SE465311B - Brandhaemmande laminat bestaaende av skumbildningsskikt och stabiliseringsskikt - Google Patents

Description

465 311 10 15 20 25 30 35 I motsats till teknikens ståndpunkt skall enligt uppfinningen den fulla förmågan till uppskuming hos skumbildningsmedelsskiktet icke alls utnyttjas till fullo. Trots att stora hålrum icke uppstår i skumbildningsmedelsskiktet vid hetta utan endast relativt små porer (mikrostruktur) erhålles emellertid en bättre termisk isolering.

Uppfinningen grundas på upptäckten att skikt av skumbildningsmedel av känt slag kan expandera mycket ojämnt, varvid ibland även stora kaviteter bildas. Den bildade kolstrukturen är ofta så svag att den söndersmulas så att den värmeisolerande effekten likafullt förloras partiellt. I kraft av uppfinningen är emellertid den okontrollerade uppskumningen av skikten av skumbildningsmedel återhållen på ett sådant sätt att finare skumstrukturer med mindre porstorlek bildas i stället för stora håligheter. Särskilt genom att infatta skiktet av skumbildningsmedel på båda sidor med sådana hämmande skikt, bildas en "hård struktur" med porer med relativt liten storlek, som inte söndersmulas lätt även då den utsättes för starka vindstötar eller andra stötar.

Det rekommenderas att förse de hämmande skikten med mer än 30 vikts-%, i synnerhet minst 50 vikts~%, fibrösa och/eller flingliknade utfyll- nadsmaterial såsom glimmer och/eller plastoriter med syfte att tillförsäkra bildandet av ett "skinn" tillsammans med bildandet av en kolstruktur eller en karbonisering i händelse av brand. Karbonisering främjas genom tillsats av melaminer. Vidare är det också möjligt att använda andra utfyllnadsmaterial såsom karbonater av magnesium och kalcium eller oxider därav, och silikater.

Särskilt gynnsamma har s k "karbonfibrer" (kolfibrer) visat sig vara.

Dessa uppvisar en hög C-halt och uppstår exempelvis vid karbonisering av polyakrylnitril redan före grafitiseringen (Römmp, ChemieLexikon, 1983, s. 2157). Även ARAMIDE samt fibrer av kvarts, stål eller bor är fördelaktiga. Om glasfibrer används i stabiliseringsskíktet bör dessa vara mycket fina, företrädesvis bör de ha en tjocklek av 6-15 pm och en längd av ca 2-6 mm. För särskilda syften är det också möjligt att använda s k mikroblåsor eller glasflingor. lO 15 20 25 30 35 465 311 Följaktligen är ändamålet uppnått med ett alternativt förfarande enligt uppfinningen, genom att skikt av skumbildningsmedel med förmåga att expandera vid höga temperaturer är "laddade" med åtminstone ett hämmande skikt av ett slag som i huvudsak inte expanderar vid sådana höga temperaturer som svarar för expansionen hos skikten av skumbild- ningsmedel, men vilka återhåller den okontrollerade expansionen hos skikten av skumbildningsmedel och fölänar en styvhet eller stabilitet till laminatkombinationen med en bestämd tjocklek, vilken är effektiv över en relativt lång tidsperiod i händelse av höga temperaturer, speciellt i händelse av brand. Den relativt stabila och samtidigt styva skumstrukturen är då finporig utan stora hålrum.

Då skumbildningsmedelsskíktet i medeltal är 0.5-S mm tjockt bör stabiliseringsskiktet, som skall minska uppskumningen hos skumbild- ningsmedelsskiktet, vara l-2 mm tjockt. Stabiliseringsskiktet kan i händelse av brand expandera som mest 5-10 mm. Skiktet av skumbild- ningsmedel expanderar i sig själv omkring 10-20 cm i okontrollerad form, men i kraft av styrningen genom det icke expandernade hämmande skiktet kommer det att expandera endast omkring hälften av detta värde och mindre. Expansionen kommer alltså att reduceras med minst 50 %.

Kolofosforestrar med minst 12 % fosfor och 34 % klor är lämpliga för uppskumningen; klorkomponenten kan åtminstone delvis ersättas av brom.

Utförandeformer av uppfinningen förklaras i detalj med hänvisning till ritningen. Figurerna l och 2 visar schematiskt partiella sektioner av laminerade element.

Såsom visas på figur l, är först det hämmande skiktet 2a och därefter skumbildningsmedelsskiktet 3, vilket är täckt med ett andra hämmande skikt 2b, inledningsvis anbríngade på basen l som skall skyddas, på vilken kan ha applicerats ett primerskikt 4 och i fall av stål, poly- vinylbutyral som korrosionsskydd. Primerskiktet 4 hindras också att skumma upp genom stabiliseringsskiktet 2a. Båda skikten 4 och 2a är samtidigt avsedda som skyddsskikt i händelse av skada på skumbild- ningsmedelsskiktet 3 genom yttre påverkan såsom från fallande föremål eller påsprutat vatten i händelse av brand. Skiktets mekaniska kvali- 465 311 10 15 20 25 30 35 tet tillåter fortfarande delar av primerskiktet 4 att skumma upp ytterligare även om skikten 2b och 3 saknas. Detta tillförsäkrar brandskydd för ytterligare tid.

Såsom visas på figur 2 är den laminerade kroppen ytterligare för- bättrad. I alla händelser där snabb expansion skulle äga rum redan vid låga temperaturer och där ett initialskydd av basen 1, i detta fall trä täckt med plåt 5, skall åstadkommas, anbringas skumbildnings- skiktet 3b och det hämmande skiktet 2c emedan de andra skiktet 2a, 3a och 2b har samma funktioner som beskrivits ovan. Emellertid är skum- bildningsskiktet 3b och det hämmande skiktet 2a tunnare för att främja initial expansion. Samtidigt förhindrar de alltför höga och alltför snabba spänningar på det huvudsakliga skumbildningsskiktet Sa. Till- sammans med de hämmande skikten leder detta till en likformig bildning av de önskade fina luftporerna.

Detta arrangemang resulterar i en ytterligare fördel, på grund av att det hämmande skiktet 2b har en dubbel funktion, nämligen en expan- sionsåterhållande eller hämmande effekt på de näraliggande skumbild- ningsskikten 3a, 3b. Det hämmande skiktet 2a har en motsvarande dubbel funktion. De hämmande skikten 2a, 2b, 20 är försedda med flingliknande utfyllnadsmaterial 6.

I händelse av brand erhålles alltid starka, glasartade hårda skikt av betydande stabilitet mot yttre påverkan. Alla yttre hämmande skikt 2b och 2c respektive, kan också avslutas genom ett skyddande skikt vilket speciellt bör vara vattenavstötande och som också bör vara effektivt mot påverkan genom ofog. Lämpliga material är polyuretaner av alla slag, i huvudsak polyestrar av adipinsyra, ftalsyraanhydrid, triol och 80 % diol i etylenglykolacetat tillsammans med aromatiska diisocyanat- blandningar (Desmodur VPKL Bayer A.G.).

Sammansättningarna hos de olika skikten skall beskrivas nedan, vari det bör noteras att förfarandet kan genomföras med alla brandskyddande system med olika basprodukter och att alltså arten av basproukter kan skilja från ett skikt till nästa. 10 15 20 25 30 35 De 465 311 hämmande skikten 2a, 2b, 2c är sammansatta som följer: Komponent A: a) b) C) d) f) De de VE 3100/SE/A (epoxihartsemulsion från Rütgerswerke AG) 100 viktsdelar MF 910 (icke mjukgjord fullt alkoxilerad melaminharts från Hoechst AG) 10 víktsdelar Antiblaze 78 (klorofosforester från Mobil Oil AG) 15 viktsdelar glimmer 4,5 viktsdelar titan RD 2 4,5 viktsdelar glasfibrer EC 10 (från Vetrotex AG) 20 viktsdelar flytande produkterna blandas först och därefter tillsätts fasta ingredienserna, varvid glasfibrerna tillsättes sakta medelst en upplösare.

Till varje kg av blandningen tillsätts därefter genom upp- lösare 200 g glimmer och 30 g aerosil R 805 liksom 100 g etanol eller annat lösningsmedel.

Komponent B: a) VE 3100/SE/B (sammandragande härdare från Rütgerswerke AG) 40 viktsdelar 465 511 10 15 20 25 30 35 b) S 3111 (härdarsystem från Odenwald Chemi GmbH) 30 viktsdelar c) EC 10 (från Vetrotex AG) 10 viktsdelar '4 Till 1 kg av komponent B tilsätts ytterligare 30 g av aersil R 805, 200 eller, respektive 250 g glimmer och 100 g etanol.

Blandningen omröres åtminstone l timme med långsam tillsats av EC 10 via upplösare eller trevalsblandare.

Blandningsförhållandet mellan komponent A och komponent B är 2:1 víktsdelar.

Expansionsstyrningseffekten hos det hämmande skiktet kan varieras på olika sätt. Detta görs t ex genom att variera basmaterialet hos komponent A, a), viktsförhållandet inställs till mellan 70 och 30 víktsdelar. Med 30 viktsdelar av a) bör det "stabiliserande utfyllnadsmaterialet" såsom glimmer eller pastorit fördubblas.

I händelse av brand bildar de olika komponenterna ett starkt vidhäftande skikt av kol, glas, glimmer och aerosil, vilket börjar sintra vid en brandtemperatur på 900°C och därvid återhåller expansion, dvs tjockleken på skumbildningsskiktet. b) Samma effekt kan uppnås genom tjockleken på det hämmande skíktet. Det rätta valet vad beträffar sammansättning och tjocklek på det hämmande skiktet måste göras för varje användningsområde.

Prímerskiktet 4: Detta skikt har följande sammansättning: 10 15 20 25 30 35 465 311 Komponent A: a) b) g) VE 4001 (epoxihartsblandning A/F inkluderande novolak, framställd av Rütgerswerke AG) 45 viktsdelar MF 910 (melaminharts liksom den första komponenten A b) från Hoechst AG) 2 viktsdelar VVE (stabilisator från Rütgerswerke AG) 2 viktsdelar vatten 2 viktsdelar pentaerytrit 18 viktsdelar Phoscheck P 30 18 viktsdelar Antiblaze 78 (klorofosforester från Mobil Oil AG) ll viktsdelar titan RD 2 2 viktsdelar glimmer 2 viktsdelar Till 1 kg av denna blandning tillsättes ytterligare 10 Vikts- delar av Aerosil R 805 och 50 viktsdelar glímmer, och som lösningsmedel tillsättes en blandning av 60 viktsdelar metylenklorid och 40 viktsdelar toluen. 465 511 Komponent B: a) VE 4001 b (härdare till en aminosammandragare och polyamidamin från Rütgerswerke AG) 5 16 viktsdelar b) vatten 2 viktsdelar 10 o) Dicyandiamit EH (SKW Trostberg) 3,2 viktsdelar d) Aerosil R 805 (från Degussa AG) 0,4 viktsdelar 15 Komponenterna A och B är blandade i ett förhållande på 4:1.

För att kunna appliceras genom sprayning krävs endast en liten mängd av den upplösta sammansättningen, medan däremot en viss mängd måste användas vid penselpåstrykning. 20 För en god vidhäftning till basen 1 och för hög hållfasthet vid lastupptagning beroende på de övre skumbildningsmedel- lagren, bör detta primerskikt 4 anbringas i två steg. Ett intervall på åtminstone 24 tim bör förflyta mellan det första 25 och det andra påförandet. 3. Skumbildningsmedelsskikten 3, 3a, 3b: Komponent A: 30 a) OS 98 (epoxinovolackblandning inkluderande upplösare S från Rütgerswerke AG) 44 viktsdelar 35 b) Maprenal 980 (Hoechst AG) 4 viktsdelar 10 15 20 25 30 35 h) 465 511 MF 910 (melaminharts från Hoechst AG) 6 viktsdelar Exolit 454 (aktiverad ammoniumpolyfosfat från Hoechst AG) 20 víktsdelar pentaerytrit 15 viktsdelar glimmer 4,5 víktsdelar titan RD 2 4,5 viktsdelar Antiblaze 78 (klorofosforester från Mobil Oil AG) 12 viktsdelar glasfibrer EC 10 (från Vetrotex AG) 20 viktsdelar Till 1 kg av komponent A är också tillsatt 35 viktsdelar Aerosil R 805 och 700 viktsdelar etanol.

Andelen etanol kan ökas eller minskas beroende på yttre temperatur, beroende på om penselbeläggning eller sprayning användes.

Komponent B: a) b) polyamidoamid 85 viktsdelar aminsammandragare 10 viktsdelar 465 311 10 15 20 25 30 35 lO c) amin H91 (från Rütgerswerke AG) 5 viktsdelar Till hundra delar av denna blandning är också tillsatt 300 g vi' glimmer och 25 viktsdelar av ytterligare aminsammandragare.

Blandningen rörs sakta ned med upplösare i andra ingre- dienser, företrädesvis med ytterligare lO g Aerosil R 805 eller motsvarande viktsandelar av Sylodex 24 eller en benton eller bentonít, respektive. Materialet som expanderar då det utsättes för värme är blandat i ett förhållande mellan komponent A och komponent B på 4:1.

I alla exempel har harts och härdare från Rütgerswerke AG an- vänts. Dessa kan emellertid ersättas av produkter från andra företag såsom Bayer, Hoechst, Schering, Ciba-Geigy, Dow.

Vid påförande av skumbildningsmedelsskikten är det att rekommendera att snabbt applicera de olika lagren på varandra. Särskilt epoxi- hartserna med de förutbestämda härdarna har en längre bearbetbar tid, vilket är att föredra t ex vid penselbeläggning. Det har emellertid vidare blivit möjligt, att uppnå utmärkt fördelning av de expanderbara blandningarna med hjälp av högtrycksmaskiner och särskilt sprutpisto- ler som har separat tryckluftsförsörjning. Särskilt i de fall av tillämpningar där arbetsoperationerna inte bör avbrytas, måste snabbt arbete garanteras.

Hittills har det inte funnits någon lämplig accelerator för epoxiharts innehållande aminer. Överraskande har det varit möjligt att finna en sådan accelerator för det föreliggande systemet, vilken använder aminer och respektive, polyamider eller amidoaminer. .y Den accelerator det rör sig om är en polymerkaptanharts som användes i kombination med härdarna. Det minsta merkaptanantalet skall vara 3,3, och konsistensen skall vara ca 15000 mPA (vid 20°C). Hartset är en vattenklar, färglös vätska. Polymerkaptanerna reagerar snabbt med 10 15 20 25 30 35 465 311 ll epoxihartserna. Reaktionerna äger rum både i tunna och tjocka skikt och börjar också vid låga temperaturer. En tillsats på 25-35 % är möjlig utan att påverka funktionen, i speciella fall upp till 75 %, av den totala mängden, kan även användas.

Det specificerade förfarandet öpppnar ett vitt fält för tillämpningar, genom att alla svåra problem med ett expanderbart material har lösts och skumstruktur och höjd (skikttjocklek efter expansion) är för- bestämda för varje tillämpning. Någon avvikelse från de ansatta värdena är praktiskt taget omöjlig, och en en gång åstadkommen brand- motståndskraft garanteras direkt från början. I kraft av sammansätt- ningen är det också möjligt med hjälp av förfarandet att eliminera all osäkerhet som funnits hittills när man passerar genom det termoplas- tiska området hos en harts, på grund av kombinationen med ett material vilket, då det utsättes för värme, inte påtagligt expanderar eller expanderar endast sakta och ett material vilket är i högsta grad expanderande då det utsättes för värme, och tillåter ett snabbt passe- rande genom detta stadium. Det är därför möjligt att förhindra expan- sionsskiktskombinationen från att avskiljas från basen eller andra skikt, och en hög grad av brandmotståndsförmåga uppnås vilken varar upptill 120 min med dírektvärmning.

Tillämpningsområden är t ex stålkonstruktionsenheter och andra metall- delar; vidare också alla slags trä. Möjligheten till en god brandhäm- mande effekt är uppenbar både för inomhus och utomhustillämpningar såsom petroleumanläggningar eller off-shore plattformar. Ett viktigt kännetecken är den stora utbytbarheten av några av komponenterna; glas kan utbytas t ex mot andra fibrer. Det är också möjligt att nyttiggöra uppfinningen i militära konstruktioner.

Claims (9)

465 511 10 15 20 25 30 35 /Q PATENTKRAV

1. Brandhämmande laminerat element bestående av åtminstone ett skumbildningsmedelsskikt, som kan skumma upp vid höga temperaturer, och åtminstone ett ytterligare i förhållande till det första skiktet näraliggande stabiliseringsskikt, som erhåller en relativt stabil struktur vid höga tempera- turer, k ä n n e t e c k n a t av att stabiliserings- skiktet (2) hämmar eller begränsar skumbildningen hos skumbildningsskiktet (3) på så sätt att detta skikt efter uppskumningen av skumbildningsskiktet (3) uppvisar en relativt stabil och stel skumstruktur med ringa por- storlek.

2. Laminerat element enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att stabiliseringsskiktet (2) uppvisar kolfibrer såsom utfyllnadsmaterial.

3. Laminerat element enligt krav 1, k ä n n e t e c k - n a t av att stabiliseringsskiktet (2) uppvisar kvarts- fibrer, stålfibrer och/eller borfibrer.

4. Laminerat element enligt kraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att stabiliseringsskiktet uppvisar blad- och/eller fiberformiga utfyllnadsmaterial, bestående av aromatiska polyamider, av aromatiska diaminer och arylendikarboxylsyror.

5. Laminerat element enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att stabiliseringsskiktet (2) endast begränsar uppskumningen av skumbildningsmedelsskik- tet (3) till hälften av den icke hindrade uppskumningen. i:

6. Laminerat element enligt något av de tidigare kraven, k ä n n e t e c k n a t av att stabiliseringsskiktet (2) har approximativt två till tre gånger så stor skikt- tjocklek som det tillhörande skumbildningsmedelsskiktet (3)- 10 15 20 11? 465 31"!

7. Laminerat element enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att skumbildningsskiktet (Sa) resp stabiliseringsskiktet (2a, 2b), som är vänt mot basen (1) som skall skyddas, har större tjocklekar än skumbild- ningsmedelsskiktet (3b) eller stabíliseringsskiktet (2a, 2b) som är vänt från basen (1) som skall skyddas.

8. Laminerat element enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a t av att skumbildningsmedelsskiktet (3) och/eller stabiliseringsskiktet (2) uppvisar hydrofil epoxiharts respektive vattenhaltiga epoxíhartsemulsioner.

9. Laminerat element enligt krav 8, k ä n n e t e c k - n a t av att skumbildníngsmedelsskiktet (3) och/eller stabiliseríngsskiktet (2) uppvisar en andel av polymer- kaptanharts som uppgår till mellan 25 och 75 %.