專利名稱：耐熱產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種耐熱產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法。
有許多應(yīng)用場(chǎng)合要求絕熱尤其是耐火。重要的例子包括建筑物和船只的防火墻和防火門，火車及其他交通工具的天花板、外墻和內(nèi)板，以及用于高性能飛行器的隔熱屏，例如機(jī)翼的前沿、機(jī)首和頭錐。
為了提高這類應(yīng)用中的隔熱性能，過(guò)去建議采用各種涂料等，但發(fā)現(xiàn)這些材料效率太低和/或無(wú)成本效果，因此，需要提供一種價(jià)格低廉得多而性能可靠的隔熱制品。
ZA-A-9701233(對(duì)應(yīng)于WO-A-9730951)描述了一種不可燃性模制部件的生產(chǎn)方法，包括在高溫時(shí)吹脹蛭石顆粒，然后將其與膠粘劑混合。在這一例子中，膠粘劑必須含磷，而在本發(fā)明與之有關(guān)的應(yīng)用中這是不希望有的。
根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，一種耐熱產(chǎn)品包含陶瓷膠粘劑和蛭石，其中產(chǎn)品干重的35％到95％為蛭石，蛭石的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，一種生產(chǎn)耐熱產(chǎn)品的方法，包括將蛭石顆粒與陶瓷膠粘劑混合；將混合物進(jìn)行干燥，其中產(chǎn)品干重的35％到95％為蛭石，蛭石的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用蛭石顆粒和陶瓷膠粘劑的混合物可以得到一種具有高的成本效果的產(chǎn)品。這種產(chǎn)品可以與由造紙方法或其他方法制成的非常密實(shí)的云母板或云母面板相對(duì)照。該新產(chǎn)品的密度比這種板狀材料更小，結(jié)果，其隔熱性能由于密封在里面的空氣而提高。而且，最終產(chǎn)品重量很輕，使其更易于加工處理，可以根據(jù)應(yīng)用需要，以各種形式使用。
我們認(rèn)識(shí)到，已知產(chǎn)品中存在的一個(gè)問(wèn)題是，使用研磨或過(guò)篩的顆粒制成的產(chǎn)品會(huì)導(dǎo)致過(guò)高的密度，結(jié)果使得包含密封空氣的孔隙減少，產(chǎn)品的隔熱性能因此而降低。另一方面，如果粒徑太大，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品內(nèi)出現(xiàn)從產(chǎn)品一邊通向另一邊的開(kāi)放的空氣通道，由此形成了熱的傳導(dǎo)。通過(guò)使用落入本發(fā)明范圍內(nèi)的顆粒，克服了以上兩個(gè)問(wèn)題，同時(shí)生產(chǎn)出重量相對(duì)輕的產(chǎn)品。
我們還發(fā)現(xiàn)，最終產(chǎn)品還具有好的機(jī)械強(qiáng)度性能，例如，在250-300Kg/m3的密度范圍內(nèi)，可得到0.15-0.45MPa的抗彎強(qiáng)度。試驗(yàn)表明，在自承重的產(chǎn)品中，為了獲得可接受的抗彎強(qiáng)度，產(chǎn)品密度優(yōu)選不小于140Kg/m3。此外，蛭石所占的比例越大，產(chǎn)品的重量越輕。因此，我們發(fā)現(xiàn)，含95％干重蛭石的產(chǎn)品密度大約為730Kg/m3，而含35％干重蛭石的產(chǎn)品密度大約為350Kg/m3。
優(yōu)選的是，產(chǎn)品干重的50％-90％為蛭石，蛭石的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
一種形式為，產(chǎn)品大體上是堅(jiān)硬的，可以象木材等諸如此類的材料一樣加工，將其切割成要求的形狀。產(chǎn)品相對(duì)較脆，此一般可以將其夾在與其粘附在一起的承重板層之間。這些承重板層可以包括纖維增強(qiáng)材料薄片、鋼或其他任何可使板材起到結(jié)構(gòu)或半結(jié)構(gòu)組件作用的材料。
在其他的應(yīng)用中，該產(chǎn)品粘附在制品表面上。這樣，大體堅(jiān)硬的產(chǎn)品可以被生產(chǎn)出來(lái)然后粘附到制品上，或者更為方便地在制品上例如通過(guò)模制或者噴射到制品上現(xiàn)場(chǎng)形成產(chǎn)品。
本產(chǎn)品的一個(gè)重要應(yīng)用是應(yīng)用于已知的夾層結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)一般包括芯層材料例如發(fā)泡金屬、塑料、木材、端面紋理輕木或具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)的金屬，塑料或復(fù)合材料夾在平面構(gòu)件如酚醛玻璃層壓板或任何其他合適的材料之間。這種夾層結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域具有相當(dāng)高的重要性，廣泛地應(yīng)用于航空和其他工業(yè)領(lǐng)域，這是因?yàn)?，這種材料提供了優(yōu)于傳統(tǒng)材料的主要優(yōu)點(diǎn)，包括極低的重量、高的剛性、耐久性和生產(chǎn)成本的節(jié)省。然而，這種夾層結(jié)構(gòu)在高于170℃時(shí)卻不能正常使用。如果將本發(fā)明的產(chǎn)品粘附到結(jié)構(gòu)表面，則這種結(jié)構(gòu)便可在較高的溫度下使用。如果本產(chǎn)品作為芯層材料用于結(jié)構(gòu)體中，則熱傳導(dǎo)性和耐火性將得到提高。
產(chǎn)品可以制成各種不同的厚度和密度，可以粘附到大多數(shù)材料的表面，包括金屬、木材和復(fù)合材料。本產(chǎn)品可以模制到具有復(fù)雜形狀制品的外圍，可以制成柔韌的非常薄的層。如果需要，可以使用玻璃纖維、紡織玻璃纖維或其他纖維材料來(lái)增強(qiáng)產(chǎn)品。這有賴于產(chǎn)品的厚度和使用的膠粘劑。
原則上可以使用任何陶瓷膠粘劑，這種膠粘劑一般包含一種堿性硅酸鹽，或者與一種填料如氧化鋁、氧化鎂、二氧化硅其他陶瓷的共混物。優(yōu)選的膠粘劑含有雙組分膠粘劑的粘結(jié)部分如基于硅酸鈉的共混物。這種膠粘劑工業(yè)上的例子是由Fortafix Limited制造的Al/CS和Aremco 571。這種Al/CS膠粘劑包括硅酸鈉共混物的第一部分和氧化鋁填料的第二部分。我們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)只使用粘結(jié)部分(不使用填料)或者可能的話用粉狀蛭石代替填料，可以得到很好的產(chǎn)品。
干燥混合物的步驟可以通過(guò)加熱或任何其他干燥方法，包括真空干燥，選擇性地輔助使用微波輻射來(lái)完成。
所用蛭石的用量依賴于產(chǎn)品所需要的密度和強(qiáng)度及其使用的方式。如果產(chǎn)品是夾在板層之間，則產(chǎn)品干重的至多95％可以為蛭石。在其他的應(yīng)用中，較低的比例則更合適一些，優(yōu)選的范圍是50％-90％。
本產(chǎn)品可以用各種不同方式制成。在優(yōu)選的方式中，采用兩步法完成，步驟1包括用陶瓷膠粘劑涂覆顆粒，然后固化/干燥膠粘劑。步驟2可以包括用陶瓷膠粘劑(可能的話與步驟1中所用膠粘劑不同)涂覆預(yù)涂覆的顆粒，然后在加壓或不加壓的條件下固化/干燥膠粘劑。
干燥的步驟可以通過(guò)加熱混合物而方便地完成，加熱溫度一般在40-120℃的范圍內(nèi)。但也可以采用其他的干燥形式，如不需要產(chǎn)生熱的真空干燥。一般地，應(yīng)對(duì)混合物進(jìn)行攪拌以優(yōu)化涂覆工藝?；蛘?，也可以不進(jìn)行攪拌，這意味著顆粒和膠粘劑將生成一個(gè)結(jié)實(shí)的物塊，物塊可以被破碎，生成單個(gè)的涂覆顆粒。
如步驟1一樣，步驟2的干燥部分可以通過(guò)加熱混合物或者通過(guò)不涉及熱的其他方法如真空干燥來(lái)完成。
制成品具有耐熱性能，可以用作防火墻等，優(yōu)選還應(yīng)有隔熱性能。
本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)例列舉如下1．建筑物和船只的防火墻和防火門。
2．靠近熱源的保護(hù)面，如轎車和卡車上的排氣管。
3．電纜工業(yè)，過(guò)去使用的是石棉材料。
4．電動(dòng)機(jī)，換向器，絕緣體。
5．飛行器上的客艙和貨艙。
6．火車的天花板，外墻和內(nèi)板。
7．高性能飛行器上的阻熱屏，即機(jī)翼的前沿、機(jī)首和頭錐。
8．防太陽(yáng)或其他熱輻射的設(shè)施。
試驗(yàn)顯示，根據(jù)本發(fā)明的隔熱產(chǎn)品具有許多重要的性能1．耐熱性能，該產(chǎn)品可以經(jīng)受高達(dá)1000℃的高溫。
2．耐火而不燃燒。
3．低的熱傳導(dǎo)性，此性能依賴于產(chǎn)品密度。
4．電絕緣性好于24kV/mm。
5．透微波性。
6．好的耐電弧和電弧腐蝕的性能。
7．蛭石對(duì)于大多數(shù)化學(xué)物質(zhì)呈惰性。
8．很好的機(jī)械性能，尤其是抗壓性。
9．好的拉伸和彎曲強(qiáng)度。
以上性能加上密度和機(jī)械強(qiáng)度可以根據(jù)蛭石和膠粘劑的特殊混合物以及所用處理方法的不同而變化，這些性能可根據(jù)不同的應(yīng)用進(jìn)行選擇。
本發(fā)明的耐熱產(chǎn)品及其制造方法的一些例子，參考附圖給予說(shuō)明，其中

圖1是結(jié)合到蜂窩狀結(jié)構(gòu)上的產(chǎn)品實(shí)例的截面簡(jiǎn)圖；圖2表示對(duì)圖1中所示結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐火測(cè)試的結(jié)果；圖3為產(chǎn)品的另一個(gè)例子的照片；以及圖4圖示說(shuō)明厚度為25mm，跨長(zhǎng)120mm以及加載率為2mm/min的樣品的抗彎強(qiáng)度和密度的關(guān)系。
圖1表示了由傳統(tǒng)方法制成的鋁質(zhì)蜂窩狀芯層1。該芯層插在一對(duì)酚醛面層2、3之間，酚醛面層2、3粘附在芯層1上。如前所述，這種夾層結(jié)構(gòu)并不具有顯著的耐火性，因此，為提高其耐火性能，在酚醛面層2上提供一蛭石隔熱層4。這可以由以下方法得到。
選擇常規(guī)雙組分陶瓷膠粘劑Al/CS，將120克粘合部分(即硅酸鈉的共混物)與2克蛭石粉末和26克蛭石顆?；旌?。蛭石粉末取代了常規(guī)的氧化鋁填料(此填料通常與陶瓷膠粘劑結(jié)合使用)并以與常規(guī)填料相同的比例使用。
在該例子中，由層狀蛭石組成的顆粒具有以下的尺寸，即93％的顆粒通過(guò)8mm的篩，32％通過(guò)4mm的篩，而4％通過(guò)2mm的篩。
酚醛面層2的暴露表面經(jīng)過(guò)脫脂，該面層的尺寸為150mm×150mm×12mm。將70克膠粘劑(Fortafix Al/CS)/蛭石粉末涂覆到酚醛面層或酚醛板2的干凈表面，將該板置于粘結(jié)夾具上，帶有膠粘劑的表面向上。
將蛭石顆粒和膠粘劑的混合物涂覆到酚醛面層2的預(yù)涂覆表面上，厚度大約為8mm。然后將一薄層蛭石粉末均勻地灑在預(yù)涂覆混合物的暴露表面，使用一帶有釋放紙的鋼制墊板沿所得產(chǎn)品的整個(gè)面將其夾緊。結(jié)構(gòu)體置于預(yù)熱爐中于60℃下一個(gè)小時(shí)，以使蛭石顆粒與層4膠合，同時(shí)使該層粘合到酚醛面層2上。在某些情況下，利用高溫可獲得進(jìn)一步提高的性能。
應(yīng)該知道，在層4的表面上提供蛭石粉末薄層是任意的，正如在初始混合步驟中蛭石粉末的使開(kāi)一樣。已發(fā)現(xiàn)，將膠粘劑中的粉末填料取代或不用，使得重量大大減小，而并不會(huì)不利地影響其性能，同時(shí)節(jié)省了成本。
將熱電偶放到結(jié)構(gòu)體如圖1所示的位置，對(duì)圖1所示的結(jié)構(gòu)體的性能進(jìn)行了評(píng)定。系列1熱電偶10放在酚醛面層3的表面，系列2熱電偶11放在酚醛面層2和層4之間；系列3熱電偶放在末涂覆的層4的外表面。由圖2可見(jiàn)，此耐火試驗(yàn)表明，當(dāng)將1000℃的火焰放到層4的暴露表面時(shí)，系列1熱電偶表明結(jié)構(gòu)體背面的溫度在15分鐘之內(nèi)沒(méi)有超過(guò)130℃。系列2熱電偶表明層4和酚醛面層2之間的溫度不超過(guò)220℃。
由于通過(guò)層4的熱量大大減少，可以使用常規(guī)的膠粘劑將結(jié)構(gòu)體粘結(jié)到支撐表面。
圖3所示為本產(chǎn)品的另一種形式，該產(chǎn)品具有相當(dāng)堅(jiān)硬的結(jié)構(gòu)并可自承重。該產(chǎn)品可以用作承重板或平板之間的芯層，例如由蛭石制成的承重板或平板(未顯示)。由圖3看出，該產(chǎn)品具有相當(dāng)大的尺寸，顆粒清晰可見(jiàn)，最大尺寸高達(dá)15mm。可以按照與前面所提到的木材相同的方式處理該產(chǎn)品。該產(chǎn)品以模制方法形成，應(yīng)該清楚，使用合適的模具可制成形狀更為復(fù)雜的產(chǎn)品。這表明了本發(fā)明的靈活多樣性。
生成芯層材料的優(yōu)選方法包括兩個(gè)步驟。
第一步驟要求將蛭石顆粒和陶瓷膠粘劑(該例中為硅酸鈉的共混物)以蛭石與膠粘劑的最小重量比為1∶0.5混合。并將其在120℃的最高溫度下至少固化1/2小時(shí)。由此生成用于步驟2的預(yù)涂覆蛭石。
步驟2要求用陶瓷膠粘劑以預(yù)涂覆蛭石與膠粘劑的最小重量比為1∶0.5的比例將由步驟1得到的預(yù)涂覆蛭石涂覆。將其在最高溫度為100℃的溫度下固化(通常在一模具中)至少1/2小時(shí)，同時(shí)施以一定的壓力。
該產(chǎn)品適合與粘結(jié)面層一起或不與粘結(jié)面層一起使用。
我們研究了一些產(chǎn)品樣品的機(jī)械性能隨密度的變化關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。由圖可見(jiàn)，在較低密度下，能夠獲得可接受的抗彎強(qiáng)度。
我們還對(duì)帶有鋁面層或不帶鋁面層的產(chǎn)品樣品進(jìn)行了一系列撓性測(cè)試。對(duì)密度為250Kg/m3，厚度為15mm的樣品進(jìn)行測(cè)試，按照標(biāo)準(zhǔn)ASTM C-393，但所用的跨長(zhǎng)為120mm。
對(duì)不帶面層的樣品，以及對(duì)具有1.5mm厚的鋁合全面層的樣品進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果如下平均抗彎強(qiáng)度(Mpa)不帶面層0.31具有鋁面層(1.5mm厚) 5.93我們還研究了產(chǎn)品的熱傳導(dǎo)性。利用熱成像技術(shù)完成。對(duì)于密度為250Kg/m3的板得到的值為0.06W/m/K。
權(quán)利要求
1．一種耐熱產(chǎn)品，包含陶瓷膠粘劑和蛭石，其中產(chǎn)品干重的35％到95％為蛭石，蛭石具有的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的產(chǎn)品，其中產(chǎn)品干重的50％到95％為蛭石，蛭石具有的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的產(chǎn)品，其中產(chǎn)品是大致堅(jiān)硬的。
4．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中膠粘劑包含雙組分膠粘劑的粘合部分。
5．根據(jù)權(quán)利要求1到3的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中膠粘劑包括雙組分膠粘劑的粘合部分，并與蛭石粉末混合。
6．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，還包括玻璃纖維或其他纖維增強(qiáng)材料。
7．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中蛭石顆粒的最大尺寸高達(dá)15mm。
8．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中產(chǎn)品夾在與其粘結(jié)在一起的承重板之間。
9．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，膠粘到制品的表面。
10．根據(jù)權(quán)利要求1-7的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，模制到制品的表面。
11．根據(jù)權(quán)利要求1-7的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，噴射到制品的表面。
12．根據(jù)權(quán)利要求10或11的產(chǎn)品，其中制品具有蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12的產(chǎn)品，進(jìn)一步包括夾在蜂窩狀結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品之間的酚醛玻璃層壓板。
14．根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的產(chǎn)品，其中蛭石具有的粒徑為80％以上的蛭石不能通過(guò)2mm的篩。
15．一種防火墻，含有根據(jù)前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)的耐熱產(chǎn)品。
16．一種制造耐熱產(chǎn)品的方法，該方法包括將蛭石顆粒與陶瓷膠粘劑混合；干燥此混合物，其中產(chǎn)品干重的35％到95％為蛭石，蛭石所具有的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
17．如權(quán)利要求16的方法，其中干燥步驟包括加熱混合物或真空干燥混合物。
18．如權(quán)利要求16或權(quán)利要求17的方法，其中混合物是放在模具或壓機(jī)中進(jìn)行干燥的。
19．如權(quán)利要求16或權(quán)利要求17的方法，其中在干燥步驟之前，將混合物涂覆到制品的表面。
20．如權(quán)利要求16到19的任何一項(xiàng)的方法，其中該方法由兩步完成，步驟1包括用陶瓷膠粘劑涂覆顆粒，并將膠粘劑固化/干燥，步驟2包括用陶瓷膠粘劑涂覆預(yù)涂覆顆粒，并將膠粘劑固化/干燥。
21．根據(jù)權(quán)利要求20的方法，當(dāng)從屬于權(quán)利要求18時(shí)，其中步驟2是將混合物放在模具或壓機(jī)中完成的。
22．根據(jù)權(quán)利要求16到21的任何一項(xiàng)的方法，其中產(chǎn)品干重的50％到90％為蛭石，蛭石的粒徑為60％以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
23．根據(jù)權(quán)利要求16到22的任何一項(xiàng)的方法，其中蛭石的粒徑為80％以上的蛭石不能通過(guò)2mm的篩。
全文摘要
一種耐熱產(chǎn)品,包含陶瓷膠粘劑和蛭石,其中產(chǎn)品干重的35%到95%為蛭石,蛭石的粒徑為60%以上的蛭石不能通過(guò)1mm的篩。
文檔編號(hào)C04B14/20GK1312780SQ9980859
公開(kāi)日2001年9月12日 申請(qǐng)日期1999年5月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月15日
發(fā)明者P·M·伯林格 申請(qǐng)人:焊接研究院