DE69424403T2 - Feuerfeste Platte und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents
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Description
- In ihrem allgemeineren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Platten oder ähnliche Strükturen, die feuerfest und als Bestandteile von Trennwänden oder Möbeln verwendbar sind.
- Außerdem bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Platten, die zur Herstellung von Trennwänden und Möbeln für Schiffe oder Flugzeuge geeignet sind, sowie auf Platten, die durch dieses Verfahren erhalten werden.
- Auf dem Gebiet der Möblierungseinrichtung für Flugzeuge und Schiffe, insbesondere für Handelsschiffe, besteht ein großer Bedarf an Strukturelementen, wie Schotten und Möblierungselementen aus feuerfesten Materialien, die keine Flammen durchlassen und eine Barriere für die Ausbreitung von Wärme bilden, ohne Rauch oder giftige Dämpfe abzugeben.
- Die für diesen Zweck verwendbaren Materialien müssen sehr präzisen und häufig sehr strengen Anforderungen genügen, die in den in verschiedenen Ländern geltenden Gesetzen dargelegt sind. In Italien sind diese Anforderungen zum Beispiel durch die Regeln des italienischen Schiffsregisters (RINA) festgelegt, die in Übereinstimmung mit durch die SOLAS-Übereinkunft 74(83) aufgestellten, internationalen Sicherheitsstandards für die Schifffahrt erstellt wurden.
- Zusätzlich zur Erfüllung dieser Hauptanforderung zielte die Forschung einige Zeit auf das Finden von Materialien ab, welche die Fertigung von Strukturelementen, einschließlich selbsttragenden Elementen, mit geringem Gewicht und geringem Volumen ermöglichen, die mit einer Maschine leicht zu bearbeiten sind, so dass sie sehr vielseitig hinsichtlich ihrer Verwendung oder Anwendungen sind.
- Es ist bekannt, dass diese Forschung bis heute Resultate erzielt hat, die nicht völlig akzeptabel sind, da die vorgeschlagenen Materialien im allgemeinen die vorstehend aufgelisteten Hauptanforderungen nicht erfüllen.
- Das Problem an der Basis der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine feuerfeste Platte bereitzustellen, die für die Herstellung von Trennwänden und Möblierungen für Schiffe und Flugzeuge geeignet ist und alle vorstehend spezifizierten Eigenschaften aufweist.
- Dieses Problem wurde durch eine feuerfeste Platte gelöst, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
- Ein Phenol-Formaldehydharz, speziell ein Novolakharz, wird als das feuerfeste Harz verwendet.
- Die Verwendung des Novolakharzes LERIPHEN SM 1112 ist besonders vorteilhaft.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet die feuerfeste Platte wenigstens ein Element, das zwei derartige Schichten aufweist, zwischen die eine Honigwabenstruktur aus Aluminium eingefügt ist.
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung von feuerfesten Platten, die für die Herstellung von Trennwänden und Möblierungen geeignet sind und wenigstens eine Schicht aus Glasfasern beinhalten, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es folgende aufeinanderfolgende Schritte umfasst:
- - Gleichmäßiges Verteilen eines feuerfesten Harzes in Form eines lösungsmittelfreien Pulvers auf einer Schicht aus Glasfasern in Mengen von wenigstens 5 g pro 100 g der Glasfasern,
- - Komprimieren der Schicht und Aufheizen auf eine Temperatur, bei der das Harz weich wird, während einer ausreichenden Zeitspanne, um sein Erweichen zu bewirken,
- - weiteres Komprimieren der Schicht bei der Vernetzungstemperatur des Harzes, um die Schicht zu erhalten.
- Vorteilhafterweise ist das feuerfeste Harz ein Phenol-Formaldehydharz.
- Die Menge des auf der Schicht aus Glasfasern verteilten feuerfesten Harzes beträgt vorzugsweise zwischen 5 g und 6 g pro 100 g an Glasfasern.
- Der Schritt der Kompression und Erweichung des Harzes wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 80ºC bis 100ºC, bei einem Druck von 1,5 Atmosphären bis 2 Atmosphären und während 5 Minuten bis 7 Minuten ausgeführt, und der Schritt der Kompression und Vernetzung des Harzes wird bei einer Temperatur von 180ºC bis 220ºC, bei einem Druck von 1,5 Atmosphären bis 2 Atmosphären und während 5 Minuten bis 7 Minuten ausgeführt.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Kompressionsschritte dadurch ausgeführt, dass die Schicht zwischen die aufgeheizten Oberflächen jeweiliger Pressen angeordnet wird.
- Während der Kompression und Erweichung des Harzes werden die Oberflächen der jeweiligen Presse vorzugsweise auf 90ºC aufgeheizt.
- Während der Kompression und Vernetzung des Harzes werden die Oberflächen der jeweiligen Presse vorzugsweise auf 200ºC aufgeheizt.
- Ein Phenol-Formaldehydharz, das für das vorstehend beschriebene Verfahren besonders nützlich ist, ist das von der Firma Industrie Chimiche Leri hergestellte Novolakharz LERIPHEN SM 1112.
- Die feuerbeständigen Eigenschaften von Phenol-Formaldehydharzen sind seit einiger Zeit bekannt, feuerfeste Platten und Schichten, die unter Verwendung dieser Harze hergestellt werden und in der Lage sind, die vorstehend dargelegten Anforderungen zu erfüllen, sind jedoch nicht bekannt.
- Der Grund dafür muss der Tatsache zugeschrieben werden, dass diese Platten oder Schichten, wenn sie durch die üblichen Imprägnierungsverfahren auf der Basis eines Kontakts mit Lösungen des Harzes in organischen Lösungsmitteln hergestellt werden, gute feuerfeste und wärmeabschirmende Eigenschaften aufweisen, dass sie jedoch, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt sind, unvermeidbar Dämpfe und giftige Gase abgeben.
- Mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird stattdessen überraschenderweise festgestellt, dass eine perfekte Imprägnierung der Schichten aus Glasfasern mit dem ausgewählten feuerfesten Harz, insbesondere mit einem Phenol-Formaldehydharz, ohne die Verwendung jeglichen Lösungsmittels einfach durch Erweichen des in dem trockenen, pulverförmigen Zustand angebrachten Harzes ohne organische Lösungsmittel durch mäßige Kompression (1,5 Atmosphären bis 2 Atmosphären) zum Beispiel zwischen den Platten einer Presse erzielt wird, die während 5 Minuten bis 7 Minuten auf 80ºC bis 100ºC aufgeheizt werden. Unter diesen Bedingungen erlangt das Harz eine sirupartige Konsistenz und imprägniert die Fasern gleichmäßig.
- Ein zweiter Kompressionsschritt bei dem gleichen Druck, jedoch bei einer höheren Temperatur (180ºC bis 220ºC) zwischen den aufgeheizten Platten einer Presse während 5 Minuten bis 7 Minuten bewirkt eine Vernetzung des Harzes, was die Erzielung von Schichten ermöglicht, die nicht nur sehr gute feuerbeständige und wärmeabschirmende Eigenschaften aufweisen, sondern auch leicht zu handhaben sind, indem sie selbsttragend sind.
- Wenn zwischen zwei durch das Verfahren der Erfindung hergestellten Schichten mittels Verwendung von Fixierungsmitteln, wie einem feuerfesten Klebstoff, der bei hohen Temperaturen kein giftiges Gas oder giftigen Dampf abgibt, wie zum Beispiel der von der Firma EXCEL hergestellte Klebstoff Polyurethan XC 189 E oder der von der Firma DUNA-CORRADINI herstellte Klebstoff DUNAPOL SP 1500, eine Honigwabenstruktur aus Aluminium eingefügt wird, werden Platten erzielt, die bei der Herstellung von Trennwänden, Schotten und Möblierungselementen, wie Möbeln, insbesondere für Schiffe verwendet werden können.
- Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden aus der vorstehend beschriebenen Ausführungsform des Verfahrens sowie aus den Ergebnissen von Tests deutlicher, die mit durch dieses Verfahren hergestellten feuerfesten Platten und Schichten durchgeführt wurden und nachfolgend anhand eines nicht beschränkenden Beispiels angegeben sind.
- Ein Phenol-Formaldehydharz vom Novolak-Typ, das von INDUSTRIE CHIMICHE LERI unter der Bezeichnung LERIPHEN SM 1112 vertrieben wird, wurde gleichmäßig über einer 1,2 mm dicken Schicht aus Glasfasern in Mengen von 5 g pro 100 g Glasfaser verteilt.
- Die Schicht wurde dann auf einen Druck von 2 Atmosphären zwischen den Platten einer Presse komprimiert, die auf eine Temperatur von 90ºC aufgeheizt waren, um die Erweichung des Harzes und die vollständige Imprägnierung der Schicht mit dem Harz selbst zu bewirken.
- Die Komprimierung und die Erwärmung dauerten 7 Minuten, wonach die Schicht in eine andere Presse transferiert wurde. Hier wurde die Schicht auf einen Druck von 2 Atmosphären zwischen zwei auf eine Temperatur von 200ºC aufgeheizten Platten während 7 Minuten komprimiert, womit die Vernetzung des Harzes und die Bildung einer Schicht bewirkt wurde.
- Nach einer Abkühlung auf Umgebungstemperatur wies die Schicht eine Dichte von 1,35kg/dm³ auf und war zur Verwendung bei der Herstellung von feuerfesten Platten fertig.
- Die feuerbeständigen Eigenschaften der auf diese Weise hergestellten Schicht wurden durch einen Test überprüft, der in Übereinstimmung mit den RINA-Regeln und auch in Übereinstimmung mit internationalen Sicherheitsstandards für die Schifffahrt durchgeführt wurde, die durch die SOLAS-Übereinkunft 74(83) geregelt sind.
- Spezieller wurden mehrere durch das Verfahren der vorstehenden Ausführungsform hergestellte Schichten übereinandergelegt, bis eine 50 mm dicke Plattenlage erhalten wurde, wobei die einzelnen Schichten durch einen Drahtkäfig zusammengehalten wurden.
- Thermoelemente zur Messung der Temperatur wurden in der Mitte der Dicke der Plattenlage und an ihrer Oberfläche angebracht. Die so angeordnete Plattenlage wurde in einen Ofen eingebracht, der zuvor auf eine Betriebstemperatur von 750ºC +/- 10ºC gebracht worden war, und dann wurde die Temperatur in der Mitte und an der Oberfläche der Plattenlage ebenso wie die Temperatur indem Ofen während einer Zeitspanne von 20 Minuten detektiert. Außerdem wurde jegliches Auftreten von Flammen überprüft.
- Der Test wurde mit 5 Proben durchgeführt, was die in der folgenden Tabelle gezeigten Resultate ergab:
- in der Tof die Anfangstemperatur des Ofens repräsentiert, Tmax,f die maximale, von dem Ofen erreichte Temperatur ist, Tmax,s die maximale, an der Oberfläche der Plattenlage erreichte Temperatur ist und Tmax,c die maximale Temperatur in der Mitte der Plattenlage ist.
- Gemäß RINA-Standards darf ein feuerfestes Material zu einem maximalen Anstieg der Temperatur in dem Ofen von nicht mehr als 50ºC über der Anfangstemperatur des Ofens führen. Aus der Tabelle kann ein maximaler Anstieg von 42ºC abgeleitet werden (Tmax,f - Tof).
- Wiederum in Übereinstimmung mit den Regeln darf der maximale Anstieg der Temperatur an der Oberfläche der Probe die An fangstemperatur des Ofens um nicht mehr als 50ºC übersteigen; im vorliegenden Fall wird ein Anstieg von 35ºC festgestellt.
- Die RINA-Regeln geben außerdem an, dass bei Auftreten von Flammen diese nicht länger als 10 Sekunden andauern dürfen. Die dem Test unterworfene Plattenlage verursachte keinerlei Flammen.
- Schließlich betrug der Gewichtsverlust der Plattenlage am Ende des Tests 2,04% des ursprünglichen Gewichts, einiges unterhalb der Grenze von 50%, die durch die vorstehend erwähnten Regeln erlaubt ist.
- Die durch das Verfahren der Erfindung erzeugte Plattenlage kann zur Herstellung von feuerfesten Platten verwendet werden.
- Eine Ausführungsform derartiger Platten wird nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
- Fig. 1 ein schematischer Schnitt eines Teils einer feuerfesten Platte ist, die unter Verwendung der durch das Verfahren der Erfindung erzeugten Schichten hergestellt wurde.
- In der Zeichnung ist eine feuerfeste Platte gemäß der Erfindung allgemein mit 1 bezeichnet.
- Sie beinhaltet zwei flache, mit 2 beziehungsweise 2' bezeichnete Elemente, die einander zugewandt, parallel und durch einen Zwischenraum 3 getrennt angeordnet sind.
- Wenn die Elemente 2, 2' der Platte 1 in Trennwänden und Möblierungen zur Verwendung gebracht werden, werden sie von nicht gezeigten Rahmen getragen.
- Die Elemente 2, 2' weisen die gleiche Struktur auf, sind jedoch in wechselseitig spiegelbildlichen Positionen angeordnet. Daher wird im Folgenden lediglich die Struktur von einem der zwei flachen Elemente 2, 2' beschrieben.
- Das Element 2 beinhaltet zwei mit 4 beziehungsweise 5 bezeichnete Schichten, die einander zugewandt und parallel zueinander angeordnet sind. Die Schicht 5 zusammen mit ihrer entsprechenden Schicht des flachen Elements 2' definieren die Seiten der Platte 1.
- Zwischen den Schichten 4 und 5 befindet sich eine Honigwabenstruktur 6 aus Metall, vorzugsweise Aluminium, die mit beiden Schichten 4, 5 in Kontakt gehalten wird, wobei sie mit diesen verklebt ist und als Träger für dieselben dient.
- Außerdem befindet sich zwischen der Schicht 4 und einer weiteren Schicht 7 eine Matte 8 aus Aluminiumsilicatfasern. Die Schicht 7 zusammen mit ihrer entsprechenden Schicht in dem flachen Element 2' definieren den Zwischenraum 3.
- Die Schichten 4, 5 und 7 werden durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung erzeugt.
- Die vorstehend beschriebene Platte wurde einem Test hinsichtlich der Brandbeständigkeit zwecks Konformität mit den internationalen Sicherheitsregeln unterzogen.
- Speziell wies die der Prüfung unterzogene Platte die folgenden strukturellen Daten auf:
- Dicke der Schichten 1 mm
- Dicke der Honigwabenstruktur 10 mm
- Dicke der Matte 17 mm
- Dicke des Zwischenraums 10 mm
- Die Honigwabenstruktur, die Schichten sowie die Matte wurden mit dem durch die Firma EXCEL (Frankreich) hergestellten, feuerfesten Polyurethan-Klebstoff XC 189 E miteinander verklebt.
- Die Platte wurde vertikal zu der Öffnung eines Ofens angebracht, so dass diese Öffnung exakt verschlossen wurde und lediglich eine Seite der Platte den Flammen ausgesetzt war.
- Über die vom Ofen nach außen weisende Oberfläche der Platte hinweg wurden fünf Thermoelemente angeordnet, um deren Temperatur zu detektieren. Die gleiche Anzahl an Thermoelementen wurde in dem Ofen zur Messung von dessen Temperatur angeordnet.
- Die Temperatur innerhalb des Ofens wurde graduell über 30 Minuten hinweg mit einem vorgegebenen Gradienten erhöht, und gleichzeitig wurden die Temperaturwerte an der Oberfläche der Platte bestimmt, die vom Ofen nach außen wies.
- Aus dem Mittelwert der Anzeigen der fünf Thermoelemente wurden die folgenden Ergebnisse erzielt:
- Wie aus den vorstehend angegeben Daten ohne weiteres abzuleiten ist, besaß die unter Verwendung der durch das Verfahren der Erfindung erzeugten Schichten hergestellte feuerfeste Platte ausgezeichnete wärmeabschirmende Eigenschaften und verhinderte das Durchtreten von Flammen.
- Außerdem war die Platte am Ende des Tests unversehrt.
Claims (12)
1. Feuerfeste Platte (1) mit mindestens einer Schicht (4,
5), die bei einer Aufheizung auf 750º+/-10ºC für eine Dauer
von 20 Minuten keinen Anlaß zu einer Flammenbildung gibt,
wobei diese mindestens eine Schicht (4, 5) aus einer Lage von
Glasfasern besteht, die mit mindestens einem feuerfesten
Phenol-Formaldehydharz imprägniert sind, das frei von
Lösungsmitteln ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
dieses mindestens eine Phenol-Formaldehydharz und die
Glasfasern in einem Gewichtsverhältnis von 5 : 100 bis 6 : 100 stehen.
2. Feuerfeste Platte (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass das feuerfeste Phenol-Formaldehydharz ein
Novolac-Harz ist.
3. Feuerfeste Platte (1) nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass sie mindestens zwei Schichten (4, 5) aufweist,
die aus einer Lage von Glasfasern bestehen, welche mit
mindestens einem feuerfesten Phenol-Formaldehydharz imprägniert
sind, das frei von Lösungsmitteln ist.
4. Platte (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Element (2, 2') vorgesehen ist, das zwei
der Schichten (4, 5) mit einer dazwischen angeordneten
Aluminium-Bienenwabenstruktur (6) umfasst.
5. Platte (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Element (2, 2') eine weitere Schicht
(7) umfasst, die aus einer Glasfaserlage besteht, die mit
mindestens einem feuerfesten und lösungsmittelfreien Harz
imprägniert ist und mindestens eine Matte (8) aus
Aluminiumsi
likatfasern zwischen einer der beiden Schichten (4, 5) und
der weiteren Schicht (7) aufweist.
6. Verfahren zur Herstellung einer feuerfesten Platte (1)
nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende
aufeinanderfolgende Schritte:
- Gleichmäßiges Verteilen eines feuerfesten
Phenolformaldehydharzes in der Form eines lösungsmittelfreien Pulvers auf
einer Schicht von Glasfasern, und zwar in einer Menge von
mindestens Sg pro 100 g der Glasfasern,
- Komprimieren der Schicht und Aufheizen auf eine Temperatur,
bei der sich das Harz während einer ausreichenden
Zeitspanne zur Auslösung der Erweichens erweicht, weiteres
Komprimieren der Schicht bei der Vernetzungstemperatur des Harzes
um die Schicht (4, 5) zu erhalten.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
das Phenolformaldehydharz auf der Glasfaserschicht in einer
Menge von 5 g bis 6 g pro 100 g Glasfasern verteilt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch
gekennzeichnet, dass der Schritt des Komprimierens und
Erweichens des Harzes bei einer Temperatur von 80ºC bis 100ºC
unter einem Druck von 1, 5 bis 2 Atmosphären 5 bis 7 Minuten
lang durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass
der Schritt des Komprimierens und Vernetzens des Harzes bei
einer Temperatur von 180ºC bis 220ºC unter einem Druck von
1, 5 bis 2 Atmosphären 5 bis 7 Minuten lang durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass
die Schritte des Komprimierens - Erweichens und Vernetzens
durch die Anordnung der Schicht zwischen geheizten
Oberflächen entsprechender Pressen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass bei dem Schritt des Komprimierens und Erweichens des
Harzes die Oberflächen der Presse auf 90ºC aufgeheizt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass beim Schritt des Komprimierens und Vernetzens des Harzes
die Oberflächen der Presse auf 200ºC aufgeheizt werden.
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