TW394727B - Reinforced composition for protection against hyperthermal heating - Google Patents

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A6 B6 經濟部中央搮準局貝工消费合作杜印製 五、發明説明（i ) , 發明之領域 本發明偽阕於用來抗拒熱掻限及火焰之条統。其待別有 關於可防護下面基材之条统。其亦蘭於提供該項防護之方 法。 發明之背景 希望能防護基材避免遭受熱及火焰之狀況包括，例如， 防護靜態結構如石油儲存槽、化學生産設備、電纜托盤及 結構鎊以避免火之散佈以及防護蓮输設備如油槽及機艙避 免逋受相同危險。 許多應用於上述情況之熱防護塗佈組合物及条统為已知 者。苕干組合物為泡沫髏被動绝線組合物，其僅藉其低導 熱性及其塗佈厚度而發揮防護作用。此等組合物包括泡沫 瘳合劑或膨脹的矽酸鹽。本發明與此等条統無関。 其他組合物提供活性熱防護作用。有些膨脹物在加熱時 在基材上方形成一厚閉孔防護層。其包括矽酸a溶液或磷 酸銨塗料或组合物如奈爾生（Nielsen)等人之美國專利 268007 7號或卡普蘭（Kaplan)之美國專利3 28 4216號所掲示 者。其他活性熱防諶組合物包括可在預定溫度下昇華之成 份，如費德曼（Feld nan)之美國專利302219 0號所掲示者。 费德曼之美國專利3849178號掲示之活性熱防護组合物特 別有效；當逹到熱搔限時，此等組合物均發生吸熱性相改 變及膨脹成一連缅多孔性基質。本文所用之「活性熱防護 作用」意指熱防護組合物藉膨脹或藉高吸熱性改變或二者 回鼷熱掻限。 .........................................Γ…，：.......... ..............裝......................訂.....................線 f诗先《讀背面之注意事項再填窝本頁} 本紙張尺度遇用t國鼷家搮準（CMS)甲4规格（210X297公*) 3 Λ7 B 7 (f 3 卜 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、 發明説明 ( 2 ) - 1 1 各 種 方 法 及 結 構 已 被 使 用 或 提 出 f 應 用 於 此 等 熱 防 m 1 1 塗 佈 組 合 物 〇 最 常 用 的 方 法 是 將 組 合 物 直 接 胞 加 至 基 材 而 1 1 無 附 加 的 結 構 〇 然 而 t 對 於 許 多 應 用 — 強 化 材 料 如 m 維. ^-V 請 I 1 玻 璃 片 或 線 .網 被 埋 入 塗 佈 組 合 物 内 Μ 強 化 組 合 物 並 防 止 閱 背 1 I 組 合 物 在 過 度 振 動 如 爆 炸 或 地 m 之 狀 況、 或 在 火 焰 或 熱 極 1¾ 之 1 注 | 限 之 狀 況 下 破 裂 或 自 基 材 脫 m 0 當 組 合 物 之 厚 度 超 過 約 意 項 1 .1 / 4 时（4 丨nm )或， 當 組 合 物 於 一 標 準 Am 焼 試 驗 中 在 超 過 約 1/2 再 填 它 .! 小 時 下 進 行 評 估 時 強 化 被 發 現 特 別 重 要 0 此 方 法 之 例 被 本 頁 1 掲 示 於. 費 德 S' 之 美 画 專 利 302 2 1 9 0號 畢林（B i 11 in S)等 人 '—^ 1 1 之 美 國 專 利 3 9 1 3 2 9 0 號 卡普蘭之美國專利3915777 號 及 舉 1 I 林 等 人 之 美 國 專 利 4 0 6 9 0 7 5 號、 有時組合物首先被施加- 1 訂 強 '化 結 構 如 撓 性 帶 或 撓 性 線 網 而 組 合 结 構 被 施 加 至 基 材 〇 此 法 之 例 被 揭 示 於 費 德 曼 之 美 國 專 利 3022 1 90 號 培德 1 1 羅 (P e d 1 〇 W ) 之 美 國 專利 4 0 1 8 9 6 2 號 彼得生（Pe t e Γ S on )等 1 1 人 之 美 國 專 利 4064359號 卡斯脫（Ca s t 1 e )之美國專利 1 4276332號 福萊爾（Fr ye Γ ) 等 人 之 美 國 專 利 4292358號及 1 I 費 德 曼 之 美 國 專 利 4493945號 〇 在此等最後述及之系統中 Ί t 強 化 結 構 之 巨 的 為 強 化 所 得 之 組 合 且 容 許 其 施 加 至 一 1 1 基 材 而 不 用 直 接 噴 灑 Λ 塗 抹 或 塗 佈 未 固 化 的 塗 佈 組 合 物 在 1 1 基 材 上 0 1 I 在 任 何 上 述 方 法 及 结 構 中 » 多 重 層 時 常 被 胞 加 至 基 材 I I 提 供 額 外 的 防 護 作 用 〇 1 然 而 ,強化結楢於活fi 栏熱防護組合物中之使用尚未完全成 1 1 功 〇 埋 入 活 性 熱 防 護 組 合 物 内 之 缴 維 玻 璃 片 被 發 現 因 熱 而 1 1 本紙張尺度適用巾國國家標枣（CNS)A4坭格（210X 297公雄）-4· jfc t： π

?多正W Α6 Β6 經濟部令央揉準局员工消费合作社印製 五、發明説明（3 ) 易碎，而包埋其之組合物會在燃燒狀況下破裂及脱落。矽 酮織物亦有類似問題。金屬網很難被施加；其通常需要飾 釘將其安裝在下面基材上，而網目之硬度，使之很難形成 並作業。甚者，已知条統及方法對特定重量之防護組合物 而言，在防護期間上並不如預期般有效率。效率特別重要 ，因為在許多應用中，重量或體積均受到簌格限制。 發明之概述 本發明之一目的為提供用來提供一種對超熱狀況之防護 比已知条統及方法更有效之条統及方法； 另一目的為提供適於廣泛應用之条统及方法；及 又一自的為提供容易實施又極有效的系統。 依照下面說明及附圖，熟悉此技藝之人士當可更加明白 本發明之其他目的。 依照本發明，一般而言，提供用來防護超熱加熱之糸統 其包括一活性熱防護組合物及一埋入組合物内布料之多孔 層，布料包含一可保形、非自承式、高溫、高散發率之材 料。 較好是，布料由具有耐熱性之磺質材料，所形成。最好是 材料為派克（Parker·)等人共有專利4687785號所示並請求 之一般類型之石墨或磺聚合物。熱解性石墨持佳，但目前 其為昂貴材料。 較好是，布料為一稀鬆組锇，具有每时4至200開口之網 目。較好是，布料具有重量為每平方碼至少0.5oz(毎平方 米17公克），最佳為每平方碼至少1·0οζ(@平方米34公克） (請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) -裝 .訂. 本紙張尺度遇用中國國家樣準（CNS)甲4规格（210x297公:¢) 5 經濟部中央樣準局貝工消费合作社印製 A6 _,_^__ 五、發明説明（4 ) 。亦佳的是，布料由多重織維纱線所形成。 布料亦可被形成為一連鑛或封閉式組鏃Η材，具有穿孔 形成於材料内，但此項配置被發現為遠劣於稀鬆組織材料 之使用。 小孔之大小及布料之厚度偽由特定糸統之待性及条统之 用途而定。布料應為強固至足以防止組合物在熱與衝擊極 限下會破裂，而小孔應為大至足以讓未固化組合物流出。 活性熱防護組合物可包括可造成塗膜膨脹之組份並在暴 露至熱時提供一防護氈，或其可包括一組合物，其發生吸 熱性改變而産生氣體。較好是，組合物可膨脹並包括一會 吸熱相改變之組份，如費德曼之美國專利3849178號所述 者，其被併入作參考。 在若干較佳具體例中，磺主鍵之布料覆蓋有第二層之活 性熱防護組合物。為了提供較長時間防護，S —件碩主鍵 之布料被施加在第二層之活性熱防護组合物上，而第三層 之防護組合物被施加在第二件布料上作為最後層。 本發明之条統被發現在相同高溫及高剪力測試條件下所 提供之防護較纖雒玻璃強化条統長約20至30¾。因此，相 同厚度之組合物可提供較大熱防護，而不會犧牲組合物之 物性。另外，組合物之厚度及重量可被減少而不會犧牲熱 防護。 在一具體例中，糸统偽藉直接施加第一層之活性熱防護 組合物至基材，然後棍壓或擠壓於多孔布之一層内，然後 施加另一層之組合物而實施。多重層可藉交替地施加组合 ....................................…：：..........................裝......................訂...................：-線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中鼷a家標準（CNS)甲4规格（210X297公*) β 經濟部中夬樣準局貞工消费合作社印製 A 6 B6 五、發明説明（5 ) 物及多孔布而形成。 在另一具體例中，石墨或磺聚合物布料以一形式被放置 ，組合物被施加至成形布料，使其延伸過布料之組織，然 後，固化組合物/布料之組合以一單元被施加至基材。在 此具體例中，組合結構較好具有上述費德曼之美國專利 4 4 9 3 9 4 5號所示之形式，間隔物被一體形成於布料内。此 法産生一較費德曼之美國專利4493945號者更輕又更有效 之結構。在所有此等例中，布料較好是埋在活性熱防護組 合物之熱接受面之下方。 另一方法為將活性熱防護組合物施加至桁架核心石墨或 碩聚合物布料之内側。使用活性熱防護組合物作為三因次 布料条統如桁架核心条統内之填料為本發明之另一態樣。 在此具體例中，高溫、高散發率布料桁架核心結構之外表 面可被直接暴露至熱，或熱容納面可覆蓋有一活性熱防護 組合物之最後塗層。該組合件可被用作獨立之結構構件。 由下述較佳具髏例可更加明瞭本發明之其他態樣。 附圖之簡單說明 在附圖中，圖1為由直接施加至基材之本發明熱防護条 統所防護之基材之局部剖.面之槪略斜視画。 圖2為當進行標準燃燒試驗時，圔1条統之時間一溫度曲 線圖。 圖3為對應於圖1但使用線網強化之糸统之時間一溫度曲 線比較圖。 圖4為對應於圖1但使用鐵維玻璃強化之集統之時間-溫 本紙張尺度適用中國囷家標準（CNS)子4规格（210X297公*)~7 .........................................r-.i--------............-..............................訂....................- (請先閱讀背面之注意事項再填窝本頁) A6 B6 五、發明説明（6 ) 度曲線比較_。 圖5為一由本發明熱防護条统防護之管狀鏑結構構件之 剖面圖。 圖6為一由本發明熱防護条統所防護之棵之剖面圖。 圖7為一施加至基材之本發明之預成形自承式条統之剖 圖8為一施加至基材或作為獨立結構構件之本發明桁架 核心条統之剖面圖。 較佳具體例之說明 下列實施例例示本發明之条統及方法，以及其與習知糸 統及方法比較之性能。 實施例1 本發明之熱防護糸统偽藉施加一活性熱防護塗膜至一銷 基材，二者皆發生吸熱相改變並膨脹以形成一連續多孔性 基質。該組合物之例如下： 重量％ 經濟部令夬搮準局貝工消費合作社印製 六羰基銷 60 環氣樹脂 15 聚硫化物聚合物 15 無機缕維 10 ................................—...........r……！'...........................裝......................訂--............『線 J. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 當組合物仍保持_粘性時，一片稀鬆組雜石墨布料以一 標準棍捲入組合物之表面内。稀鬆組織石墨布料具高度撓 性及保形性，且覆蓋在邊緣上。第二層之活性熱防護组合 本紙張尺度適用家棋準（CNS)甲4规格（210x297公;¢)~~ 經濟部中夬櫺準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（7 ) 物被噴灑在布料上，覆蓋布料。条统被固化並提供較使用 _維玻璃布或金靥網取代石墨布製成之類似糸统更佳之耐 火性。 實施例2 使用圖1所示之糸统進行糸統之正式試驗。如圖1所示， 条統1包括一基材101，對其施加一底漆103、一活性熱防 護組合物之塗膜105、一強化層107(石墨布）、活性熱防護 組合物之第二塗膜109、一第二強化層111及一活性熱防護 组合物之第三層113。 在此試驗中，製備三個相同樣品，不同處僅在於以稀鬆 組織石墨、線網及绻維玻璃布作為強化材料之使用。石墨 布為稀鬆組織稀布，具有每平方碼重量為1.6oz (每米55公 克）及毎吋6個網目（每米約236値開口）組織。金靥纲為1/2 时（每米約80値開口），19織針號，鍍鋅鋼織品。纖維玻璃 布為一機織的，每时6個網目（每米約236値開口）布料，具 有每平方碼重量為19oz (毎平方米約65公克）。 在此等試驗中活性熱防護組合物為一種二成份、以環氣 樹脂1/2主體之熱活化塗膜，當暴露至火焰或熱極限時， 其在固定溫度下揮發並藉由形成開孔基質而顯示體積小幅 增加，以及吸收及阻隔熱以防護基材。组合物包括一多官 能醇、1,3,5 -三唞-2,4,6 -三胺、環氣樹脂及含有二硫化 物鍵聯及可固化末端硫醇基（聚硫化物）之雙-(伸乙氣基） 甲烷之聚合物。組合物具有標稱式如下： {請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度適用中aa家標準（CNS)甲4规格（210X297公釐）9 A6 B6 五、發明説明（8 ) 重量* 三聚氡胺 5 聚磷酸銨 25 季戊四醇 10 環氧樹脂 30 聚硫化物 2Θ 玻璃缕維 5 觸媒 5 經濟部中夬櫺準局員工消費合作社印製 所有試驗中之基材為1呎X 1呎（0.3米平方）χ 6. 5毫米厚 鋼板。在各板之背面上安裝4個熱電偶（標示為C5-C8), — 健在板之各象限之中心。試驗樣品偽由均勻地埋入活性熱 防護组合物内之二層待定強化材料所組成。此被示於圖1 ，其中僅以石墨布為例；金屬網及鐵維玻璃可以相同方式 完成。活性熱防護組合物之總厚度在各情況為18毫米。試 驗樣品皆被容許在燃燒試驗設備内試驗前予以固化。 試驗設備每平方米産生熱通量約為325千瓦，而溫度在 900與 1100t：之間。 試驗用之限制溫度為752T(400t：)之平均背面溫度，其 在石油工業中之防護結構銷之領域内為標準者。 三種条統之比較性能被示於圖2至4。其結果變化很大。 試驗结果亦槪述於下表1: .................*..........................^…：.........................裝.......................^....................線. t請先Μ讀背面之注意事項再填窝本頁)

本紙張尺度逍用中翳圉家標準（CNS)甲4规格（210x297公釐）t Q 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 Α6 Β6_ 五、發明説明（9 ) ^ 溫度T 時間 石 墨 综 網 繼維玻璃 分鐘）平均值最大值 平均值最大值 平均值最大值 OOOOOOOOQOWO {123^5678901 11 11 58 131 222 290 352 415 477 539 592 642 724 843 S229307387469541606654692735918 64007989 8 5 417571 1- ^ 3 3 4 5 8 92335114 86543501 12 3 4 5 7 9 -36<^7^054j -63^965922 12234578 44991^246 νδφ 310Φ587 12345679 熟悉此技籙之人士對本發明之熱防護条统及方法作各種 改變。 舉例而言，如圈5所示，基材可為管狀柱203,而活性熱 防護組合物205直接施加至柱之表面而單一件207之稀鬆組 嫌石墨雜物強化物，埋入組合物内並圍繞整傾柱。 如圖6所示，基材可為Η-樑303,而4件稀鬆组織石墨布 307可延伸過凸绨之外面並圍境其邊緣；在此具體例中， 布料強化在探之腹板内完金省略。活性熱防護組合物305 圍繞溧施加在石墨布上、下方。 ..........................................…Γ·:ί'·Γ:.:ί :: .裝…::::·:··:ί 線.Γ: {請先閲讀背面之注意事項再填窝本頁) 本紙張尺度遴用t國國家揉竿（CNS)甲4规格（210x297公;¢) 1 i A6 五、發明説明（：！ Ο ) 如圖7所示，費德曼之美國專利4493945號所示類型之預 成形自承式結構可藉取代本發明之石墨或碩聚合物布料以 該專利之金颶網而形成，石墨或碩聚合物布料407偽以具 有對應於最後结構之脊之横向槽溝構形被放置布料容易符 合構形之形狀，特別當活性熱防護组合物405被施加之。 熱防護組合物被噴灑在布料上，使其延伸過布料之組織， 而組合物被容許固化。然後，組合物/布料組合結構401 以一單元被施加至基材。 如圖8所示，本發明之系統亦可以本身為結構構件之自 承式結構應用。在此具體例中，桁架核心織品被使用，其 具有二Η稀鬆組織石墨布507,由相同材料所形成之波狀 物508整合機織連接在一起。波狀物分佈於材料之横向。 藉擠壓將活性熱防護組合物5 03導入波狀物中。組合物打 開波狀物，當固化時形成一對超熱狀況具顯箸抗性之結構。 各種其他活性熱防護組合物可被使用於任何例示性具體 例中，或其他在所附申請專利範圍之範圍内，包括本文所 述之活性熱防護組合物。石墨或其他含低量氫之碩質布料 可以其他方式如藉點粘附、釘住等直接貼附於基材而施加 。此等改變僅為例示性。 ............................................-1 '...........................裝......................訂...................線------ (請先W讀背面之注意事項再填窝本頁) 經濟部令夬搮準局貝工消费合作社印製 本紙張尺度遴用中S國家標準（CNS)甲4规格（21·0χ297公釐）| g

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局男工消費合作社印策 394727 > ,ϋ ΐ as 86.12.-8 • 戠A/W/i 修正本 " — 1 "— 嘿·丨~~<;-^~ ""1 七、申請專利範圍 1 . 一種用以防腾超熱加熱之強化組合物，含有一活性熱 防護組合物及至少一層埋入該防護組合物内之多孔布料， 其特徵為，當暴露於熱極限時，該組合物發生吸熱相改變 及膨脹成一連缜多孔性基質，且該布料含有石墨材質，該 強化組合物在高溫及高剪力條件下所提供之防護時間比玻 璃纖維材料布料等類似組合物至少長20¾。 2 .如申請專利範圍第1項之強化組合物，其中布料含有 機織之多纖維石墨妙線。 3 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中布料為 可被造型且非自承式者。 4.如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中布料為 具有每时4至200個開口之網目者。 5 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中布料強 至足K防止該防護組合物在熱及衝擊限度下之破裂*並包 括大至足Μ容許未固化之防護組合物滲出之小孔。 6 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中該防護 組合物之厚度至少為1 8毫米。 7 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中該防護 組合物包括一環氧樹脂及一暴露至超熱狀況時會進行吸熱 相改變之組份。 8 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中布料具 有重虽為每平方碼至少0 . 5 ο ζ.者。 9 .如申請專利範圃第3項之強化組合物，其中布料具有 重量為每平方碼至少1.0 οζ.者。 --I------ -----訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度逋用中國國家橾隼（CNS > A4说格（2〖OX297公釐） -1-

   經濟部中央標準局只工消费合作社印裂 I Ο ·如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中該活 性熱防護組合物包括至少一組分，該組分暴露至超熱狀況 時會進行吸熱改變而產生氣體。 II .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物*其中該防 t 護組合物被施加至一基材者。 1 2 .如申請專利範圍第11項之強化組合物，其中該防護 組合物被直接施加至一欲防護之基材者。 13. 如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中該布 料及該防護組合物形成一自承式结構者。 14. 如申請專利範圍第13項之強化組合物，其中结構包 括完全隔離物形成於其内者。 15. 如申請專利範圍第13項之強化組合物，其中該防護 組合物被包覆於一由二片彼此隔開之布料所形成之结構内 者。 1 6 .如申請專利範圍第1或2項之強化組合物，其中該布 料被貼附至一與防護組合物無關之基材者。 1 7 . —種用K防備超熱加熱之強化組合物，包含一由波 狀片連接之二片布料所形成之外骰，及在該二片布料中之 空間之活性熱防護組合物，其特徴為，該防護組合物填滿 該二片布料間之空間，且當暴露於熱極限時，該防護組合 物進行吸熱相改變及膨脹成一連績多孔性基質，且該布料 含有石墨材質。 ------Llr* ·裝------訂-------終 μ - (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙浪尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4说格（210X297公釐） 。 -2-