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MX2013009787A - Paneles de yeso cortafuegos, de densidad reducida, ligeros. - Google Patents

Paneles de yeso cortafuegos, de densidad reducida, ligeros.

Info

Publication number
MX2013009787A
MX2013009787A MX2013009787A MX2013009787A MX2013009787A MX 2013009787 A MX2013009787 A MX 2013009787A MX 2013009787 A MX2013009787 A MX 2013009787A MX 2013009787 A MX2013009787 A MX 2013009787A MX 2013009787 A MX2013009787 A MX 2013009787A
Authority
MX
Mexico
Prior art keywords
gypsum
panels
fire
core
panel
Prior art date
Application number
MX2013009787A
Other languages
English (en)
Inventor
Qiang Yu
Alfred Li
Wenqi Luan
Weixin D Song
Srinivas Veeramasuneni
Original Assignee
United States Gypsum Co
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
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=45841626&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=MX2013009787(A) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by United States Gypsum Co filed Critical United States Gypsum Co
Publication of MX2013009787A publication Critical patent/MX2013009787A/es

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Abstract

La presente invención se refiere a un panel de yeso de peso reducido y densidad reducida que incluye vermiculita de alta expansión con capacidades de resistencia al fuego que son al menos comparables a (si no mejores que) paneles de yeso cortafuegos comerciales con un contenido mucho mayor de yeso, peso y densidad.

Description

PANELES DE YESO CORTAFUEGOS, DE DENSIDAD REDUCIDA, LIGEROS CAMPO DE LA INVENCION Esta descripción se refiere generalmente a paneles de yeso de peso y densidad reducidos con propiedades mejoradas de aislamiento térmico, resistencia a la contracción por calor, y resistencia al fuego.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los paneles de yeso usados típicamente en aplicaciones de edificios y otras construcciones (tales como un tablero para tabiques de yeso o paneles de techo) comprenden típicamente un núcleo de yeso con láminas de cubierta de papel, fibra de vidrio u otros materiales adecuados. Los paneles de yeso se fabrican típicamente mezclando yeso calcinado, o "estuco", con agua y otros ingredientes para preparar una lechada que se usa para formar el núcleo de los paneles. Como se entiende generalmente la técnica, el estuco comprende predominantemente una o más formas de yeso calcinado, es decir, yeso sometido a deshidratación (típicamente mediante calentamiento) para formar yeso anhidro o yeso hemihidratado (CaS04-½ H20) . El yeso calcinado puede comprender sulfato de calcio hemihidratado beta, sulfato de calcio hemihidratado alfa, anhidrita de sulfato de calcio soluble en agua, o mezclas de cualquiera o todos estos, procedentes de fuentes naturales o Ref. 243403 sintéticas. Cuando se introduce en la lechada, el yeso calcinado comienza un proceso de hidratación que se termina durante la formación de los paneles de yeso. Este proceso de hidratación, cuando se termina apropiadamente, produce una matriz cristalina generalmente continua de dihidrato de yeso fraguado en diversas formas cristalinas (es decir, formas de CaS04- 2H20) .
Durante la formación de los paneles, se proporcionan láminas de cubierta típicamente como bandas continuas. La lechada del yeso se deposita como un flujo o cinta sobre una primera de las láminas de cubierta. La lechada se extiende a lo ancho de la primera lámina de cubierta a un grosor aproximado predeterminado, para formar el núcleo del panel. Se coloca una segunda lámina de cubierta encima de la lechada, colocando al núcleo de yeso en forma de sándwich entre las láminas de cubierta y formando un panel continuo .
El panel continuo es transportado típicamente a lo largo de una cinta transportadora para permitir que el núcleo continúe el proceso de hidratación. Cuando el núcleo está suficientemente hidratado y endurecido, se corta en uno o más tamaños deseados, para formar paneles individuales de yeso. Los paneles se transfieren entonces y se hacen pasar a través de un horno a temperaturas suficientes para secar los paneles hasta un nivel deseado de humedad libre (típicamente un contenido relativamente bajo de humedad libre) .
Dependiendo del proceso empleado y el uso esperado de los paneles y otras consideraciones, se pueden aplicar capas, tiras o cintas adicionales de lechada, que comprenden yeso y otros aditivos, a las láminas de cubierta primera o segunda para proporcionar propiedades específicas a los paneles acabados, tales como bordes endurecidos o una cara del panel endurecida. De forma similar, se puede añadir espuma a la lechada del núcleo de yeso y/u otras tiras o cintas de lechada en una o más localizaciones en el proceso, para proporcionar una distribución de espacios de aire en el núcleo de yeso o porciones del núcleo de los paneles acabados .
Los paneles resultantes se pueden cortar y procesar posteriormente para uso en una variedad de aplicaciones, dependiendo del tamaño deseado del panel, composición de la capa de cubierta, composiciones del núcleo, etc. Los paneles de yeso varían típicamente de grosor desde alrededor de 1/4 pulgadas (8 milímetros) hasta alrededor de una pulgada (2.54 cms) , dependiendo de su uso y aplicación esperados. Los paneles se pueden aplicar a una variedad de elementos estructurales usados para formar paredes, techos, y otros sistemas similares que usan uno o más elementos de sujeción, tales como tornillos, clavos y/o adhesivos.
En caso de que los paneles de yeso acabados se expongan a temperaturas relativamente altas, tales como las producidas por llamas o gases a temperaturas altas, las porciones del núcleo de yeso pueden absorber suficiente calor para comenzar la liberación de agua a partir de los cristales de yeso dihidratado del núcleo. La absorción de calor y la liberación de agua a partir del yeso dihidratado pueden ser suficientes para retrasar la transmisión de calor a través o en los paneles durante un tiempo. El panel de yeso puede actuar como una barrera para evitar que llamas de alta temperatura pasen directamente a través del sistema de la pared. El calor absorbido por el núcleo de yeso puede ser suficiente para recalcinar esencialmente porciones del núcleo, dependiendo de las temperaturas de la fuente de calor y del tiempo de exposición. A ciertos niveles de temperatura, el calor aplicado a un panel también puede provocar cambios de fase en la anhidrita del núcleo de yeso, y el reordenamiento de las estructuras cristalinas. En algunos casos, la presencia de sales e impurezas puede reducir el punto de fusión de las estructuras cristalinas del núcleo de yeso.
Los paneles de yeso pueden experimentar contracción de las dimensiones del panel en una o más direcciones como resultado de algunos o de todos estos efectos de calentamiento a altas temperaturas, y tal contracción puede provocar fallos en la integridad estructural de los paneles.
Cuando los paneles se unen a montajes de paredes, techos u otros montajes de entramado, la contracción del panel puede conducir a la separación de los paneles de los otros paneles montados en los mismos montajes, y de sus soportes, y, en algunos casos, al colapso de los paneles o los soportes (o ambos) . Como resultado, las llamas o gases a altas temperaturas pueden pasar directamente a o a través de la estructura de la pared o del techo.
Se han producido paneles de yeso que resisten los efectos de temperaturas relativamente altas durante un período de tiempo, que pueden retrasar inherentemente el paso de niveles altos de calor a través o entre los paneles, y a (o a través de) los sistemas que los usan. Los paneles de yeso denominados como resistentes al fuego o "cortafuegos" se formulan típicamente para potenciar la capacidad de los paneles para retrasar el paso de calor a través de las estructuras de la pared o del techo, y desempeñan un papel importante a la hora de controlar la propagación del fuego en los edificios. Como resultado, las autoridades de los códigos de edificios, y otras entidades públicas y privadas afectadas, establecen típicamente normas restrictivas para el comportamiento de resistencia al fuego de los paneles de yeso cortafuegos .
La capacidad de los paneles de yeso para resistir el fuego y el calor extremo asociado se puede evaluar llevando a cabo ensayos generalmente aceptados. Los ejemplos de tales ensayos se usan habitualmente en la industria de la construcción, tales como los publicados por Underwriters Laboratories ("UL"), tales como los procedimientos y protocolos de ensayo U305, U419 y U423 de UL, así como los procedimientos descritos en las especificaciones E119 publicadas por la American Society for Testing and Materials (AST ) . Tales ensayos pueden comprender construir montajes dé ensayo usando paneles de yeso, normalmente una aplicación de una sola capa de los paneles sobre cada cara de un bastidor de madera formado por montantes de madera o de acero. Dependiendo del ensayo, el montaje se puede someter o no a fuerzas de carga. La carga de un lado del montaje, tal como un montaje construido según U305, U419 y U423 de UL, por ejemplo, se expone a temperaturas crecientes durante un período de tiempo según una curva de calentamiento, tales como las explicadas en los procedimientos de ASTM E119.
Las temperaturas próximas al lado calentado y las temperaturas en la superficie del lado no calentado del montaje se monitorizan durante los ensayos para evaluar las temperaturas experimentadas por los paneles expuestos de yeso y el calor transmitido a través del montaje a los paneles no expuestos. Los ensayos se terminan con uno o más fallos estructurales de los paneles y/o cuando las temperaturas en el lado no expuesto del montaje superan un umbral predeterminado. Típicamente, estas temperaturas umbrales se basan en la temperatura máxima en uno cualquiera de tales sensores, y/o la media de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje.
Los procedimientos de ensayo, tales como los expuestos en U305, U419 y U423 de UL, y ASTM E119, se refieren a una resistencia del montaje a la transmisión de calor a través del montaje como un todo. Los ensayos también proporcionan, en un aspecto, una medida de la resistencia de los paneles de yeso usados en el montaje a la contracción en la dirección x-y (anchura y longitud) a medida que el montaje se somete a un calentamiento a alta temperatura. Tales ensayos también proporcionan una medida de la resistencia de los paneles a pérdidas en la integridad estructural que dan como resultado separaciones de aberturas o espacios entre paneles en un montaje de pared, con el paso resultante de altas temperaturas a la cavidad interior del montaje. En otro aspecto, los ensayos proporcionan una medida de la capacidad de los paneles de yeso para resistir la transmisión de calor a través de los paneles y del montaje. Se cree que tales ensayos reflejan la capacidad del sistema especificado para proporcionar a los ocupantes del edificio y a los bomberos/sistemas de control de incendios una ventana de oportunidad para atender o escapar de las condiciones del fuego .
En el pasado, se emplearon varias estrategias para mejorar la resistencia al fuego de los paneles de yeso cortafuegos. Por ejemplo, se han proporcionado núcleos de paneles más gruesos y más densos, que usan más yeso con relación a paneles de yeso menos densos, y por lo tanto incluyen una mayor cantidad de agua unida químicamente en el yeso (sulfato de calcio dihidratado) , para actuar como un disipador de calor, para reducir la contracción del panel, y para incrementar la estabilidad y resistencia estructurales de los paneles. Como alternativa, en el núcleo de yeso se han incorporado diversos ingredientes, incluyendo fibra de vidrio y otras fibras, para potenciar la resistencia al fuego del panel de yeso al incrementar la resistencia a la tracción del núcleo y al distribuir esfuerzos de contracción a lo largo de la matriz, del núcleo. De forma similar, en el pasado se han usado cantidades de ciertas arcillas, tales como aquellas de menos de alrededor de un micrómetro de tamaño, y aditivos de sílice o alúmina coloidales, tales como aquellos de menos de un micrómetro de tamaño, para proporcionar una mayor resistencia al fuego (y resistencia a la contracción por altas temperaturas) en un núcleo de panel de yeso. Sin embargo, se ha reconocido que la reducción del peso y/o densidad del núcleo de los paneles de yeso al reducir la cantidad de yeso en el núcleo afectará adversamente a la integridad estructural de los paneles y su resistencia al fuego y a condiciones térmicas elevadas.
Otro procedimiento ha sido añadir vermiculita no expandida (también denominada como mena de vermiculita) y fibras minerales o de vidrio en el núcleo de paneles de yeso. En tales procedimientos, se espera que la vermiculita se expanda en condiciones calentadas, para compensar la contracción de los componentes del yeso del núcleo. Se creyó que las fibras minerales/de vidrio mantienen juntas las porciones de la matriz de yeso.
Tal procedimiento se describe en las patentes Estadounidenses Nos. 2,526,066 y 2,744,022, que explican el uso de vermiculita sin exfoliar triturada y fibras minerales y de vidrio en proporciones suficientes para inhibir la contracción de paneles de yeso en condiciones de alta temperatura. Sin embargo, ambas referencias se basan en un núcleo de alta densidad para proporcionar yeso suficiente para que actúe como un disipador de calor. Describen la preparación de paneles de yeso de 1/2 pulgada (1.27 cms) de grosor con un peso de 2 a 2.3 libras por pie cuadrado (0.000976 a 0.0011224 kg/cm2) (2,000 a 2,300 libras por mil pies cuadrados ("lb/msf")) y densidades del tablero de alrededor de 50 libras por pie cúbico ("pcf", por sus siglas en inglés) (800.92 kg/m3) o mayores.
La patente ? 066 dio a conocer que secciones cortadas de tales paneles (con 2 por ciento de fibra mineral y 7.5% de vermiculita de malla de menos de 28) evidenciaron una expansión de hasta 19.1% de grosor cuando se calientan a 1400°F (760°C) durante 30 minutos, pero no proporcionó ninguna información sobre la contracción en la dirección x-y de esas muestras. La patente ' 066 advirtió además de que, dependiendo de la formulación del panel y del contenido de vermiculita, la expansión de la vermiculit.a podría provocar fallos del panel debido a paneles protuberantes y/o grietas y aberturas en los paneles.
La patente '022 se refiere al aumento del contenido de yeso (y de este modo de la densidad y peso) de los paneles descritos en la patente '066 al reducir el contenido de fibra mineral/de vidrio de esos paneles para proporcionar una mayor capacidad del yeso como disipador de calor. Las referencias tales como la patente '022 reconocen además que las propiedades expansivas de la vermiculita, excepto que se restrinjan, darían como resultado un astillamiento (esto es, fragmentación, pelado o escamación) del núcleo y la destrucción de un montaje de pared en un tiempo relativamente corto en condiciones de alta temperatura.
En otro ejemplo, la patente Estadounidense No. 3,454,456 describe la introducción de vermiculita no expandida en el núcleo de paneles de tableros para tabiques de yeso cortafuegos, para resistir la contracción de los paneles. La patente x 456 también se basa en un contenido de yeso y una densidad relativamente altos, para proporcionar una capacidad deseada como disipador de calor. La patente ( 456 describe pesos de tableros para paneles de yeso acabados de 1/2 pulgada (1.27 cms) con un peso mínimo de alrededor de 1925 lb/msf (939.4 kg/cm2) , y una densidad del tablero de alrededor de 46 pcf (736.85 kg/m3) . Esto es una densidad comparable a los paneles de yeso más gruesos y mucho más pesados de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor (alrededor de 2400 lb/msf (1171.2 kg/cm2) ofrecidos actualmente en el comercio para aplicaciones de cortafuego.
La patente v 456 también describe que el uso de vermiculita en un núcleo de panel de yeso para elevar la capacidad como cortafuegos del panel está sujeto a limitaciones significativas. Por ejemplo, la patente 56 señala que la expansión de la vermiculita en el núcleo puede hacer que el núcleo se disgregue debido al astillamiento y a otros efectos destructivos. La patente ? 456 también describe que las partículas de vermiculita no expandidas pueden debilitar la estructura del núcleo de manera que el núcleo se hace débil, flojo, y desmenuzable . La patente 56 pretende resolver tales limitaciones inherentes significativas con el uso de vermiculita en paneles de yeso empleando una vermiculita no expandida "única" con una distribución de tamaños de partículas relativamente pequeña (más del 90% de las partículas no expandidas tienen un tamaño menor que una malla n° 50 (aberturas de aproximadamente 0.0117 pulgadas (0.297 mm) ) , con menos del 10% con un tamaño ligeramente mayor que una malla n° 50) . Este procedimiento inhibió de forma pretendida los efectos . adversos de la expansión de vermiculita en el panel, como se explica en la col. 2, líneas 52-72 de la patente *456.
La patente ' 456, además, explica que la vermiculita no expandida que tiene la distribución de tamaños de partículas descrita anteriormente corresponde a un producto conocido comercialmente como vermiculita no expandida de "Grado n° 5" . La vermiculita no expandida de Grado n° 5 se ha usado en paneles comerciales resistentes al fuego/cortafuegos con núcleos de yeso de densidades de tablero convencionales (por ejemplo, de alrededor de 45 pcf (720.83 kg/m3) a un exceso de alrededor de 55 pcf (881.2 kg/m3)) hasta al menos a principios de los años 1970. Por las razones explicadas anteriormente, el uso de vermiculita no expandida que comprende una distribución significativa de partículas con tamaños mayores que aquellos típicos de la vermiculita no expandida de Grado n° 5 se ha considerado potencialmente destructivo de los paneles con resistencia al fuego debido al astillamiento mencionado anteriormente y a otros efectos provocados por la expansión de la vermiculita en un núcleo de yeso en condiciones de alta temperatura.
En otro procedimiento, la · patente Estadounidense No. 3,616,173 se refiere a paneles de yeso resistentes al fuego con un núcleo de yeso caracterizado por la patente ? 173 como un peso más ligero o menor densidad. La patente ( 173 distinguió sus paneles de los paneles de 1/2 pulgada (1.27 cms) de la técnica anterior que pesan alrededor de 2,000 lb/msf (0.00976 kg/cm2) o más y que tienen densidades del núcleo en exceso de alrededor de 48 pcf (768.89 kg/m3) . De este modo, la patente ? 173 describe paneles de 1/2 pulgada (1.27 cms) de grosor con una densidad de o por encima de alrededor de 35 pcf (560.65 kg/m3), y preferiblemente alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) a alrededor de 50 pcf (800.92 kg/m3). La patente 1173 logra sus densidades del núcleo descritas al incorporar cantidades significativas de material inorgánico de pequeño tamaño de partículas de arcilla, sílice coloidal, o alúmina coloidal en su núcleo de yeso, así como fibras de vidrio en cantidades requeridas para evitar la contracción de sus paneles de yeso en condiciones de alta temperatura.
La patente '173 describe la adición opcional, adicional, de vermiculita no expandida a su composición del núcleo de yeso, junto con las cantidades requeridas de sus materiales inorgánicos de pequeño tamaño de partículas descritos. Sin embargo, incluso con estos aditivos, el ensayo descrito de cada uno de los paneles de la patente *173 mostró que experimentaban una contracción significativa. Esa contracción se produjo a pesar del hecho de que cada uno de los paneles ensayados y descritos tuvo densidades del núcleo de alrededor de 43 pcf (688.79 kg/m3 ) o mayores.
Para paneles de yeso de 1/2 pulgada (1.27 eras) de grosor, los paneles descritos de la patente v173 tienen una "resistencia a la contracción" de alrededor de 60% a alrededor de 85%. La "resistencia a la contracción", como se usa en la patente x173, es una medida de la proporción o porcentaje del área x-y (anchura-longitud) de un segmento de núcleo que permanece después de que el núcleo es calentado hasta una temperatura definida durante un período de tiempo definido como se describe en la patente v173. Véase, por ejemplo, col. 12, líneas 41-49.
Se han hecho otros esfuerzos también para incrementar la resistencia e integridad estructural de los paneles de yeso, y reducir el peso de los paneles por diversos medios. Los ejemplos de tales tableros de yeso de peso ligero incluyen las patentes Estadounidenses Nos. 7,731,794 y 7,736,720 y las Publicaciones de Solicitudes de Patentes Estadounidenses Nos. 2007/0048490 Al, 2008/0090068 Al, y 2010/0139528 Al.
Finalmente, se señala que en ausencia de aditivos resistentes al agua, cuando se sumerge en agua, un yeso fraguado puede absorber agua hasta el 50% de su peso. Y, cuando los paneles de yeso -incluyendo los paneles de yeso resistentes al fuego- absorben agua, se pueden hinchar, se deforman y pierden resistencia, lo que puede degradar sus propiedades de resistencia al fuego. Los paneles resistentes al fuego de peso bajo tienen muchos más espacios de aire y/o de agua que los paneles resistentes al fuego más pesados, convencionales. Sería de esperar que estos espacios incrementasen la velocidad y grado de captación de agua, con la esperanza de que tales paneles resistentes al fuego de peso bajo serían más absorbentes de agua que los paneles resistentes al fuego más pesados convencionales.
Se han hecho muchos intentos en el pasado por mejorar la resistencia al agua de paneles de yeso generalmente. Se han añadido diversos hidrocarburos, incluyendo cera, resinas, y asfalto, a las lechadas usadas para obtener paneles de yeso, a fin de proporcionar resistencia al agua a los paneles. También se han usado siloxanos en lechadas de' yeso, que imparten resistencia al agua a paneles de yeso al formar in situ resinas de silicona. Sin embargo, no sería de esperar que los siloxanos protejan suficientemente los paneles de peso bajo. De este modo, existe una necesidad en la técnica de un método para producir paneles de yeso resistentes al fuego de peso y densidad bajos con una resistencia al agua mejorada a un coste razonable al mejorar la resistencia al agua normalmente proporcionada por siloxanos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCION En algunas modalidades, la presente descripción describe un panel de yeso de peso reducido y densidad reducida -y métodos para obtener tales paneles- que tiene propiedades de resistencia al fuego comparables a paneles de yeso más pesados y más densos usados típicamente para aplicaciones de construcción en las que se requiere una capacidad de cortafuegos. En algunas modalidades, los paneles formados según principios de la presente descripción comprenden un núcleo de yeso fraguado con una densidad del núcleo menor que alrededor de 40 libras por pie cúbico (640.74 kg/m3) ("pcf"), colocado entre dos láminas de cubierta. En modalidades de tales paneles que tienen un grosor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) , el peso es aproximadamente menor que alrededor de 2100 lb/msf (0.00102 kg/cm2) .
En algunas modalidades, en el núcleo de yeso se pueden incorporar partículas de alta expansión, tales como vermiculita de alta expansión, por ejemplo, en cantidades eficaces para proporcionar resistencia al fuego en términos de resistencia a la contracción comparable a paneles de yeso de Tipo comerciales y otros paneles de yeso mucho más pesados y más denso. Las partículas de alta expansión pueden tener una primera fase no expandida, y una segunda fase expandida cuando se calientan. Tales paneles pueden proporcionar además resistencia al fuego en términos de propiedades de contracción a alta temperatura y de aislamiento térmico en la dirección x-y (anchura- longitud) , así como propiedades de expansión del grosor a ata temperatura en la dirección z (grosor) , que es comparable a o significativamente mayor que los paneles de yeso de Tipo X comerciales y otros paneles comerciales mucho más pesados y más densos, incluyendo aquellos paneles de yeso comerciales que contienen vermiculita de Grado n° 5. En todavía otras modalidades, los paneles formados según principios de la presente descripción pueden proporcionar comportamiento al fuego en montajes tales como aquellos sujetos a ensayos de fuego estándar de la industria que es comparable a al menos los paneles de yeso de Tipo X comerciales y otros paneles comerciales más pesados y más densos. Tales ensayos al fuego estándar de la industria incluyen, sin limitación, aquellos expuestos- en los procedimientos y especificaciones de los ensayos al fuego de escala completa U305, U419 y U423 de UL, y ensayos de fuego que son equivalentes a esos .
En otras modalidades, los paneles de yeso de peso y densidad reducidos formados según principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlos, pueden proporcionar una contracción a alta temperatura (a temperaturas de alrededor de 1560°F (850°C)) de menos de alrededor de 10% en las direcciones x-y, y una expansión en la dirección z mayor que alrededor de 20%. En algunas modalidades, la relación de expansión de grosor alta temperatura en la dirección z a contracción a alta temperatura es mayor que alrededor de 0.2 en algunas modalidades, mayor que alrededor de 2 en otras modalidades, en algunas modalidades mayores que alrededor de 3 , en otras modalidades mayores que alrededor de 7, en todavía otras modalidades desde alrededor de 17, y aún otras modalidades desde alrededor de 2 hasta alrededor de 17. En otras modalidades, los paneles de yeso de peso y densidad reducidos formados según principios de la presente invención, y los métodos para obtenerlos, pueden proporcionar una resistencia a la contracción de más de alrededor de 85% en las direcciones x-y a temperatura en exceso de alrededor de 1800°F (980°C) .
En aún otras modalidades, un panel de yeso resistente al fuego formado según principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlo, puede incluir un núcleo de yeso colocado entre dos láminas de cubierta. El núcleo de yeso puede comprender una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas de alta expansión expansibles hasta alrededor de 300% o más de su volumen original después de ser calentados durante alrededor de una hora a alrededor de 1560°F (alrededor de 850°C) . El núcleo de yeso tiene una densidad (D) de alrededor de 40 libras por pie cúbico (640.74 kg/m3) o menos, y una dureza del núcleo de al menos alrededor de 11 libras (5 kg) . El núcleo de yeso puede ser eficaz para proporcionar un índice de Aislamiento Térmico (TI) de alrededor de 20 minutos o más.
En otras modalidades, los montajes obtenidos usando paneles de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor de peso y densidad reducidos, formados según los principios de la presente invención, pueden proporcionar resistencia al fuego que es comparable a (o mejor que) los montajes que usan paneles de yeso mucho más pesados y más densos cuando se ensayan según los procedimientos de ensayo de fuego U305, U419 y U423 de UL. La resistencia al fuego de los paneles formados según principios de la presente descripción se puede reflejar mediante la temperatura del sensor individual máxima o la temperatura media del sensor sobre la superficie no expuesta de tales montajes obtenidos según los procedimientos de ensayo de fuego U305, U419 y U423 de UL (y procedimientos de ensayo de fuego equivalentes). En algunas modalidades, los montajes obtenidos usando paneles formados según principios de la presente descripción y ensayados según U419 de UL proporcionan una temperatura de sensor individual máxima menor que alrededor de 500 °F (260 °C) y una temperatura media del sensor menor que alrededor de 380°F (195°C) a un tiempo transcurrido de alrededor de 60 minutos. En algunas modalidades, los montajes obtenidos usando paneles formados según los · principios de la presente invención y ensayados según U419 de UL proporcionan una temperatura del sensor individual máxima menor que alrededor de 260°F (126.66°C) y/o una temperatura media del sensor menor qué 250°F (221.11°C) a un tiempo transcurrido de alrededor de 50 minutos. En otras modalidades, los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción en tales ensayos de U419 de UL pueden proporcionar una temperatura de sensor individual máxima menor que alrededor de 410°F (210°C) y/o una temperatura media del sensor menor que alrededor de 320 °F (160°C) a alrededor de 55 minutos. En todavía otras modalidades, los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción en tales ensayos pueden proporcionar una temperatura del sensor individual máxima de menos de alrededor de 300°F (148.88°C) y/o una temperatura media del sensor menor que alrededor de 300 °F (137.77°C) a un tiempo transcurrido de alrededor de 55 minutos.
En otras modalidades, un montaje de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción pueden mostrar una resistencia al fuego en el ensayo bajo los procedimientos de U419 de UL reflejada por una temperatura del sensor individual máxima menor que alrededor de 500 °F (260°C) y/o una temperatura media del sensor menor que alrededor de 380°F (193.33°C) a un tiempo transcurrido de alrededor de 60 minutos. En todavía otras modalidades, los montajes que usan paneles formados según los principios de la presente invención pueden experimentar en tales ensayos una temperatura del sensor individual máxima menor que alrededor de 415°F (212.77°C) y/o una temperatura media del sensor menor que alrededor de 320°F (160°C) a un tiempo transcurrido de alrededor de 60 minutos. En algunas de tales modalidades, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción pueden tener un núcleo con una densidad menor que alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) que satisface los requisitos de un panel de yeso cortafuegos de 60 minutos en uno o más de los procedimientos de ensayo de fuego de U305, U419 y U423 de UL y otros procedimientos de ensayo del fuego que son equivalentes a cualquiera de esos .
En todavía otras modalidades, la formulación para peso y densidad reducidos de paneles que siguen los principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlos, puede proporcionar paneles de yeso con las propiedades de resistencia al fuego mencionadas anteriormente, una densidad menor que alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) y una resistencia a. la extracción de clavos que puede cumplir los estándar de ASTM C 1396/C 1396/M-09. Más particularmente, tales paneles, cuando tienen un grosor nominal de 5/8 pulgadas (15.87 mm) , pueden tener una resistencia a la extracción de clavos de al menos 87 Ib. (39.46 kg) Además, en otras modalidades, tales paneles proporcionan características de transmisión de sonido esencialmente iguales que muchos paneles más pesados y más densos. En algunas modalidades, los paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor formados según principios de la presente descripción pueden tener puntuaciones de la clase de transmisión de sonido de al menos alrededor de 35 cuando se montan en un montaje de montantes de acero según el ensayo y los procedimiento de ASTM E90-99.
En todavía otras modalidades, se proporciona una composición de núcleo de yeso fraguado para un panel cortafuegos de 5/8 pulgadas (15.87 mm) nominal usando una lechada que contiene yeso que comprende al menos agua, estuco, y vermiculita de alta expansión. En tal modalidad, el núcleo de yeso fraguado tiene una densidad de alrededor de 30 pcf a alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) , y el núcleo comprende estuco en una cantidad de alrededor de 1162 lbs/msf (0.000567 kg/cm2) a alrededor de 1565 lbs/msf (0.000763 kg/cm2) , vermiculita de alta expansión de alrededor de 5% a alrededor de 10% del peso del estuco, y fibra mineral o de vidrio de alrededor de 0.3% a alrededor de 0.9% en peso del estuco. (Excepto que se señale de otro modo, los porcentajes del componente del núcleo de yeso se señalan en peso basándose en el peso del estuco usado para preparar la lechada del núcleo) . En otra modalidad, el núcleo de yeso fraguado tiene una densidad de alrededor de 30 pcf (480.55 kg/m3) a alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) , y el núcleo comprende estuco en una cantidad de alrededor de 1162 lbs/msf (0.000567 kg/cm2) a alrededor de 1565 lbs/msf (0.000763 kg/cm2) , vermiculita de alta expansión de alrededor de 5% a alrededor de 10% en peso del estuco, almidón de alrededor de 0.3% a alrededor de 3% en peso del estuco, fibra mineral o de vidrio de alrededor de 0.3% a alrededor de 0.9% en peso del estuco, y fosfato de alrededor de 0.03% a alrededor de 0.4% en peso del estuco.
En otras modalidades, el núcleo de yeso de paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor formados según principios de la presente descripción puede tener una densidad de alrededor de 32 a alrededor de 38 libras por pie cúbico, y un peso del núcleo de yeso de alrededor de 1500 (0.000732 kg/cm2) a alrededor de 1700 lb/msf (0.000829 kg/cm2) . En algunas modalidades, el núcleo de yeso puede incluir alrededor de 5.5% a alrededor de 8% de vermiculita de alta expansión, alrededor de 0.4% a alrededor de 0.7% de fibra mineral o de vidrio, y alrededor de 0.07% a alrededor de 0.25% de fosfato. En otras modalidades, el núcleo de yeso puede incluir alrededor de 5.5% a alrededor de 8% de vermiculita de alta expansión, alrededor de 0.5% a alrededor de 2.5% de almidón, alrededor de 0.4% a alrededor de 0.7% de fibra mineral o de vidrio, y alrededor de 0.07% a alrededor de 0.25% de fosfato. En todavía otras modalidades, cada uno de los componentes del núcleo de yeso, tales como el contenido de almidón, de fibra y de fosfato, se puede ajustar adicionalmente para proporcionar las propiedades deseadas de panel, y, a la vista de la composición y peso de las láminas de cubiertas, otros aditivos al núcleo del panel, y la calidad del estuco de yeso.
Cada uno de los constituyentes del núcleo de yeso descrito aquí también se puede variar apropiadamente para paneles de diferentes grosores, como apreciará un experto en la técnica. Por ejemplo, los paneles de 1/2 pulgadas (1.27 cms) pueden tener valores de lb/msf de yeso a alrededor de 80% de los. valores señalados, y los paneles de 3/4 pulgadas (20 mm) pueden tener valores de lb/msf a alrededor de 120% de los valores señalados. En algunas modalidades, estas proporciones pueden variar dependiendo de las especificaciones de las propiedades físicas para paneles de diferente grosor. Otros aspectos y variaciones de paneles y formulaciones del núcleo adecuadas según principios de la presente descripción se explican aquí más abajo.
También se pueden emplear en las lechadas del núcleo y en las composiciones del núcleo de yeso descritas aquí otros aditivos convencionales, en cantidades habituales, para proporcionar propiedades deseables al núcleo y para facilitar los procedimientos de fabricación. Los ejemplos de tales aditivos son: aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, inhibidores de la deshidratación, aglutinantes, adhesivos, auxiliares de la dispersión, agentes niveladores o no niveladores, espesantes, bactericidas, fungicidas, agentes que ajustan el pH, colorantes, repelentes del agua, cargas, espumas acuosas, y sus mezclas.
En paneles formados según el principio de la presente descripción, y los métodos para obtenerlos, se puede añadir una espuma acuosa a la lechada del núcleo en una cantidad efectiva para proporcionar las densidades deseadas del núcleo de yeso, usando métodos descritos posteriormente más abajo. En algunas modalidades, la adición del componente de espuma a la suspensión del núcleo puede dar como resultado una distribución de espacios vacíos y tamaños de espacios vacíos en presencia del componente de vermiculita del núcleo que contribuye a una o más propiedades de resistencia del núcleo y/o del panel. De forma similar, se pueden aplicar capas, tiras o cintas de lechada adicionales que comprenden yeso y otros aditivos (que pueden tener una mayor densidad con relación a otras porciones del núcleo) a las láminas de cubierta primera o segunda, para proporcionar propiedades específicas a los paneles acabados, tales como bordes más duros .
En todavía otras modalidades, un panel de yeso resistente al fuego, formado según principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlo, puede incluir un núcleo de yeso fraguado colocado entre dos láminas de cubierta. El núcleo de yeso fraguado puede tener una densidad (D) de alrededor de 40 libras por pie cúbico (alrededor de 640 kg/m3) o menos, y puede comprender una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas de alta expansión. Las partículas de alta expansión son expansibles hasta alrededor de 300% o más de su volumen original después de ser calentadas durante alrededor de una hora a alrededor de 1560°F (alrededor de 850°C) .
En otras modalidades, la presente descripción describe un método para obtener un panel de yeso resistente al fuego. Se prepara una lechada de yeso que tiene partículas de alta expansión dispersas en ella. La lechada de yeso se coloca entre una primera lámina de cubierta y una segunda lámina de cubierta para formar un montaje. El montaje se corta en un panel de dimensiones predeterminadas. El panel se seca. El núcleo de yeso fraguado tiene una densidad (D) de alrededor de 40 libras por pie cúbico (alrededor de 640 kg/m3) o menos, y comprende una matriz cristalina de yeso fraguado y las partículas de alta expansión. Las partículas de alta expansión son expansibles hasta alrededor de 300% o más de su volumen original después de calentarlas durante una hora a alrededor de 1560°F (alrededor de 850°C) .
En otras modalidades, la presente descripción describe un método para obtener paneles de yeso cortafuegos en los que el componente del núcleo de yeso fraguado se forma a partir de una lechada acuosa que contiene yeso calcinado. En algunas modalidades, la lechada puede incluir vermiculita de alta expansión, almidón, dispersantes, fosfatos, fibras minerales/fibras de vidrio, espuma, otros aditivos en las cantidades descritas anteriormente, estuco y agua a una relación en peso de agua/estuco de alrededor de 0.6 a alrededor de 1.2, preferiblemente alrededor de 0.8 a alrededor de 1.0, y más preferiblemente alrededor de 0.9. La lechada del núcleo se puede depositar como una cinta continua sobre y se puede distribuir a lo largo de una banda continua de una primera lámina de cubierta. Se puede colocar una banda continua de una segunda lámina de cubierta sobre la lechada depositada sobre la banda de la primera lámina de cubierta, para formar un panel de yeso generalmente continuo de un grosor aproximado deseado. El panel de yeso generalmente continuo se puede cortar en paneles individuales de la longitud deseada después de que la lechada que contiene yeso calcinado se haya endurecido (mediante hidratación del yeso calcinado para formar una matriz continua de yeso fraguado) suficientemente para el corte, y los paneles de yeso resultantes se pueden secar.
Como se apreciará, los principios relacionados con los paneles de yeso descritos aquí son capaces de ser llevados a cabo en otras modalidades diferentes, y son capaces de ser modificados en diversas modalidades. Las modalidades y rasgos adicionales y alternativos de los principios descritos serán apreciados a partir de la siguiente descripción detallada y los dibujos que se acompañan. En consecuencia, se entenderá que tanto el sumario general anterior como la siguiente descripción detallada son solamente ejemplares y explicativas, y no restringen el alcance de las reivindicaciones anejas.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las Figuras enumeradas y explicadas adicionalmente más abajo, excepto que se señale expresamente de otro modo, son ejemplares, y no limitantes, de la invención descrita aquí .
La FIGURA i es una imagen bidimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de una muestra de un panel ejemplar de un grosor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) nominal, de alrededor de 1880 lb/msf (0.000917 kg/cm2), formados según principios de la presente descripción .
La FIG. 2 es una imagen tridimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de la muestra mostrada en la FIG. 1.
La FIG. 3 es una imagen en volumen tridimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de la muestra mostrada en la FIG. 1.
La FIG. 4 es una imagen bidimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de una muestra de un panel ejemplar de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor nominal, de alrededor de 1860 lb/msf (0.000907 kg/cm2), formado según principios de la presente descripción.
La FIG. 5 es una imagen tridimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de la muestra mostrada en la FIG. 4.
La FIG. 6 es una imagen tridimensional desarrollada a partir de un barrido de rayos X de micro CT, como se explica adicionalmente más abajo, de una sección del núcleo de la muestra mostrada en la FIG. 4.
La FIG. 7 es una vista en perspectiva de una modalidad de un montaje representativo construido según U305 de UL, U419 de UL, U423 de UL, y/o ensayo de fuego equivalente, y que incluye paneles de yeso formados según principios de la presente descripción, mostrándose los paneles de yeso en forma fragmentada y eliminándose la cinta de unión y el compuesto con fines ilustrativos.
La FIG. 8 es una vista en alzado del montaje de la FIG. 7 de la superficie no expuesta, que incluye una pluralidad de sensores de temperatura según UL U305, UL U419, UL U423, y/o un ensayo de fuego equivalente.
La FIG. 9 es una gráfica de la temperatura de sensor individual máxima en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes hechos con paneles procedentes de Experimentos de Muestra 1 a 17 y 22 descritos aquí y sometidos a un ensayo de fuego en la condición de UL U419 (como se explica más abajo) , desde 0 minutos transcurridos hasta la terminación de los ensayos, y una gráfica de la curva de temperatura de ASTM E119 usada para las temperaturas del horno en los ensayos.
La FIG. 10 muestra una gráfica de las temperaturas medias del sensor en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes de los ensayos de fuego UL U419 que son el objeto de la FIG.9, desde 0 minutos hasta la terminación de los ensayos y la curva de temperatura de ASTM E119 usada para las temperaturas del horno en tales ensayos .
La FIG. 11 es una gráfica expandida de las temperaturas del sensor individual máximas de los ensayos de fuego U419 que son el objeto de la FIG. 9 para los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 1 a 17 y 21, desde 40 minutos hasta 65 minutos de tiempo transcurrido.
La FIG. 12 es una gráfica expandida de la media de las temperaturas del sensor de los ensayos de fuego UL U 19 que son el objeto de la FIG. 10 para los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 1 a 17 y 21, desde 40 minutos hasta 65 minutos de tiempo transcurrido.
La FIG. 13 es una gráfica de los datos de la FIG. 11 para los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 5, 14 y 21.
La FIG. 14 es una gráfica de los datos de la FIG. 12 para los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 5, 14 y 21.
La FIG. 15 es una gráfica expandida de las temperaturas del sensor individual máximas en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 18 y 22 que se sometieron a ensayo de fuego en las condiciones UL U423 (como se explica más abajo) , desde 40 minutos hasta 65 minutos de tiempo transcurrido .
La FIG. 16 es una gráfica expandida de las temperaturas medias del sensor en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes usando los paneles de los Experimentos de Muestra 18 y 22 de los ensayos de fuego UL U423 que son el objeto de la FIG. 15, desde 40 minutos hasta 65 minutos de tiempo transcurrido.
La FIG. 17 es una gráfica expandida de las temperaturas del sensor individual máximas en la superficie no expuesta de los montajes que usan paneles de los Experimentos de Muestra 19 y 20 que se sometieron al ensayo de fuego en las condiciones de ensayo de UL U305 (como se explica más abajo) , desde 40 minutos hasta 65 minutos de tiempo transcurrido.
La FIG. 18 es una gráfica expandida de la temperatura media del sensor en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes que usan los paneles de los Experimentos de Muestra 19 y 20 de los ensayos de UL U305 que son el objeto de la FIG. 17, desde 40 minutos hasta 60 minutos de tiempo transcurrido.
La FIG. 19 es una tabla (Tabla I) de las formulaciones ejemplares para paneles de yeso formados según principios de la presente descripción.
La FIG. 20 es una tabla (Tabla II) de la pérdida de peso y cambios de densidad con la temperatura de vermiculita Grado n° 5.
La FIG. 21 es una tabla (Tabla III) de la pérdida de peso y cambios de densidad con la temperatura de vermiculita de alta expansión.
La FIG. 22 es una tabla (Tabla IV) de información estadística de las distribuciones de espacios de aire de las Muestras 1-4.
La FIG. 23 es una tabla (Tabla V) de información estadística de las distribuciones de los grosores de pared de las Muestras 1-4.
La FIG. 24 es una tabla (Tabla VI) de los resultados del ensayo de resistencia a la contracción.
Las FIG. 25A-25B son una tabla (Tabla VII) de componentes principales de las formulaciones (valores medios de cada experimento, excepto que se señale de otro modo) para paneles de muestra citados en el Ejemplo 4.
Las FIG. 26A-26B son una tabla (Tabla VIII) del ensayo de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura de las muestras de experimentos de muestra citados en la Tabla VII y en el Ejemplo 4B.
La FIG. 27 es una tabla (Tabla IX) de los valores de índice de Aislamiento Térmico mínimos predichos para la resistencia al fuego deseada a 50, 55 y 60 minutos en montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción.
Las FIG. 28A-28B son una tabla (Tabla X) del ensayo de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura de muestras a partir de experimentos de muestra citados en la Tabla VII y Ejemplo 4D.
Las FIG. 29A-29C son una tabla (Tabla XI) de datos del ensayo de fuego de muestras a partir de experimentos de muestra citados en la Tabla VII y Ejemplo 4E.
La FIG. 30 es una tabla (Tabla XII) de datos del ensayo de resistencia a la extracción de clavos de muestras a partir de experimentos de muestra citados en la Tabla VII y Ej emplo 5.
La FIG . 31 es una tabla (Tabla XIII) de datos del ensayo de resistencia a la flexión de muestras a partir de experimentos de muestra 17, 18 y 19.
Las FIG. 32A-32C son una tabla (Tabla XIV) de datos del ensayo de dureza del núcleo, de los extremos, y de los bordes de muestras a partir de experimentos de muestra 17, 18 y 19.
La FIG. 33 es una tabla (Tabla XV) de datos de ensayo de pérdida de transmisión de sonido de muestras de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción, y paneles de yeso cortafuegos comerciales de Tipo X.
Las FIG. 34A-34B son una tabla (Tabla XVI) de la evaluación de laboratorio de paneles tratados con siloxano/almidón .
Las FIG. 35 es una tabla (Tabla XVII) del ensayo de Expansión de Grosor a Alta Temperatura y de Contracción a Alta Temperatura de muestras procedentes de muestras de laboratorio citadas en el Ejemplo 10.
La FIG. 36 es una tabla (Tabla XVII) del ensayo del índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura de muestras procedentes de muestras de laboratorio citadas en el Ejemplo 10.
La FIG. 37 es una tabla (Tabla XIX) de formulaciones para muestras de laboratorio con cantidades variables de vermiculita .
Las FIGS. 38A-38C son tablas (Tabla XXa-c) del ensayo del índice de Aislamiento a Alta Temperatura, de Contracción a Alta Temperatura, y de Expansión a Alta Temperatura, del Ejemplo 11 A, Muestras 1-9, con cantidades variables de trihidrato de aluminio (ATH) .
La FIG. 39 es una gráfica de la cantidad de ATH como un porcentaje en peso por peso del estuco frente al índice de Aislamiento a Alta Temperatura tomado de los datos de ensayo en la Tabla XXb de la FIG. 38 para el Ejemplo 11A, Muestras 3-9.
Las FIGS. 40A-40C son tablas (Tabla XXIa-c) del ensayo del índice de Aislamiento a Alta Temperatura, de Contracción a Alta Temperatura, y de Expansión a Alta Temperatura, del Ejemplo 11B, Muestras 10-17, con cantidades variables de ATH.
Las FIGS. 41A-41B son tablas (Tabla XXI la y XXIIb) del ensayo del índice de Aislamiento a Alta Temperatura, de Contracción a Alta Temperatura, y de Expansión a Alta Temperatura, del Ejemplo 11C, Muestras 18-20, con ATH.
DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Las modalidades descritas más abajo no pretenden ser exhaustivas o limitar las reivindicaciones anejas a las composiciones, montajes, métodos y operaciones específicos descritos aquí. En su lugar, las modalidades y modalidades descritos se han elegido para explicar los principios de la presente descripción y su aplicación, operación y uso a fin de permitir mejor a otros expertos en la técnica seguir sus enseñanzas .
La presente descripción proporciona modalidades usando combinaciones de estuco, particulados de alta expansión, tales como vermiculita de alta expansión, en un estado no expandido, y otros ingredientes señalados, cuyos ejemplos se enconan en la Tabla I en la FIG 19. Estas formulaciones proporcionan paneles de yeso resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, que proporcionan propiedades deseadas de resistencia al fuego no encontradas factibles previamente para paneles de yeso de tales pesos y densidades reducidas. Los paneles formados según principios de la presente descripción también pueden tener' una resistencia a la extracción de clavos y características de transmisión de sonido adecuadas para una variedad de fines de construcción, y, en algunas modalidades, tales propiedades son comparables a paneles cortafuegos comerciales significativamente más densos y más pesados. Las formulaciones únicas de y los métodos para obtener los paneles formados según principios de la presente descripción hacen posible producir tales paneles de yeso de altas prestaciones, de peso y densidad reducidos, de resistencia al fuego, con una Contracción a Alta Temperatura menor que alrededor de 10% en las direcciones x-y (anchura-longitud) , y una Expansión de Grosor a Alta Temperatura en la dirección z (grosor) mayor que alrededor de 20% cuando se calienta hasta alrededor, de 1560°F (850°C) . En todavía otras modalidades, cuando se usan en montajes de pared u otros montajes, tales montajes tienen un comportamiento de ensayo de fuego comparable a los montajes obtenidos con paneles cortafuegos comerciales más pesados y más densos.
En todavía otras modalidades, un panel de yeso resistente al fuego formado según principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlos, puede incluir un núcleo de yeso colocado entre dos láminas de cubierta. El núcleo de yeso puede comprender una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas de alta expansión expansibles hasta alrededor de 300% o más de su volumen original después de ser calentadas durante alrededor de una hora a alrededor de 1560°F (alrededor de 850°C) . El núcleo de yeso puede tener una densidad (D) de alrededor de 40 libras por pie cúbico (640.74 kg/m3) o menos, y una dureza del núcleo de al menos alrededor de 11 libras (5 kg) . El núcleo de yeso puede ser eficaz para proporcionar un índice de Aislamiento Térmico (TI) de alrededor de 20 minutos o más. El núcleo de yeso puede ser eficaz para proporcionar el panel con una relación TI/D de alrededor de 0.6 minutos/libras por pie cúbico (0.038 minutos/ (kg/m3) ) o más.
En algunas modalidades, un panel de yeso resistente al fuego, formado según principios de la presente descripción, y los métodos para obtenerlo, puede proporcionar un panel que presenta una resistencia media a la contracción de alrededor de 85% o más cuando se calienta a alrededor de 1800°F (980°C) durante una hora. En otras modalidades, el panel presenta una resistencia media a la contracción de alrededor de 75% o más cuando se calienta a alrededor de 1800°F (980°C) durante una hora.
En algunas modalidades, la presente descripción proporciona paneles de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor con una densidad del núcleo del yeso menor que alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) . En otras modalidades preferidas, las densidades del núcleo de yeso del panel están entre alrededor de 30 pcf (480.55 kg/m3) y alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3), alrededor de 32 pcf (512.59 kg/m3) a alrededor de 38 pcf (608.7 kg/m3), o alrededor de 35 (560.65 a alrededor de 592.68 kg/m3) . Tales paneles formados según principios de la presente descripción proporcionan propiedades de resistencia al fuego comparables a paneles de yeso mucho más pesados y más densos, tales como los paneles de yeso actuales comerciales cortafuegos (con clasificación contra incendios) de Tipo X de 5/8" (15.87 mm) , que tienen típicamente una densidad del núcleo de al menos alrededor de 42 pcf (672.78 kg/m3) (y un peso del panel de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor de al menos alrededor de 2200 lb/msf (0.000976 kg/cm2) ) , tales como los paneles de Tipo X marca SHEETROCK® FIRE CODE®.
En otras modalidades, se proporcionan métodos para obtener paneles de yeso resistentes al fuego preparando una lechada acuosa que contiene yeso calcinado con los componentes explicados aquí más abajo, en los que el yeso calcinado (también denominado como estuco) y el agua se usan para crear una lechada acuosa a una relación en peso preferida de agua/estuco de alrededor de 0.6 a alrededor de 1.2 en algunas modalidades, alrededor de 0.8 a alrededor de 1.0 en otras modalidades, y alrededor de 0.9 en todavía otras modalidades. La lechada se deposita como una cinta continua sobre una banda de papel de lámina de cubierta continua, fibra de vidrio no tejida, u otros materiales fibrosos o combinación de materiales fibrosos. Entonces se coloca sobre la cinta de lechada depositada una segunda de tal banda de lámina de cubierta continua, para formar un panel de yeso continuo del grosor y anchura deseados. El panel de yeso continuo se corta en la longitud deseada después ;de que la lechada que contiene yeso calcinado se haya endurecido (mediante hidratación del yeso calcinado para formar una matriz continua de yeso fraguado) suficientemente para el corte, y los paneles de yeso resultante se secan. Los paneles secos, además, se pueden someter a etapas de corte, conformado y recorte .
En otras modalidades, una capa de yeso de mayor densidad se puede formar en o alrededor de la primera lámina de cubierta, y/o a lo largo de los bordes periféricos de la lámina de cubierta. La capa de mayor densidad proporciona típicamente propiedades beneficiosas a las superficies del tablero, tales como una mayor dureza, una resistencia a la extracción de clavos mejorada, etc. La mayor densidad a lo largo de los bordes periféricos de la lámina de cubierta proporciona típicamente una dureza mejorada del borde y otras propiedades beneficiosas. En todavía otras modalidades, se aplica una capa de mayor densidad a cualquiera o a ambas láminas- de cubierta, o a las porciones equivalentes de la construcción de núcleo/lámina de cubierta.
Típicamente, las capas de mayor densidad se aplican mediante técnicas convencionales, tales como revistiendo una o ambas capas de cubierta aguas arriba de o en estrecha proximidad a la de posición de la capa del núcleo sobre la primera lámina de cubierta, o la aplicación de la segunda lámina de cubierta sobre la capa de lechada del núcleo. De forma similar, la capa de mayor densidad periférica se aplica a menudo como una tira o cinta estrecha de lechada de yeso (con una densidad que difiere de la lechada del núcleo) a los bordes periféricos de la primera lámina de cubierta aguas arriba de o en proximidad a la de posición de la lechada del núcleo sobre la primera lámina. En algunas de tales modalidades, las capas de mayor densidad comprenden alrededor de 3% a alrededor de 4% del peso el tablero.
En consecuencia, en algunas modalidades, se proporciona un panel de yeso de peso y densidad reducidos, resistente al fuego, adecuado para uso como tablero para tabiques, tablero para techos u otras aplicaciones de construcción (tales como revestimiento exterior, material de tejado, etc.). En algunas de tales modalidades, los paneles de yeso tienen un grosor nominal adecuado para uso en aplicaciones de construcción, tales como alrededor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) , alrededor de 1/2 pulgadas (1.27 cms) y/o alrededor de 1/4 pulgadas (6.35 mm) , que son los grosores típicos usados para muchas aplicaciones de construcciones interiores y exteriores . Las láminas de cubierta también se pueden revestir con revestimientos resistentes al agua o resistentes al abuso, o, en algunas modalidades, yeso, materiales de cementación, materiales acrílicos u otros revestimientos adecuados para las necesidades específicas de la construcción. Los paneles también se pueden formar en una variedad de dimensiones, adecuadas para aplicaciones estándar, no estándar, o personalizadas. Los ejemplos de tales paneles son paneles de una anchura nominal de cuatro pies, que tienen una longitud nominal de ocho pies, diez y doce pies, típicos de los usados para fines de construcción de edificios.
La densidad del núcleo de los paneles de peso reducido, resistentes al fuego, es un contribuyente significativo al peso global de los paneles con relación a los paneles convencionales con dimensiones similares. De este modo, en modalidades con las densidades del núcleo mencionadas anteriormente, las densidades de los paneles con láminas de cubierta de papel típicas pueden incluir de alrededor de 30 pcf (480.55 kg/m3) a alrededor de 39.5 pcf (624.72 kg/m3); alrededor de 32.7 pcf (523.8 kg/m3) a alrededor de 38.5 pcf (616.71 kg/m3); y alrededor de 35.6 pcf (570.26 kg/m3) a alrededor de 37.5 pcf (600.69 kg/m3). Para paneles de 5/8 pulgadas (15.87 rara) de grosor de cuatro pies (1.21 mts) por ocho pies (2.43 mts) , con tales densidades del panel, los pesos del panel pueden ser alrededor de 1600 lb/msf (0.000780 kg/cm2) a alrededor de 2055 lb/msf (0.00100 kg/cm2) , alrededor de 1700 lb/msf (0.000829 kg/cm2) a alrededor de 2000 lb/msf (0.000976 kg/cm2), y 1850 lb/msf (0.000902 kg/cm2) a alrededor de 1950 lb/msf (0.000951 kg/cm2), respectivamente. Para otros grosores y dimensiones del panel, el peso de los paneles se puede variar proporcionalmente . Por ejemplo, en el caso de paneles que tienen densidades similares pero con un grosor nominal de 1/2 pulgadas (1.27 cms) , el peso del panel sería alrededor de 80% del peso del panel de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor mencionado anteriormente. De forma similar, para paneles con densidades y dimensiones comparables pero con un grosor nominal de 3/4 pulgadas (20 mm) , los pesos del panel pueden ser alrededor de 120% de los paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor mencionados anteriormente.
En modalidades en las que el núcleo del yeso fraguado tiene una densidad de alrededor de 30 pcf (480.55 kg/m3) a alrededor de 40 pcf (640.74 kg/m3) , el núcleo de los paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor se puede formar a partir de formulaciones de lechada que comprenden estuco en una cantidad de alrededor de 1162 lbs/msf (0.000567 kg/cm2) a alrededor 1565 lbs/msf (0.000763 kg/cm2); vermiculita de alta expansión de alrededor de 5% a alrededor de 10% en peso del estuco, almidón de alrededor de 0.3% a alrededor de 3% en peso del estuco; fibra mineral o fibra de vidrio de alrededor de 0.3% a alrededor de 0.5% en peso del estuco, y fosfato de alrededor de 0.03% a alrededor de 0.4% en peso del estuco. Como se menciona más abajo, se pueden emplear otros aditivos convencionales en la práctica de los principios de la presente descripción, en cantidades habituales para proporcionar propiedades deseables, para' facilitar la fabricación, y para obtener la densidad deseada del núcleo. En otras modalidades, el núcleo del yeso de paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor formados según principios de la presente descripción puede tener una densidad de alrededor de 32 a alrededor de 38 libras por pie cúbico (512.59 a alrededor de 608.7 kg/m3) , y un peso del núcleo de yeso de alrededor de 1500 (0.000732 kg/cm2) a alrededor de 1700 lb/msf (0.000829 kg/cm2) (0.000829 kg/cm2). En algunas de tales modalidades, el núcleo de yeso también comprende alrededor de 5.5% a alrededor de 8% de vermiculita de alta expansión; alrededor de 0.5% a alrededor de 2.5% de almidón; alrededor de 0.4% a alrededor de 0.7% de fibra mineral o fibra de vidrio; y alrededor de 0.07% a alrededor de 0.25% de fosfato. Como se menciona anteriormente, cada componente del núcleo de yeso, tal como el almidón, la fibra, y el fosfato, se puede ajustar adicionalmente para proporcionar propiedades deseadas del panel, y a la vista de la composición y peso de las láminas de cubierta, la naturaleza y la cantidad de otros aditivos al núcleo del panel, y la calidad del estuco e yeso.
En las modalidades ejemplares mencionadas en la Tabla I en la FIG. 19, la combinación de estuco, partículas en forma de vermiculita de alta expansión, y. los otros ingredientes señalados proporcionan paneles de yeso de peso reducido con una resistencia deseada al fuego, y también proporciona paneles que satisfacen la resistencia deseada a la extracción de clavos, y propiedades de transmisión de sonido. Esta combinación de ingredientes (y otros dentro del alcance de la invención) hace posible producir tales paneles de yeso de altas prestaciones, de peso reducido, resistentes al fuego, con propiedades de resistencia a la contracción del área x-y y de expansión en la dirección z comparables a, si no mejores que, paneles de yeso mucho más pesados y más densos. En modalidades tales como aquellas expuestas en la Tabla I en la FIG. 19, la Contracción a Alta Temperatura de los paneles es típicamente menor que alrededor de 10% en las direcciones x-y (anchura-longitud) y la Expansión de Grosor a Alta Temperatura del grosor del panel en la dirección z (grosor) es típicamente mayor que alrededor de 20% a alrededor de 1560°F (850°C) como se explica en el Ejemplo 4B más abajo. En algunas modalidades, la relación de Expansión de Grosor a Alta Temperatura en la dirección z a Contracción a Alta Temperatura x-y es al menos alrededor de 2 a alrededor de 17 a 1570°F (855°C) como también se explica en el Ejemplo 4B.
Otra medida de la resistencia térmica se explica en el Ejemplo 3 más abajo. En ese ensayo, se evaluó la resistencia a la contracción a temperaturas superiores a alrededor de 1800°F (980°C) . Usando paneles formados según principios de la presente descripción, tales como los expuestos en la Tabla I en la FIG. 19, los paneles de yeso de peso y densidad reducidos demostraron una resistencia a la contracción mayor que alrededor de 85% en las direcciones x-y. Los valores expresados en la Tabla I como lb/msf son para paneles de grosor nominal de 5/8 pulgadas (15.87 mm) .
Se pueden emplear otros aditivos convencionales en la práctica de los principios de la presente descripción, en cantidades habituales para proporcionar propiedades deseables y facilitar la fabricación. Los ejemplos de tales aditivos son espumas acuosas, aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, inhibidores de la deshidratación, aglutinantes, adhesivos, auxiliares de la dispersión, agentes niveladores o no niveladores, espesantes, bactericida, fungicidas, agentes que ajustan el pH, colorantes, repelentes del agua, cargas, y sus mezclas. En algunas modalidades, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción pueden incorporar un material inorgánico tal como arcilla, sílice coloidal, o alúmina coloidal en su núcleo de yeso. La mayoría de tales modalidades, tales materiales inorgánicos no están en cantidades que afectarían sustancialmente a la resistencia a la contracción de los paneles de yeso en condiciones de alta temperatura.
En algunas modalidades que utilizan una o más formulaciones en aquellas descritas en la Tabla I en la FIG. 19, se proporcionan paneles, y métodos para obtenerlos, que se configuran como paneles de yeso de peso y densidad reducidos, de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor, que cumplirán o superarán una puntuación contra el fuego de "una hora" según los requisitos de contención del fuego e integridad estructural del UL U305, U419, U423, y/o procedimientos y normas de ensayo contra el fuego equivalentes. En todavía otras modalidades que usan las formulaciones de la Tabla I, la presente descripción proporciona paneles de yeso de peso y densidad reducidos, de 1/2 pulgadas (1.27 cms) de grosor, y métodos para obtenerlos, que son capaces de satisfacer al menos una puntuación contra fuegos de 3/4 horas según los procedimientos y normas U419 de contención de fuego e integridad estructural. Se pueden lograr resultados similares utilizando otras formulaciones consistentes con los principios descritos aquí.
La combinación de peso reducido, resistencia al fuego, y las características de resistencia y estructurales señalados anteriormente es debido, se cree, a los resultados inesperados de diversas combinaciones de los componentes anteriores. Los componentes útiles en las formulaciones de lechada de yeso calcinado que siguen los principios de la presente descripción se explican con mayor detalle más abajo.
Estucos - El componente de estuco (o yeso calcinado) usado para formar la matriz cristalina del núcleo del panel de yeso comprende típicamente la forma beta del sulfato de calcio hemihidratado, anhidrita de sulfato de calcio soluble en agua, la forma alfa de sulfato de calcio hemihidratado, o mezclas de cualquiera o de todos estos, procedentes de fuentes naturales o sintéticas. En algunas modalidades, el estuco puede incluir minerales que no sean yeso, tales como cantidades minoritarias de arcillas u otros componentes que están asociados con la fuente de yeso o se añaden durante la calcinación, procesamiento y/o suministro del estuco a la mezcladora.
A título de ejemplo, las cantidades de estuco citadas en la Tabla I en la FIG. 19 suponen que la fuente de yeso tiene al menos alrededor de 95% de pureza. En consecuencia, los componentes, y sus cantidades relativas, tales como los mencionados en la Tabla I más arriba, usados para formar la lechada del núcleo, se pueden variar o modificar dependiendo de la fuente de estuco, pureza y contenido. Por ejemplo, la composición de la lechada del núcleo de yeso y la cantidad de vermiculita de alta expansión usada se pueden modificar para diferentes composiciones de estuco dependiendo de la pureza del yeso, la fuente natural o sintética para el yeso, el contenido de agua del estuco, el contenido de arcilla del estuco, etc.
Partículas de Alta Expansión - Los paneles de yeso de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, pueden lograr resultados únicos e inesperados en términos de resistencia al fuego y las condiciones de calor extremas asociadas, sin depender de cantidades incrementadas de hemihidratos de yeso típicas de paneles de yeso cortafuegos convencionales, o depender predominantemente de vermiculita convencional, de expansión relativamente baja, tal como la denominada como vermiculita no expandida de "Grado n° 5" (con un tamaño típico de partículas menor que alrededor de 0.0157 pulgadas (0.40 mm) ) . Como se menciona anteriormente, los paneles formados según principios de la presente descripción pueden utilizar particulados de alta expansión en forma de vermiculita con un volumen alto de expansión con relación a vermiculita de Grado n° 5 (sistema de gradación de U.S.) y otras vermiculitas de baja expansión que se han usado en paneles de yeso cortafuego comerciales .
Las vermiculitas citadas aquí como "vermiculita de alta expansión" tienen una expansión volumétrica después de calentarlas durante una hora a alrededor de 1560 °F (alrededor de 850°C) de alrededor de 300% o más de su volumen original. Por el contrario, la vermiculita no expandida de Grado n° 5 tiene típicamente una expansión volumétrica a alrededor de 1560 °F (alrededor de 850 °C) de alrededor de 225%. Igualmente, en las modalidades de paneles formados según los principios de la presente invención, también se pueden utilizar otros particulados con propiedades comparables a la vermiculita de ata expansión. En algunas modalidades, se pueden usar vermiculitas de alta expansión que tienen una expansión volumétrica de alrededor de 300% a alrededor de 380% de su volumen original después de colocarlas durante una hora en una cámara tiene una temperatura de alrededor de 1560 °F (alrededor de 850°C) .
Tal vermiculita de alta expansión se denomina a menudo como vermiculita no expandida de Grado n° 4 (sistema de gradación de U.S.) (tales vermiculitas de alta expansión se rechazaron como un ingrediente útil en los tableros para tabiques de yeso cortafuegos en la patente Estadounidense No. 3,454,456 explicada anteriormente). En algunas modalidades, al menos alrededor de 50% de las partículas en la vermiculita de alta expansión usada en paneles formados según principios de la presente invención serán mayores que una malla de alrededor de 50 (es decir, mayor que alrededor de 0.0117 pulgadas (0.029 cms) (0.297 mm) de abertura). En otras modalidades, al menos alrededor de 70% de las partículas tendrán una malla mayor que alrededor de 70 (es decir, aberturas mayores que alrededor de 0.0083 pulgadas (0.210 mm) ) .
En otras modalidades, se pueden usar vermiculitas de alta expansión que se clasifican bajo sistemas de gradación diferentes y/o ajenos. Tales vermiculitas de alta expansión deberían tener características de expansión y/o resistencia térmica sustancialmente similares, típicas de aquellas explicadas aquí. Por ejemplo, en algunas modalidades, se puede usar una vermiculita clasificada como Grado 0 (micrómetro) o Grado 1 (superfina) europea, sudamericana, o de África del Sur.
En algunas modalidades, se puede usar una vermiculita de alta expansión que incluye una distribución de partículas en la que hasta alrededor de 50% de las partículas de vermiculita son menores que alrededor de 500 micrómetros, hasta alrededor de 60% de las partículas de vermiculita están entre alrededor de 500 micrómetros y alrededor de 1000 micrómetros, hasta alrededor de 40% de las partículas de vermiculita están entre alrededor de 1000 micrómetros y alrededor de 1500 micrómetros, y hasta alrededor de 20% de las partículas de vermiculita están entre alrededor de 1500 micrómetros y alrededor de 3000 micrómetros. En algunas modalidades, una vermiculita de alta expansión puede incluir partículas de vermiculita según la siguiente distribución: entre alrededor de 25% y alrededor de 45% de las partículas tienen menos de alrededor de 500 micrómetros, entre alrededor de 40% y 60% de las partículas tienen entre alrededor de 500 micrómetros y alrededor de 1000 micrómetros, hasta alrededor de 20% de las partículas tienen entre alrededor de 1000 micrómetros y alrededor de 1500 micrómetros, y hasta alrededor de 10% de las partículas tienen entre alrededor de 1500 micrómetros y alrededor de 3000 micrómetros. En todavía otras modalidades, una vermiculita de alta expansión puede incluir partículas de vermiculita según la siguiente distribución: entre alrededor de 5% y alrededor de 20% de las partículas tienen menos de alrededor de 500 micrómetros, entre alrededor de 35% y 60% de las partículas tienen entre alrededor de 500 micrometros y alrededor de 1000 micrometros, entre alrededor de 20% y alrededor de 40% de las partículas tienen entre alrededor de 1000 micrometros y alrededor de 1500 micrometros, y hasta alrededor de 20% de las partículas están entre alrededor de 1500 micrometros y alrededor de 3000 micrometros .
En todavía otras modalidades, también se pueden usar vermiculitas que se han tratado químicamente o modificado de otro modo de manera que muestran un comportamiento de expansión volumétrica bajo calentamiento similar a las vermiculitas de alta expansión explicadas aquí. La vermiculita de alta expansión útil en paneles formados según los principios de la presente invención también puede incluir otras vermiculitas, mezclas de vermiculitas y/o composiciones que contienen vermiculita (y otros tamaños y distribuciones de tamaños de partículas) , así como otros materiales en partículas con propiedades de expansión comparables que proporcionan las características de contracción y expansión del panel típicas de los paneles descritos aquí. Otras vermiculitas de alta expansión y otros particulados adecuados también pueden diferir de los descritos aquí en lo que respecta a que no son un material para proporcionar los paneles de yeso resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, descritos aquí.
En algunas modalidades, la vermiculita de alta expansión usada en los paneles de yeso resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, pueden incluir vermiculita de grado 4 U.S. comercial, disponible en el mercado a partir de una variedad de fuentes. Cada uno de los productores comerciales puede proporcionar especificaciones para las propiedades físicas de la vermiculita de alta expansión, tales como dureza de Mohs , humedad total, humedad libre, densidad aparente, relación específica, relación de aspecto, capacidad de intercambio catiónico, solubilidad, pH (en agua destilada) , relación de expansión, temperatura de expansión, y punto de fusión, por ejemplo. Se contempla que en diferentes modalidades que usan diferentes fuentes de vermiculitas de alta expansión, estas propiedades físicas variarán .
En algunas modalidades, las partículas de vermiculita de alta expansión están distribuidas generalmente a lo largo de la porción del núcleo de los paneles de yeso. En otras modalidades, las partículas de vermiculita de alta expansión están distribuidas generalmente de manera uniforme a lo largo de la porción central de los paneles de yeso.
La vermiculita de alta expansión se puede distribuir generalmente de forma aleatoria a lo largo de las porciones de densidad reducida del núcleo del panel . En algunas modalidades, puede ser deseable tener una distribución diferente de vermiculita en las porciones más densas de un panel, tal como en la capa de yeso de densidad incrementada mencionada anteriormente, adyacente a la cara o caras del panel, o en porciones del núcleo con una mayor densidad a lo largo de los bordes del panel. En otras modalidades la vermiculita de alta expansión se puede excluir substancialmente de aquellas porciones más densas de los paneles, tales como los bordes endurecidos y las caras de los paneles. Tales variaciones en los contenidos y distribución de las partículas de vermiculita en las porciones más densas de los paneles pueden ser como resultado de extraer la lechada del núcleo de la mezcladora de lechada del núcleo para uso en aquellas porciones del panel, mediante introducción de la vermiculita a través de otros medios apropiados en la lechada para las porciones del núcleo de densidad reducida del panel, usando mezcladoras de bordes, u otros medios conocidos por los expertos en la técnica.
Puede haber además una variación considerable en la cantidad de partículas de alta expansión distribuidas por todo el núcleo, y en la distribución específica de las partículas en algunas modalidades de paneles formados según principios de la presente descripción con relación a la distribución de partículas en otros paneles así formados. Tales variaciones en la cantidad y distribución de las partículas de alta expansión dependerán de la cantidad y tipo de la vermiculita u otras partículas incorporadas en la lechada, el tamaño y la distribución de tamaños de partículas de alta expansión, la composición de la lechada del núcleo, y los procedimientos de mezclamiento y distribución de la lechada del núcleo, entre otros factores. De forma similar, la distribución de las partículas específicas, propiedades de las partículas y tamaño de las partículas en el núcleo pueden variar y puede depender de factores similares durante el mezclamiento y distribución de la suspensión del núcleo durante el procedimiento de formación del panel.
En algunas modalidades, la distribución de partículas de alta expansión evita casos de concentraciones grandes de las partículas de alta expansión en pociones del núcleo del panel que reducen significativamente la resistencia e integridad estructurales del núcleo durante uso normal de los paneles, o durante condiciones de alta temperatura y/o fuego. Esto no incluiría variaciones minoritarias encontradas en la producción comercial típica. La distribución de partículas de alta expansión también se puede modificar en términos de la concentración de las partículas en una o más porciones del núcleo para aplicaciones deseadas específicas de los paneles.
En algunas modalidades, la distribución mencionada anteriormente de las partículas de alta expansión en el núcleo de densidad reducida de los paneles se produce durante el mezclamiento de la lechada del núcleo, el paso de la lechada a la primera lámina de cubierta y/o la distribución de la lechada a lo largo de la lámina de cubierta. En algunas modalidades, las partículas de alta expansión se pueden añadir a la mezcladora de la lechada del núcleo con otros materiales secos o semisecos durante el mezclamiento y la preparación de la lechada del núcleo. Como alternativa, en otras modalidades, las partículas de alta expansión se pueden añadir en otros procedimientos, etapas o estadios que distribuyen generalmente las partículas de alta expansión en las porciones deseadas del núcleo de yeso del panel .
Como se refleja en las FIGS . 1-6, explicado además más abajo, las partículas de vermiculita están distribuidas frecuentemente próximas o adyacentes a los espacios vacíos formados en las porciones de densidad reducida del núcleo de yeso, así como en porciones cristalinas del núcleo que un experto de pericia normal esperaría que contribuyesen a la resistencia estructural del núcleo. Tal distribución en una estructura del núcleo cristalina de densidad reducida (que en sí misma está considerada relativamente frágil) , conduciría a un experto de pericia normal a creer que la expansión significativa de las partículas de vermiculita destruirían el núcleo y provocarían el astillamiento, fracturas del núcleo y fallos del núcleo conocidos por los de pericia normal y explicados en las referencias explicadas anteriormente. Esto sería particularmente cierto en modalidades de un panel de yeso formado según principios de la presente descripción, en el que el núcleo de yeso tiene una densidad relativamente baja, y de este modo un volumen de espacio vacío relativamente alto, y un contenido de yeso cristalino significativamente reducido. Sería de esperar que la reducción del contenido de yeso cristalino del núcleo redujese la resistencia estructural y la capacidad de actuar como disipadores de calor de los paneles de yeso. Como se explica adicionalmente más bajo, éste no fue sorprendentemente el caso para los paneles formados según principios de la presente descripción.
Almidones - Como se apreciará por un experto en la técnica, las modalidades de la formulación de la lechada del núcleo para uso en la preparación de paneles formados según principios de la presente descripción pueden comprender un almidón. En algunas modalidades de paneles formados según principios de la presente descripción, y los métodos para preparar tales paneles, la formulación de la lechada del núcleo, tal como la mencionada en la Tabla I en la FIG. 19, incluye un almidón pregelatinizado o un almidón funcionalmente equivalente. El almidón bruto se puede pregelatinizar cociendo el almidón en agua a temperaturas de al menos 185°F (85°C) o mediante otros métodos bien conocidos para provocar la formación de gel en el almidón utilizado en el núcleo del panel . El almidón se puede incorporar en la lechada del núcleo en una forma seca, una forma líquida predispensa, o combinaciones de ambas. En una forma seca, un almidón se puede añadir a la mezcladora de la lechada del núcleo con otros ingredientes secos, o en un procedimiento, etapa o estadio de adición separado. En la forma predispersa, se puede añadir con otros ingredientes líquidos, tales como agua de amasado, por ejemplo, o en un procedimiento, etapa o estadio de adición separado.
Algunos ejemplos de almidones pregelatinizados fácilmente disponibles que se pueden usar en la práctica de la presente descripción son almidón de harina de maíz amarillo pregelificado comercialmente disponible de Cargill, Inc. o de Archer Daniels Midland Co. En algunas modalidades, el componente de almidón incluye al menos almidón de maíz pregelatinizado, tal como harina de maíz pregelatinizada disponible de Bunge Milling, St . Louis, Missouri. Tales almidones pregelatinizados tienen las siguientes características típicas: humedad de alrededor de 7.5%, proteína de alrededor de 8.0%, aceite de alrededor de 0.5%, fibra bruta de alrededor de 0.5%, ceniza de alrededor de 0.3%; teniendo una resistencia en verde de alrededor de 0.48 psi y teniendo una densidad aparente de alrededor de 35 lb/ft3 (560.65 kg/m3) . En todavía otrás modalidades, la formulación de la lechada del núcleo puede incluir uno o más almidones hidroxietilados comercialmente disponibles, adecuados para los fines de la presente descripción.
En otras modalidades, se pueden usar otros almidones útiles, incluyendo almidones modificados con ácidos, tales como harina de maíz modificada con ácidos, disponible como HI-BOND de Bunge Milling, St . Louis, Missouri. Este almidón tiene las siguientes características típicas: humedad de alrededor de 10.0%, aceite de alrededor de 1.4%, solubles en agua fría de alrededor de 17.0%, fluidez alcalina de alrededor de 98.0%, densidad aparente de alrededor de 30 lb/ft3 (480.55 kg/m3) , y alrededor de 20% de suspensión, que produce un pH de alrededor de 4.3. Otro almidón útil es almidón de trigo no pregelatinizado, tal como ECOSOL-45, disponible de ADM/Ogilvie, Montreal, Quebec, Canadá .
Fibras - En algunas modalidades incorporan fibras tales como se mencionan en la Tabla I en la FIG. 19, y los métodos para preparar tales paneles, las fibras pueden incluir fibras minerales, fibras de carbono y/o fibras de vidrio, y mezcla de tales fibras, así como otras fibras comparables que proporcionan beneficios comparables al panel. En algunas modalidades, las fibras de vidrio se incorporan en la lechada del núcleo de yeso y en la estructura del núcleo cristalino resultante. Las fibras de vidrio en algunas de tales modalidades pueden tener una longitud media de alrededor de 0.5 a alrededor de 0.75 pulgadas (1.27 cms a alrededor de 1.90 cms), y un diámetro de alrededor de 11 a alrededor de 17 micrómetros . En otras modalidades, tales fibras de vidrio pueden tener una longitud media de alrededor de 0.5 a alrededor de 0.75 pulgadas (1.27 cms a alrededor de 1.71 cms) , y un diámetro de alrededor de 13 a alrededor de 16 micrómetros. En todavía otras modalidades, se utilizan fibras de vidrio E, que tienen un punto de reblandecimiento por encima de alrededor de 800 °C, y un tipo de tales fibras es fibras de vidrio Advantex® (disponible de Owens Corning) que tiene un punto de reblandecimiento por encima de al menos alrededor de 900 °C. Las fibras de lana mineral o de carbono, tales como aquellas conocidas por las de pericia normal, se pueden usar en lugar de o en combinación con fibras de vidrio, tales como las mencionadas anteriormente.
Fosfatos - En algunas modalidades de paneles formados según principios de la presente descripción y los métodos para preparar tales paneles, se añade una sal de fosfato u otra fuente de iones fosfatos tal como se menciona en la Tabla I en la FIG. 19 a la lechada de yeso usada para producir el núcleo de yeso del panel . El uso de tales fosfatos puede contribuir a proporcionar un núcleo de yeso con mayor resistencia, resistencia a la deformación permanente (por ejemplo, resistencia al pandeo) y estabilidad dimensional, en comparación con yeso fraguado formado a partir de una mezcla que no contiene fosfato. En algunas de tales modalidades, la fuente de fosfatos se añade en cantidades para proporcionar estabilidad dimensional, o resistencia en húmedo, al panel y al núcleo del panel mientras que el hemihidrato del yeso en el núcleo se hidrata y forma la estructura de núcleo cristalina de dihidrato de yeso (por ejemplo durante el tiempo entre la plancha formadora y la sección del horno del procedimiento de formación) . Adicionalmente, se observa que en el grado en que el fosfato añadido actúa como un retardador, se puede añadir un acelerador apropiado en la cantidad requerida para superar cualesquiera efectos retardantes adversos del fosfato. Los fosfatos se añaden habitualmente en forma seca y/o en forma líquida, añadiéndose típicamente los ingredientes secos a la mezcladora de la lechada del núcleo, y añadiéndose los ingredientes líquidos a la mezcladora o en otras etapas o procedimientos .
Los componentes que contienen fosfato útiles en la presente descripción incluyen componentes solubles en agua, y pueden estar en forma de un anión, una sal, o un ácido, a saber, ácidos fosfóricos condensados, cada uno de los cuáles comprende dos o más unidades de ácido fosfórico; sales o iones de fosfatos condensados, cada uno de los cuáles comprende dos o más unidades de fosfato; y sales monobásicas o iones monovalentes de ortofosfatos , tales como se describe, por ejemplo, en las patentes Estadounidenses Nos. 6,342,284; 6,632,550; y 6,815,049, cuyas descripciones de todos ellos se incorporan aquí como referencia. Los ejemplos adecuados de tales clases de fosfatos serán manifiestos para los expertos en la técnica. Por ejemplo, se puede utilizar cualquier compuesto adecuado que contenga ortofosfato monofásico en la práctica de los principios de la presente descripción, incluyendo, pero sin limitarse a, fosfato de monoamonio, fosfato de monosodio, fosfato de monopotasio, y sus combinaciones. Una sal de fosfato monobásica preferida es fosfato de monopotasio.
De forma similar, se puede usar según la presente descripción cualquier sal de polifosfato soluble en agua adecuada. El polifosfato puede ser cíclico o acíclico. Los polifosfatos cíclicos ejemplares incluyen, por ejemplo, sales de trimetafosfato y sales de tetrametafosfato . La sal de trimetafosfato se puede seleccionar, por ejemplo, de trimetafosfato de sodio (también denominado aquí como STMP) , trimetafosfato de potasio, trimetafosfato de litio, trimetafosfato de amonio, y similares, o sus combinaciones.
También, según la presente descripción, se puede utilizar cualquier sal de polifosfato acíclico soluble en agua adecuada. La sal de polifosfato acíclico tiene al menos dos unidades de fosfato. A título de ejemplo, las sales de polifosfato acíclico adecuadas según la presente descripción incluyen, pero no se limitan a, pirofosfatos , tripolifosfatos, hexametafosfato de sodio que tiene de alrededor de seis a alrededor de 27 unidades de fosfato que se repiten, hexametafosfato de potasio que tiene de alrededor de seis a alrededor de 27 unidades de fosfato que se repiten, hexametafosfato de amonio que tiene de alrededor de seis a alrededor de 27 unidades de fosfato que se repiten, y sus combinaciones. Una sal de polifosfato acíclico preferida según la presente descripción está comercialmente disponible como CALGON.RTM de ICL Performance Products LP, St . Louis, Missouri, que es un hexametafosfato de sodio que tiene de alrededor de seis a alrededor de 27 unidades de fosfato que se repiten.
Preferiblemente, el compuesto que contiene fosfato se selecciona del grupo que consiste en trimetafosfato de sodio que tiene la fórmula molecular (NaP03)3, hexametafosfato de sodio que tiene de alrededor de seis a alrededor de 27 unidades de fosfato que se repiten y que tiene la fórmula molecular Nan+2Pn03n+i en la que n=6-27, pirofosfato de tetrapotasio que tiene la fórmula molecular K4P2O7, tripolifosfato de dipotasio y trisodio que tiene la fórmula molecular Na3K2P3Oi0, tripolifosfato de sodio que tiene la fórmula molecular Na5P3Oi0, pirofosfato de tetrasodio que tiene la fórmula molecular Na4P207, trimetafosfato de aluminio que tiene la fórmula molecular Al(P03)3, pirofosfato ácido de sodio que tiene la fórmula molecular a2H2P207, polifosfato de amonio que tiene 1000-3000 unidades de fosfato que se repiten y que tiene la fórmula molecular (NH4) n+2Pn03n+i en la que n=1000-3000, o ácido polifosfórico que tiene dos o más unidades de ácido fosfórico que se repiten y que tiene la fórmula molecular ??+2???3?+?, en la que n es dos o más. El trimetafosfato de sodio es muy preferido, y está comercialmente disponible de ICL Performance Products LP, St . Louis, Missouri.
Dispersantes - En otras modalidades de paneles resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, y los métodos para preparar tales paneles, se pueden incluir en la lechada del núcleo del yeso dispersantes tales como los mencionados en la Tabla I en la FIG. 19. Los dispersantes se pueden añadir en forma seca con otros ingredientes secos y/o en forma líquida con otros ingredientes líquidos en la mezcladora de la lechada del núcleo o en otras etapas o procedimientos.
En algunas modalidades, tales dispersantes pueden incluir naftalenosulfonatos , tales como poliácido naftalenosulf nico y sus sales (polinaftalenosulfonatos) y derivados, que son productos de condensación de ácidos naftalenosulfónicos y formaldehído . Tales polinaftalenosulfonatos deseables incluyen naftalenosulfonato de sodio y de calcio. El peso molecular medio de los naftalenosulfonatos puede oscilar desde alrededor de 3,000 a 27,000, aunque se prefiere que el peso molecular sea de alrededor de 8,000 a 10,000. A una disolución acuosa con un porcentaje dado de sólidos, un dispersante de mayor peso molecular tiene una mayor viscosidad, y genera una mayor demanda de agua en la formulación, que un dispersante de peso molecular más bajo.
Los naftalenosulfonatos útiles incluyen DILOFLO, disponible de GEO Specialty Chemicals, Cleveland, Ohio; DAXAD, disponible de Hampshire Chemical Corp., Lexington, Massachusetts ; y LOMAR D, disponible de GEO Specialty Chemicals, Lafayette, Indiana. Los naftalenosulfonatos se usan preferiblemente como disoluciones acuosas en el intervalo de alrededor de 35% a alrededor de 55% en peso de contenido de sólidos, por ejemplo. Es muy preferido usar los naftalenosulfonatos en forma de una disolución acuosa, por ejemplo en el intervalo de alrededor de 40% a alrededor de 45% en peso de contenido de sólidos. Como alternativa, cuando sea apropiado, los naftalenosulfonatos se pueden usar en forma de sólido o polvo seco, tal como LOMAR D, por ejemplo.
Como alternativa, en otras modalidades, se pueden usar dispersantes conocidos por los expertos en la técnica útiles para mejorar la fluidez en las lechadas de yeso, tales como dispersantes de policarboxilato. Un número de dispersantes de policarboxilato, particularmente poliéteres carboxílieos , son tipos preferidos de dispersantes. Una clase preferida de dispersantes usados en la lechada incluye dos unidades que se repiten, y se describe adicionalmente en la patente U.S. 7,767,019, titulada "Productos de Yeso que Utilizan un Sistema de Dos Unidades que se repiten, y Procedimiento para Obtenerlos" y se incorpora aquí como referencia. Los ejemplos de estos dispersantes son productos de BASF Construction Polymers, GmbH (Trostberg, Alemania) y suministrados por BASF Construction Polymers, Inc. (Kennesaw, Georgia) (en lo sucesivo "BASF") y citados en lo sucesivo como los "Dispersantes de tipo PCE211" . Un dispersante particularmente útil de los dispersantes de tipo PCE211 se denomina PCE211 (en lo sucesivo "211") . Otros polímeros en esta serie, útiles en la presente descripción, incluyen PCE111. Los dispersantes de tipo PC211 se describen de forma más completa en la Serie U.S. n° 11/827,722 (Publicación n° US 2007/0255032A1) , presentada el 13 de julio de 2007 y titulada, "Copolímero que contiene Poliéter", que se incorpora aquí como referencia.
El peso molecular de un tipo de tales dispersantes de tipo PCE211 puede ser de alrededor de 20,000 a alrededor de 60,000 Daltones. Se ha encontrado que los dispersantes de peso molecular más bajo provocan menor retraso del tiempo de fraguado que los dispersantes que tienen un peso molecular mayor que 60,000 Daltones. Generalmente, una longitud más larga de la cadena lateral, que da como resultado un incremento den el peso molecular global, proporciona una mejor dispersabilidad. Sin embargo, los ensayos con yeso indican que la eficacia del dispersante se reduce a pesos moleculares por encima de 50,000 Daltones.
Otra clase de compuestos de policarboxilato que son útiles como dispersantes en esta descripción se describen en la patente Estadounidense No. 6,777,517, que se incorpora aquí como referencia, y se cita en lo sucesivo como el "dispersante de tipo 2641". Los ejemplos de dispersantes de tipo PCE211 y de tipo 2641 están fabricados por BASF Construction Polymers, GmbH (Trostberg, Alemania) y comercializados en los Estados Unidos de América por BASF Construction Polymers, Inc. (Kennesaw, Georgia) . Los dispersantes de tipo 2641 preferidos son vendidos por BASF como dispersantes MELFLUX 2641F, . MELFLUX 2651F y MELFLUX 2500L.
Todavía otra familia preferida de dispersantes es vendida por BASF y citada como "dispersantes de tipo 1641" . El dispersante de tipo 1641 se describe de forma más completa en la patente Estadounidense No. 5,798,425, que se incorpora aquí como referencia. Uno de tales dispersantes de tipo 1641 está comercializado como dispersante MELFLUX 1641F por BASF.
Otros dispersantes que se pueden usar incluyen otros poliéteres de carboxilato tales como COATEX Ethacryl M, disponible de Coatex, Inc. de Chester, South Carolina, y lignosulfonatos, o lignina sulfonada. Los lignosulfonatos son polímeros polielectrolíticos catiónicos solubles en agua, subproductos de la producción de pasta maderera usando la formación de pasta con sulfito. Un ejemplo de una lignina útil en la práctica de los principios de la presente descripción es Marasperse C-21 disponible de Reed Lignin Inc., Greenwich, Connecticut.
Aditivos Disipadores de Calor de Alta Eficiencia ("Aditivos HEHS") - En algunas modalidades de paneles formados según principios de la presente descripción y los métodos para preparar tales paneles, el núcleo del panel puede incluir uno o más aditivos denominados aquí como aditivos disipadores de calor de alta eficiencia ("aditivos HEHS") . Tales aditivos tienen una capacidad para disipar calor que excede la capacidad para disipar calor de cantidades comparables de dihidrato de yeso en el intervalo de temperatura que provoca la deshidratación y liberación de vapor de agua del componente de dihidrato de yeso del núcleo del panel. Tales aditivos se seleccionan típicamente de composiciones, tales como trihidrato de aluminio u otros hidróxidos metálicos, que se descomponen, liberando vapor de agua en los mismos intervalos de temperatura o similares que lo que lo hace el dihidrato de yeso. Aunque se pueden usar otros aditivos HEHS (o combinaciones de aditivos HEHS) con mayor . eficiencia de disipación de calor con respecto a cantidades comparables de dihidrato de yeso, los aditivos HEHS preferidos proporcionan una eficiencia de disipación de calor suficientemente incrementada con respecto a dihidrato de yeso para contrarrestar cualquier incremento en el peso u otras propiedades indeseadas de los aditivos HEHS cuando se usan en un panel de yeso destinado para aplicaciones cortafuegos u otras aplicaciones a alta temperatura.
Por ejemplo, en modalidades preferidas, uno o más aditivos HEHS sufren una reacción endotérmica para absorber calor cuando se exponen a aumentos de temperatura significativos. En algunas de tales modalidades, el calor de descomposición (que puede ser una reacción de deshidratación) por unidad de masa del (de los) aditivo (s) HEHS consume al menos alrededor de 685 Julios/gramo, en otras modalidades al menos alrededor de 1000 Julios/gramo, y en todavía otras modalidades consume desde alrededor de 1100 hasta alrededor de 1400 Julios/gramo. · En tales modalidades, el (los) aditivo (s) HEHS puede (n) tener un calor de descomposición por unidad de masa en el intervalo de temperatura relevante que es significativamente mayor que el del yeso deshidratado en el panel de yeso. En consecuencia, el aditivo HEHS consume más energía (Julios/gramo) durante el calentamiento que el que consume mediante la degradación del dihidrato de yeso.
En algunas modalidades, la temperatura de descomposición más baja del (de los) aditivo (s) HEHS es alrededor de 40°C o más. En otras modalidades, las temperaturas de descomposición del (de los) aditivo (s) HEHS oscila desde alrededor de 40 °C hasta alrededor de 1000°C; en otras modalidades, desde alrededor de 150°C hasta alrededor de 450 °C; y en otras modalidades, desde alrededor de 150 °C hasta alrededor de 300°C; En todavía otra modalidad, el (los) aditivo(s) HEHS comienza(n) la descomposición térmica endotérmica a alrededor de 150 °C, y se descomponen sustancial, o completamente, a una temperatura de alrededor de 980 °C, que es la temperatura de punto final de 1 hora en la curva de temperatura de ASTM-E119 mencionada anteriormente usada en los ensayos de fuego mencionados anteriormente.
Como se mencionó anteriormente, un aditivo HEHS preferido comprende trihidrato de aluminio (ATH) , que contiene agua cristalizada o unida de otro modo o complejada. ATH es típicamente muy estable a temperatura ambiente. Por encima de temperaturas entre alrededor de 180 °C y 205 °C, ATH sufre típicamente una descomposición térmica, liberando vapor de agua. El calor de descomposición para tales aditivos ATH es mayor que alrededor de 1000 Julios/gramo, y, en una modalidad preferida, es alrededor de 1170 Julios/gramo. Sin estar atados por la teoría, se cree que el aditivo ATH se descompone para liberar aproximadamente 35% del agua de cristalización como vapor de agua cuando se calienta por encima de 205°C según lo siguiente: A1(0H)3 --> A1203-3H20. En modalidades que usan ATH como aditivo HEHS, se puede usar cualquier ATH adecuado. En modalidades, se puede usar ATH de proveedores comerciales, tales como Akrochem Corp. de Akron, OH. Se puede usar cualquier grado adecuado de ATH. Un ejemplo es ATH Grado n° SB-36. ATH Grado n° SB-36 puede tener un tamaño medio de partículas de alrededor de 25 micrómetros, y una superficie específica de alrededor de 1 m2/g. En otras modalidades, se puede usar otro grado adecuado de ATH que tenga cualquier tamaño medio de partículas y superficie específica adecuados.
En otras modalidades, el (los) aditivo (s) HEHS pueden comprender hidróxido de magnesio. En estas modalidades, el aditivo HEHS de hidróxido de magnesio tiene preferiblemente un calor de descomposición mayor que alrededor de 1000 Julios/gramo, tal como alrededor de 1350 Julios/gramo, a o por encima de 180°C a 205°C. En tales modalidades, se puede usar cualquier hidróxido de magnesio adecuado, tal como el comercialmente disponible de proveedores comerciales, incluyendo Akrochem Corp. de Akron, OH.
La mayor capacidad disipadora de calor de los aditivos HEHS preferidos se puede utilizar para incrementar las propiedades de aislamiento térmico de los paneles de yeso descritos aquí con respecto a los paneles formados sin el aditivo HEHS. La cantidad y composición de los aditivos HEHS incorporados en los paneles de yeso descritos aquí puede variar dependiendo del peso y densidad deseados de los paneles, de la pureza del estuco usado para formar los paneles, de la formulación de los núcleos de los paneles, de la presencia de otros aditivos, y de consideraciones similares. En la Tabla I, en la FIG. 19, se resumen ejemplos de formulaciones del núcleo preferidas para paneles de yeso que incorporan aditivos HEHS preferidos. El aditivo HEHS se puede añadir en una forma seca y/o en una forma líquida, añadiéndose típicamente los ingredientes secos a la mezcladora de la lecha del núcleo, y añadiéndose los ingredientes líquidos a la mezcladora o en otras etapas o procedimientos .
En una de tal modalidad preferida, el núcleo del panel incorpora un aditivo HEHS, tal como trihidrato de aluminio, en una cantidad de alrededor de 2% a alrededor de 5% en peso del estuco en algunas modalidades, de alrededor de 2% a alrededor de 7% en peso del estuco en otras modalidades, y en cantidades de hasta alrededor de 10% en peso del estuco en todavía otras modalidades preferidas. En algunas de tales modalidades preferidas, la incorporación del aditivo HEHS en la formulación del núcleo permite la reducción del contenido de estuco de la formulación para reducir el peso y la densidad del núcleo del panel. En un ejemplo del uso del aditivo HEHS, la relación de aditivo HEHS a estuco eliminado, en una base en peso, es alrededor de 1 a alrededor de 2. En uno de tal ejemplo, en otras palabras, se pueden incorporar alrededor de 40-50 lbs/msf (640.74-800.92 kg/m3) del aditivo HEHS en la formulación del núcleo, y se pueden eliminar de la formulación alrededor de 80-100 lbs/msf (1281.48-1601.85 kg/m3) de estuco. En consecuencia, en este ejemplo se puede lograr un ahorro de peso de alrededor de 40-50 lbs/msf (640.74-800.92 kg/m3), un cambio sustancial en las propiedades de aislamiento térmico del panel.
La relación de aditivo HEHS a estuco eliminado de una formulación del núcleo puede variar dependiendo del aditivo HEHS usado, de sus propiedades de disipación de calor, de las propiedades de disipación de calor del estuco específico, de la formulación del núcleo de yeso, de las propiedades de aislamiento térmico deseadas del panel, de la reducción de peso deseada, y de las propiedades físicas del panel y aspectos relacionados. En algunas modalidades preferidas que usan trihidrato de aluminio, la relación de aditivo HEHS a estuco eliminado puede ser alrededor de 2:1 en algunas modalidades, en otras modalidades alrededor de 3:1, y en todavía otras modalidades alrededor de 4:1. La relación de aditivo (s) HEHS a estuco eliminado puede ser diferente para diferentes composiciones y aplicaciones de aditivos HEHS .
Retardadores/aceleradores - Los retardadores del fraguado (hasta alrededor de 2 lb/MSF (aprox. 9.8 g/m2) en paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor) o los aceleradores del secado (hasta alrededor de 35 lb/MSF (aprox. 170 g/m2) en paneles de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor) se pueden añadir a algunas modalidades de la lechada del núcleo para modificar la velocidad a la que tienen lugar las reacciones de hidratación del estuco. "CSA" es un ejemplo de un acelerador del fraguado preferido que incluye alrededor de 95% del sulfato de calcio dihidratado comolido con alrededor de 5% de azúcar y calentado hasta 250°F (221.11°C) (1-21°C) para caramelizar el azúcar. CSA está disponible de la planta de USG Corporation, Southard, Oklahoma, y se puede obtener según la patente Estadounidense No. 3.573.947, que se incorpora aquí como referencia. El sulfato de potasio es otro ejemplo de un acelerador preferido. "HRA" , que es otro acelerador preferido ejemplar, es sulfato de calcio dihidratado molido recientemente con azúcar a una relación de alrededor de 5 a alrededor de 25 libras de azúcar por 100 libras de ¦ sulfato de calcio dihidratado. HRA se describe además en la patente Estadounidense No. 2,078,199, que se incorpora aquí como referencia.
Otro acelerador conocido como acelerador del yeso húmedo, . o "WGA" , por sus siglas en inglés, es también un acelerador preferido. Una descripción del uso de, y un método para obtener, acelerador de yeso húmedo se describe en la patente Estadounidense No. 6,409,825, que se incorpora aquí como referencia. Este acelerador incluye al menos un aditivo seleccionado del grupo que consiste en un compuesto fosfónico orgánico, un compuesto que contiene fosfato, o sus mezclas. Este acelerador' particular presenta una longevidad sustancial, y mantiene su eficacia a lo largo del tiempo, de manera que el acelerador de yeso húmedo se puede obtener, almacenar e incluso transportar largas distancias antes del uso. El acelerador de yeso húmedo se puede usar en cantidades que oscilan desde alrededor de 5 hasta alrededor de 80 libras por mil pies cuadrados (aprox. 24,3 a 390 g/m2) de un producto de tablero para tabiques de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor.
Espumas - La espuma se puede introducir en la lechada del núcleo en cantidades que proporcionen la densidad del núcleo y el peso del panel reducidos mencionados anteriormente. La introducción de espuma en la lechada del núcleo en las cantidades apropiadas, formulaciones y procesos, puede producir una red deseada y una distribución de espacios de aire, y paredes entre los espacios de aire, dentro del núcleo de los paneles secos finales. En algunas modalidades, los tamaños de los espacios de aire, las distribuciones y/o el grosor de la pared de los espacios de aire, proporcionados por la composición de espuma y el sistema de introducción de espuma están según aquellos explicados más abajo, así como aquellos que proporcionan una densidad comparable, resistencia y propiedades relacionadas a los paneles. Esta estructura de espacios de aire permite la reducción del yeso y otros constituyentes del núcleo y la densidad y peso del núcleo, a la vez que se mantiene sustancialmente (o en algunos casos se mejora) , las propiedades de resistencia del panel, tales como la resistencia compresiva del núcleo, y la rigidez del panel, la resistencia a la flexión, la resistencia a la extracción de clavos, entre otros.
En algunas modalidades, a un grosor nominal del panel de alrededor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) , un panel de yeso formado según los principios de la presente invención, y los métodos para obtenerlos, proporciona un panel que tiene una resistencia a la extracción de clavos, determinada según el estándar C473-09 de ASTM, de al menos alrededor de 70 Ib. (31.75 kg) . En otras modalidades, el panel puede tener una resistencia a la extracción de clavos, determinada según el estándar C473-09 de ASTM, de al menos alrededor de 85 Ib. (38.55 kg) .
En algunas modalidades, el diámetro medio de la esfera equivalente de los espacios de aire puede ser al menos alrededor de 75 m, y en otras modalidades al menos alrededor de 100 m. En otras modalidades, el diámetro de esfera equivalente medio de los espacios de aire puede ser de alrededor de 75 m a alrededor de 400 m. En todavía otras modalidades, el diámetro de esfera equivalente medio de los espacios de aire puede ser de alrededor de 100 m a alrededor de 350 m, con una desviación estándar de alrededor de 100 a alrededor de 225. En otras modalidades, el diámetro de esfera equivalente medio de los espacios de aire puede ser de alrededor de 125 m a alrededor de 325 m, con una desviación estándar de alrededor de 100 a alrededor de 200.
En algunas modalidades, de alrededor de 15% a alrededor de 70% de los espacios de aire tienen un diámetro de esfera equivalente de alrededor de 150 m o menos. En otras modalidades de alrededor de 45% a alrededor de 95% de los espacios de aire tienen un diámetro de esfera equivalente de alrededor de 300 m o menos, y de alrededor de 5% a alrededor de 55% de los espacios de aire tienen un diámetro de esfera equivalente de alrededor de 300 m o más. En otras modalidades, de alrededor de 45% a alrededor de 95% de los espacios de aire tienen un diámetro de esfera equivalente de alrededor de 300 m o menos, y de alrededor de 5% a alrededor de 55% de los espacios de aire tiene un diámetro de esfera equivalente de alrededor de 300 m a alrededor de 600 m. En la explicación de los tamaños medios de los espacios de aire aquí, los espacios en el núcleo de yeso que tienen alrededor de 5 m o menos no son considerados cuando se calcula el número de espacios de aire o el tamaño medio de los espacios de aire.
En esas y otras modalidades, el grosor, la distribución y la disposición de las paredes entre los espacios en tales modalidades, solos y/o en combinación con una distribución y disposición del tamaño de los espacios de aire deseados, también permite una reducción en la densidad y peso del núcleo del panel, a la vez que se mantiene sustancialmente (o en algunos casos se mejora) las propiedades de resistencia del panel. En algunas de tales modalidades, el grosor medio de las paredes que separan los espacios de aire puede ser al menos alrededor de 25 m. En algunas modalidades, las paredes que definen y separan espacios de aire en el núcleo de yeso pueden tener un grosor medio de alrededor de 25 m a alrededor de 200 m, de alrededor de 25 m a alrededor de 75 m en otras modalidades, y de alrededor de 25 m a alrededor de 50 m en todavía otras modalidades. En todavía otras modalidades, las paredes que definen y separan espacios de aire dentro del núcleo de yeso pueden tener un grosor medio de alrededor de 25 m a alrededor de 75 m, con una desviación estándar de alrededor de 5 a alrededor de 40. En todavía otras modalidades, las paredes que definen y separan espacios de aire dentro del núcleo de yeso pueden tener un grosor medio de alrededor de 25 m a alrededor de 50 ra, con una desviación estándar de alrededor de 10 a alrededor de 25.
Sin estar atados por la teoría, se cree que las modalidades o las distribuciones y disposiciones de tamaños de espacios de aire explicadas anteriormente, y los grosores y distribuciones de la pared, ayudan a mejorar las propiedades de alta temperatura del panel cuando se usa con la vermiculita de alta expansión descrita aquí. Se cree que el espacio de espuma y el grosor de la pared ayudan a reducir o resistir sustancialmente la creación de fallos sustanciales en la estructura del núcleo de yeso cuando la vermiculita de alta expansión se expande en condiciones de alta temperatura.
Los ejemplos del uso de agentes espumantes para producir espacios y estructuras de pared deseados incluyen aquellos explicados en la patente Estadounidense No. 5,643,510, cuya descripción se incorpora como referencia aquí. En algunas modalidades, se puede usar en la mezcla de lechada del núcleo una combinación de un primer agente espumante más estable y un segundo agente espumante menos estable. En otras modalidades, sólo se usa un tipo de agente espumante, en tanto que se satisfaga la densidad deseada y los requisitos de resistencia del panel. Los procedimientos para añadir espuma a una lechada del núcleo son conocidos en la técnica, y los ejemplos de tal procedimiento se explican en las patentes Estadounidenses Nos. 5,643,510 y 5,683,635, cuyas descripciones se incorporan aquí como referencia.
Láminas de cubierta - En algunas modalidades de un panel formado según los principios de la presente invención, la primera lámina de cubierta comprenden papel de manila de baja porosidad, sobre el que se dispensa la lechada de yeso (que típicamente es la cara expuesta del tablero cuando se usa en una aplicación de construcción) . Como la segunda lámina de cubierta, se puede usar papel Newsline, colocado sobre la lechada de núcleo de yeso durante el proceso de formación (que es típicamente la superficie posterior oculta de los paneles cuando se usa en aplicaciones de construcción) . En otras aplicaciones, como una o ambas de las láminas de cubierta, se pueden usar fieltros de fibra de vidrio no tejidos, materiales en lámina de otros materiales fibrosos o no fibrosos, o combinaciones de papel y otros materiales fibrosos. Como apreciará un experto en la técnica, en otras modalidades se pueden usar otras láminas de cubierta, que son adecuadas para el fin pretendido del panel.
En modalidades que usan papel o láminas de cubierta similares, la primera lámina de cubierta puede tener una mayor densidad y un peso base que la segunda lámina de cubierta. Por ejemplo, en algunas modalidades, la primera lámina de cubierta puede tener un peso base de alrededor de 55 a alrededor de 65 lb/msf (881.02 a alrededor de 1041.20 kg/m3) , y la segunda lámina de cubierta puede tener un peso base de alrededor de 35 a alrededor de 45 lb/msf (560.65 a alrededor de 720.83 kg/m3) . En todavía otras modalidades, se pueden usar diferentes tipos de láminas de cubierta de papel, que tienen diferentes pesos, y que comprenden por ejemplo diferentes materiales. De forma similar, en algunas modalidades, las láminas de cubierta pueden incorporar y pueden tener añadidos a sus superficies expuestas, revestimientos de materiales que proporcionan superficies adecuadas para aplicaciones de construcción específicas, tales como revestimientos exteriores, techado, solado, etc.
Siloxanos - En algunas modalidades, la resistencia al agua de los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción se puede mejorar añadiendo un siloxano polimerizable a la lechada usada para obtener los paneles. Preferiblemente el siloxano se añade en forma de una emulsión. La lechada se conforma y se seca entonces en condiciones que promueven la polimerización del siloxano para formar una resina de silicona muy reticulada. A la lechada de yeso se puede añadir un catalizador, que promueve la polimerización del siloxano para formar una resina de silicona muy reticulada.
Preferiblemente, el siloxano es generalmente un siloxano modificado con hidrógeno lineal fluido, pero también puede ser un siloxano cíclico modificado con hidrógeno. Tales siloxanos son capaces de formar resinas de silicona muy reticuladas. Tales fluidos son bien conocidos por aquellos de pericia normal en la técnica, y están comercialmente disponibles y se describen en la bibliografía de patentes. Típicamente, los siloxanos lineales modificados con hidrógeno, útiles en la práctica de los principios de la presente descripción, comprenden aquellos que tienen una unidad que se repite de la fórmula general: en la que R representa un radical hidrocarbonado monovalente, saturado o insaturado. En modalidades preferidas, R representa un grupo alquilo, y muy preferiblemente, R es un grupo metilo. Durante la polimerización, los grupos terminales se pueden eliminar mediante condensación, y los grupos siloxanos se pueden enlazar juntos para formar la resina de silicona. También se puede producir la reticulación de las cadenas. La resina de silicona resultante proporciona resistencia al agua a la matriz del yeso a medida que se forma.
Preferiblemente, como siloxano, se usará un fluido de metilhidrogenosiloxano sin disolvente, vendido con el nombre SILRES BS 94 por Wacker-Chemie GmbH (Munich, Alemania) . El fabricante indica que este producto es un fluido de siloxano que no contiene agua ni disolventes. Se contempla que se puede usar alrededor de 0.3 a alrededor de 1.0% del siloxano BS 94, basándose en el peso de los ingredientes secos. Se prefiere usar de alrededor de 0.4% a alrededor de 0.8% del siloxano basándose en el peso de estuco seco .
El siloxano se puede formar en una emulsión o una suspensión estable con agua. Para uso en esta lechada, se contempla un número de emulsiones de siloxano. Las emulsiones de siloxano en agua también están disponibles para la compra, pero pueden incluir agentes emulsionantes que tienden a modificar las propiedades de los artículos de yeso, tal como la unión del papel en productos de paneles de yeso. Las emulsiones o las suspensiones estables preparadas sin el uso de emulsionantes son por lo tanto preferidas. Preferiblemente, la suspensión se formará in situ mezclando el fluido del siloxano con agua. La suspensión siloxánica se mantiene en una condición estable hasta que se usa, y permanece bien dispersa en las condiciones de la lechada. La suspensión o emulsión siloxánica se mantiene en una condición bien dispersa en presencia de los aditivos opcionales, tales como aceleradores del fraguado, que pueden estar presentes en la lechada. Asimismo, la suspensión o emulsión siloxánica se mantiene de manera que permanece estable a lo largo de las etapas en las que se forman los paneles de yeso.
Preferiblemente, la suspensión permanece estable durante más de 40 minutos. Más preferiblemente, permanece estable durante al. menos una hora. En la explicación y las reivindicaciones que siguen, el término "emulsión" pretende incluir emulsiones y suspensiones verdaderas que son estables al menos hasta que el estuco está fraguado alrededor del 50%.
La reacción de polimerización del siloxano transcurre lentamente por sí misma, requiriendo que los paneles se almacenen durante un tiempo suficiente para desarrollar resistencia al agua antes del transporte. Se sabe que los catalizadores aceleran la reacción de polimerización, reduciendo o eliminando el tiempo necesario para almacenar los paneles de yeso a medida que se desarrolla la resistencia al agua. El uso de óxido de magnesio calcinado a muerte para la polimerización del siloxano se describe en la patente n° 7,892,472, titulada "Método para Obtener Artículo a Base de Yeso Resistente al Agua" , que se incorpora aquí como referencia. El óxido de magnesio calcinado a muerte es insoluble en agua, e interactúa menos con otros componentes de la lechada. Acelera el curado del siloxano y, en algunos casos, hace que el siloxano se cure de forma más completa. Está comercialmente disponible con una composición consistente. Una fuente particularmente preferida de óxido de magnesio calcinado a muerte es BAYMAG 96. Tiene una superficie específica de BET de al menos 0.3 m2/g. La pérdida en la ignición es menor que alrededor de 0.1% en peso. El óxido de magnesio se usa preferiblemente en cantidades de alrededor de 0.1% a alrededor de 0.5% basado en el peso de estuco seco.
Hay al -menos tres grados de óxido de magnesio en el mercado, dependiendo de la temperatura de calcinación. El óxido de magnesio "calcinado a muerte" se calcina entre 1500°C y 2000°C, eliminando la mayoría de, si no toda, la reactividad. MagChem P98-PV (Martin Marietta Magnesia Specialties, Bethesda, Maryland) es un ejemplo de un óxido de magnesio "calcinado a muerte". BayMag 96 (Baymag, Inc. de Calgary, Alberta, Canadá) y MagChem 10 (Martin Marietta Magnesia Specialties, Bethesda, Maryland) son ejemplos de magnesia "calcinada a muerte" . El óxido de magnesio "calcinado a muerte" se calcina a temperaturas de 1000 °C a alrededor de 1500°C. Tiene un intervalo estrecho de reactividad, una densidad alta, y normalmente se usa en aplicación en la que se requiere una degradación o reactividad química lenta, tal como en piensos para animales y fertilizantes. El tercer grado es magnesia "calcinada ligera" o "cáustica" producida calcinando a temperaturas de alrededor de 700°C a alrededor de 1000°C. Este tipo de magnesia se usa en un amplio intervalo de aplicaciones, incluyendo procesamiento de plásticos, caucho, papel y pasta, aditivos de calderas de acero, adhesivos y neutralización de ácidos. Los ejemplos de magnesia quemada ligera incluyen BayMag 30, Bay ag 40, y BayMag 30 (Malla -325) (BayMag, Inc. de Calgary, Alberta, Canadá) .
Como se menciona en la patente Estadounidense No. 7,803,226, que se incorpora aqui como referencia, los catalizadores preferidos se obtienen de una mezcla de óxido de magnesio y ceniza volante Clase C. Cuando se combinan de esta manera, son útiles cualesquiera de los grados de óxido de magnesio. Sin embargo, se prefieren los óxidos de magnesio calcinados a muerte y calcinados duros, debido a su reactividad reducida. La reactividad relativamente alta de los óxidos de magnesio puede conducir a reacciones de craqueo que pueden producir hidrógeno. A medida que se genera el hidrógeno, el producto se expande, provocando grietas en las que el estuco se ha fraguado. La expansión también provoca la rotura de los moldes en los que se vierte el estuco, dando como resultado la pérdida de detalle y deformación del producto en una o más dimensiones. Preferiblemente, BayMag 96, MagChem P98-PV y MagChem 10 son las fuentes preferidas de óxido de magnesio. Preferiblemente, el óxido de magnesio y la cecina volante se añaden al estuco antes de su adición al agua de amasado. Los componentes secos tales como estos se añaden a menudo al estuco a medida que se mueve a lo largo de una cinta transportadora hacia la mezcladora.
Una ceniza volante preferida es uña ceniza volante Clase C. La ceniza volante hidráulica Clase C, o su equivalente, es el componente de ceniza volante más preferido. En la Tabla I de la patente Estadounidense No. 7,803,226 se muestra una composición típica de una ceniza volante Clase C. Ceniza volante de contenido alto de cal viva, mayor que alrededor de 20% de cal viva en peso, que se obtiene a partir del procesamiento de ciertos carbones. La denominación C-618 de ASTM, incorporada aquí como referencia, describe las características de la ceniza volante Clase C. Una ceniza volante Clase C preferida es la suministrada por Bayou Ash Inc., Big Cajún, II, Louisiana. Preferiblemente, la ceniza volante se usa en cantidades de alrededor de 0.1% a alrededor de 5% basado en el peso de estuco seco. Más preferiblemente, la ceniza volante se usa en cantidades de alrededor de 0.2% a alrededor de 1.5% basado en el peso de estuco seco.
La catálisis del siloxano da como resultado una polimerización y reticulación más rápida y más completa del siloxano para formar la resina de silicona. La hidratación del estuco forma una matriz entrelazada de cristales de sulfato de calcio dihidratado. Mientras se forma la matriz de yeso, las moléculas de siloxano también están formado una matriz de resina de silicona. Puesto que éstas se forman simultáneamente, al menos en parte, las dos matrices se entrelazan una con la otra. El agua en exceso y los aditivos a la lechada, incluyendo la ceniza volante, el óxido de magnesio y los aditivos descritos más abajo, que se dispersaron en toda la lechada, se dispersan proyecto todas las matrices en los espacios intersticiales para lograr resistencia al agua a lo largo del núcleo del panel. En algunas modalidades, cantidades adecuadas de un almidón pregelatinizado, o almidón funcionalmente equivalente, puede funcionar conjuntamente con el siloxano para retrasar la entrada de agua a lo largo de los bordes más vulnerables del panel .
En algunas modalidades, las modalidades de la formulación de lechada del núcleo para uso en la preparación de paneles formados según principios de la presente descripción pueden comprender una combinación de almidón pregelatinizado (o almidón funcionalmente equivalente) en una cantidad mayor que alrededor de 2% en peso basado en el peso de estuco, y siloxano en una cantidad de al menos alrededor de 0.4%, y preferiblemente al menos alrededor de 0.7% en peso basado en el peso de estuco, que puede producir paneles de yeso con menos de alrededor de 5% de absorción de agua. Esta propiedad de resistencia al agua puede ser particularmente de ayuda puesto que un panel de densidad reducida tiene mucho más de su volumen total compuesto de espacios de aire y/o de agua que un panel convencional. Sería de esperar que el volumen de espacio incrementado haga a los paneles de peso ligero mucho más absorbentes de agua. Aunque no se desea estar atados por la teoría, se cree que la resistencia al agua se desarrolla cuando el siloxano se cura en los paneles formados, y que el al menos alrededor de 2.0% en peso de almidón pregelatinizado trabaja conjuntamente con el siloxano para ralentizar la entrada de agua a través de los microporos en los bordes del panel, bloqueando en primer lugar la entrada de agua y, después, al captar agua por el almidón, formando una combinación muy viscosa de almidón/agua. En otras modalidades, se puede usar un almidón hidroxietilado o un almidón que es funcionalmente equivalente a un almidón pregelatinizado, en combinación con el siloxano.
Haciendo referencia a la FIGS. 7 y 8, se muestra una modalidad ejemplar de un montaje 100 que incluye paneles 102 de yeso formados según principios de la presente descripción. Los paneles 102 de yeso se aplican a ambas caras opuestas 104, 105 del montaje 100. El montaje 100 es representativo de un montaje construido según las especificaciones de Underwriters Laboratories UL U305, U419, y U423 cualquier otro procedimiento de ensayo de fuego que sea equivalente a uno cualquiera de esos procedimientos de ensayo de fuego. Se debería entender que la referencia hecha aquí a un procedimiento de ensayo de fuego particular de Underwriters Laboratories, tal como, UL U305, U419, y U423, por ejemplo, también incluye un procedimiento de ensayo de fuego tal como aquel promulgado por cualquier otra entidad, que sea equivalente al estándar de UL particular en cuestión.
El montaje 100 incluye montantes 110 de madera que tienen nominalmente un grosor de 2 pulgadas (5.08 cms) por 4 pulgadas (10.16 cms) de ancho y separados 16 pulgadas (40.64 cms) en el centro unos de otros. El montaje también incluye un par de placas durmientes 112 y una placa superior 114 hecha de madera de 2 pulgadas (5.08 cms) nominal por 4 pulgadas (10.16 cms). En algunas modalidades, los montantes 110 de madera y las placas 112, 114 pueden ser montantes de madera secados al horno, de grado número dos. El montaje 100 es detenido efectivamente al fuego con un bloqueo 116 apropiado, colocado entre los montantes 110. Se debería entender que, aunque el montaje 100 ejemplar incluye montantes 110 de madera, el montaje puede incluir montantes de metal y parámetros de carga para adecuarse a la especificación particular según la que se construye.
Los paneles 102 de yeso en el montaje 100 tienen un grosor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) , e incluyen láminas de cubierta de papel con bordes ahusados y extremos cuadrados . Los paneles 102 del yeso se aplican horizontalmente a los montantes 110 con las juntas horizontales 122 entre paneles 102 de yeso adyacentes alineadas sobre las superficies opuestas 104, 105 del montaje 100.
En otras modalidades, los paneles 102 de yeso se pueden aplicar verticalmente a los montantes 110. Las juntas horizontales de los paneles aplicados verticalmente no necesitan ser respaldados por los montantes 110.
Las juntas horizontales 122 entre paneles 102 de yeso adyacentes están cubiertas con cinta 130 de papel y un compuesto 132 para juntas. El compuesto para juntas y la cinta de papel se pueden omitir cuando se usan tableros de bordes cuadrados. En otras modalidades, se puede aplicar un revestimiento fino de yeso de 3/32 pulgadas (2.38 mm) de grosor nominal a toda la superficie de los paneles de yeso clasificados como zócalo enchapado con las juntas reforzadas con cinta de papel .
Los paneles 102 de yeso se pueden asegurar a los montantes 110 usando un programa de clavos o tornillos apropiado. Por ejemplo, los paneles de yeso se pueden unir a los montantes de madera con clavos revestidos de cemento 6d (1-22.33 mm de longitud, 0.0915 pulgadas (2.32 mm) de diámetro del mango, y 15/64 pulgadas (10.16 eras) de diámetro de la cabeza) clavados 7 pulgadas (177.80 mm) en el centro. Las cabezas de los clavos están cubiertas con el compuesto 134 para juntas (véase la FIG. 8) . En otras modalidades, las cabezas de los clavos pueden estar expuestas. En otras modalidades, el programa de clavos puede ser diferente, y se pueden usar tornillos con un programa de tornillos apropiado.
En la modalidad ilustrada, el espacio entre los montantes 110 adyacentes se deja vacío. En otras modalidades, se pueden colocar colchones de aislamiento de fibra de vidrio o lana mineral para llenar completa o parcialmente las cavidades de los montantes. En todavía otras modalidades, como una alternativa a los colchones de aislamiento, se puede usar un material de aislamiento de celulosa aplicado por pulverización. El material de aislamiento pulverizado se puede aplicar con agua para llenar la cavidad del montante encerrada según los procedimientos de aplicación particulares al producto usado.
Los paneles 102 de yeso formados según la presente descripción son eficaces para inhibir la transmisión de calor a través de los paneles del montaje 100 preparados según los procedimientos UL U305, en los que la primera superficie 104 se expone a una fuente de calor, y la superficie 105 opuesta no se calienta. El montaje 100 se somete a fuerzas de carga según UL U305 mientras se somete a calentamiento. La fuente de calor sigue una curva de tiempo-temperatura según el estándar E119-09a de ASTM. Haciendo referencia a la FIG. 8, la superficie 105 sin calentar incluye sensores 138 de temperatura aplicados a ella. Los sensores 138 están colocados en un patrón según los procedimientos de UL U305. Los paneles 102 de yeso son eficaces inhibiendo la transmisión de calor desde la superficie 104 calentada hacia la superficie 105 no calentada, de manera que la temperatura individual máxima de los sensores 138 en la superficie 105 no calentada es menor que alrededor de 415°F (212.77°C), y la temperatura media de los sensores 138 en la superficie 105 no calentada es menor que alrededor de 340°F (171.11°C) a alrededor de 50 minutos de tiempo transcurrido cuando se mide según UL U305. Los paneles 102 de yeso son eficaces para inhibir la transmisión de calor desde la superficie 104 calentada hacia la superficie 105 no calentada para cualificarlos para una clasificación de fuego de una hora para el montaje 100.
Los paneles 102 de yeso formados según la presente descripción son eficaces para soportar el ensayo chorro de la manguera llevado a cabo también como parte de los procedimientos de UL U305. Según UL U305, un montaje construido de manera similar al de la FIG. 7 se somete a un ensayo de autonomía contra incendio según U305 durante 30 minutos, en cuyo momento se retira del entorno de calentamiento y se mueve a otra localización para el ensayo de chorro con manguera según U305. El montaje se somete a un chorro de agua desde una manguera contra incendios equipada para enviar el agua a alrededor de 30 psi de presión del agua durante sesenta segundos .
Por extensión, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción se pueden usar en montajes que son eficaces para inhibir la transmisión de calor a su través para cumplir la clasificación de resistencia al fuego de una hora para ser clasificados como tablero de Tipo X bajo ASTM 1396/C 1396M-06. En otras modalidades, los montajes se pueden construir usando paneles de yeso formados según principios de la presente descripción que se ajustan a la especificación de otros montajes de UL, tales como UL U419 y U423, por ejemplo. En todavía otras modalidades, los panales de yeso formados según principios de la presente descripción se pueden usar en otros montajes que son sustancialmente equivalentes a al menos uno de U305, U419, y U423. Tales montajes pueden pasar la clasificación contra incendios de una hora y el ensayo de chorro de manguera aplicable para U305, U419, U423, y otros procedimientos de ensayo contra el fuego equivalentes .
EJEMPLOS Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente aspectos de la invención, pero, por supuesto, no se deben de interpretar de ningún modo como limitantes de su alcance.
Ejemplo 1 Las características de expansión de la vermiculita de expansión relativamente baja usada a menudo en paneles de yeso cortafuegos convencionales, tal como vermiculita de Grado n° 5, con relación a vermiculita de alta expansión usada en paneles y métodos que siguen los principios de la presente descripción se evaluaron en condiciones de calentamiento sustancialmente idénticas. En este estudio, muestras de 50 gramos de vermiculita ejemplar no expandida de Grado 5 (expansión relativamente baja) y de vermiculita ejemplar de alta expansión (aquí, vermiculita de Grado 4) se colocaron en tres crisoles y se calentaron en un horno durante una hora a temperaturas de fraguado constantes de alrededor de 212°F (100°C), alrededor de 390°F (200°C), alrededor de 750°F (400°C), alrededor de 1.110°F (600°C) y alrededor de 1470 °F (800 °C) . Después de una hora de calentamiento, las muestras se pesaron y se midieron sus densidades respectivas. Las comparaciones de la pérdida de peso media y densidad resultantes para cada muestra de ensayo se dan en las Tablas II y III, en las FIGS . 20 y 21, respectivamente .
La densidad aparente de las vermiculitas no expandidas de Grado n° 5 y no expandidas de alta expansión en este estudio fue casi la misma (66.1 frente a 66.9 lb/ft3 (1058.82 frente a 1071.64 kg/m3) ) . El volumen de la vermiculita no mostró cambios apreciables por debajo de alrededor de 390°F (200°C), pero comenzó a expandirse por encima de alrededor de 390°F (200°C), y la densidad aparente disminuyó al aumentar la temperatura. La vermiculita de alta expansión se expandió significativamente más que la vermiculita de Grado n° 5 de expansión relativamente baja a las mismas temperaturas, produciendo diferencias correspondientes en las densidades aparentes. También se debe observar que mientras se calentaba la vermiculita n° 5 desde la temperatura ambiente hasta alrededor de 1470°F (800°C), que se aproxima a las temperaturas experimentadas en condiciones de incendio y de prueba de incendio, se produjo una expansión de volumen de alrededor de 290% con relación al volumen no calentado original . La calentamiento de la vermiculita de alta expansión desde la temperatura ambiente hasta 1470°F (800°C) produjo una expansión de volumen significativamente mayor de alrededor de 390% con relación al volumen no calentado original .
Este estudio confirmó, entre otras observaciones, que para un peso y densidad dados de la vermiculita, la cantidad de volumen de expansión original producido por la vermiculita de alta expansión supera con mucho la de la vermiculita usada en tableros cortafuegos convencionales. Estos resultados también confirmaron que un experto no encontraría obvio usar tal vermiculita de alta expansión en ninguna cantidad significativa en paneles de yeso con pesos y densidades reducidos de paneles formados según principios de la presente descripción. Sería de esperar que las propiedades de expansión de tal vermiculita de alta expansión dañasen seriamente y redujese la integridad estructural y estabilidad de tales paneles de yeso cuando se exponen a condiciones de alta temperatura, tales como las experimentadas en condiciones de incendio y en las condiciones de ensayos de incendios.
Ejemplo 2 Como se menciona previamente, los paneles de yeso resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, con láminas de cubierta de papel, se obtuvieron según principios de la presente descripción y se sometieron a análisis de barrido de microtomografía computarizada (CT, por sus siglas en inglés) de rayos X. Los paneles fueron muestras del experimento de muestra 2, y de uno de los experimentos de muestra 3, 4 o 5, explicados más abajo en el Ejemplo 4. Cada una de las muestras de los experimentos de muestra 2, 3, 4 y 5, se obtuvieron con estuco de alrededor de 1280 lb/msf (0.000624 kg/cm2) ; vermiculita de Grado #4 de alrededor de 75-100 lb/msf (0.0000366-0.0000488 kg/cm2); almidón pregelatinizado de alrededor de 20 lb/msf (0.00000976 kg/cm2); acelerador HRA de alrededor de 32 lb/msf (0.0000156 kg/cm2), fibra de vidrio de alrededor de 7.5 lb/msf (0000000366 kg/cm2) , dispersante de alrededor de 2 lb/msf (0.000000976 kg/cm2); fosfatos de alrededor de 1.5 lb/msf (0.000000732 kg/cm2), y espuma en una cantidad y composición suficiente para proporcionar los pesos y densidades deseados del panel. La primera lámina de cubierta de papel fue papel de manila pesado de aproximadamente 61 lb/msf (0.0000297 kg/cm2) , y la segunda lámina de cubierta fue papel newsline de alrededor de 41 lb/msf (0.0000200 kg/cm2) . El tablero acabado tuvo un grosor aproximado de 5/8 pulgadas (15.87 mm) . Las muestras de los paneles terminados se obtuvieron en diferentes fechas con un peso nominal de alrededor de 1860 lb/msf (0.000907 kg/cm2) (Experimentos de Muestra 3, 4 y 5) y alrededor de 1880 lb/msf (0.000917 kg/cm2) (Experimento de Muestra 2). Las densidades del núcleo fueron alrededor de 37 pcf (592.68 kg/m3) y 36.5 pcf (584.67 kg/m3) , respectivamente.
Se analizaron muestras del núcleo de cada uno de los dos conjuntos de muestras usando una técnica de barrido de micro CT de rayos X de haz de cono con resolución de micrómetro, como se explica generalmente en Lin, Videla, Yu y Miller, "Caracterización y Análisis de i Estructuras Sólidas Porosas, Frágiles Mediante Micro CT de rayos X", JOM, Vol . 62, n° . 12, p. 91-94 (Mineral, Metals and Materials Society, 12/2010) ("el artículo de Micro CT de rayos X de Lin), que se incorpora aquí como referencia. Los datos de los barridos se analizaron y se usaron para producir las imágenes mostradas en las FIGS . 1-6. Las FIGS .' 1 y 4 son rebanadas bidimensionales de muestras del núcleo procedente de las muestras de 1880 lb/msf (0.000917 kg/cm2) y 1860 lb/msf (0.000907 kg/cm2), respectivamente. Las FIGS. 2 y 5 son imágenes tridimensionales de las mismas muestras, respectivamente, que consisten en 1020x1024x1626 voxels, en las que el tamaño de cada voxel es 5.07 x 5.07 x 5.07 m. Las FIGS. 3 y 6 presentan imágenes de volumen tridimensional de las muestras de 1880 lb/msf (0.000917 kg/cm2) y 1860 lb/msf (0.000907 kg/cm2), respectivamente, que muestran la distribución de espacios vacíos y la vermiculita de alta expansión (y otros particulados) .
Los paneles de yeso resistentes al fuego de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor de muestra, formados según principios de la presente descripción, mostrados en las FIGS. 1-6, incluyen un núcleo de yeso fraguado que comprende una matriz cristalina de yeso que tiene paredes que definen espacios de aire dentro del núcleo de yeso. La distribución de los tamaños de espacios de aire tridimensional se determinó usando microtomografía de rayos X de alta resolución (HRXMT) basándose en un algoritmo de transformación divisoria de 3-D discutido en el artículo de Micro CT de rayos X de Lin (véase también, A. Videla, C.L. Lin, y J.D. Miller, Part . Part . Syst . Charact . , 23 (2006), p. 237-245) . El análisis de imágenes de HRXMT tridimensional con una resolución de 5.07 m de voxel se usó con el algoritmo de transformación divisoria tridimensional para calcular un diámetro de esfera equivalente para los espacios de aire contados. La Tabla IV en la FIG. 22 presenta los resultados para la distribución de los tamaños de espacios de aire tridimensional medida por número y por volumen para los Experimento de Muestra 2 y 3, Muestras 1 y 2, respectivamente, y dos muestras adicionales de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción usando los mismos procedimientos analíticos.
Haciendo referencia a la FIG. 22, en modalidades diferentes, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción pueden incluir una variedad de diferentes tamaños de espacios de aire, distribuciones de tamaños, y disposiciones dentro de la matriz de cristal de yeso del núcleo de yeso fraguado. Por ejemplo, los espacios de aire totales por tamaño de muestra dado pueden variar desde menos de alrededor de mil hasta alrededor de 7000, y el diámetro de esfera equivalente medio de los espacios de aire puede variar entre alrededor de 100 m a alrededor de 350 m, con una desviación estándar de alrededor de 100 a alrededor de 225. Como se menciona anteriormente, tales estructuras y disposiciones de espacios de aire permiten la reducción de la densidad y peso del núcleo, a la vez que se mantiene las propiedades estructurales y de resistencia deseadas del tablero .
La distribución del grosor de la pared del núcleo de yeso de las muestras presentadas en las FIGS. 1-6 se determinó usando HRXMT basado en operaciones de erosión, dilatación y esqueletonización explicadas en el artículo de Micro CT de rayos X de Lin (véase también, W.B. Lindquist et al., J. Geophys. Res., 1-0IB (1996), p. 8297-8310). El análisis de imágenes de HRXMT tridimensional usó el procedimiento de esqueletonización tridimensional para calcular grosores de pared del núcleo de yeso entre los espacios de aire. El grosor de la pared entre los espacios de aire adyacentes se obtuvo mediante una operación de eje medio, y es igual al diámetro de una esfera equivalente que toca ambos lados de la pared. La Tabla V en la FIG. 23 presenta los resultados para el grosor de pared medido para los Experimentos de Muestra 2 y 3, Muestras 1 y 2,' respectivamente, y dos muestras adicionales de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción usando el mismo procedimiento analítico.
Haciendo referencia a la FIG. 23, en diferentes modalidades, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción pueden incluir una variedad de diferentes configuraciones de pared dentro de la matriz de cristal de yeso del núcleo de yeso fraguado. Por ejemplo, el número total de paredes por tamaño de muestra dado puede variar entre alrededor de 20 millones y alrededor de 35 millones en algunas modalidades, y el grosor de la pared medio dentro del núcleo de yeso puede ser al menos alrededor de 25 m. En las muestras, las paredes que definen y separan los espacios de aire dentro del núcleo de yeso pueden tener un grosor medio de alrededor de 25 m a alrededor de 50 m, con una desviación estándar de alrededor de 10 a alrededor de 25.
Como se menciona anteriormente, tales estructuras de pared y su disposición permiten la reducción de la densidad y peso del núcleo, a la vez que mantienen propiedades estructurales y de resistencia deseadas del tablero. En algunas modalidades, un núcleo de yeso del panel puede emplear los beneficios combinados de la distribución de tamaños de espacios de aire y disposición mencionados anteriormente, y la distribución y disposición del grosor de la pared, para obtener una reducción sustancial de la densidad y del peso, mientras que proporciona propiedades de resistencia aceptables y propiedades relacionadas.
Como se indica en las FIGS. 1 y 2, y 4 y 5, las partículas de vermiculita de alta expansión se muestran en su forma no expandida como partículas blancas o grises distribuidas generalmente por todo el material de núcleo. Muchas de las partículas de vermiculita están localizadas próximas o adyacentes a estructuras de espacios vacíos en la muestra del núcleo, así como intercaladas a lo largo de los elementos estructurales de los núcleos del panel. En las FIGS. 3 y 6, las partículas de vermiculita se muestran como grandes partículas coloreadas en diversas orientaciones suspendidas en la estructura del núcleo, nuevamente dispersas por toda la matriz cristalina del núcleo, a menudo próximas a o adyacentes a los espacios vacíos del núcleo. Las FIGS. 1-6 también reflejan las variaciones en los tamaños y distribuciones de las partículas de vermiculita que se pueden producir en la estructura del núcleo de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción.
Como se menciona aquí anteriormente, las FIGS. 1-6 son indicativas del contenido relativamente alto de espacios vacíos, distribución compleja de espacios vacíos, y densidad reducida típica del núcleo del yeso de paneles formados según principios de la presente descripción. Esta estructura es además complicada por la variación y las estructuras cristalinas en las paredes de espacios vacíos y la estructura del núcleo intermedia adyacente entre espacios vacíos. Esta estructura cristalina puede incluir cristalitos similares a agujas, cristalitos similares a placas, y/o combinaciones de los mismos, y otros elementos cristalinos y amorfos. Tales modalidades de paneles formados según principios de la presente descripción se basan en la integridad de tales estructuras de núcleo relativamente frágiles para proporcionar resistencia al fuego, y/u otras propiedades de estructura y resistencia del panel, tal como resistencia a la extracción de clavos, resistencia al pandeo y resistencia a la flexión.
En consecuencia, como se ilustra en las FIGS. 1-6, sería de esperar que la incorporación de partículas de vermiculita de alta expansión en tales estructuras condujese al astillamiento, fracturación y disgregación de las paredes de espacios vacíos y áreas del núcleo intermedias cuando el panel se expone a altas temperaturas debido a la expansión muy significativa resultante de los volúmenes de las partículas de vermiculita (por ejemplo, dando como resultado volúmenes de alrededor de 290% a más de alrededor de 390% de los volúmenes de vermiculita sin calentar originales) . Sería de esperar que esto debilitase severamente a la estructura del núcleo, provocando fallos, agrietamiento prematuro, o colapso de los paneles. Además, debido a que el alto grado de expansión de vermiculita se produce a temperaturas en las que el núcleo de yeso está perdiendo volumen, y potencialmente integridad, debido a pérdida de agua y otras pérdidas y/o cambios de morfología cristalina, sería de esperar que el alto grado de expansión de vermiculita en la pared del espacio vacío y las estructuras del núcleo intermedias acelerase la pérdida de la integridad del panel. De este modo, sería de esperar que se requiriesen cantidades sustanciales de yeso añadido u otros aditivos resistentes a la contracción para proporcionar una resistencia estructural necesaria para la resistencia al fuego y propiedades de resistencia del tablero. Como se explica anteriormente, y se ilustra además en los ejemplos aquí, los paneles de peso y densidad reducidos formados según principios de la presente descripción, por el contrario, proporcionan capacidades de resistencia al fuego comparables a paneles con un contenido de yeso mucho mayor y de una densidad mucho mayor.
Ejemplo 3 El ensayo de resistencia a la contracción del panel en la sección x-y (anchura y longitud, respectivamente) , como se explica en la referencia mencionada anteriormente de la patente Estadounidense No. 3,616,173 (la' "patente 1173") se investigó como una vía para caracterizar las propiedades de resistencia al fuego de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción. Como se explica en la patente '173, el grado en el que las dimensiones x-y de una sección seleccionada de un panel de yeso se contrae cuando la sección se somete a calentamiento es una indicación de la resistencia del panel a la contracción, agrietamiento y desprendimiento de los montantes y soportes de los montajes estructurales que usan los paneles.
En este estudio se usó un conjunto de muestras de tablero de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor, de aproximadamente 3 pulgadas (7.62 cms) por 9 pulgadas (22.86 cms) , y se ensayaron generalmente siguiendo los procedimientos descritos en la patente '173. Las muestras se cortaron a partir de una lámina completa de tablero para tabiques de yeso formado a partir del Experimento de Muestra 13 mencionado más abajo. (En la patente '173, las muestras se moldearon hasta un grosor de alrededor de 1/2 pulgada (1.27 cms) de una mezcla de laboratorio usando agua en lugar de espuma para controlar la densidad) . Las muestras se colocaron en un horno de mufla poniéndolas en dirección hacia arriba sobre su borde longitudinal (y en este caso grosor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) ) en una pieza de material aislante, con bloques aislantes situados entre las muestras para evitar que las muestras de núcleo vuelquen. Se midió el área superficial x-y inicial de una o ambas caras de cada muestra.
El horno y la muestra estaban a temperatura ambiente cuando las muestras se colocaron en el horno de mufla. El horno de mufla se calentó hasta 1800°F (982.22°C), y después se mantuvo durante una hora, después de lo cual se apagó el calor y el horno se dejó enfriar con su puerta ligeramente abierta. Después de que el horno y la muestra se enfriaron hasta la temperatura ambiente, las muestras se retiraron y se midió el área superficial x-y de las muestras. El área superficial de la muestra que queda después del calentamiento se dividió entre el área superficial de la muestra antes del calentamiento inicial, y se multiplicó por 100 para dar el porcentaje de área superficial que queda después del calentamiento. Este número, el porcentaje de área superficial que queda, se denomina aquí como el valor de "resistencia a la contracción" como se usa ese término aquí.
En un primer ensayo, se evaluaron las muestras procedentes de tres muestras de paneles de yeso diferentes . En ese primer ensayo, se cortaron tres muestras de una muestra de un panel de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor preparados según la presente descripción a partir del Experimento de Muestra 13 explicado en el Ejemplo 4 más abajo. Estas muestras se ensayaron simultáneamente con tres muestras de cada una de dos muestras de tablero comerciales cortadas de un tablero de Tipo X de 5/8 pulgadas (15.87 mm) comercial vendido con la denominación "Tablero de Núcleo de Tipo X de 5/8" (15.87 mm) Marca Sheetrock Firecode®", comercialmente disponible de United States Gypsum Company. Las muestras de Tipo X tuvieron una densidad del núcleo de alrededor de 43.5 pcf (696.8 kg/m3) , y un peso de tablero de alrededor de 2250 lb/msf (0.001098 kg/cm2) .
El primer panel de muestra, a partir del Experimento de Muestra 13 explicado en el Ejemplo 4, se preparó según la presente descripción, y tuvo alrededor de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor y pesó alrededor de 1850 lb/msf (0.000902 kg/cm2), con una densidad del núcleo de 35.5 pcf (568.66 kg/cm2) . El panel se obtuvo de estuco de alrededor de 1311 lb/msf (0.000639 kg/cm2), HRA de alrededor de 27 lb/msf (0.0000131 kg/cm2), almidón pregelatinizado de alrededor de 30 lb/msf (0.0000146 kg/cm2), vermiculita de alta expansión de alrededor de 100 lb/msf (0.0000488 kg/cm2), fibra de vidrio de alrededor de 7.5 lb/msf (0000000366 kg/cm2), trimetafosfato de sodio de alrededor de 1.5 lb/msf (0.000000732 kg/cm2), dispersante de naftalenosulfonato de alrededor de 2.5 lb/msf (0.00000122 kg/cm2) , así como espuma en una cantidad y formulación necesarias para producir la densidad deseada del núcleo. El ensayo físico del panel estableció que demostró una resistencia a la extracción de clavos de alrededor de 103 Ib (46.72 kg) usando los procedimientos de ensayo de ASTM.
En un segundo experimento, tres muestras de cada uno de un segundo tablero de Tipo X de 5/8 pulgadas (15.87 mm) comercial vendido con la designación "Tablero Tipo X de 5/8" (15.87 mm) Marca Sheetrock Firecode" , comercialmente disponible de United States Gypsum Company. Las muestras de Tipo X tuvieron una densidad del núcleo de media de alrededor de 41.73 pcf (668.45 kg/m3) , y un peso del tablero de alrededor de 2250 lb/msf (0.001098 kg/cm2). También se cortaron tres muestras de cada uno de un tablero de núcleo Firecode® C comercial de 1/2 pulgada (1.27 cms) y 5/8 pulgadas (15.87 mm) comercial, vendido con la designación "núcleo C Marca Sheetrock Firecode® ½" (15 mm) y 5/8" (15.87 mm) , respectivamente. Estos tableros también estaban comercialmente disponibles de United States Gypsum Company. Los tableros de Firecode® C incorporaron vermiculita de baja expansión. La densidad del núcleo de las muestras de ¾ y 5/8 pulgadas (15.87 mm) tuvo un valor de media de alrededor de 48.12 pcf (770.81 kg/m3) y alrededor de 46.86 (750.63 kg/m3), respectivamente, y un peso del tablero de alrededor de 2025 lb/msf (0.000988 kg/cm2) y alrededor de 2550 lb/msf (0.00124 kg/cm2) , respec ivamente.
. Los valores medios de los resultados del ensayo de resistencia a la contracción se encuentran en la Tabla VI en la FIG. 24. Los datos anteriores demuestran que el tablero cortafuegos formado según principios de la presente descripción tiene una resistencia a la contracción significativamente superior, a una densidad y peso mucho menores, usando este ensayo. La resistencia media a la contracción fue alrededor de 88% en comparación con la resistencia a la contracción de las muestras de tableros de Tipo X comerciales mucho más pesados y más densos, de alrededor de 77% y alrededor de 61%. Se observaron resultados similares con respecto a los paneles C de Firecode® comerciales, significativamente más densos y más pesados, que demostraron una resistencia a la contracción usando este ensayo de alrededor de 74%. No hubo diferencia apreciable en la resistencia a la contracción usando este ensayo entre las muestras de Firecode® C de 1/2 pulgada (1.27 cms) y la de 5/8 pulgadas (15.87 mm) .
Con fines comparativos, la patente ?73 dio a conocer que cada una de las muestras de 1/2 pulgada (1.27 cms) ensayadas en sus ejemplos (excepto que se señale de otro modo) tuvo una densidad del núcleo de alrededor de 43 pcf (688.79 kg/m3) . La patente ? 173 dio a conocer además que, a esa densidad, las 63 muestras ensayadas evidenciaron una resistencia a la contracción reportada de 54% (paneles de yeso sin material inorgánico de pequeño tamaño de partículas o sin vermiculita añadidos) a alrededor de 85% (paneles de yeso con arcilla y fibras de vidrio a 0.45 por ciento en peso de todos los ingredientes del núcleo seco.
Las muestras de la patente '173 con sólo fibras de vidrio añadidas solamente (0.45 por ciento en peso de todos los ingredientes del núcleo seco) tuvieron una resistencia a la contracción recortada menor que alrededor de 60% (por ejemplo 53.7% a 61.5%). Con vermiculita y fibra de vidrio añadidas, y sin material inorgánico de pequeño tamaño de partículas añadido, las muestras tuvieron valores de resistencia a la contracción reportada de alrededor de 60.8% (vermiculita a 1.0% en peso de todos los ingredientes del núcleo seco) y alrededor de 64.1% (vermiculita y fibra de vidrio a 1.0 y 0.45 por ciento en peso, respectivamente, de todos los ingredientes del núcleo seco) . Las muestras con valores de resistencia a la contracción reportada de alrededor de 80% o más tuvieron un contenido sustancial de arcilla de 5.0, en peso de todos los ingredientes del núcleo seco, incluyendo aquellas muestras con fibra de vidrio y vermiculita añadidas. En la mayoría, si no todos, de los ejemplos, se evidenció poco beneficio, si lo hay, de la vermiculita añadida usada cuando la cantidad de arcilla añadida se mantuvo constante. Por lo tanto, es sorprendente que en modalidades de paneles de yeso formados según principios de la presente descripción que no incorporaron cantidades significativas de material inorgánico de pequeño tamaño de partículas de arcilla, sílice coloidal, o alúmina coloidal en su núcleo de yeso para resistir la contracción en condiciones de alta temperatura, esas modalidades mostraron no obstante resistencia a la contracción al menos comparable a, si no mejor que, los paneles de yeso de Tipo X convencionales y paneles comerciales que usan vermiculita de baja expansión, tales como paneles Firecode® C.
De este modo, las formulaciones . y métodos para obtener paneles de yeso resistentes al fuego que siguen los principios de la presente descripción pueden proporcionar paneles de yeso con propiedades de resistencia a la contracción bajo este ensayo que superan a los paneles de yeso mucho más pesados y más densos, y cumplen o superan a tales paneles con ingredientes añadidos significativos, tales como arcilla, que fueron necesarios para proporcionar la resistencia deseada a la contracción.
E emplo 4 Se realizaron varios ensayos en diferentes días para producir ejemplos de paneles de yeso de peso y densidad reducidos, de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor, formados según principios de la presente descripción, obtenidos usando el - procedimiento de la formulación explicado aquí, y cuyos ejemplos se muestran en la Tabla I en la FIG. 19. Las muestras de los experimentos de ensayo se describen además, en parte, en la Tabla VII en las FIGS. 25A-25B, que también proporciona cantidades de componentes, pesos de tableros y densidades de tableros (cantidades aproximadas) . Los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción se sometieron al ensayo explicado en los Ejemplos 4A a 4E más abajo. Con fines comparativos, se obtuvieron muestras de paneles de yeso cortafuegos de Tipo X comercialmente disponibles y paneles de yeso de estera de vidrio. Las muestras comerciales referidas como paneles de Tipo X fueron paneles de yeso de Tipo X marca SHEETROCK® FIRECODE® de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor, comercialmente disponibles de United States Gypsum Company (con una clasificación contra incendios de una hora) (Experimento de Muestra 21) . Las muestras comerciales referidas como paneles de fieltro de vidrio se tomaron de paneles de yeso de revestimiento de fieltro de vidrio de marca SECUROCK® comerciales de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor, comercialmente disponibles de United States Gypsum Company (con clasificación contra incendios de una hora) .
Las muestras para las densidades, resistencia a la contracción, Expansión de Grosor a Alta Temperatura en la dirección z, y ensayo de aislamiento, que se tomaron de los paneles de yeso explicados en estos Ejemplos, tanto de los ejemplos de los principios de la presente descripción como de aquellos de paneles de yeso comerciales, se tomaron al menos seis pulgadas desde los bordes del panel en una o más localizaciones en el "campo" de los paneles, excepto que se señale de otro modo .
Ejemplo 4A Las muestras de los Experimentos de Muestra 1 a 20 de paneles de yeso resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, se sometieron a un ensayo de cohesión del núcleo a alta temperatura, según EN 520 Gypsum Plasterboards Definitions, Requirements and Test Method, que se usa habitualmente en Europa como un estándar para ciertos paneles de yeso cortafuegos . Los procedimientos para este ensayo también se explican en el informe ASTM WK25392 - Revisión de los Métodos de Ensayo Estándar C473 - 09 para el ensayo físico de productos de paneles de yeso (en lo sucesivo "ASTM Pub. WK25392") disponible en la dirección Web www.astm.org/DATABASE.CART/WORKITEMS/WK25392.htm, o de ASTM International en otras formas o formatos.
Este ensayo evalúa la capacidad de los paneles de yeso para soportar la deflexión y las restricciones mecánicas encontradas cuando los montajes que usan los paneles se exponen a altas temperaturas, tales como las encontradas en los fuegos. En condiciones de alta temperatura, por ejemplo, los elementos estructurales de los montajes, tales como montantes de pared, se pueden deformar o pueden verse comprometidos por su exposición a las temperaturas altas. Como resultado, los montajes se pueden doblar hacia o lejos de la fuente de calor, imponiendo fuerzas de compresión y/o expansión en los paneles.
En estos ensayos, se montó horizontalmente una muestra de ensayo de alrededor de 1.75 pulgadas por alrededor de 12 pulgadas (24 mm por 100 mm) con una longitud de la ménsula de alrededor de 10 pulgadas (254 mm) . Se impusieron un esfuerzo de cizallamiento y un momento de flexión mediante un colgante de peso desde el extremo libre de la muestra. El peso se suspendió alrededor de 0.39 pulgadas (22.86 cms) (10 mm) por encima de una plataforma. La masa del peso se basa en el grosor de la muestra de ensayo, oscilando desde alrededor de 10.6 onzas (300 g) hasta alrededor de 25.9 onzas (450 g) para grosores del tablero de yeso de alrededor de 1/2 pulgada (12.7 mm) a alrededor de ¾ pulgadas (19.1 mm) . La muestra de ensayo se expone a las llamas mediante dos quemadores Meker opuestos horizontalmente, situados alrededor de 3.9 pulgadas (100 mm) del extremo fijo de la muestra.
La boca de cada quemador se coloca alrededor de 1.0 pulgadas (25.4 mm) de la cara adyacente de la muestra de ensayo, y se ajusta de manera que un termopar insertado alrededor de 0.2 pulgadas (5mm) de la muestra lee alrededor de 1830°F (1000°C) . Si la muestra se debilita y/o se dobla, pero permanece intacta sin romperse en trozos separados cuando el peso entra en contacto con la plataforma, entonces se considera que ha pasado el ensayo. Al menos seis de siete réplicas deben pasar para que la muestra de panel de yeso pase el ensayo. Los resultados del ensayo se expresan en términos de "pasa" o "falla" .
Los ensayos para las muestras de todos los Experimentos de Muestra usaron un peso de 25.9 onzas (450 g) . Las muestras de cada uno de los Experimentos de Muestra pasaron el ensayo de cohesión del núcleo a. alta temperatura, a pesar del peso y densidad reduci'dos de los paneles de yeso.
Ejemplo 4B Como se menciona anteriormente, además de las modalidades de cohesión del núcleo, la contracción del núcleo de yeso debido a exposición a altas temperaturas también contribuye a la pérdida de integridad física de una estructura de panel ensamblada, tal como una unidad de pared y/o la barrera contra incendios. Se desarrolló un ensayo para medir "Contracción a Alta Temperatura" , y se da a conocer en ASTM Pub . K25392 para proporcionar una medida cuantitativa de las características de contracción de los paneles de yeso en condiciones de alta temperatura. Este procedimiento de ensayo refleja el hecho de que la Contracción a Alta Temperatura que pueden experimentar los paneles de yeso en condiciones de incendio está influida por factores además de reacciones de calcinamiento que se pueden producir en los núcleos de yeso de los paneles en condiciones de alta temperatura. En consecuencia, el protocolo de ensayo usa un horno sin salidas de escape, de manera que no hay flujo de aire desde el exterior del horno que pueda enfriar a las muestras de ensayo. La temperatura del horno también es alrededor de 1560°F (850°C) para explicar la contracción que se puede producir en las fases de anhidrita de las estructuras del núcleo de yeso, así como los efectos de la calcinación y otros efectos de alta temperatura, cuando se exponen a condiciones de incendios de altas temperaturas. Como se usa aquí, "Contracción a Alta Temperatura" se refiere a una medida de las características de la contracción de los paneles de yeso en condiciones de ensayo a alta temperatura y de las muestras consistentes con las descritas aquí.
Las muestras de paneles procedentes de los Experimentos de Muestras 1 a 20 formados según principios de la presente descripción se ensayaron para determinar la cantidad de la Contracción a Alta Temperatura de x-y que experimentaron en condiciones de alta temperatura especificadas en ASTM Pub. WK25392. Las muestras también se evaluaron para determinar su pérdida o ganancia de grosor en estos ensayos . Las muestras de ensayo fueron discos de 4 pulgadas (100 mm) de diámetro, cortados de muestras de tableros de yeso usando una prensa taladradora con una cuchilla de sierra de orificio. Se necesitaron seis muestras para cada ensayo, y se colocaron en el horno lado a lado sin tocarse entre sí. También las muestras de ensayo se colocaron en pequeños pedestales para permitir que se calentaran y se airearan uniformemente en ambas caras, de manera que permanecieran como discos cilindricos relativamente planos.
A fin de evitar el choque térmico de las muestras de ensayo, que puede producir resultados de ensayo inválidos debido al astillamiento y a la ruptura, el protocolo de ensayo se modificó para colocar las muestras de ensayo en el horno antes de que se calentase hasta alrededor de 1560 °F (850°C) . Las muestras se mantuvieron a esa temperatura durante un mínimo de alrededor de 20 minutos antes de que se apagase el horno. La puerta del horno permaneció cerrada mientras que el horno se enfriaba. Las muestras no se retiraron para la medida hasta que la temperatura cayó próxima a la temperatura ambiente.
Como el tablero de yeso es anisotrópico , la cantidad de contracción variará ligeramente en las direcciones de longitud y anchura. Por lo tanto, se tomaron dos medidas ortogonales, y se promediaron para computar el diámetro medio del disco. En estos ensayos, se tomaron dos medidas a 90 grados entre sí, ya que se ha encontrado que este procedimiento proporciona una medida consistente del diámetro medio de una muestra a otra. Se ha encontrado que la orientación de las muestras en términos de "dirección de la máquina" y "dirección transversal a la máquina" no es un problema significativo para los fines de este ensayo. Típicamente, si las dos medidas para un disco difieren en más de 0.01 pulgadas (0.25 mm) , entonces el disco se rechaza y las medidas se excluyen de los resultados dados a conocer. La Contracción a Alta Temperatura se calculó como el porcentaje de cambio en el diámetro medio después de la exposición al calor, y se representa "S" , típicamente hasta el 0.1% más cercano para el grupo de seis muestras de ensayo.
Los datos de este ensayo se dan a conocer en la Tabla VIII en las FIGS. 26A-26B, y demuestran que la estructura del núcleo de los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción son significativamente más resistentes a la Contracción a Alta Temperatura (S de aprox. 2% a aprox. 4%) , que lo que sería de esperar dada la densidad reducida del núcleo y la falta de contenido de yeso que se considera normalmente necesario para reducir la contracción de los paneles de yeso.
Además, las muestras evidencian una expansión del grosor, o "Expansión de Grosor a Alta Temperatura TE", en la dirección z, de alrededor de 11% a alrededor de 30% desde su grosor inicial antes del calentamiento hasta su grosor final después del calentamiento. Como se usa aquí, "Expansión de Grosor a Alta Temperatura" se refiere a una medida de las características de la expansión del grosor en paneles de yeso en la dirección z en condiciones de ensayo a alta temperatura y de muestras consistentes con las descritas aquí. La relación de Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dirección z) a Contracción a Alta Temperatura (es decir, TE/S) proporciona una medida del beneficio global de los siguientes principios de la presente descripción, y fue desde alrededor de 3 hasta alrededor de 17 en los Experimentos de Muestra 1 a 20.
Con fines comparativos, también se incluyen en la Tabla VIII, en la FIG. 26B, la Contracción a Alta Temperatura, la Expansión de Grosor a Alta Temperatura, y la relación de expansión a contracción típicas de paneles de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor cortafuegos comerciales. Esos datos, y los datos de peso y densidad típicos, proceden de los paneles de yeso de Tipo X marca SHEETROCK® FIRECODE® comerciales, paneles de yeso Tipo C marca SHEETROCK® FIRECODE®, y paneles de yeso de revestimiento de estera de vidrio marca SECUROCK®, todos comercialmente disponibles de United States Gypsum Company. Como se puede ver, la Contracción a Alta Temperatura relativamente baja en los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción es comparable, si no mejor que, los paneles cortafuegos comerciales. Además, la cantidad de Expansión de Grosor a Alta Temperatura en los paneles ejemplares formados según los principios de la presente invención es inesperadamente sustancialmente mayor que el tablero de yeso cortafuego más pesado y más denso convencional, sin otros efectos adversos.
El beneficio de los paneles formados según principios de la presente descripción también se refleja en su relación sustancialmente mayor (TE/S) de Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dirección z) a Contracción a Alta Temperatura, con relación a paneles cortafuegos comerciales. La Contracción a Alta Temperatura relativamente pequeño y la Expansión de Grosor a Alta Temperatura sustancialmente grande de los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción indican que proporcionan una resistencia inesperada al fuego para su peso y densidad a temperaturas que reflejan las encontradas en condiciones de incendios estructurales. También se obtienen resultados similares con paneles producidos de otras combinaciones de materiales constituyentes dentro del alcance de la invención.
Ejemplo 4C Un indicador útil del comportamiento contra incendios de los paneles de yeso en los montajes, por ejemplo aquellos que utilizan marcos de montantes de madera, cargados, como se necesitan en los ensayos de incendios de ASTM E119, se explica en el artículo de Shipp, P. H., y Yu, Q. , "Caracterización Termofísica de Tablero de Yeso Resistente al Fuego Especial Tipo X" , Proceedings of the Fire and Materials 2011 Conference, San Francisco, 31 de Enero - 2 de Febrero de 2011, Interscience Communications Ltd., Londres, UK, p. 417-426. Ese artículo explica una serie amplia de ensayos contra incendios de E119 de montajes de pared con marcos de madera que soportan cargas, y una correlación entre la Contracción a Alta Temperatura y las características de aislamiento térmico de paneles de yeso de Tipo X comerciales y su comportamiento esperado bajo los procedimientos de ensayo contra incendios de E119.
Se realizó un análisis de regresión multivariable lineal sobre los datos a partir de los ensayos con resistencia al fuego FR (en minutos) como la variable dependiente. Las variables independientes fueron el porcentaje de contracción SH (según se mide mediante el ensayo mencionado anteriormente de Contracción a Alta Temperatura en el Ejemplo 4B) , el índice de Aislamiento Térmico TI (como se mide mediante el ensayo explicado más abajo en el Ejemplo 4D) , el contenido de humedad de la madera MC (como porcentaje en peso) , y la instalación de laboratorio del ensayo LAB = {?, l}. El análisis de regresión lineal resultante estableció la siguiente relación (con un error estándar para la regresión de 2.55 minutos) : FR = 18.3 - 1.26 SH + 1.60 TI + 0.42 MC + 6.26 LAB (1) Suponiendo que el ensayo se realizó en un único laboratorio (LAB = 1) y un contenido de humedad de la madera típico de 13.5%, la relación anterior se puede expresar como sigue : FR = 30.23 - 1.26*SH + 1.60*TI (2) La ecuación 2 se puede reordenar para indicar un índice de Aislamiento Térmico mínimo predicho para un panel de Tipo X comercial típico en un montaje de montante de madera, cargado, necesario para proporcionar un comportamiento del ensayo contra incendios bajo los procedimientos de ensayo E119 usando datos del ensayo de Contracción a Alta Temperatura. La relación resultante se puede expresar como: TI > (FR - 30.23) / 1.60 + 1.26 / 1.60*SJÍ (3) Para la resistencia al fuego a 50, 55 y 60 minutos, el TI deseado sería mayor o igual a lo siguiente: TI > 12.36 + 0.78*SH (4a) TI > 15.48 + 0.78*SH (4b) TI > 18.60 + 0.78*SH (4c) Como se muestra en la Tabla IX en la FIG. 27, las relaciones anteriores expresadas en las ecuaciones 4a a 4c indican que los valores de TI mínimos aproximados enumerados serían necesarios para proporcionar una resistencia aceptable al fuego en las condiciones de E119 a alrededor de 50, 55 y 60 minutos. Los valores de Contracción a Alta Temperatura SH para los paneles del Experimento de Muestra y los paneles comerciales se proporcionan en la Tabla X en las FIGS. 28A-28B como se explica en el Ejemplo 4B anterior.
Para los paneles ejemplares de los Experimentos de Muestra 1 a 20 formados según principios de la presente descripción, los valores TI mínimos derivados de las relaciones (ecuaciones 4 (a) a 4 (c) ) serían iguales o mayores que alrededor de 13.8 a alrededor de 15.8 a 50 minutos, de alrededor de 16.6 a alrededor de 19 a 55 minutos, y de alrededor de 20 a alrededor de 22 a 60 minutos. Estos valores de TI calculados comparables a, si no mejores que, los valores de TI calculados de paneles de yeso comerciales de Tipo X, Tipo C (con vermiculita de grado 5) y con cara de vidrio también se dan en la Tabla IX en la FIG. 27. Los valores de TI calculados para los paneles comerciales, a pesos y densidades mucho más pesados, serían iguales a o mayores que de alrededor de 13.9 a alrededor de 16.6 a 50 minutos, de alrededor de 17 a alrededor de 19,7 a 55 minutos, y de alrededor de 20.2 a alrededor de 23 a 60 minutos.
Como se explica más abajo en el Ejemplo 4D, los valores de TI medidos para muestras de los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción, Experimentos de Muestra 1 a 20,' igualan o superan a estos valores mínimos predichos de TI, a pesar de sus pesos y densidades significativamente reducidos con relación a paneles de yeso de Tipo X, y fueron comparables a los valores TI medidos de la muestra de paneles de yeso de Tipo X. Además, en el ensayo comparable usando los procedimientos U305 explicados en el Ejemplo 4E más. abajo, los paneles formados según principios de la presente descripción proporcionan realmente una resistencia al fuego mayor de la esperada cuando se someten a un ensayo de fuego. Sin estar atados por la teoría, se cree que la sorprendente resistencia incrementada al fuego de los paneles formados según principios de la presente descripción demostrada en ensayos de fuego real es atribuible, en parte, al grado de Expansión de Grosor a Alta Temperatura lograda por los paneles y métodos de la presente descripción. También si estar atados por la teoría, se cree que los beneficios de tal Expansión de' Grosor a Alta Temperatura significativa pueden no estar reflejados en las relaciones anteriores, puesto que se basan en ensayos con paneles de yeso de Tipo X que presentan típicamente una contracción durante el calentamiento (véase la Tabla VIII en la FIG. 26B, ensayos de Tipo X) ..
Ejemplo 4D También se evaluó el ensayo del índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura según los procedimientos explicados en ASTM Pub. WK25392. Este procedimiento proporciona un ensayo simple, representativo, de las características de aislamiento térmico a alta temperatura de los paneles de yeso. Las condiciones de transferencia de calor reflejadas en este ensayo se pueden describir mediante la ecuación de energía para una conducción de calor inestable unidimensional a través del grosor del tablero : ?/?? (k (??/??)) + q = pcp (??/At) (5) en la que T es la temperatura a un tiempo dado t y profundidad x en el tablero. La conductividad térmica (k) , la densidad (p) y el calor específico (cp) son funciones no lineales dependientes de la temperatura a altas temperaturas. La tasa de la generación de calor q representa una variedad de reacciones endotérmicas y exotérmicas, por ejemplo, cambios de fase de yeso y combustión del papel de la cara, que se producen a diferentes temperaturas y, correspondientemente, a diferentes tiempos.
Con el fin de evaluar la conducción de calor total a través del tablero de yeso y, por tanto su comportamiento como aislante térmico, típicamente no es necesario medir separadamente y describir cada variable mencionada anteriormente. Es suficiente evaluar su efecto acumulativo neto sobre la transferencia de calor. Para ese fin, se desarrolló el ensayo simple de índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura explicado en ASTM Pub . WK25392. Como se usa aquí, "índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura" se refiere a una medida de las características de aislamiento térmico de paneles de yeso bajo ensayo a alta temperatura y condiciones de muestra consistente con las descritas aquí. Cada muestra de ensayo consiste en dos discos de 4 pulgadas (100 mm) de diámetro, atornillados juntos por tornillos de cabeza de corneta tipo G. En el cetro de la muestra se coloca un termopar. La muestra se monta entonces sobre el borde en un chasis diseñado para asegurar el calentamiento uniforme sobre su superficie y colocado en un horno precalentado hasta alrededor de 930 °F (500 °C) . La elevación de temperatura en el centro de la muestra de ensayo se registra, y se computa un índice de Aislamiento Térmico, TI, como el tiempo, en minutos, requerido para que la muestra de ensayo se caliente desde alrededor de 105°F (40°C) hasta alrededor de 390°F (200 °C) . El índice de Aislamiento Térmico para la muestra de ensayo se calcula como: TI = t2oo°c — 4o°c (6) Un perfil de temperatura desarrollado a partir de los datos recogidos mediante este procedimiento muestra a menudo la transición del yeso hasta hemihidrato a alrededor de 212°F (100°C) y al conversión del hemihidrato en la primera fase de anhidrita próxima a alrededor de 285 °F (140°C) . Tales datos también muestra a menudo que una vez que se completan estas transiciones de fases, la temperatura se eleva rápidamente de manera lineal, puesto que ya no ocurren reacciones de cambio químico o físico de significancia típicamente por debajo de la temperatura del horno de alrededor de 930°F (500°C) . Esperando hasta que la temperatura del núcleo de la muestra haya alcanzado alrededor de 105°F (40°C) para comenzar el tiempo, se puede lograr una repetitividad y reproducibilidad aceptables.
Los ensayos del índice de Aislamiento Térmico de las muestras de los Experimentos de Muestra 1-20 se dan en la Tabla X en las FIGS. 28A-28B. Los datos del índice de Aislamiento Térmico (TI) para los ejemplos de los Experimentos de Muestra muestran que la estructura del núcleo de paneles de yeso de peso y densidad reducidos formados según principios de la presente descripción proporciona propiedades de aislamiento térmico sorprendentemente eficaces dado su contenido de yeso y densidad. Como se indica en la Tabla X, los valores del índice de Aislamiento Térmico variaron desde alrededor de 22 minutos hasta alrededor de 25 minutos para las muestras de los Experimentos de Muestra 1-20. Esto indica que una composición del núcleo formada según principios de la presente descripción es un aislante térmico más eficaz que el esperado a la vista de la densidad del núcleo para los fines de resistir las altas temperaturas experimentadas en condiciones de incendio y de ensayo contra incendio. Estos ejemplos también muestran que la relación del índice de Aislamiento Térmico a densidad osciló desde alrededor de 0.60 hasta alrededor de 0.68 minutos/pcf para las muestras de los Experimentos de Muestra 1-20. Para comparación, la relación de índice de Aislamiento Térmico a densidad fue de alrededor de 0.55 a alrededor de 0.59 minutos/pcf para las muestras procedentes de paneles de yeso de Tipo X marca SHEETROCK® FIRECODE® comerciales más pesados y más densos, los paneles de yeso Tipo C marca SHEETROCK® FIRECODE®, y los paneles de yeso de revestimientos de malla de vidrio de marca SECUROCK® de los Experimentos de Muestra 1-20.
Como se indica mediante este dato, los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción tienen en cierta medida menores valores del índice de Aislamiento Térmico que los paneles comerciales más pesados y más densos. Esto se puede considerar una indicación de que los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción tendrían un comportamiento reducido de la resistencia al fuego. Sin embargo, cuando se tiene en cuenta la densidad de los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción, sus capacidades de aislamiento térmico (como se refleja mediante las relaciones de TI a densidad) son similares a o mejores que los paneles comerciales más pesados y más densos. Además, como se indica en el Ejemplo 4E, los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción demostraron una resistencia inesperada al fuego con relación a paneles comerciales más pesados y más densos cuando se usan en montajes sometidos a un ensayo de fuego de escala completa.
Ejemplo 4E Las muestras de los Experimentos de Muestra 1 a 20 de paneles resistentes al fuego, de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, se sometieron a un ensayo de fuego de escala completa según los procedimientos expuestos en los procedimientos U419, U423 y U305 de UL. Estos procedimientos de ensayo necesitan el montaje de una estructura de ensayo que comprende un marco de montaje de pared de montantes de acero o de madera (montantes verticales típicamente de alrededor de 10 pies (3.04 mts) , montados entre la placa de la base y una placa superior del mismo material) . Los montajes que usan muestras de paneles formados según principios de la presente descripción procedentes de los Experimentos de Muestra 1 a 17 se sometieron a ensayo de fuego bajo los procedimientos U419; un montaje que usa muestras de paneles formados según principios de la presente descripción del Experimento de Muestra 18 se sometió a los procedimientos de ensayo de fuego U423; y los montajes que usan muestras de paneles formados según principios de la presente descripción procedentes de los Experimentos de Muestra 19 y 20 se sometieron a procedimientos de ensayo de fuego U305.
Además, muestras de paneles de yeso de Tipo X marca SHEETROCK® FIRECODE® de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor con clasificación contra incendios de una hora, comerciales (Experimento de Muestra 21) , y paneles de yeso de revestimiento de estera de vidrio marca SECUROCK® comerciales con clasificación contra incendio de una hora de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor (Experimento de Muestra 22), se sometieron a los procedimientos de U419 y U423 respectivamente, con fines comparativos. Los paneles de Tipo X del Experimento de Muestra 21 pesaron aproximadamente 2250 lb/msf (0.001098 kg/cm2) , con una densidad del núcleo de alrededor de 43.5 pcf (696.8 kg/m3) . Los paneles Securock® del Experimento de Muestra 22 pesaron alrededor de 2630 lb/msf (0.0000146 kg/cm2), con una densidad del núcleo de alrededor de 51 pcf (816.94 kg/m3).
Los ensayos U419 y U423, los montantes fueron montantes de acero de calibre ligero comercialmente disponibles, formados de acero que tiene un grosor de alrededor de 0.015 pulgadas (0.38 mm) a alrededor de 0.032 pulgadas (0.81 mm) , y que tienen las dimensiones de alrededor 3-5/8" (15.87 mm) o 3-1/2" pulgadas de ancho por alrededor de l-½" pulgadas (1-8 mm) de grosor. Los montantes de acero Viper 25 (Marino/ are , Div de Ware Industries Inc) , se separaron alrededor de 24 pulgadas (10.16 cms) en el montaje. El ensayo U305 usó montantes de madera 2 x 4 #2 Douglas Fir (aproximadamente 3.5 (88.9 mm) de ancho por 1.5 pulgadas (38.100 mm) de grosor), separados alrededor de 16 pulgadas (40.64 cms) .
Los procedimientos de ensayo U419 están considerados entre los más rigurosos de los tipos de ensayos de UL puesto que los montantes de acero de calibre ligero experimentan a menudo deformación por calor (estimulando típicamente a los paneles expuestos hacia las llamas del chorro de gas) debido a transferencia de calor a través de los paneles y en la cavidad del montaje entre los paneles expuestos y no expuestos. Esta deformación provoca a menudo la separación de las juntas de los paneles, u otros fallos, en el lado expuesto, calentado, del montaje, permitiendo la penetración de la llama del chorro de gas y/o calor elevado en la cavidad del montaje y en el lado no expuesto y no calentado del montaje. Se espera que cuánto más ligero sea el calibre de los montantes de acero, mayor es la probabilidad de deformación térmica de los montantes y del montaje.
Los paneles de yeso se unieron horizontalmente , es decir, perpendiculares a los montantes verticales, en cada lado del montaje. Típicamente, en cada lado del marco se usaron dos paneles de aproximadamente 10 pies (3.04 mts) por 4 pies (1.21 mts), y un panel de aproximadamente 10 pies (3.04 mts) por 2 pies (0.60 mts) . El panel de 10 pies (3.04 mts) por 2 pies (0.60 mts) se colocó en la parte superior del montaje, que presenta un ensayo más difícil para el montaje que si se coloca el panel más estrecho en el centro entre los paneles más amplios, o en la parte inferior del montaje. Las juntas de los bordes horizontales y las juntas del fondo en los lados opuestos de los montantes no estaban escalonadas. Los paneles se unieron al marco con tornillos hi/low de tipo S de una pulgada (2.54 cms) en cada lado del montaje, ocho pulgadas (20.32 cms) separados del centro. Los paneles se colocaron de manera que las costuras entre los paneles en cada lado del marco estaban alineadas entre sí. Entonces, las costuras se cerraron con cinta de juntas de papel y compuesto de juntas.
El tipo de ensayo, el tipo de montante y los resultados expresados en tiempo (minutos y segundos) hasta la terminación del ensayo se indican en la Tabla XI en las FIGS . 29A-29C. En los ensayos que siguen los procedimientos de U419, el acero usado para formar los montantes de calibre ligero tuvo un grosor de 0.015 pulgadas (0.38 tura) o 0.018 pulgadas. Los ensayos que siguen los procedimientos de U423 usaron montantes de acero comercialmente disponibles, hechos de acero de alrededor de 0.032 pulgadas (0.81 mm) de grosor. Bajo los procedimientos de U419, el montaje no está sujeto a carga externa. En el ensayo de U419, las muestras fallaron al exceder los límites de temperatura prescritos. Bajo los procedimientos de U423 y U305, se aplicó una carga externa total de aproximadamente 9.520 Ib (U423) y 17.849 Ib (U305) a la parte superior del montaje. En el ensayo de U423 y U305, las muestras fallaron al romperse bajo la carga, en lugar de exceder los límites prescritos de temperatura.
En cada uno de los ensayos, el montaje de panel y marco completo se colocó de manera que un lado del montaje, el lado expuesto, se sometió a un conjunto de llamas de horno de chorro de gas que calentaron el lado expuesto del montaje hasta temperaturas y a una tasa especificadas por el estándar de ASTM E119, según los procedimientos U305, U419 y U423. En las FIGS . 9 y 10 se muestran ejemplos de la curva de calentamiento de ASTM E119. Según esos procedimientos de ASTM y UL, se colocó un conjunto de alrededor de 14 sensores en relación espaciada entre el lado expuesto calentado del montaje y cada uno de los chorros de gas, para monitorizar las temperaturas usadas para calentar el lado expuesto del montaje. También según esos procedimientos de ASTM y UL, se colocó un conjunto de sensores en relación espaciada en el lado opuesto, sin calentar, no expuesto, del montaje. Típicamente, se aplicaron 12 sensores a la superficie no expuesta del montaje, en un patrón según las especificaciones de UL y/o ASTM. Según esos procedimientos, cada sensor también se cubrió mediante una almohadilla aislante.
Durante los procedimientos de ensayo de fuego, las temperaturas del horno usadas siguieron la curva de calentamiento de ASTM-E119, comenzando a temperaturas ambientes y aumentando en el lado expuesto del montaje hasta alrededor de 1600°F (871.11°C) en aproximadamente una hora, produciéndose el cambio más rápido de temperatura pronto en el ensayo y próximo a la conclusión del ensayo. El ensayo se terminó cuando hubo un fallo de estructura catastrófico del montaje, la media de las temperaturas de los sensores en el lado no expuesto del montaje superó una temperatura preseleccionada, o cuando un sensor individual del lado no expuesto del montaje superó una segunda temperatura preseleccionada.
Los datos de los ensayos de fuego se representan gráficamente en las FIGS . 9-16. La FIG. 9 muestra una gráfica de la temperatura del sensor individual máxima en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes con paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 1 a 17 y muestras comerciales 21, desde el comienzo de cada ensayo hasta la terminación del ensayo. Como se menciona anteriormente, la FIG. 9 también muestra una gráfica de la curva de temperatura de ASTM É119 usada para las temperaturas del horno en el lado expuesto de los montajes. La FIG. 10 muestra una gráfica de las temperaturas medias en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes con paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 1 a 17 desde el comienzo de cada ensayo hasta la terminación del ensayo, así como la curva de temperatura de ASTM E119 usada para las temperaturas del horno en el lado expuesto de los montajes. Como se indica mediante las gráficas de datos, el lado no expuesto, las temperaturas del sensor individual máximas y las temperaturas del sensor medias para todos los montajes estaban estrechamente alineadas a lo largo del ensayo, independientemente de las diferencias muy significativas en densidad y contenido de yeso entre los paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 1-20 y los paneles de yeso de Tipo X y de cara de vidrio comerciales mucho más pesados y más densos, Experimentos de Muestra 21 y 22.
Como se indica en las FIGS. 9 y 10, además, hay una inflexión en las gráficas entre alrededor de 50 y 55 minutos de tiempo transcurrido y después del punto de inflexión las temperaturas del sensor individual máximas y del sensor medias para cada ensayo muestran un incremento repentino en la pendiente. Se cree, sin estar atados por tal teoría, que el punto de inflexión indica un punto en el que los paneles expuestos calentados del montaje están próximos o pasan los límites de sus capacidades de aislamiento térmico y disipación de calor, y de este modo la transferencia de calor a través del montaje aumenta rápidamente hasta la terminación 1 del ensayo. Tal transmisión puede ser a través de los propios paneles, o a través de una o más aberturas en las juntas entre paneles. Independientemente de las razones específicas de los puntos de inflexión demostrados por los datos, fue inesperado que las temperaturas transmitidas a través de los paneles y cavidades del montaje, y las tasas de transmisión de temperatura son comparables para paneles de peso reducido y densidad reducida formados según principios de la presente descripción y paneles mucho más pesados con densidades del núcleo mucho mayores.
Las FIGS . 11 y 12 son gráficas de las temperaturas del sensor individual máximas y la media de las temperaturas del sensor, respectivamente, sobre la superficie no expuesta de cada uno de los montajes en los ensayos de fuego U419 de paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 1 a 17 y Muestra 21 de Tipo X comercial. Las FIGS. 11 y 12 muestran una gráfica expandida de los datos desde 40 minutos de tiempo transcurrido hasta 65 minutos de tiempo transcurrido (terminándose todos los ensayos antes de 65 minutos) . Estas gráficas de datos muestran con mayor detalle la estrecha correspondencia en la resistencia al fuego de los paneles formados según principios de la presente descripción, y los montajes hechos de ellos, con los paneles de Tipo X mucho más pesados y más densos, y los montajes que usan los paneles de Tipo X hasta entre alrededor de 50 y 55 minutos.
Las temperaturas medidas para montajes que usan paneles de los experimentos de muestra de los paneles formados según principios de la presente descripción continuaron correspondiéndose estrechamente con aquellas de los paneles comerciales desde alrededor de 55 minutos a alrededor de 60 minutos. Las FIGS. 13 y 14 muestran una gráfica de los datos de las FIGS. 9 y 10, respectivamente, para los montajes que usan los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción de los Experimentos de Muestra 5, 14 y Muestra 21 (el ejemplo de panel de Tipo X comercial) . Este dato muestra que los paneles formados según principios de la presente descripción, y los montajes hechos de ellos, son capaces de proporcionar paneles que tienen una resistencia al fuego comparable, si no mejor que, paneles comerciales mucho más pesados y más densos bajo la condición de ensayo de fuego UL U419 durante al menos alrededor de 60 minutos. También se obtienen resultados similares con paneles producidos a partir de otras combinaciones de materiales constituyentes dentro del alcance de la invención.
También se observó que, después de alrededor de 50 minutos, las temperaturas para los montajes que usan paneles de los Experimentos de Muestra 6, 7 y 9 aumentaron en cierto modo más rápidamente que los montajes que usan paneles de los otros Experimentos de Muestra. Como se observa en la Tabla VII en la FIG. 25B, los paneles' del Experimento de Muestra 6 tuvieron el peso y la densidad más bajos, y los paneles de los Experimentos de Muestra 7 y 9 pueden haber sido sometidos a sobresecado. De forma similar, las temperaturas para los montajes que usan paneles de los Experimentos de Muestra 8 y 15 también aumentaron en cierto modo más rápidamente que los montajes que quedan. Como también se indica en la Tabla VII, los paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 8 y 15 pueden también haber sido afectados por sobresecado o impurezas en la fuente de yeso. Sin estar atados por la teoría, se cree que esas condiciones de fabricación y de materiales contribuyeron sustancialmente a las diferencias entre los perfiles de temperatura de los montajes que usan los paneles y aquellos de los montajes que usan paneles de los otros Experimentos de Muestra.
Dadas esas consideraciones, y la dificultad de los estándar del ensayo U419, los datos procedentes de esos ensayos muestran que los paneles formados según principios de la presente descripción proporcionaron no obstante, una resistencia al fuego sorprendentemente eficaz dados sus pesos y densidades. En conjunto, lós datos de los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción muestran además que los métodos y paneles de la presente descripción pueden proporcionar montajes robustos resistentes al fuego que permiten al experto de pericia normal una flexibilidad considerable a la hora de ajustar el contenido de vermiculita y estuco de los paneles para compensar variaciones significativas en las condiciones de fabricación y la calidad de las materias primas.
Las FIGS. 15 y 16 son gráficas de las temperaturas del sensor individual máximas y la media de las temperaturas de los sensores en la superficie no expuesta de cada uno de los montajes en los ensayos de fuego de U423 de montajes que usan paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 18 y 22. Las FIGS. 15 y 16 muestran una gráfica expandida de los datos desde 40 minutos de tiempo transcurrido hasta 65 minutos de tiempo transcurrido (todos los ensayos terminados antes de 65 minutos) . Esta gráfica de datos muestra con mayor detalle la resistencia al calor comparable de los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción y los paneles de yeso con caras de esteras de vidrio comerciales mucho más pesadas y más densos (Experimento de Muestra 22) , incluso aunque sería de esperar que las láminas de cubierta de vidrio de los paneles proporcionen en este ensayo una resistencia al fuego adicional. Este dato, particularmente el dato después de 50 minutos de tiempo transcurrido, confirma que los paneles formados según principios de la presente descripción, y los montajes que los usan, son capaces de proporcionar una resistencia al fuego comparable a (y en algunos casos potencialmente mejor que) los paneles comerciales mucho más pesados y más densos en las condiciones del ensayo de fuego de U423.
Los datos expuestos en la Tabla XI en las FIGS . 29A-29C proporcionan las temperaturas máximas alcanzadas por cualquier sensor, y la media de todos los sensores sobre la superficie no expuesta del montaje en el tiempo transcurrido de 50, 55 y 60 minutos. La Tabla XI también da a conocer la temperatura máxima alcanzada por un sensor cualquiera, y la media de todos los sensores en la superficie no expuesta del montaje en la terminación del ensayo. En los ensayos de Experimentos de Muestra 6, 7 y 9, el ensayo ser terminó a 58 minutos (muestras 6 y 7) o 59 minutos (Experimento de Muestra 9) , y de este modo las temperaturas del sensor individual máximas y las temperaturas del sensor medias, en la terminación, son las mismas.
Para los ensayos U419, una temperatura del sensor individual máxima de menos de alrededor de 260°F (126.66°C) sobre la superficie no expuesta del montaje, y/o una temperatura del sensor media de menos de alrededor de 250 °F (221.11°C) en tal superficie no expuesta, a alrededor de 50 minutos de tiempo transcurrido, se consideró una indicación de un ensayo con éxito, y una indicación de que la formulación del núcleo del panel de yeso ensayada y el proceso de fabricación, y los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción, son capaces de satisfacer o exceder los requisitos para una clasificación contra incendios de "una hora" bajo los procedimientos de ensayo de UL apropiados. De forma similar, una temperatura del sensor individual máxima de menos de alrededor de 410°F (210°C) sobre la superficie no expuesta del montaje a alrededor de 55 minutos, y/o una temperatura del sensor media de menos de alrededor de 320 °F (160°C) en tal superficie no expuesta, a alrededor de 55 minutos, en el U419, fue una indicación adicional de que los paneles y métodos de la presente descripción se pudieron usar para proporcionar un montaje resistente al fuego adecuado para uso en aplicaciones cortafuegos. Esto se confirmó por los resultados que muestran temperaturas menores que 300 °F (148.88°C) sobre la superficie no expuesta del montaje a alrededor de 55 minutos, y/o una temperatura media del sensor de menos de alrededor de 300°F (137.77°C) en tal superficie no expuesta a alrededor de 55 minutos, para muchos de los montajes en las condiciones de ensayo de U419.
El hecho de que los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción demostraron una temperatura de sensor individual máxima a alrededor de 60 minutos de tiempo transcurrido de menos de alrededor de 500°F (260°C) en la superficie no expuesta del montaje, y/o una temperatura de sensor media de menos de alrededor de 380°F (193.33°C) en tal superficie no expuesta, también demostró la resistencia al fuego sorprendente de los paneles formados según principios de la presente descripción y montajes que los usan bajo los estándar de U419, dados el peso y densidad reducidos de los paneles. El hecho de que muchos de los montajes experimentaron una temperatura del sensor individual máxima a alrededor de 60 minutos de tiempo transcurrido de menos de alrededor de 415°F (212.77°C) en la superficie no expuesta del montaje, y/o una temperatura del sensor media de menos de alrededor de 320°F (160°C) en tal superficie no expuesta, demostró que los paneles formados según principios de la presente descripción y montajes que los usan bajo los estándar del ensayo U419 podrían ser cualificados para una clasificación contra incendios de 60 minutos en esos estándares.
Independientemente de las temperaturas máxima y media del sensor específicas a 50, 55 y 60 minutos, los resultados de los montajes que usan paneles de los Experimentos de Muestra 1 a 17 fueron además sorprendentes cuando se comparan con los paneles de yeso con cara de vidrio y de Tipo X comerciales de los Experimentos de Muestra 21 y 22. Dadas las diferencias muy significativas en peso y densidad entre los Experimentos de Muestra 1 a 17 y las muestras comerciales mucho más pesadas y más densas, sería de esperar ver diferencias mucho más grandes en las temperaturas máximas del sensor y la media de las temperaturas del sensor en cada uno de los períodos de 50, 55 y 60 minutos de tiempo transcurrido. Las temperaturas medias del sensor para la superficie no expuesta de los paneles de la mayoría de los Experimentos de Muestra 1 a 17 tampoco reflejan el peso y densidad considerablemente menores de esos paneles con relación a los paneles comerciales de los Experimentos de Muestra 21 y 22.
Como también se refleja en la Tabla XI en las FIGS. 29A-29C, las temperaturas máximas del sensor individual y medias del sensor en el lado no expuesto de los montajes que usan paneles de los Experimentos de Muestra 18, 19 y 20, fueron muy similares, y en algunos casos mejores que los tableros cortafuegos comerciales en los montajes ensayados bajo los procedimientos de U423 y U305, los cuáles ambos usan montantes de madera e imponen una carga de peso en los montajes. Por ejemplo, los paneles del Experimento de Muestra 18 demostraron un montaje con temperaturas del lado no expuesto que fueron muy similares a 50, 55 y 60 minutos a aquellas para el panel cortafuegos comercial de Muestra 22 en montajes que usan montantes de acero de 0.032 pulgadas (0.81 mm) ensayados bajo los procedimientos de U423. Para el montaje que usa paneles formado según principios de la presente descripción del Experimento de Muestra 18 en esos ensayos, las temperaturas del sensor individual máximas fueron menores que alrededor de 255°F (123.88°C), 270°F (132.22°C) y 380°F (193.33°C), a alrededor de 50, 55 y 60 de tiempo transcurrido, respectivamente. Las temperaturas medidas del sensor fueron menores que alrededor de 220 °F (104.44°C), 235°F (112.77°C) y 250°F (221.11°C), a alrededor de 50, 55 y 60 minutos de tiempo transcurrido, respectivamente. Los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción a partir del Experimento de Muestra 18, de hecho, evidenciaron sorprendentemente una temperatura del sensor individual comparable a 60 minutos con el Experimento de Muestra 22 comercial, un panel de yeso mucho más pesado y más denso con láminas de cubierta de fibra de vidrio. Este resultado es particularmente notable puesto que se cree que las láminas de cubierta de fibra de vidrio en los paneles del Experimento de Muestra 22 mejoran la resistencia al fuego de los paneles con relación a los mismos paneles con láminas de cubierta de papel .
De forma similar, los paneles procedentes de los Experimentos de Muestra 19 y 20 ensayados en montajes que usan montantes de madera bajo los procedimientos de U305 demostraron temperaturas del sensor individual máximas menores que alrededor de 250°F (221.11°C), 260°F (126.66°C) y 265°F (129.44°C), a alrededor de 50, 55 y 60 minutos de tiempo transcurrido, respectivamente. Las temperaturas medias del sensor en esos montajes fueron menores que alrededor de 230°F (110°C) , 240°F (115.55°C) y 245°F (118.33°C), a alrededor de 50, 55 y 60 minutos de tiempo transcurrido, respectivamente .
Además, bajo los estándar de UL aceptados habitualmente , los datos en la Tabla XI en las FIGS . 29A-29C indican que los paneles de yeso de peso reducido y densidad reducida, formados según principios de la presente descripción, fueron capaces de cumplir o superar los estándar requeridos para la aprobación como un panel de yeso cortafuegos de "una hora" comercial bajo los procedimientos de U419. Por ejemplo, la prueba de incendio del montaje que usa paneles formados según principios de la presente descripción del Experimento de Muestra 17, dado a conocer en la Tabla XI, entre otros de los montajes que usan paneles de la presente descripción, se caracterizaría bajo los estándares de paneles cortafuegos de "una hora" comerciales de las especificaciones U419. El montaje obtenido según U419 usando paneles del Experimento de Muestra 17 evidenció una temperatura máxima de sensor individual en el lado no expuesto de menos de la temperatura ambiente al comienzo del ensayo más 325°F (162.77°C), y una temperatura de sensor media de menos de la temperatura ambiente más 250 °F (221.11°C). En ese ensayo de fuego, el máximo del sensor individual estaba por debajo de la temperatura requerida hasta que pasaron 60 minutos 18 segundos, y la temperatura del sensor media estaba por debajo de su límite hasta que pasaron 60 minutos 8 segundos. En consecuencia, este ensayo confirmó que la formulación y procedimientos usados para obtener los paneles del Experimento de Muestra 17 podrían caracterizarse como paneles cortafuegos de una hora en los estándares de U419.
Se observaron resultados similares para los paneles ejemplares de los Experimentos de Muestra 18, 19 y 20, que se ensayaron bajo los procedimientos de ensayo U423 y U305. Los límites de temperatura usados para los sensores en las superficies no expuestas de esos montajes se calcularon de la misma manera (máxima del sensor individual de temperatura ambiente más 325°F (162.77°C), y una temperatura media del sensor de menos de la temperatura ambiente más 250 °F (221.11°C)). Para el Experimento de Muestra 18, el límite de la temperatura del sensor individual y el límite del sensor individual se alcanzó a alrededor de 62 minutos, 27 segundos y 62 minutos, 35 segundos, respectivamente. Para los Experimentos de Muestras 19 y 20, los ensayos se terminaron antes de que se alcanzasen cualquiera de los límites por encima de 63 minutos, 40 segundos para el Experimento de Muestra 19, y por encima de 64 minutos, 35 segundos para el Experimento de Muestra 20. Esto estableció que los paneles formados según principios de la presente descripción se caracterizarían como cortafuegos de una hora en esos ensayos.
Los datos anteriores de los Ejemplos 4A a 4E demuestran así que los paneles de peso y densidad reducidos, formados según principios de la presente descripción, y los montajes que los usan, proporcionan propiedades de integridad estructural, de disipación de calor y de aislamiento (o la combinación de las mismas) comparables a paneles comerciales mucho más pesados y densos, sin el contenido de yeso significativamente mayor de esos paneles comerciales. Además, el hecho de que los paneles de peso reducido y densidad reducida formados según principios de la presente descripción demostraron tales propiedades de integridad estructural, de disipación de calor y de aislamiento en los montajes usando montantes de acero de calibre ligero (considerados entre ellos muy probablemente deformables y afectados adversamente por temperaturas elevadas) no serían previsibles por una persona de pericia normal en la técnica. También se obtuvieron resultados similares con paneles producidos a partir de otras combinaciones de materiales constituyentes dentro del alcance de la invención.
Una preocupación durante el ensayo, además, fue que los paneles de los Experimentos de Muestra 1, 6 a 10 y 15 se sometieron a aspectos durante la fabricación que podrían afectar a su resistencia a altas temperaturas en los montajes sometidos a ensayo de fuego. Tales aspectos fueron problemas de hidratación del estuco del núcleo potenciales (Experimento de Muestra 1) , sobre secado potencial (Experimentos de Muestra 7 a 10) y mayores niveles de impurezas en la fuente de yeso (Experimentos de Muestra 8 y 15) . Los resultados de los ensayos de fuego indican que tales aspectos de fabricación pueden haber afectado a algunos de los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción (por ejemplo, Experimentos de Muestra 6, 7, 9 y 15) . Los resultados también demuestran que tales aspectos se pueden superar y/o compensar mediante la formulación del núcleo y métodos para obtener paneles siguiendo principios de la presente descripción. Además, los resultados de los ensayos confirman que se pueden hacer cualesquiera ajustes necesarios al comportamiento contra el fuego de los paneles de peso y densidad reducidos de la presente descripción ajustando las cantidades relativas de vermiculita de alta expansión y yeso para lograr el comportamiento contra el fuego deseado.
Ejemplo 5 En este Ejemplo, las muestras de panel procedente de los Experimentos de Muestra 1 a 20 se sometieron a un ensayo de resistencia a la extracción de clavos para determinar las propiedades de resistencia de los paneles bajo este criterio usado habitualmente . El ensayo de resistencia a la extracción de clavos es una medida de una combinación de las resistencias de un núcleo del panel de yeso, sus láminas de cubierta, y la unión entre las láminas de cubierta y el yeso. El ensayo mide la fuerza máxima requerida para extraer un clavo con una cabeza a través del panel hasta que se produce un agrietamiento importante del tablero. En los ensayos de este Ejemplo, los ensayos de resistencia a la extracción de clavos se llevaron a cabo según el Método B de ASTM C473-95.
De forma brevemente resumida, las muestras ensayadas se acondicionaron a alrededor de 70 °F (21.11°C) y alrededor de 50% de humedad relativa durante 24 horas antes del ensayo. Se usó una broca de 7/64 pulgadas (10.16 cms) para taladrar orificios piloto a través del grosor de las muestras. Las muestras se colocaron entonces en una plancha de soporte de muestras con un orificio de 3 pulgadas (7.62 cms) de diámetro en el centro, que fue perpendicular al recorrido del clavo de ensayo. El orificio piloto se alineó con la punta del mango del clavo. Se aplicó carga a una tasa de esfuerzo de 1 pulgada (2.54 cms) por minuto hasta que se logró la carga máxima. A alrededor de 90% de la carga pico después de pasar la carga pico, el ensayo se detuvo y se registró la carga pico como la resistencia a la extracción de clavos .
Los resultados de la resistencia a la extracción de clavos, se resumen en la Tabla XII en la FIG. 30 para los Experimentos de muestra 1 a 20. Como se indica en la Tabla XII, también se sometieron cuatro muestras adicionales, Experimentos de Muestra 23 a 26, a un ensayo de resistencia a la extracción de clavos. Los Ensayos de Muestra 23 a 25, fueron ejemplos de paneles de yeso de peso reducido y densidad reducida que siguen los principios de la presente descripción y se obtuvieron según la formulación de la Tabla I en la FIG. 19, y los Experimentos de Muestra 1 a 20 de la Tabla VII en las FIGS . 25A-25B, con las variaciones de peso y densidad como se indica en la Tabla XII en la FIG. 30. El Experimento de Muestra 26 fue un panel de yeso de Tipo X de marca SHEETROCK® FIRECODE® con clasificación de "una hora" comercial de 5/8 pulgadas (15.87 mm) de grosor comercialmente disponible con un peso de alrededor de 2250 lb/msf (0.001098 kg/cm2) y una densidad de alrededor de 43 pcf (688.79 kg/m3) .
Los valores medios de la resistencia a la extracción de clavos para los paneles ejemplares de peso reducido y densidad reducida formados según principios de la presente descripción oscilaron desde alrededor de 73 lb-f (33 kg-f) hasta alrededor de 107 lb-f (48.53 kg-f) . Esto indica que, a pesar de la densidad reducida y el uso de vermiculita de alta expansión en paneles formados según principios de la presente descripción, los paneles de la presente descripción pueden lograr un valor de resistencia a la extracción de clavos mínimo comparable a los paneles de yeso cortafuegos mucho más pesados y más densos . También indicó que los paneles formados según principios de la presente descripción pueden lograr valores de resistencia a la extracción de clavos satisfactorios para fines comerciales, que para paneles de yeso de 5/8 pulgadas (15.87 mm) con láminas de cubierta de papel es aproximadamente 96 lb-f (43.54 kg-f) . También se obtienen resultados similares con paneles producidos a partir de otras combinaciones de materiales constituyentes dentro del alcance de la invención.
Ejemplo 6 Los paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción y obtenidos según la Tabla I en la FIG. 19 y los Experimentos de Muestra 17-19 de la Tabla VII en las FIGS . 25A-25B se sometieron a ensayo de resistencia a la flexión para determinar las propiedades de resistencia de los paneles en este criterio usado habitualmente . El ensayo de resistencia a la flexión generalmente puede incluir un procedimiento para evaluar la capacidad de los productos de paneles de yeso para soportar esfuerzos de flexión durante la manipulación o uso del material . Este método de ensayo evalúa las propiedades de flexión de los productos de paneles de yeso soportando a la muestra próxima a los extremos y aplicando una carga transversal a mitad de camino entre los soportes. En particular, el ensayo de resistencia a la flexión se llevó a cabo en paneles de muestra procedentes de los Experimentos de Muestra 17, 18 y 19 según el Método B de ASTM C473-95.
Brevemente resumido, las muestras ensayadas se acondicionaron a alrededor de 70 °F (21.11°C) y alrededor de 50% de humedad relativa durante 24 horas antes del ensayo. Se cortaron cuatro trozos de muestra, cada uno de 12 pulgadas (305 mm) por aproximadamente 16 pulgadas (40.64 cms) (406 mm) , de cada muestra de panel de yeso, teniendo dos la dimensión de 16 pulgadas (40.64 cms) paralela al borde, y teniendo dos la dimensión de 16 pulgadas (40.64 cms) perpendicular al borde. Para apoyar a cada muestra centralmente sobre soportes paralelos fijos, se usa un aparato con soportes de muestra paralelos espaciados 14 pulgadas (357 mm) en los centros, medido en los puntos de contacto de la superficie con la muestra, y unidos a una placa que está unida rígidamente al aparato de ensayo. Se aplica una carga sobre un rodamiento similar a medio camino entre los soportes. Para muestras con la dimensión longitudinal paralela al borde, se ensaya una muestra de cada producto de panel de yeso cara arriba y la otra cara abajo. Para muestras con la dimensión longitudinal perpendicular al borde, se ensaya una muestra de cada producto de panel de yeso cara arriba y la otra cara abajo. Se calcula y se da la carga de ruptura media en libras-fuerza (lb-f) o newtons (N) para cada condición de ensayo. Las condiciones de ensayo son: (1) paralela, cara arriba; (2) paralela, cara abajo; (3) perpendicular, cara arriba; y, (4) perpendicular, cara abajo.
Los resultados del ensayo de la resistencia a la flexión se resumen en la Tabla XIII en la FIG. 31' para muestras procedentes de los Experimentos de Muestra 17, 18 y 19. Como se indica en la Tabla XIII, los paneles de yeso formados según principios de la presente descripción cumplen o superan los estándar de resistencia a la flexión expuestos en la especificación ASTM C 1396 / C 1396M-06 para paneles de yeso de 5/8" (15.87 mm) de grosor (es decir, 147 lb-f (654 N) con los bordes de la ubicación perpendiculares a la longitud del panel, y 46 lb-f (205 N) con bordes de , ubicación paralelos a la longitud del panel .
Ej em lo 7 Paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción y obtenidos según la Tabla I en la FIG. 19 y los Experimentos de Muestra 17, 18 y 19 de la Tabla VII en las FIGS. 25A-25B se sometieron a ensayo de dureza del núcleo, del extremo y del borde, para determinar las propiedades de resistencia de los paneles bajo estos criterios usados habitualmente . Los ensayos de dureza pueden incluir generalmente un procedimiento para evaluar la capacidad del núcleo, de los extremos y de los bordes del producto del panel de yeso para resistir la trituración durante la manipulación o uso del material. Este método de ensayo evalúa la dureza de los productos de paneles de yeso determinando la fuerza requerida para empujar un punzón de acero en el área de ensayo. En particular, el ensayo de dureza del núcleo, del extremo y del borde se llevó a cabo en paneles de muestra procedentes de Experimentos de Muestra 17, 18 y 19 según el Método B de ASTM C473-95.
Brevemente resumido, las muestras ensayadas se acondicionaron a alrededor de 70 °F (21.11°C) y alrededor de 50% de humedad relativa durante 24 horas antes del ensayo. Se cortó un trozo de muestra para el ensayo de la dureza del núcleo de no menos de 12 pulgadas por 3 pulgada (305 mm por 76 mm) desde el centro de cada muestra del panel de yeso. Se cortó un trozo de muestra para el ensayo de la dureza del extremo de no menos de 12 pulgadas por 3 pulgadas (305 mm por 76 mm) a partir de un extremo cortado con molino de cada muestra de panel de yeso. La dimensión de 12 pulgadas (305 mm) para las muestras de la dureza del núcleo y de la dureza del extremo es perpendicular a los bordes de la muestra del panel de yeso. Se cortó un trozo de muestra para el ensayo de la dureza del borde de no menos de 12 pulgadas por 3 pulgadas (305 mm por 76 mm) a partir de ambos bordes de cada muestra de panel de yeso. La dimensión de 12 pulgadas (305 mm) de las muestras de la dureza del borde es paralela a los bordes de la muestra de panel de yeso.
Se proporciona un medio para asegurar la muestra a la base del aparato de ensayo, de manera que la cara de la muestra es perpendicular a la base del aparato de ensayo y paralela al movimiento del punzón de acero. El punzón de acero se coloca de manera que su eje central es paralelo a la línea de recorrido. La muestra se fija en una posición vertical fija en su borde de dimensión de 12 pulgadas (305 mm) . Se realizan tres ensayos, separados aproximadamente 4 pulgadas (102 mm) entre sí, en cada muestra, con el primer área de ensayo 2 ± 1/2 pulgadas (51 ± 13 mm) desde un borde de la muestra. El punzón de acero se coloca sobre el área de ensayo y se aplica la carga. La medida de la dureza del núcleo, del extremo o del borde se da como la carga en libras-fuerza (lb-f) o newtons (N) requerida para empujar el punzón de acero una distancia de 1/2 pulgadas (13 mm) en el núcleo de la muestra) . La dureza del núcleo, del extremo y del borde de la muestra se da como la media de las tres medidas de la muestra.
Los resultados del ensayo de la dureza del núcleo, del extremo y del borde se resumen en la Tabla XIV en las FIGS . 32A-32C para las muestras de los Experimentos de Muestra 17, 18 y 19. Como se indica en la Tabla XIV, los paneles de yeso formados siguiendo los principios de la presente descripción cumplen o superan los estándar de dureza del núcleo, del extremo y del borde expuestos en la especificación ASTM C 1396 / C 1396M-06 para paneles de yeso (es decir, 11 lb-f (49 N) ) .
Ej emplo 8 Paneles ejemplares formados según principios de la presente descripción y obtenidos según la Tabla I en la FIG. 19 y los Experimentos de Muestra 17-19 de la Tabla VII en las FIGS. 25A-25B se ensayaron para la transmisión de sonido y un valor de clase de transmisión de sonido ("STC", por sus siglas en inglés) . Los paneles de los Experimentos de Muestra 17, 18 y 19 se ensayaron en dos montajes de pared básicos preparados según los procedimientos de ensayo de UL U305 y U419. El montaje de tipo U305 se obtuvo a partir de montantes de madera de aproximadamente 2 x 4 pulgadas (5.08 x 10.16 cms) , separados alrededor de 16 pulgadas (40.64 cms) desde el centro. Los montajes del tipo U419 se obtuvieron a partir de montantes de acero de calibre 25 (alrededor de 0.015 pulgadas (0.38 mm) de grosor) de aproximadamente 3 5/8 pulgadas, colocados 24 pulgadas (10.16 cms) separadas del centro. Ambos tipos de montantes se colocaron en un marco de 8'x8' (20.32 cms x 20.32 cms) .
Todos los montajes consistieron en una única capa de tablero para tabiques en cada capa del montaje. Además, los montajes se ensayaron con y sin aislamiento de fibra de vidrio de alrededor de 3-½" (76.20-15 mm) en las cavidades de la pared. Los paneles de yeso ejemplares de peso reducido y densidad reducida, formados según principios de la presente descripción, tuvieron un peso medio de alrededor de 1900 lb/msf (0.000972 kg/cm2) , y una densidad del núcleo de alrededor de 36 pcf (576.66 kg/m3) .
Los montajes del panel y los resultados del ensayo de transmisión de sonido, incluyendo los valores de STC determinados según ASTM E90/Especificación ASTM E413, se resumen en la Tabla XV en la FIG. 33. Los montajes hechos de montantes de acero y que usan paneles formados según principios de la presente descripción demostraron valores de STC de alrededor de 1-2 puntos menores que los encontrados típicamente con montajes de montantes de acero correspondientes construidos con los paneles de Tipo X de mayor densidad, comerciales. Sin embargo, en marcos de madera, los montajes que usan paneles formados según principios de la presente descripción obtuvieron valores de STC muy similares a los valores típicos para montajes comparables que usan los paneles comerciales de Tipo X. Se entiende generalmente que cualquier diferencia de STC menor que tres puntos no es discernible por el oído humano no entrenado, y de este modo las diferencias globales de uno a dos puntos entre los valores de STC de las muestras de los paneles formados según principios de la presente descripción y lo paneles comerciales de Tipo X, no deberían ser perceptibles para la mayoría de los oyentes. Como se demuestra mediante estos ensayos, los ejemplos del yeso de peso reducido y densidad reducida de los paneles tienen sorprendentemente características de transmisión de sonido muy similares a paneles de yeso mucho más pesados y más densos, además de sus otros beneficios explicados aquí. También se obtienen resultados similares con paneles producidos de otras combinaciones de materiales constituyentes dentro del alcance de la invención.
Ejemplo 9 Se obtuvieron cubos de ensayo a partir de las formulaciones del panel de yeso de la Tabla XVI en las FIGS . 34A-34B para examinar el efecto de la adición de siloxano a la lechada usada para obtener paneles de yeso que siguen los principios de la presente descripción.
Para obtener la emulsión de siloxano, se usó una mezcladora de alto cizallamiento que funciona a alrededor de 7500 RPM durante 2.5 minutos. La emulsión de siloxano se mezcló con estuco y aditivos para obtener una lechada con un empapamiento de 10 segundos más un mezclamiento de 10 segundos a alta velocidad de una amasadora Waring. La lechada se moldeó en cubos de 2"x2"x2" (5.08x5.08x5.08 cms) , y se secó a 115°F (46.11°C) toda la noche. Las densidades se ajustaron variando la relación de agua/estuco. El método de ensayo de absorción de agua ASTM C1396 se llevó a cabo colocando cubos secos en agua a 70°F (21.11°C) durante 2 horas y determinando el porcentaje de ganancia de peso.
Los resultados del ensayo se exponen .en la línea final de la Tabla XVI. Este dato muestra que se logró una absorción de agua por debajo de alrededor de 5% con el uso de siloxano de alrededor de 8 a alrededor de 12 lb/MSF / (0.000003904 a alrededor de 0.000005856 kg/cm2) y almidón pregelatinizado de alrededor de 2.15% en densidades del cubo tan bajas como alrededor de 30 lb/ft3 (480.55 kg/m3) . Por lo tanto, este ejemplo establece que la presencia de almidón pregelatinizado de más de alrededor de 2% trabaja junto con el siloxano para lograr una resistencia inesperada y mejorada al agua.
Ejemplo 10 Los efectos que los cambios en la cantidad de vermiculita tienen sobre las propiedades térmicas, incluyendo Contracción a Alta Temperatura, Expansión del Grosor a Alta Temperatura, y características de aislamiento térmico de la vermiculita de alta expansión usada en paneles y métodos según principios de la presente descripción, se evaluaron en condiciones de calentamiento sustancialmente idénticas. En este estudio, se prepararon muestras de laboratorio usando 1000 gramos de estuco, 11 gramos de acelerador resistente al calor, 15 gramos de almidón pregelatinizado, 6 gramos de fibra de vidrio y 2000 mi de agua a 70°F (21.11°C) . Estas muestras de laboratorio se prepararon usando cantidades y tipos variables de vermiculita de alta expansión según las formulaciones expuestas en la Tabla XVII en la FIG. 35.
Las muestras de laboratorio difieren sólo en el tipo y cantidad de vermiculita de alta expansión usada para preparar las muestras. Palabora micrométrica y superfina (Grados 0 y 1, respectivamente) están comercialmente disponibles de África del Sur. Como se muestra en la FIG. 19 estos grados de África del Sur de vermiculita son comparables a la vermiculita de Grado 4 que usa el sistema de gradación de U.S. Palabora Grado 0 tiene una distribución de tamaños de partículas que corresponde sustancialmente a vermiculita grado 4 comercialmente disponible en el sistema de gradación de U.S. Palabora Grado 1 tiene una distribución de tamaños de partículas que incluye una mayor porción de partículas más grandes pero que solapa con las muestras de vermiculita de grado 4 que usan el sistema de gradación de U.S.
Las muestras de laboratorio se evaluaron usando el protocolo de ensayo de Contracción a Alta Temperatura descrito en ASTM Pub. WK25392 y explicado en el Ejemplo 4B. ASTM Pub. K25392 y la explicación anterior de la misma se incorporan aquí. El dato de este ensayo se da a conocer en la Tabla XVII en la FIG. 35. Para cada experimento de muestra, se evaluaron seis muestras de ensayo usando el ensayo de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dirección z) descrito en ASTM Pub. WK25392. En la Tabla XVII se encuentra una media de los resultados de seis muestras de ensayo. El ensayo demuestra que la relación (TE/S) de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dirección z) a Contracción a Alta Temperatura aumenta generalmente al aumentar las cantidades de vermiculita de alta expansión. Este cambio de comportamiento se redujo o disminuyó una vez que el uso de vermiculita alcanzó alrededor de 10% en peso de estuco. Estos resultados son consistentes entre los dos tipos diferentes de vermiculita de alta expansión usada.
Las muestras de laboratorio también se evaluaron usando el protocolo de ensayo del índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura descrito en AST Pub. WK25392 y explicado en el Ejemplo 4D. ASTM Pub. WK25392 y la explicación anterior de la misma se incorporan aquí. El dato de este ensayo se da a conocer en la Tabla XVIII en la FIG. 36. Para cada experimento de muestra, se evaluaron dos muestras de ensayo usando el ensayo del índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura descrito en ASTM Pub. WK25392. En la Tabla XVIII se encuentra una media de los resultados de dos muestras de ensayo. El ensayo demuestra que el índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura de las muestras de laboratorio aumenta en cierto modo con cantidades crecientes de vermiculita de alta expansión. Este cambio de comportamiento aminoró o disminuyó una vez que el uso de vermiculita alcanzó alrededor de 10% en peso del estuco.
Estos resultados son consistentes entre los dos tipos diferentes de vermiculita de alta expansión usada.
E emplo 11 Se llevaron a cabo estudios relacionados con la eficacia de un aditivo HEHS preferido, trihidrato de aluminio (ATH) , usado en formulaciones del núcleo de yeso que siguen los principios de la presente descripción. Las propiedades de los paneles de muestra obtenidos usando esas formulaciones se evaluaron en términos de índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura ("TI"), y Contracción a Alta Temperatura ("% de SH") y Expansión de Grosor a Alta Temperatura ("% de TE") . En los Ejemplos 11A, 11B y 11C explicados a continuación, se prepararon formulaciones del núcleo usando cantidades variables de estuco, vermiculita de alta expansión, ATH, acelerador resistente al calor ( "HRA" ) , almidón pregelatinizado, trimetafosfato, fibras de vidrio, dispersante de naftalenosulfonato, y agua, según las formulaciones explicadas en cada Ejemplo para las Muestras 1 a 20 de formulaciones del núcleo.
Las cantidades de cada componente se proporcionan en "partes" en peso, que pueden estar en libras, gramos u otras unidades de medida. Cuando un valor para un componente en una formulación del núcleo se expresa como un porcentaje, éste se refiere a la cantidad del componente con relación al componente de estuco como un porcentaje en peso. Cuando la cantidad de componente se expresa en términos de libras por miles de pies cuadrados (lb/msf ) , el valor dado es un equivalente calculado aproximado a la cantidad en peso del componente en mil pies cuadrados de panel de alrededor de 5/8 pulgadas de grosor (aprox. 0.625 pulgadas, 15.9 mm) , basado en la cantidad en peso del componente en la formulación.
Para cada una de las formulaciones de muestra, los ingredientes secos se combinaron con agua en una mezcladora Waring para proporcionar una lechada de yeso consistente, bien mezclada. Después, se formaron con cada una de las formulaciones de muestra dos paneles de aproximadamente 12 pulgadas por 12 pulgadas (30.5 cm por 30.5 cm) , de alrededor de 5/8 pulgadas de grosor (aprox. 0.625 pulgadas, 15.9 mm) . Para formar los paneles, las lechadas de cada formulación de muestra se moldearon a mano entre un papel superior de alrededor de 48 libras por msf (768.89 kg/m3) y un papel inferior de alrededor de 42 libras por msf (662.78 kg/m3) .
Se dejó fraguar a cada uno de los paneles moldeados hasta que la hidratación del estuco estuvo sustancialmente completa, y después se secó a alrededor de 350°F (alrededor de 177 °C) durante alrededor de 20 minutos y alrededor de 110°F (alrededor de 40°C) durante alrededor de 48 horas. El contenido de agua de la formulación se usó para proporcionar el peso y densidad indicados de las muestras secas moldeadas a mano, f aguadas. No se añadió espuma a las formulaciones de muestra. En las FIGS. 38, 40 y 41, Tablas XXa a XXIIb, se dan los valores aproximados para lo siguiente para los paneles formados a partir de formulaciones de Muestras 1 a 20: densidad del panel (libras por pie cúbico) , % de vermiculita de alta expansión, el peso aproximado de estuco en lb/msf, % aproximado de ATH, y el peso aproximado de ATH en lb/msf.
A partir de cada panel, se cortaron diez discos de cuatro pulgadas (10.16 cms) . Se usaron dos conjuntos (cuatro discos de los diez discos) para los ensayos de índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura. Los seis discos restantes se usaron para los ensayos de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión del Grosor a Alta Temperatura. Los resultados del índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura son la media de dos lecturas (es decir, la media de las lecturas de cada uno de los dos conjuntos) . Los porcentajes dados de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura son una media de seis lecturas (es decir, la media de las lecturas de seis discos) . El ensayo de índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura (dado en minutos, como se menciona anteriormente) se llevó a cabo usando el protocolo descrito en ASTM Pub . K25392 y explicado en el Ejemplo 4D. El ensayo de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dado en % de cambio de dimensiones, como se menciona anteriormente) se realizó usando los protocolos descritos en ASTM Pub. WK25392 y explicados en el Ejemplo 4B. Los datos de este ensayo se dan en las tablas en las FIGS . 38, 40 y 41 en términos de la media de los resultados de cada conjunto de discos ensayados (es decir, la media de los dos conjuntos de discos ensayados para TI, y de las medias de los seis discos ensayados para la contracción y expansión) .
El ensayo de índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura ("TI") explicado en los Ejemplos 11A a 11C demuestra que una cantidad dada de ATH en peso es más eficiente aumentando el índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura que una cantidad equivalente de estuco en peso. Con o sin la presencia de vermiculita de alta expansión, estos resultados de ensayo muestran que generalmente alrededor de 40 a 50 lbs/msf (640.74 a 800.92 kg/m3) de ATH pueden proporcionar una protección de aislamiento térmico similar a la que proporcionan alrededor de 100 lbs/msf (1601.85 kg/m3) de estuco o más (estas cantidad de estuco puede variar por fuente de estuco y pureza) . Este ensayo también demuestra que ATH se puede usar con vermiculita de alta expansión sin ningún efecto adverso significativo sobre las propiedades de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura de los paneles . Los paneles de los Ejemplos 11A a 11C generalmente continuaron mostrando valores de Contracción a Alta Temperatura de alrededor de 10% o menos, y una relación (TE/S) de Expansión de Grosor a Alta Temperatura (dirección z) a Contracción a Alta Temperatura de alrededor de 0.2 o más. En algunas formulaciones, los datos también indican que el aditivo ATH mejora las propiedades de Contracción a Alta Temperatura y de Expansión de Grosor a Alta Temperatura de los paneles. Aunque estos ensayos se llevaron a cabo en muestras creadas en laboratorio, se espera que se logren resultados comparables usando formulaciones de producción completa y un procedimiento que incluya la adición de espuma en la formulación del núcleo para producir espacios de aire en el núcleo de yeso fraguado de los paneles secos.
Ejemplo 11A En este ejemplo, se usó un estuco (estuco A) , preparado a partir de una fuente de yeso sintético, para preparar las formulaciones del núcleo para las Muestras 1 a 9. Los paneles de yeso producidos con este estuco de yeso sintético evidenciaron típicamente mayor contracción a alta temperatura con respecto a paneles formados a partir de yeso natural de alta pureza. La formulación del núcleo base se obtuvo usando las siguientes cantidades aproximadas en peso: 600 partes (Muestras 1 a 8) o 579 partes (Muestra 9) de estuco A; 6 partes de HRA; 4,2 partes de almidón pregelatinizado; 0.84 partes de trimetafosfato; 0 partes (Muestra 1) o 42 partes (Muestras 2 a 9) de vermiculita de alta expansión (0% o 7% en peso del estuco, respectivamente); 3 partes de fibras de vidrio; 0.8 partes de dispersante de naftalenosulfonato; 0 partes (Muestra 1) , 12 partes (Muestra 4), 21.1 partes (Muestras 2, 5 y 9) , 30 partes (Muestra 6), 42.2 partes (Muestra 7), y 60 partes (Muestra 8) de ATH (2%, 4%, 5%, 7% y 10% en peso de estuco, respectivamente) ; y 1290 partes de agua.
Cada una de las Muestras 1 a 9 de las formulaciones del núcleo se moldeó en paneles, y se ensayaron para determinar el índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura, la Contracción a Alta Temperatura, y la Expansión del Grosor a Alta Temperatura, como se menciona anteriormente. Los paneles moldeados y secos de cada una de las formulaciones de muestra tuvieron los valores aproximados para densidad, contenido de vermiculita de alta expansión, estuco, ATH, y TI dados a conocer en las Tablas XXa y XXb, FIGS . 38A y 38B, respectivamente. La Tabla XXa también da a conocer la diferencia entre las formulaciones del núcleo que no tienen ATH (Muestra 1) , y que tienen 4% de ATH con un contenido reducido de estuco (Muestra 2) , ambas sin vermiculita de alta expansión. La Tabla XXb da a conocer de formas similar la diferencia entre una formulación del núcleo que no tiene ATH (Muestra 3) , y los valores de TI para las formulaciones del núcleo que tienen cantidades crecientes de ATH con cantidades decrecientes de estuco (Muestras 4 a 9) , todas las cuales contenían 7% de vermiculita de alta expansión. La Tabla XXc, FIG. 38C, da a conocer la densidad aproximada, el % de vermiculita de alta expansión, el % de ATH, los resultados de la Contracción a Alta Temperatura, y los resultados de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura para los paneles obtenidos a partir de cada una de las formulaciones del núcleo de las Muestras 1 a 9.
La Tabla XXa muestra que ATH se puede añadir en una cantidad (aquí, 4% en peso de estuco) que es eficaz para incrementar el TI de los paneles en alrededor de un minuto, a pesar de una reducción de estuco de alrededor de 20 libras/msf (320.37 kg/m3) . Este beneficio se logró sin el uso de vermiculita de alta expansión. La Tabla XXb muestra el efecto de las formulaciones del núcleo, Muestras 3 a 9, con cantidades crecientes de ATH con respecto al contenido de estuco, de 0% hasta tan alto como 10%, conjuntamente con el uso de vermiculita de alta expansión a 7% en peso del estuco.
Las formulaciones de Muestras 3 a 9 proporcionaron un incremento en el TI de alrededor de 23 a alrededor de 26 minutos. El efecto de la adición de ATH en estas formulaciones se resume adicionalmente en la FIG. 39, que representa gráficamente % de ATH frente al TI, en minutos, de los paneles hechos con las formulaciones de Muestras 3 a 9. Como se muestra en la FIG. 39 y en la Tabla XXb, con hasta alrededor de 5% de ATH, el TI de las formulaciones de Muestras 3 a 6 aumentó tanto como alrededor de dos minutos, a pesar de una reducción de la cantidad de estuco en la formulación del núcleo de alrededor de 25 lb/msf (400.46 kg/m3) en las Muestras 5 y 6. De forma similar, el TI aumentó tanto como alrededor de 3.3 minutos en la formulación de Muestra 8, con 10% de ATH y una reducción de alrededor de 15 lb/msf (240.28 kg/m3) de estuco. Los resultados del ensayo de cada uno de los conjuntos de Muestras con el mismo contenido de estuco aproximado - Muestras 5 y 6, y 7 y 8 - también muestran que el incremento de la cantidad de ATH proporciona un incremento en los valores de TI .
Las formulaciones de Muestras 3 a 9 con ATH también muestran mejoras en los resultados de la Contracción a Alta Temperatura y de la Expansión del Grosor a Alta Temperatura. La formulación de Muestra 1 sin ATH y sin vermiculita de alta expansión tuvo una Contracción a Alta Temperatura de alrededor de 19% y una Expansión de Grosor a Alta Temperatura de alrededor de -24%. Con la adición de 4% de ATH en la Muestra 2, la Contracción a Alta Temperatura mejoró hasta alrededor de 9%, y la Expansión de Grosor a Alta Temperatura mejoró hasta alrededor de -11.5%. La adición de alrededor de 7% de vermiculita de alta expansión a las Muestras 3 a 9 muestra una mejora adicional en la Contracción a Alta Temperatura hasta alrededor de 5%, y en la Expansión de Grosor a Alta Temperatura hasta alrededor de 18%, a pesar de una reducción significativa del estuco (por ejemplo, Muestra 8) .
Además, la formulación de la Muestra 9 muestra que es posible lograr un TI deseado a o por encima de 23 minutos, a la vez que se reduce el contenido de estuco de la formulación en al menos alrededor de 75 lb/msf (1201.38 kg/m3) , usando alrededor de 4% de ATH y alrededor de 7% de vermiculita de alta expansión. La formulación de la Muestra 9 también muestra que una formulación del núcleo con tal contenido reducido de estuco puede mejorar las propiedades de Contracción a Alta Temperatura reduciendo el porcentaje de contracción al menos alrededor de 12% y las propiedades de Expansión de Grosor a Alta Temperatura aumentando el porcentaje de expansión en alrededor de 30% o más. Una comparación de los paneles hechos con la formulación de las Muestras 3 y 9 y Muestras 4 y 5 muestra que ATH se puede sustituir por estuco a una relación de alrededor de 1 parte de ATH hasta al menos alrededor de 1.7 a alrededor de 2 partes de estuco, a la vez que mantiene propiedades de TI similares. Las relaciones de sustitución pueden variar considerablemente, dependiendo de la fuente del estuco y de las formulaciones de estuco. Además, para una formulación de estuco dada, las relaciones de sustitución se pueden incrementar si se desea una reducción en TI , o disminuir si se desean propiedades de TI mayores.
Ejemplo 11B En este ejemplo, se usó un estuco (estuco B) , preparado a partir de una fuente de yeso natural de alta pureza relativa (al menos alrededor de 90% de yeso) , para preparar las formulaciones del núcleo para las Muestras 10 a 17. La formulación del núcleo base se obtuvo usando las siguientes cantidades aproximadas en peso: 1000 partes de estuco B; 10 partes de HRA; 7 partes de almidón pregelatinizado; 1.4 partes de trimetafosfato ; 70 partes de vermiculita de alta expansión (alrededor de 7% en peso del estuco); 5 partes de fibras de vidrio; 1.4 partes de dispersante de naftalenosulfonato; 0 partes (Muestra 10) , 17.6 partes (Muestra 11), 35.2 partes (Muestras 12 y 17), y 70.4 partes (Muestras 13 a 16) de ATH (2%, 4%, y 7% en peso del estuco, respectivamente) ; y 1800 partes (Muestras 10 a 14) , 1900 partes (Muestra 15) y 2150 partes (Muestras 16 y 17) de agua.
Cada una de las formulaciones del núcleo de las Muestras 10 a 17 se moldeó en paneles y se ensayaron para determinar el índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura, la Contracción a Alta Temperatura, y la Expansión del Grosor a Alta Temperatura, como se menciona anteriormente . Los paneles moldeados y secos de cada una de las formulaciones de Muestra tuvieron los valores aproximados para densidad, contenido de vermiculita de alta ' expansión, estuco, % de ATH, y TI dados a conocer en las FIGS . 40A y 40B, Tablas XXIa y XXIb, respectivamente. La Tabla XXIa da a conocer la diferencia entre una formulación del núcleo, obtenida usando estuco B, que no tiene ATH (Muestra 10) , y los valores de TI para formulaciones del núcleo que tienen cantidades crecientes de ATH y ningún cambio en el contenido de estuco (Muestras 11 a 14) . Cada una de esas formulaciones contenía alrededor de 7% de vermiculita de alta expansión. La Tabla XXIb da a conocer en los resultados de TI entre formulaciones del núcleo con alrededor de 7% (Muestras 15 y 16) y alrededor de 4% (Muestra 17) de ATH. Se eliminó de las formulaciones de las Muestras 16 y 17 el equivalente de alrededor de 100 lb/msf (0.0000488 kg/cm2) de estuco, y todas esas muestras contuvieron 7% de vermiculita de alta expansión. La Tabla XXIc, FIG. 40C, da a conocer la densidad, el contenido de vermiculita de alta expansión, el % de ATH, y los resultados de la Contracción a Alta Temperatura y de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura para los paneles obtenidos a partir de cada una de las formulaciones del núcleo de las Muestras 10 a 17.
La Tabla XXIa muestra el beneficio de añadir una cantidad de ATH (aquí, 2%, 4% y 7%) que es eficaz para dar como resultado un incremento del TI con un contenido constante de estuco, de alrededor de 0.1 a alrededor de 1.5 minutos aquí . La Tabla XXIb muestra el efecto de las formulaciones del núcleo, Muestras 15 y 16, en las que el % de ATH se mantiene constante y se eliminan 100 libras de estuco. Esto produjo una reducción del TI de 1.3 minutos, pero, con un TI en exceso de alrededor de 24 minutos, ambas Muestras 15 y 16 serían aceptables para aplicaciones cortafuegos. La Muestra 17 muestra de forma similar que la cantidad de ATH se puede reducir hasta alrededor de 4%, y la cantidad de estuco en la formulación del núcleo se puede reducir el equivalente de alrededor de 100 lb/msf (0.0000488 kg/cm2) , a la vez que se mantiene un TI de alrededor de 23 minutos. Esto también se considera aceptable para aplicaciones cortafuegos. Los resultados en la Tabla XXIb muestran que se puede usar una cantidad efectiva de ATH para mantener el TI a un nivel predeterminado (por ejemplo, alrededor de 23 minutos) a la vez que se reduce la cantidad de estuco usado en la formulación.
La Tabla XXIc, FIG. 40C, muestra los resultados de la Contracción a Alta Temperatura y de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura de los paneles obtenidos con las formulaciones del núcleo de las Muestras 10 a 17. Estos resultados muestran que, usando el estuco B y las formulaciones de las Muestras 10 a 17, los resultados de la Contracción a Alta Temperatura y de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura no cambian materialmente con la adición de ATH. Esto es cierto incluso de las formulaciones con una reducción de estuco que es equivalente a alrededor de 100 lb/msf (0.0000488 kg/cm2) (véanse las Muestras 16 y 17).
Ejemplo 11C En este ejemplo, se usó un estuco (estuco C) , preparado a partir de una fuente de yeso natural de baja pureza relativa (aproximadamente 80% de yeso; el resto son arcillas y otras impurezas) , para preparar las formulaciones del núcleo para las Muestras 18 a 20. La formulación del núcleo base se obtuvo usando las siguientes cantidades aproximadas en peso: 1000 partes (Muestras 18 y 20) o 975 partes (Muestra 19) de estuco C; 10 partes de HRA; 10 partes de almidón pregelatinizado ; 2 partes de trimetafosfato ; 100 partes de vermiculita de alta expansión (alrededor de 10% en peso de estuco) ; 5 partes de fibras de vidrio; 5 partes de dispersante de naftalenosulfonato; 0 partes (Muestra 18) , y 25 partes (Muestras 19 y 20) de ATH (0% y 3% en peso de estuco, respectivamente) ; y 1750 partes (Muestra 18) , .1725 partes (Muestra 19) y 1700 partes (Muestra 20) de agua.
Cada una de las formulaciones del núcleo de las Muestras 18 a 20 se moldeó en paneles y se ensayó para determinar el índice de Aislamiento Térmico a Alta Temperatura, la Contracción a Alta Temperatura, y la Expansión del Grosor a Alta Temperatura, como se menciona anteriormente. Los paneles moldeados y secos de cada una de las formulaciones de Muestra tuvieron los valores aproximados para densidad, contenido de vermiculita de alta expansión, estuco, ATH, y TI dados a conocer en las Tablas XXIIa y XXIIb, FIGS. 41A y 41B, respectivamente. La Tabla XXIIa da a conocer la diferencia entre una formulación del núcleo, obtenida usando estuco C, que no tiene ATH (Muestra 18) , y los valores de TI para las formulaciones del núcleo con alrededor de 3% de ATH en peso de estuco, en las que la cantidad de estuco C aumentó desde el equivalente de alrededor de 1450 lb/msf (0.000707 kg/cm2) (Muestra 19) en hasta alrededor de 30 libras hasta alrededor de 1480 lb/msf (0.000722 kg/cm2) (Muestra 20). Cada una de las formulaciones contenía alrededor de 10% de vermiculita de alta expansión por peso de estuco. La Tabla XXIIb da a conocer la densidad, el contenido de vermiculita de alta expansión, el % de ATH, y los resultados de la Contracción a Alta Temperatura y de la Expansión de Grosor a Alta Temperatura para los paneles obtenidos a partir de cada una de las formulaciones del núcleo de las Muestras 18 a 20.
La Tabla XXIIa muestra el beneficio de añadir una cantidad de ATH (aquí, alrededor de 3% en peso del estuco), que es eficaz para incrementar el TI en los paneles obtenidos con esas formulaciones en alrededor de un minuto (compárese la Muestra 18 con las Muestras 19 y 20) . La Tabla XXIIa también muestra que el TI de los paneles no mejoró con la adición de alrededor de 30 lb/msf (0.0000146 kg/cm2) de estuco C a la formulación (Muestra 20) , añadiendo una cantidad significativa de material de carga (impurezas) al núcleo. La XXIIb muestra que, en algunas formulaciones, la adición de alrededor de 3% de ATH por peso de estuco conserva valores aceptables para la Contracción a Alta Temperatura (S) , tal como alrededor de 10% o menos, y la Expansión del Grosor a Alta Temperatura, tal como una expansión positiva. En algunos casos, la adición de alrededor de 25 partes de ATH por peso de estuco puede mejorar la Contracción a Alta Temperatura (compárese la Muestra 18 con la Muestra 19) .
Todas las referencias, incluyendo publicaciones, solicitudes de patentes y patentes, citadas aquí, se incorporan como referencia en el mismo grado que si cada referencia se indicase individual y específicamente para ser incorporada como referencia y se expusiese completamente aquí .
El uso de los términos "un" y "una" y "el" y referentes similares en el contexto de la descripción de la invención (especialmente en el contexto de las siguientes reivindicaciones) se ha de interpretar que cubre tanto al singular como al plural, excepto que se indique de otro modo aquí o se contradiga claramente por el contexto. La citación de intervalos de valores aquí está destinada simplemente a servir como un método abreviado para referirse individualmente a cada valor separado que cae dentro del intervalo, excepto que se indique de otro modo aquí, y cada valor separado se incorpora en la memoria descriptiva como si se citase individualmente aquí. Todos los métodos descritos aquí se pueden llevar a cabo en cualquier orden adecuado, excepto que se indique de otro modo aquí o se contradiga claramente de otro modo por el contexto. El uso de cualquiera y de todos los ejemplos, o lenguaje ejemplar (por ejemplo, "tal como") proporcionado aquí, pretende meramente iluminar mejor la invención y no plantea ninguna limitación en el alcance de la invención, excepto que se reivindique de otro modo. Ningún lenguaje en la especificación se debe de interpretar que indica algún elemento no reivindicado como esencial para la práctica de la invención.
Las modalidades y modalidades preferidas de esta invención se describen aquí, incluyendo el mejor modo conocido por los inventores para llevar a cabo la invención. Se debe entender que las modalidades ilustradas son solamente ejemplares, y no se deben tomar como limitantes del alcance de la invención.
Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (30)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:
1. Un panel de yeso resistente al fuego caracterizado porque comprende un núcleo de yeso colocado entre dos láminas de cubierta, el núcleo de yeso comprende una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas de alta expansión que tienen una expansión de volumen de alrededor de 300% o más de su volumen original después de haber sido calentadas durante aproximadamente una hora a aproximadamente 1560°F (849°C) , el núcleo de yeso tiene una densidad (D) de alrededor de 40 libras por pie cúbico (640 kg/m3) o menos y una dureza de núcleo de al menos aproximadamente 11 libras (5 kilos) , y el núcleo de yeso es efectivo para proporcionar un índice de aislamiento térmico (TI) de alrededor de 20 minutos o mayor .
2. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo de yeso es efectivo para proporcionar al panel una relación de TI/D de alrededor de 0.6 minutos/libra por pie cúbico (alrededor de 0.038 minutos/ (kg/m3 ) ) o más.
3. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz cristalina de yeso fraguado comprende paredes que definen espacios de aire, teniendo los espacios de aire un diámetro de esfera equivalente medio de alrededor de 100 m o mayor .
4. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz cristalina de yeso fraguado comprende paredes que definen y separan espacios de aire dentro del núcleo de yeso, las paredes tienen un grosor medio de aproximadamente 25 µ?? o mayor.
5. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el panel presenta una resistencia media a la contracción de alrededor de 75% o mayor cuando se calienta a alrededor de 1800 °F (alrededor de 980 °C) durante una hora.
6. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo de yeso se forma a partir de una lechada que comprende agua; estuco,- las partículas de alta expansión; y un aditivo disipador de calor en una cantidad efectiva para proporcionar un índice de Aislamiento Térmico (TI) que es mayor que un núcleo de yeso formado a partir de la lechada sin el aditivo disipador de calor.
7. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las partículas de alta expansión comprenden partículas de vermiculita no expandidas, la cantidad y la distribución de las partículas de vermiculita en el núcleo de yeso es efectivo para proporcionar el panel con el TI de aproximadamente 20 minutos o más.
8. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el núcleo de yeso se forma a partir de una lechada que comprende agua,- estuco; las partículas de vermiculita en una cantidad de hasta aproximadamente 10% en peso con base en el peso del estuco; y fibras minerales, de vidrio o de carbono, o combinaciones de las mismas.
9. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el panel satisface al menos los estándares de paneles cortafuegos de una hora de UL U305.
10. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque, a un grosor nominal del panel de alrededor de 5/8 pulgadas (alrededor de 1.6 cm) , el panel tiene una resistencia a la extracción de clavos de al menos alrededor de 70 Ib (alrededor de 32 kg) , determinándose la resistencia a la extracción de clavos según el estándar C473-09 de ASTM.
11. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el panel satisface al menos los estándares de paneles cortafuegos de una hora de UL U419.
12. Un panel de yeso resistente al fuego caracterizado porque comprende un núcleo de yeso colocado entre dos hojas de cubierta, el núcleo de yeso comprende una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas de alta expansión que tienen una expansión de volumen de alrededor de 300% o más de su volumen original después de haber sido calentadas durante aproximadamente una hora a aproximadamente 1560°F (849°C) distribuidas dentro del núcleo de yeso; el panel tiene una densidad de panel de alrededor de 40 libras por pie cúbico (640 kg/m3) o menos y una dureza de núcleo de al menos aproximadamente 11 libras (5 kilos) , y el núcleo de yeso y las partículas de alta expansión son efectivas para proporcionar al panel una Contracción a Alta Temperatura (S) de alrededor de 10% o menos y una relación de Expansión del Grosor a Alta Temperatura a Contracción a Alta Temperatura (TE) /S de alrededor de 0.2 o más.
13. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la' reivindicación 12, caracterizado porque la matriz cristalina de yeso fraguado comprende paredes que definen espacios de aire, teniendo los espacios de aire un diámetro de esfera equivalente medio de alrededor de 100 pm o mayor .
14. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque la matriz cristalina de yeso fraguado comprende paredes que definen espacios de aire con un diámetro de esfera equivalente medio de alrededor de 100 µ?t? a alrededor de 350 5 µp?, con una desviación estándar de alrededor de 100 a alrededor de 225.
15. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque la matriz cristalina de yeso fraguado comprende paredes que 10 definen y separan espacios de aire en el núcleo de yeso, teniendo las paredes un grosor medio de alrededor de 25 µp? o mayo .
16. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque 15 las paredes tienen un grosor medio de alrededor de 25 m a alrededor de 75 µ??, con una desviación estándar de alrededor de 5 a alrededor de 40.
17. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque 20 las partículas de alta expansión comprenden partículas de vermiculita de alta expansión.
18. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque el núcleo de yeso se forma a partir de una lechada que comprende 25 agua; estuco; las partículas de vermiculita en una cantidad de hast aproximadamente 10% en peso con base en el peso del estuco; y fibras minerales, de vidrio o de carbono, o combinaciones de las mismas.
19. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la lechada comprende además un almidón en una cantidad de alrededor de 0.3% a alrededor de 3.0% en peso basado en el peso del estuco, y un dispersante en una cantidad de alrededor de 0.1% a alrededor de 1.0% en peso basado en el peso del estuco.
20. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 18, caracterizado porque la lechada incluye además un componente que contiene fosfato, en una cantidad de alrededor de 0.03% a alrededor de 0.4% en peso basado en el peso del estuco.
21. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque, a un grosor nominal del panel de alrededor de 5/8 pulgadas (alrededor de 1.6 cm) , el panel tiene una resistencia a la extracción de clavos de al menos alrededor de 70 Ib (alrededor de 32 kg) , determinándose la resistencia a la extracción de clavos según el estándar C473-09 de ASTM.
22. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque satisface al menos los estándares de paneles cortafuegos de una hora de UL U305.
23. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque satisface al menos los estándares de paneles cortafuegos de una hora de UL U419.
2 . Un panel de yeso resistente al fuego caracterizado porque comprende un núcleo de yeso colocado entre dos hojas de cubierta, el núcleo de yeso comprende una matriz cristalina de yeso fraguado y partículas expansibles distribuidas en la matriz de yeso cristalina, el núcleo de yeso fraguado tiene una densidad de alrededor de 40 libras por pie cúbico (640 kg/m3) o menos y una dureza de núcleo de al menos aproximadamente 11 libras (5 kilos) , el panel tiene un grosor nominal de alrededor de 5/8 pulgadas (alrededor de 1.6 cm) , las partículas expandibles que tienen una primera fase no expandida y una segunda fase expandida cuando se calientan, el panel es eficaz para inhibir la transmisión de calor a través de un montaje de dichos paneles preparados y calentados según los procedimientos de UL U419, en donde las superficies de los paneles en un lado del montaje se exponen a una fuente de calor, y las superficies de los paneles en el lado no calentado, opuesto, del montaje se proporcionan con una pluralidad de sensores de temperatura según UL U419, de manera que el valor individual máximo de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje es menor que alrededor de 500 °F (alrededor de 260 °C) después de alrededor de 60 minutos cuando el montaje se calienta según la curva de tiempo frente a temperatura del estándar E119-09a de ASTM.
25. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque es efectivo para inhibir la transmisión de calor a través del montaje, de manera que el valor medio de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje medido según UL U419 sea menor que alrededor de 380°F (alrededor de 195°C) después de alrededor de 60 minutos de calentamiento según la curva de tiempo frente a temperatura del estándar E119-09a de ASTM.
26. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque es efectivo para inhibir la transmisión de calor a través del montaje, de manera que el valor individual máximo de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje medido según UL U419 sea menor que alrededor de 410 °F (alrededor de 210 °C) después de alrededor de 55 minutos de calentamiento según la curva de tiempo frente a temperatura del estándar Ell9-09a de ASTM.
27. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el panel es eficaz para inhibir la transmisión de calor a través del montaje, de manera que el valor medio de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje medido según UL U419 sea menor que alrededor de 320 °F (alrededor de 160 °C) después de alrededor de 55 minutos de calentamiento según la curva de tiempo frente a temperatura del estándar E119-09a de ASTM .
28. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque es efectivo para inhibir la transmisión de calor a través del montaje, de manera que el valor individual máximo de los sensores de temperatura en el lado no calentado del montaje medido según UL U419 sea menor que alrededor de 260°F (alrededor de 125 °C) , y el valor medio de los sensores de temperatura de la superficie no calentada del montaje medido según UL U419 sea menor que alrededor de 250 °F (alrededor de 120 °C) después de alrededor de 50 minutos de calentamiento según la curva de tiempo frente a temperatura del estándar E119-09a de ASTM.
29. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque es efectivo para inhibir la transmisión de calor a través del montaje de tal manera que el panel cumpla con los estándares de paneles cortafuegos de una hora según UL U419.
30. El panel de yeso resistente al fuego de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque las partículas expansibles comprenden partículas de vermiculita de alta expansión, las partículas de vermiculita de alta expansión se expanden un promedio de alrededor de 300% o más de su volumen original cuando se calientan durante una hora a aproximadamente 1560°F (849°C) .
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