксоанионных соединений и, необязательно, глинистого и/или оксидного наполнителя; иat least one layer of an inorganic resin composition containing the reaction product of an alkali metal silicate and / or precursors of an alkali metal silicate, reactive acid glass, water, optionally one or more acid oxoanion compounds and, optionally, a clay and / or oxide filler; and по меньшей мере, один слой дополнительного материала, включающего изолирующий материал, вспучивающийся материал, вспененный материал, отражающий материал, гофрированный материал, причем любой из вышеуказанных материалов содержит газовый объем, или любую их комбинацию.at least one layer of additional material, including insulating material, intumescent material, foam material, reflective material, corrugated material, wherein any of the above materials contains a gas volume, or any combination thereof. 2. Многослойная барьерная система по п.1, где указанная композиция неорганической смолы включает неглинистые материалы наполнителя, включающие армирующие волокна, сферы или частицы, и где указанные сферы включают микросферы, макросферы или полые сферы, и сферы включают стекло, керамику, металл, минеральные, органические или неорганические материалы.2. The multilayer barrier system according to claim 1, where the specified composition of the inorganic resin includes non-clay filler materials, including reinforcing fibers, spheres or particles, and where these spheres include microspheres, macrospheres or hollow spheres, and the spheres include glass, ceramic, metal, mineral , organic or inorganic materials. 3. Многослойная барьерная система по п.2, где указанная композиция неорганической смолы содержит армирующее волокно, включающее никелевое волокно, стекловолокно, углеродное волокно, графитовое волокно, минеральное волокно, оксидированное углеродное волокно, оксидированное графитовое волокно, оксидированное полиакрилонитрильное волокно, стальное волокно, металлическое волокно, покрытое металлом углеродное волокно, покрытое металлом стекловолокно, покрытое металлом графитовое волокно, покрытое металлом керамическое волокно, покрытое никелем графитовое волокно, покрытое никелем углеродное волокно, покрытое никелем стекловолокно, кварцевое волокно, керамическое волокно, волокно из карбида кремния, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевого сплава, покрытое латунью стальное волокно, полимерное волокно, покрытое полимером углеродное волокно, покрытое полимером графитовое волокно, покрытое полимером стекловолокно, покрытое керамикой углеродное волокно, покрытое керамикой графитовое волокно, покрытое керамикой стекловолокно, арамидное волокно, базальтовое волокно, устойчивое к действию щелочи стекловолокно, Е-стекловолокно, S-стекловолокно, базальтовое волокно, полиэтиленовое волокно, SiC волокно или BN волокно или их комбинации.3. The multilayer barrier system of claim 2, wherein said inorganic resin composition comprises a reinforcing fiber including nickel fiber, fiberglass, carbon fiber, graphite fiber, mineral fiber, oxidized carbon fiber, oxidized graphite fiber, oxidized polyacrylonitrile fiber, steel fiber, metal fiber fiber coated metal carbon fiber coated metal fiberglass coated metal graphite coated metal coated ceramic coated nickel graphite fiber, nickel coated carbon fiber, nickel coated glass fiber, quartz fiber, ceramic fiber, silicon carbide fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, brass coated steel fiber, polymer fiber, polymer coated carbon fiber, polymer-coated graphite fiber, polymer-coated glass fiber, ceramic-coated carbon fiber, ceramic-coated graphite fiber, ceramic-coated glass fiber, aramid window, basalt fiber resistant to alkali glass fibers, E-glass fibers, S-glass fibers, basalt fiber, polyethylene fiber, SiC fiber or BN fibers or combinations thereof. 4. Многослойная барьерная система по п.3, где указанные армирующие волокна включают графитовое волокно, Е-стекловолокно, S-стекловолокно, базальтовое волокно, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевого сплава, арамидное волокно, оксидированное полиакрилонитрильное волокно, полиэтиленовое волокно, SiC волокно или BN волокно или их комбинации.4. The multilayer barrier system according to claim 3, wherein said reinforcing fibers include graphite fiber, E-glass fiber, S-glass fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, aramid fiber, oxidized polyacrylonitrile fiber, polyethylene fiber, SiC fiber or BN fiber, or combinations thereof. 5. Многослойная барьерная система по п.1, где указанный силикат щелочного металла включает раствор силиката калия, раствор силиката натрия, кристаллический силикат натрия, кристаллический силикат калия, аморфный силикат натрия или аморфный силикат калия, или их смеси, причем указанное реакционноспособное кислотное стекло включает соединение формулы5. The multilayer barrier system according to claim 1, wherein said alkali metal silicate comprises potassium silicate solution, sodium silicate solution, crystalline sodium silicate, crystalline potassium silicate, amorphous sodium silicate or amorphous potassium silicate, or mixtures thereof, said reactive acid glass including compound of the formula
Figure 00000005
где Σrk=1
Figure 00000005
where Σr k = 1
k=1k = 1 где n представляет число желаемых компонентов стекла,where n represents the number of desired glass components, М представляет по меньшей мере, один стеклообразующий компонент, такой как бор, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, сурьма, алюминий, ванадий, и, по меньшей мере, один модификатор стекла, который работает как флюс, такой как литий, натрий, калий, рубидий и цезий, и, необязательно, дополнительные модификаторы структуры, такие как ванадий, алюминий, олово, титан, хром, марганец, железо, кобальт, никель, медь, ртуть, цинк, тулий, свинец, цирконий, лантан, церий, празеодим, неодим, самарий, европий, гадолиний, тербий, диспрозий, гольмий, эрбий, тулий, иттербий, актиний, торий, уран, иттрий, галлий, магний, кальций, стронций, барий, олово, висмут и кадмий,M represents at least one glass-forming component, such as boron, silicon, phosphorus, sulfur, germanium, arsenic, antimony, aluminum, vanadium, and at least one glass modifier that works like a flux, such as lithium, sodium , potassium, rubidium and cesium, and optionally additional structure modifiers such as vanadium, aluminum, tin, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, mercury, zinc, thulium, lead, zirconium, lanthanum, cerium , praseodymium, neodymium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, and terbium, actinium, thorium, uranium, yttrium, gallium, magnesium, calcium, strontium, barium, tin, bismuth and cadmium, Е представляет кислород, халькогениды и/или галогены, такие как сера, селен, теллур и фтор,E represents oxygen, chalcogenides and / or halogens, such as sulfur, selenium, tellurium and fluorine, р представляет валентность катиона М, например 5 для фосфора, которая обычно изображается как Р5+ или P(V),p represents the valency of cation M, for example 5 for phosphorus, which is usually depicted as P5 + or P (V), q представляет валентность аниона Е, например 2 для кислорода, которая обычно изображается как О2-,q represents the valency of anion E, for example 2 for oxygen, which is usually depicted as O 2- , q′ представляет число катионов М, содержащихся в звене структуры, равное q или q/2, которое является наименьшим целым числом, всякий раз когда р и q являются четными числами, например 2 для фосфора в Р2O5 или 1 для кремния в SiO2,q ′ represents the number of cations M contained in the structural unit, equal to q or q / 2, which is the smallest integer whenever p and q are even numbers, for example 2 for phosphorus in P 2 O 5 or 1 for silicon in SiO 2 р′ представляет число анионов Е, содержащихся в звене структуры, равное р или р/2, которое является наименьшим целым числом, всякий раз когда р и q являются четными числами, например 5 для фосфора в Р2O5 или 2 для кремния в SiO2,p ′ represents the number of E anions contained in a structural unit equal to p or p / 2, which is the smallest integer whenever p and q are even numbers, for example 5 for phosphorus in P 2 O 5 or 2 for silicon in SiO 2 r представляет мольную долю каждого индивидуального звена структуры в компоненте реакционноспособного кислотного стекла, а указанное кислотное оксоанионное соединение включает борную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, однозамещенный фосфат натрия, и дизамещенный фосфат натрия - динатрийфосфат, дизамещенный фосфат калия - дикалийфосфат, однозамещенный фосфат калия, гидрофосфат аммония, дигидрофосфат аммония, фосфатные соли металлов и/или неметаллов или соединения, включающие бораты, сульфаты, алюминаты, ванадаты или германаты, или их комбинации.r represents the molar fraction of each individual unit of the structure in the component of reactive acid glass, and said acid oxoanionic compound includes boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, monosubstituted sodium phosphate, and disubstituted sodium phosphate - disodium phosphate, disubstituted potassium phosphate - dipotassium phosphate, monoze ammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, phosphate salts of metals and / or nonmetals or compounds including borates, sulfates, aluminates, vanadates or germanate Or combinations thereof.
6. Многослойная барьерная система по п.5, где указанный наполнитель содержит, по меньшей мере, один оксид, включающий оксид бора, алюминия, кремния, цинка, галлия, титана, циркония, марганца, железа, молибдена, вольфрама, висмута, свинца, лантана, церия, неодима, иттрия, кальция, магния или бария, слюду, вермикулит и присутствует в количестве от 0,0 мас.% или примерно 0,01 мас.% до примерно 20 мас.%, исходя из общей массы композиции, и где указанный глинистый наполнитель включает каолин, кальцинированный каолин и/или метакаолин и присутствует в количестве от 0,0 мас.% или примерно 0,1 мас.% до примерно 20 мас.%, исходя из общей массы композиции.6. The multilayer barrier system according to claim 5, where the specified filler contains at least one oxide, including oxide of boron, aluminum, silicon, zinc, gallium, titanium, zirconium, manganese, iron, molybdenum, tungsten, bismuth, lead, lanthanum, cerium, neodymium, yttrium, calcium, magnesium or barium, mica, vermiculite and is present in an amount of from 0.0 wt.% or about 0.01 wt.% to about 20 wt.%, based on the total weight of the composition, and wherein said clay filler comprises kaolin, calcined kaolin and / or metakaolin and is present in amounts from 0.0 wt.% or about 0.1 wt.% to about 20 wt.%, based on the total weight of the composition. 7. Многослойная барьерная система по п.5, где указанная композиция смолы содержит продукт взаимодействия нижеследующих компонентов: примерно от 30 до 85 мас.%, по меньшей мере, одного указанного силиката щелочного металла;7. The multilayer barrier system according to claim 5, where the specified resin composition contains the product of the interaction of the following components: from about 30 to 85 wt.%, At least one of the specified alkali metal silicate; примерно от 0,01 до 60 мас.%, по меньшей мере, одного указанного реакционно-способного кислотного стекла;from about 0.01 to 60 wt.%, at least one of the specified reactive acid glass; примерно от 0 или 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного кислотного оксоанионного соединения;from about 0 or 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified acid oxoanionic compounds; от 0 или примерно от 0,1 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного глинистого наполнителя;from 0 or from about 0.1 to 20 wt.%, at least one specified clay filler; от 0 или примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного оксида и примерно от 15 до 60 мас.% воды.from 0 or from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified oxide and from about 15 to 60 wt.% water. 8. Многослойная барьерная система по п.7, где указанную композицию смолы получают, отверждая смолу при температуре в диапазоне примерно от 15 до 1000°С, внешнем давлении от давления окружающей среды до примерно 20000 фунт/кв. дюйм и, необязательно, под вакуумом примерно от давления окружающей среды до примерно 10-3 торр.8. The multilayer barrier system according to claim 7, where the specified resin composition is obtained by curing the resin at a temperature in the range from about 15 to 1000 ° C, external pressure from ambient pressure to about 20,000 psi. inch and, optionally, under vacuum from about ambient pressure to about 10 -3 Torr. 9. Многослойная барьерная система по п.1, включающая, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, по меньшей мере, один слой изолирующего материала.9. The multilayer barrier system according to claim 1, comprising at least one layer of said inorganic resin composition, at least one layer of insulating material. 10. Многослойная барьерная система по п.5, включающая, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы и, по меньшей мере, один слой изолирующего материала, причем указанный слой содержит соединение силиката; соединение оксида алюминия, соединение силиката алюминия; керамический материал; оксид металла, содержащий диоксид кремния, силикат, оксид алюминия или алюминат; или огнеупорный материал, или их комбинацию.10. The multilayer barrier system according to claim 5, comprising at least one layer of said inorganic resin composition and at least one layer of insulating material, said layer comprising a silicate compound; aluminum oxide compound; aluminum silicate compound; ceramic material; metal oxide containing silica, silicate, alumina or aluminate; or refractory material, or a combination thereof. 11. Многослойная барьерная система по п.3, включающая, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и, по меньшей мере, один слой изолирующего материала, включающий соединение силиката; соединение оксида алюминия, соединение силиката алюминия; керамический материал; оксид металла, содержащий диоксид кремния, силикат, оксид алюминия или алюминат; или огнеупорный материал, или их комбинацию.11. The multilayer barrier system according to claim 3, comprising at least one layer of said inorganic resin composition, and at least one layer of insulating material comprising a silicate compound; aluminum oxide compound; aluminum silicate compound; ceramic material; metal oxide containing silica, silicate, alumina or aluminate; or refractory material, or a combination thereof. 12. Многослойная барьерная система по п.7, включающая, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и указанный, по меньшей мере, один слой изолирующего материала, включающий соединение силиката; соединение оксида алюминия; соединение силиката алюминия; керамический материал; оксид металла, содержащий диоксид кремния, силикат, оксид алюминия или алюминат; или огнеупорный материал, или их комбинацию.12. The multilayer barrier system according to claim 7, comprising at least one layer of said inorganic resin composition and said at least one layer of insulating material comprising a silicate compound; aluminum oxide compound; aluminum silicate compound; ceramic material; metal oxide containing silica, silicate, alumina or aluminate; or refractory material, or a combination thereof. 13. Многослойная барьерная система по п.9, включающая, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала.13. The multilayer barrier system according to claim 9, comprising at least one layer of intumescent material. 14. Многослойная барьерная система по п.10, включающая, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала.14. The multilayer barrier system of claim 10, comprising at least one layer of intumescent material. 15. Многослойная барьерная система по п.11, включающая, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала, причем указанный слой включает расслаивающийся графит, силикат щелочно-земельного металла, вермикулит или их комбинацию.15. The multilayer barrier system according to claim 11, comprising at least one layer of intumescent material, said layer comprising exfoliating graphite, alkaline earth metal silicate, vermiculite, or a combination thereof. 16. Многослойная барьерная система по п.12, включающая, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала, причем указанный слой вспучивающегося материала включает расслаивающийся графит, силикат щелочно-земельного металла, вермикулит или их комбинацию.16. The multilayer barrier system of claim 12, comprising at least one layer of intumescent material, said layer of intumescent material comprising exfoliating graphite, alkaline earth metal silicate, vermiculite, or a combination thereof. 17. Многослойная барьерная система по п.1, включающая указанный, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала.17. The multilayer barrier system according to claim 1, comprising the specified at least one layer of the specified composition of the inorganic resin, and at least one layer of intumescent material. 18. Многослойная барьерная система по п.5, включающая указанный, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала.18. The multilayer barrier system according to claim 5, comprising said at least one layer of said inorganic resin composition, and at least one layer of intumescent material. 19. Многослойная барьерная система по п.4, включающая указанный, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала, причем указанный слой включает расслаивающийся графит, силикат щелочно-земельного металла, вермикулит или их комбинацию.19. The multilayer barrier system according to claim 4, comprising said at least one layer of said inorganic resin composition and at least one layer of intumescent material, said layer comprising exfoliating graphite, alkaline earth metal silicate, vermiculite or their combination. 20. Многослойная барьерная система по п.7, включающая указанный, по меньшей мере, один слой указанной композиции неорганической смолы, и, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала, причем указанный слой включает расслаивающийся графит, силикат щелочно-земельного металла, вермикулит или их комбинацию.20. The multilayer barrier system according to claim 7, comprising said at least one layer of said inorganic resin composition and at least one layer of intumescent material, said layer comprising exfoliating graphite, alkaline earth metal silicate, vermiculite or their combination. 21. Многослойная барьерная система по п.17, где указанная система представляет собой противопожарную дверь, включающую, по меньшей мере, один наружный слой дерева.21. The multilayer barrier system according to 17, where the specified system is a fire door, comprising at least one outer layer of wood. 22. Многослойная барьерная система по п.18, где указанная система представляет собой противопожарную дверь, включающую, по меньшей мере, один наружный слой дерева, по меньшей мере, один слой вспучивающегося материала и, по меньшей мере, два указанных слоя композиции неорганической смолы.22. The multilayer barrier system of claim 18, wherein said system is a fire door comprising at least one outer layer of wood, at least one layer of intumescent material, and at least two of said layers of inorganic resin composition. 23. Многослойная барьерная система по п.19, где указанная система представляет собой противопожарную дверь, включающую, по меньшей мере, один наружный слой дерева, причем указанная система включает, по меньшей мере, два слоя вспучивающегося материала и, по меньшей мере, три слоя композиции неорганической смолы, причем, по меньшей мере, один указанный слой композиции неорганической смолы содержит стальной армирующий мат.23. The multilayer barrier system according to claim 19, wherein said system is a fire door comprising at least one outer layer of wood, said system comprising at least two layers of intumescent material and at least three layers an inorganic resin composition, wherein at least one said layer of the inorganic resin composition comprises a steel reinforcing mat. 24. Многослойная барьерная система по п.20, где указанная система представляет собой противопожарную дверь, включающую, по меньшей мере, один наружный слой дерева, причем указанная система включает, по меньшей мере, два слоя вспучивающегося материала, по меньшей мере, три слоя композиции неорганической смолы и, по меньшей мере, один указанный слой композиции неорганической смолы содержит стальной армирующий мат.24. The multilayer barrier system of claim 20, wherein said system is a fire door comprising at least one outer layer of wood, said system comprising at least two layers of intumescent material, at least three layers of the composition inorganic resin and at least one specified layer of the composition of the inorganic resin contains a steel reinforcing mat. 25. Многослойная барьерная система, включающая:25. A multilayer barrier system, including: по меньшей мере, два слоя композиции неорганической смолы, содержащей продукт взаимодействия силиката щелочного металла и/или предшественников силиката щелочного металла, одного или нескольких кислотных оксоанионных соединений, воды, необязательно, по меньшей мере, одного соединения, содержащего, по меньшей мере, один многовалентный катион, и необязательно глинистого и/или оксидного наполнителя; и их комбинации;at least two layers of an inorganic resin composition containing the reaction product of an alkali metal silicate and / or alkali metal silicate precursors, one or more acid oxoanion compounds, water, optionally at least one compound containing at least one polyvalent a cation, and optionally a clay and / or oxide filler; and combinations thereof; по меньшей мере, один слой композиции неорганической смолы, содержащий армирующее соединение; иat least one layer of an inorganic resin composition comprising a reinforcing compound; and по меньшей мере, один слой любого необязательного материала, включающего изолирующий материал, вспучивающийся материал, вспененный материал, отражающий материал, гофрированный материал, причем любой из вышеуказанных материалов содержит газовый объем или их комбинацию.at least one layer of any optional material, including insulating material, intumescent material, foam material, reflective material, corrugated material, any of the above materials containing a gas volume or a combination thereof. 26. Многослойная барьерная система по п.25, где указанное армирующее соединение указанной композиции неорганической смолы представляет собой волокно или множество волокон различного типа, лист, решетку или сетку или их комбинацию.26. The multilayer barrier system of claim 25, wherein said reinforcing compound of said inorganic resin composition is a fiber or a plurality of fibers of various types, a sheet, a lattice or a mesh, or a combination thereof. 27. Многослойная барьерная система по п.26, где армирующее волокно включает никелевое волокно, стекловолокно, углеродное волокно, графитовое волокно, минеральное волокно, оксидированное углеродное волокно, оксидированное графитовое волокно, оксидированное полиакрилонитрильное волокно, стальное волокно, металлическое волокно, покрытое металлом углеродное волокно, покрытое металлом стекловолокно, покрытое металлом графитовое волокно, покрытое металлом керамическое волокно, покрытое никелем графитовое волокно, покрытое никелем углеродное волокно, покрытое никелем стекловолокно, кварцевое волокно, керамическое волокно, волокно из карбида кремния, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевого сплава, покрытое латунью стальное волокно, полимерное волокно, покрытое полимером углеродное волокно, покрытое полимером графитовое волокно, покрытое полимером стекловолокно, покрытое керамикой углеродное волокно, покрытое керамикой графитовое волокно, покрытое керамикой стекловолокно, арамидное волокно, базальтовое волокно, устойчивое к действию щелочи стекловолокно, Е-стекловолокно, S-стекловолокно, базальтовое волокно, полиэтиленовое волокно, SiC волокно или BN волокно или их комбинации.27. The multilayer barrier system of claim 26, wherein the reinforcing fiber includes nickel fiber, glass fiber, carbon fiber, graphite fiber, mineral fiber, oxidized carbon fiber, oxidized graphite fiber, oxidized polyacrylonitrile fiber, steel fiber, metal fiber coated with carbon fiber metal coated glass fiber metal coated graphite fiber metal coated ceramic fiber nickel coated graphite fiber nickel coated carbon Nickel plated fiberglass, quartz fiber, ceramic fiber, silicon carbide fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, brass coated steel fiber, polymer fiber, polymer coated carbon fiber, polymer coated graphite fiber, coated polymer fiberglass, ceramic coated carbon fiber, ceramic coated graphite fiber, ceramic coated glass fiber, aramid fiber, basalt fiber, crack resistant and glass fibers, E-glass fibers, S-glass fibers, basalt fiber, polyethylene fiber, SiC fiber or BN fibers or combinations thereof. 28. Многослойная барьерная система по п.27, где указанный силикат щелочного металла включает раствор силиката калия, раствор силиката натрия, кристаллический силикат натрия, кристаллический силикат калия, аморфный силикат натрия или аморфный силикат калия, и их смеси,28. The multilayer barrier system according to item 27, where the specified alkali metal silicate includes a solution of potassium silicate, a solution of sodium silicate, crystalline sodium silicate, crystalline potassium silicate, amorphous sodium silicate or amorphous potassium silicate, and mixtures thereof, где указанное кислотное оксоанионное соединение включает борную кислоту, фосфорную кислоту, серную кислоту, однозамещенный фосфат натрия, дизамещенный фосфат натрия, дизамещенный фосфат калия, однозамещенный фосфат калия, гидрофосфат аммония, дигидрофосфат аммония, фосфатные соли металлов и/или неметаллов или соединения, включающие бораты, сульфаты, алюминаты, ванадаты или германаты, или их комбинации.where the specified acid oxoanionic compound includes boric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, monosubstituted sodium phosphate, disubstituted sodium phosphate, disubstituted potassium phosphate, monosubstituted potassium phosphate, ammonium hydrogen phosphate, ammonium dihydrogen phosphate, phosphate salts of metals and / or non-metals or compounds sulfates, aluminates, vanadates or germanates, or combinations thereof. 29. Многослойная барьерная система по п.28, где указанные волокна включают графитовое волокно, Е-стекловолокно, S-стекловолокно, базальтовое волокно, волокно из нержавеющей стали, титановое волокно, волокно из никелевого сплава, арамидное волокно, полиэтиленовое волокно, оксидированное полиакрилонитрильное волокно, SiC волокно, BN волокно или их комбинации, и указанный катион представляет собой катион щелочно-земельного металла или цинка.29. The multilayer barrier system of claim 28, wherein said fibers include graphite fiber, E-glass fiber, S-glass fiber, basalt fiber, stainless steel fiber, titanium fiber, nickel alloy fiber, aramid fiber, polyethylene fiber, oxidized polyacrylonitrile fiber , SiC fiber, BN fiber, or combinations thereof, and said cation is an alkaline earth metal or zinc cation. 30. Многослойная барьерная система по п.29, где указанная композиция неорганической смолы включает продукт взаимодействия нижеследующих компонентов:30. The multilayer barrier system according to clause 29, where the specified composition of the inorganic resin includes the product of the interaction of the following components: примерно от 30 до 85 мас.%, по меньшей мере, одного указанного силиката щелочного металла;from about 30 to 85 wt.%, at least one of the specified alkali metal silicate; примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного кислотного оксоанионного соединения;from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified acid oxoanionic compounds; от 0 или примерно от 0,1 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного глинистого наполнителя;from 0 or from about 0.1 to 20 wt.%, at least one specified clay filler; от 0 или примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного оксида иfrom 0 or from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified oxide and примерно от 15 до 60 мас.% воды.from about 15 to 60 wt.% water. 31. Многослойная барьерная система по п.29, где указанная композиция неорганической смолы содержит продукт взаимодействия нижеследующих компонентов:31. The multilayer barrier system according to clause 29, where the specified composition of the inorganic resin contains the product of the interaction of the following components: примерно от 30 до 85 мас.%, по меньшей мере, одного указанного силиката щелочного металла;from about 30 to 85 wt.%, at least one of the specified alkali metal silicate; примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного соединения многовалентного катиона;from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified connection multivalent cation; примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного кислотного оксоанионного соединения;from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified acid oxoanionic compounds; от 0 или примерно от 0,1 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного глинистого наполнителя;from 0 or from about 0.1 to 20 wt.%, at least one specified clay filler; от 0 или примерно от 0,01 до 20 мас.%, по меньшей мере, одного указанного оксида иfrom 0 or from about 0.01 to 20 wt.%, at least one of the specified oxide and примерно от 15 до 60 мас.% воды.from about 15 to 60 wt.% water. 32. Многослойная барьерная система по п.25, где, по меньшей мере, два указанных слоя композиции неорганической смолы располагаются по соседству друг с другом; и включающая, по меньшей мере, один из указанных необязательных слоев.32. The multilayer barrier system according A.25, where at least two of these layers of the composition of the inorganic resin are located adjacent to each other; and including at least one of these optional layers. 33. Многослойная барьерная система по п.28, где, по меньшей мере, два указанных слоя композиции неорганической смолы располагаются по соседству друг с другом; и включающая, по меньшей мере, один из указанных необязательных слоев.33. The multilayer barrier system according to claim 28, wherein at least two of said inorganic resin composition layers are adjacent to each other; and including at least one of these optional layers. 34. Многослойная барьерная система по п.30, где, по меньшей мере, два указанных слоя композиции неорганической смолы располагаются по соседству друг с другом; и включающая, по меньшей мере, два из указанных необязательных слоев.34. The multilayer barrier system according to clause 30, where at least two of these layers of the composition of the inorganic resin are adjacent to each other; and comprising at least two of these optional layers. 35. Многослойная барьерная система по п.1 или 25, включающая, по меньшей мере, два слоя скрепленные вместе, по меньшей мере, одной крепежной деталью.35. The multilayer barrier system according to claim 1 or 25, comprising at least two layers bonded together by at least one fastener. 36. Многослойная барьерная система по п.35, где указанная крепежная деталь включает болт, скобу, заклепку, проволоку, клей, магнит, торцевой паз, винт или гвоздь или их комбинацию.36. The multilayer barrier system according to clause 35, where the specified fastener includes a bolt, bracket, rivet, wire, glue, magnet, end groove, screw or nail, or a combination thereof.
RU2005137869/03A 2003-06-06 2004-06-03 Multi-layer barier system (versions) RU2329898C2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US47667103P 2003-06-06 2003-06-06
US60/476,671 2003-06-06
US10/777,885 US7094285B2 (en) 2000-09-20 2004-02-12 Inorganic matrix compositions, composites incorporating the matrix, and process of making the same
US10/777,885 2004-02-12
US10/858,624 2004-06-02

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005137869A RU2005137869A (en) 2006-06-10
RU2329898C2 true RU2329898C2 (en) 2008-07-27

Family

ID=36712773

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005137869/03A RU2329898C2 (en) 2003-06-06 2004-06-03 Multi-layer barier system (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2329898C2 (en)

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475463C1 (en) * 2011-11-23 2013-02-20 Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС-К" (ЗАО "ГрАВИОНИКС-К") Method of modifying surface of inorganic fibre, modified fibre and composite material
RU2480430C1 (en) * 2012-01-19 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" Clay-phosphate material
RU2488677C1 (en) * 2011-11-22 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт проблем пожарной безопасности" (ООО "НИИППБ") Fire-prevention door
RU2489407C1 (en) * 2012-04-06 2013-08-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Brick glaze
RU2489408C1 (en) * 2012-04-06 2013-08-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Brick glaze
RU2502605C2 (en) * 2011-10-18 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Sandwich material for rescue facilities
RU2515450C1 (en) * 2012-10-11 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (МГСУ) High-strength light concrete
RU2525403C2 (en) * 2012-09-21 2014-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческое предприятие "Гефест союз пожарных" Method to seal cavities
RU2529466C2 (en) * 2009-05-04 2014-09-27 ПиПиДжи ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. Composite materials and their application
RU2530089C1 (en) * 2013-12-12 2014-10-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Raw mixture for production of heat-insulating layer
RU2531397C1 (en) * 2010-09-21 2014-10-20 Фундермакс Гмбх Fire-resistant laminate
RU2573468C2 (en) * 2014-04-30 2016-01-20 Сергей Константинович Есаулов Thermostable compositional material and method for obtaining thereof
WO2016013951A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Fire-extinguishing product for preventive fire protection
RU2574636C2 (en) * 2010-10-21 2016-02-10 Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани Highly-strong phosphate-based cement with low alkalinity
RU2576677C1 (en) * 2014-12-22 2016-03-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Crude mixture for making heat-insulating layer
RU2581406C2 (en) * 2010-08-19 2016-04-20 Алкоа Аркитекчерал Продактс Сас Fireproof composite panel and method of its fabrication
WO2016089240A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Microcapsules, method for producing thereof and flame retardant agents, materials, coatings and products based thereon
RU2599742C2 (en) * 2010-12-17 2016-10-10 Католический Университет Америки Geopolymer composite for ultra-high quality concrete
RU2603860C1 (en) * 2015-12-07 2016-12-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Refractory mixture
RU2609044C2 (en) * 2011-10-12 2017-01-30 ДАУ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ ЭлЭлСи Panel with fire-protective properties
RU175366U1 (en) * 2017-05-15 2017-12-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Heat insulating structure
RU2645538C2 (en) * 2011-10-31 2018-02-21 Азия Куанон Текнолоджи (Шанхай) Ко., Лтд Fire-resistant composition and fire-resistant thermal insulating plate
RU2655015C1 (en) * 2014-05-15 2018-05-23 Омиа Интернэшнл Аг Fibrous plate including material containing calcium carbonate
RU196004U1 (en) * 2019-11-20 2020-02-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" ALUMINUM-CARBIDE-SILICON METAL-COMPOSITE COMPOSITE HEAT SLEEVE
US10745920B2 (en) 2015-10-28 2020-08-18 Awi Licensing Llc Fire performance for wood veneer laminated ceiling tile

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008016719B4 (en) * 2008-03-31 2010-04-01 Remmers Baustofftechnik Gmbh Flexible composition comprising water glass, latent hydraulic binders, cement and fibers, and coatings and moldings thereof

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529466C2 (en) * 2009-05-04 2014-09-27 ПиПиДжи ИНДАСТРИЗ ОГАЙО, ИНК. Composite materials and their application
RU2581406C2 (en) * 2010-08-19 2016-04-20 Алкоа Аркитекчерал Продактс Сас Fireproof composite panel and method of its fabrication
RU2531397C1 (en) * 2010-09-21 2014-10-20 Фундермакс Гмбх Fire-resistant laminate
RU2574636C2 (en) * 2010-10-21 2016-02-10 Юнайтед Стэйтс Джипсум Компани Highly-strong phosphate-based cement with low alkalinity
RU2599742C2 (en) * 2010-12-17 2016-10-10 Католический Университет Америки Geopolymer composite for ultra-high quality concrete
RU2609044C2 (en) * 2011-10-12 2017-01-30 ДАУ ГЛОБАЛ ТЕКНОЛОДЖИЗ ЭлЭлСи Panel with fire-protective properties
RU2502605C2 (en) * 2011-10-18 2013-12-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Sandwich material for rescue facilities
RU2645538C2 (en) * 2011-10-31 2018-02-21 Азия Куанон Текнолоджи (Шанхай) Ко., Лтд Fire-resistant composition and fire-resistant thermal insulating plate
RU2488677C1 (en) * 2011-11-22 2013-07-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт проблем пожарной безопасности" (ООО "НИИППБ") Fire-prevention door
RU2475463C1 (en) * 2011-11-23 2013-02-20 Закрытое акционерное общество "ГрАВИОНИКС-К" (ЗАО "ГрАВИОНИКС-К") Method of modifying surface of inorganic fibre, modified fibre and composite material
RU2480430C1 (en) * 2012-01-19 2013-04-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Петербургский государственный университет путей сообщения" Clay-phosphate material
RU2489408C1 (en) * 2012-04-06 2013-08-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Brick glaze
RU2489407C1 (en) * 2012-04-06 2013-08-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Brick glaze
RU2525403C2 (en) * 2012-09-21 2014-08-10 Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческое предприятие "Гефест союз пожарных" Method to seal cavities
RU2515450C1 (en) * 2012-10-11 2014-05-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный строительный университет" (МГСУ) High-strength light concrete
RU2530089C1 (en) * 2013-12-12 2014-10-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Raw mixture for production of heat-insulating layer
RU2573468C2 (en) * 2014-04-30 2016-01-20 Сергей Константинович Есаулов Thermostable compositional material and method for obtaining thereof
RU2655015C1 (en) * 2014-05-15 2018-05-23 Омиа Интернэшнл Аг Fibrous plate including material containing calcium carbonate
WO2016013951A1 (en) * 2014-07-21 2016-01-28 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Fire-extinguishing product for preventive fire protection
WO2016089240A1 (en) * 2014-12-04 2016-06-09 Общество С Ограниченной Ответственностью "Делси" Microcapsules, method for producing thereof and flame retardant agents, materials, coatings and products based thereon
RU2576677C1 (en) * 2014-12-22 2016-03-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Crude mixture for making heat-insulating layer
US10745920B2 (en) 2015-10-28 2020-08-18 Awi Licensing Llc Fire performance for wood veneer laminated ceiling tile
RU2756645C2 (en) * 2015-10-28 2021-10-04 Армстронг Уорлд Индастриз, Инк. Improved fire resistance for ceiling tiles laminated with wood veneer
RU2603860C1 (en) * 2015-12-07 2016-12-10 Юлия Алексеевна Щепочкина Refractory mixture
RU175366U1 (en) * 2017-05-15 2017-12-01 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Heat insulating structure
RU196004U1 (en) * 2019-11-20 2020-02-13 Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Пульсар" ALUMINUM-CARBIDE-SILICON METAL-COMPOSITE COMPOSITE HEAT SLEEVE

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005137869A (en) 2006-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2329898C2 (en) Multi-layer barier system (versions)
AU2004247667B2 (en) Multi-layer fire-barrier systems
US20080063875A1 (en) High heat distortion resistant inorganic laminate
KR200380401Y1 (en) the insulation panel with fireproof flame-retarded for construction
CN1812943A (en) Multi-layer fire barrier systems
CN109609067A (en) A kind of high-performance fire-resistant composite board and preparation method thereof
KR101797219B1 (en) nonflammable firewall
KR102584804B1 (en) Composite panel for fireproof bulkhead and manufacturing method thereof
KR20220058904A (en) refractory
KR102181215B1 (en) Eco-friendly quasi-noncombustible exterior material based on ceramic
EP0822896B1 (en) Laminated structure with improved fire resistance and procedure for the manufacture of the structure
CN113242842A (en) Fire-resistant heat-insulating composition, fire-resistant heat-insulating composition slurry, fire-resistant heat-insulating plate, and fire-resistant heat-insulating structure
JP2001113616A (en) Noncombustible fire-proof heat insulating panel
JP2017002668A (en) Building material for window structure and fire door structure, and window structure and fire door structure including the same
RU67509U1 (en) DESIGN AND FINISHING PANEL
JP2022113645A (en) Laminate panel, manufacturing method thereof, fireproof wall, reactivity heatproof composition, preparation method thereof, heatproof structure and manufacturing method thereof
JP3205654B2 (en) Laminated panel
KR102692615B1 (en) Composition for non-combustible foam filler
JPH0957880A (en) Refractory laminated panel
KR102692616B1 (en) Fire prevention structure with non-combustible foam filler and construction method the same
KR102258690B1 (en) Incombustible material having heat-resistant and non-flammable properties, method of fabricating of the same, building interior material, lagging material, sound absorbing material and insulation material including the same
CN111086081B (en) Preparation process of fireproof door plate
CN215759703U (en) Aluminum honeycomb thermal insulation composite board
KR102242117B1 (en) Quasi-noncombustible heat-insulating composite board
KR100524528B1 (en) Panel for preventing fire

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090604