MXPA02005371A - Aislamiento de conducto flexible que tiene resistencia a la flama mejorada. - Google Patents

Abstract

Un producto aislante resistente a la flama que comprende un material mineral fibroso que ha sido fibrilado rotatorio, preferiblemente un vidrio fibroso. La composicion del material mineral tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 699°C (1290°F). Un conducto aislado incluye una pared tubular que define un interior hueco para conducir un fluido, y una capa del producto aislante enrollado alrededor de la pared. El material mineral reduce el numero de muestras del conducto aislado que fallan la prueba de penetracion de la flama de una Norma UL 181 comparada con el mismo conducto aislado con un material mineral que tiene un punto de ablandamiento de menos de 699°C (1290°F).

Description

AISLAMIENTO DE CONDUCTO FLEXIBLE QUE TIENE RESISTENCIA A LA FLAMA MEJORADA CAMPO TÉCNICO E INDUSTRIAL APLICABILIDAD DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a conductos flexibles aislados para usarse en aplicaciones de calentamiento y acondicionamiento aire, y más particularmente a un producto aislante para un conducto flexible que tiene resistencia a la flama mejorada. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Diversos tipos de conductos flexibles aislados se conocen para usarse en aplicaciones de calentamiento y acondicionamiento de aire. Debido a que los conductos flexibles se emplean en construcciones, los conductos son sometidos a reglamentos y códigos de construcción locales. Para cumplir con los códigos de construcción y recibir una valoración UL los conductos para aire flexibles deben pasar la Norma UL 181. Esta norma incluye muchos requerimientos que se refieren, por ejemplo, a características de resistencia, corrosión, crecimiento de moho y combustión. El requerimiento de interés en la presente invención es un requerimiento de penetración de flama. Los conductos flexibles comunes no siempre pasan la prueba de penetración de flama de la Norma UL 181. Pasar la prueba de penetración de flama es particularmente una salida para los conductos flexibles que contienen una capa relativamente delgada de aislamiento, por ejemplo, una capa de aislamiento que tiene un valor R de 0.74 m2°K/W. Se han hecho esfuerzos para mejorar la resistencia de la flama de conductos flexibles y aislados. Por ejemplo, la Patente de los E.U.A. No. 5,526,849 describe un conducto flexible que incluye una hélice de hilo resistente a la flama dispuesta entre las paredes interna y externa del conducto. Esta estructura requiere material y costo adicional. La Patente de los E.U.A. No. 4,410,014 describe un conducto flexible que incluye un tejido de fibra de vidrio laminado para el aislamiento que mejora la resistencia a la flama del conducto. Incrementando drásticamente el peso del tejido incrementa grandemente la probabilidad de pasar la prueba de penetración de la flama, pero a un costo inaceptable. De esta manera, sería deseable proporcionar un producto de aislamiento para un conducto flexible que tiene resistencia a la flama mejorada. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN El objeto anterior así como otros no enumerados específicamente se logran mediante un producto de aislamiento resistente a la flama de acuerdo con la invención. El producto aislante comprende un material mineral fibroso que se ha fibrilado giratoriamente, preferiblemente una fibra de vidrio. La composición del material mineral tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 699°C (1290°F). Un conducto aislado de conformidad con la invención incluye una pared tubular que define un interior hueco para conducir un fluido, y una capa del producto aislante envuelto sobre la pared. El material mineral mejora la resistencia de penetración a la flama del conducto aislado conforme es medido por la prueba de penetración de la flama de la norma de UL 181 comparado con el conducto aislado mismo, con un material mineral que tiene un punto de ablandamiento de menos de 699°C (1290°F). Diversos objetos y ventajas de esta invención se harán aparentes a aquellos con experiencia en la técnica de la siguiente descripción detallada de la modalidad preferida. DESCRIPCIÓN DETALLADA Y MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN El producto aislante resistente a la flama de la invención comprende una red de fibras entrelazadas de material mineral. El aislamiento de fibra mineral es bien conocido y ha sido un producto comercializado durante un período de tiempo prolongado. Dicho aislamiento puede fo rm a rs e de fibras de ma te rial mine ral tales como vidrio, roca, escoria o basalto. Preferiblemente, el producto de aislamiento es formado de fibras de vidrio tales como lana de fibra de vidrio. El producto de aislamiento se hace de fibras de material mineral que han sido fibriladas mediante un proceso giratorio. En el proceso giratorio, el material mineral fundido se introduce en una máquina de hilar que tiene una pluralidad de orificios que forman la fibra en su pared periférica. La rotación de la máquina de hilar provoca que el material mineral fundido fluya mediante la fuerza centrifuga a través de los orificios y forma las fibras. Las fibras fluyen hacia abajo de la máquina para hilar y se recolectan. Las fibras usualmente se recubren con un aglutinante conforme fluyen hacia abajo de la máquina para hilar. Un transportador típicamente recoge las fibras revestidas con aglutinante en la forma de una manta, y la manta se cura con calor para producir el producto aislante final. Los materiales de aislamiento de diversas densidades pueden ser producidos variando la velocidad del transportador y el espesor del aislante curado. Preferiblemente, el producto aislante es lana de vidrio fibroso que tiene una densidad dentro de un rango de aproximadamente 8 kg/m3 a aproximadamente 48 kg/m3. La presente invención mejora el combustible del producto de aislamiento incrementando el punto de ablandamiento del material mineral cuando se compara con material mineral convencional, e incrementa por lo tanto la viscosidad del material mineral a la temperatura de la flama en la prueba de penetración de flama de la norma UL 181. La composición del material mineral tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 699°C (1290°F), preferiblemente a por lo menos aproximadamente 703°C (1297°F), más preferiblemente por lo menos aproximadamente 707°C (1304°F), y más preferiblemente por lo menos aproximadamente 710°C (1310°F). El punto de ablandamiento se define como la temperatura a la cual la viscosidad de material mineral es de 1076 poises, como es medido de acuerdo a la ASTM C338. Por supuesto este parámetro, como cualquier otro parámetro mencionado en esta solicitud, puede medirse por cualquier otra prueba adecuada. El material mineral que tiene un punto de ablandamiento de por menos aproximadamente 699°C (1290°F), incrementa la probabilidad del conducto aislado que pasa la prueba de penetración de la flama de la norma 181 UL comparada con el conducto aislado mismo con un material mineral que tiene un punto de ablandamiento de menos de 699°C (1290°F). Preferiblemente, el nuevo material mineral reduce el número de conductos aislados que no aprueban la prueba de penetración de flama por lo menos por aproximadamente 15%, más preferiblemente por más de aproximadamente 30%, y muy preferiblemente por más de aproximadamente 50%. Aunque no se pretende que sea limitado por la teoría, es hipotético que se incremente el punto de ablandamiento y la viscosidad del material mineral mejora la resistencia a la flama del producto de aislamiento reduciendo a las oportunidades de penetración de la flama del producto. En la prueba de penetración de la flama de la norma UL 181 una muestra del conducto de aire aislado se monta en una estructura, cargada con un peso y colocada sobre una flama a 774°C (1425°F). La falla se presenta ya sea si el peso cae a través de la muestra o penetra la flama la muestra durante los 30 minutos de la prueba. La búsqueda indica que el material mineral de la muestra es ablandada y forma una película o costra en su superficie en contacto con la flama. La película se estira y deforma bajo la carga del peso, y eventualmente forma un agujero q ue permite la penetración de la flama . Es hipotético q ue incrementando la viscosidad del material mineral d isminuya la deformación de la pel ícula a fin de q ue la muestra sea menos probablemente que forme un agujero y permita la penetración de la flama d urante la prueba. En lugar de medir la viscosidad del material mineral a 774°C (1425°F), es más conveniente med ir la temperatura del punto de ablandamiento, la cual para las composiciones de vid rio de interés, está bastante cerca a 774°C (1425°F). El inventor no conoce del trabajo previo q ue describe q ue incrementando la viscosidad del material mineral de la temperatura de prueba incrementa la resistencia de penetración de flama del aislamiento de fibra mineral en el conducto aislado. En vista de lo anterior, la meta fue incrementar el punto de ablandamiento del material mineral mientras q ue mantiene las otras propiedades del material mineral compatible con los req uerimientos para formar la fibra mediante un proceso giratorio típico (por ejemplo, viscosidad de alta temperatura y delta T) y req uerimientos del prod ucto (por ejemplo, cond uctividad térmica). Incrementando el punto de ablandamiento del material mineral sobre a quel d el m aterial mineral convencional también incrementa la viscosidad a alta temperatura del material mineral , de acuerdo a lo defin ido por su temperatura de 3 log . La "temperatura de 3 log" es la temperatura a la cual el material mineral tiene una viscosidad de 1 ,000 poises (aproximadamente la viscosidad de fibrilación), en donde la viscosidad es determinada midiendo la torsión necesaria para girar un cilindro sumergido en el material fundido, de acuerdo con el Método C829 de ASTM. La "temperatura de líquido" del material mineral es la temperatura por debajo de la cual aparece el primer cristal en el material mineral fundido cuando se mantiene a esa temperatura durante 16 horas, de acuerdo con el Método de ASTM C829. La diferencia entre la temperatura de 3 log y la temperatura de líquido es denominada "delta T". La presente invención limita el incremento en la viscosidad a alta temperatura del material mineral cuando su punto de ablandamiento es incrementado, de manera que delta T es lo suficientemente grande para permitir al material mineral que sea fibrilado mediante un proceso giratorio típico. Si delta T es demasiado pequeña, el material mineral puede cristalizarse dentro del aparato de fibrilación y evitar la fibrilación. Preferiblemente, delta T es por lo menos de aproximadamente 42°C (107°F), más preferiblemente por lo menos aproximadamente 83°C (181°F), y más preferiblemente por lo menos aproximadamente 111°C (232°F). Preferiblemente, la composición del material mineral tiene una temperatura de log 3 de no más de aproximadamente 1121°C (2050°F), y más preferiblemente no mayor que aproximadamente 1093°C (1999°F). La presente invención también retiene la capacidad del material mineral para producir un producto aislante aceptable. Por ejemplo, la capacidad aislante del material mineral fibroso se mantiene a un nivel aceptable. La capacidad aislante puede ser medida como la conductividad térmica, k, del material mineral fibroso. La menor conductividad térmica, es la mejor capacidad aislante. Preferiblemente, el material mineral fibroso tiene una cond uctividad térmica de no más de aproximadamente 0.043 W7m°K, y más preferiblemente no mayor q ue aproximadamente 0.041 W/m°K. La conductividad térmica es medida sobre una muestra del material mineral fibroso q ue tiene una densidad de 10.97 kg/m3 y un espesor de 0.0381 m . Para estas muestras el diámetro de fibra promedio, como es medido por el eq uipo de micronaire, fue del orden de 5.7 micrómetros. El incremento en el punto de ablandamiento del material mineral puede lograrse ajustando la composición del material mineral en una variedad de formas. Se ha encontrado que la forma más eficiente para reducir el total del contenido alcalino del material mineral , en donde "todo el contenido alcalino" es definido como el porcentaje en peso total del óxido de sodio y del óxido de potasio en el material mineral . Preferiblemente, la composición del material mineral tiene un contenido total alcalino de menos de aproximadamente 15% en peso, más preferiblemente menos de aproximadamente 14.5% , más preferiblemente menos de aproximadamente 14%, y más preferiblemente menos de aproximadamente 13.5%. Para limitar el incremento en la viscosidad a alta temperatura. e l n ivel d e ó xido d e m agnesio p uede m antenerse a un mínimo, preferiblemente menos de aproximadamente 2.4% en peso, y más preferiblemente menos de aproximadamente 0.5% en peso.

Un conducto aislado de acuerdo con la invención incluye una pared tubular que define un interior hueco para conducir un fluido tal como aire calentado o enfriado, y una capa del producto aislante enrollado alrededot de la pared para aislar el fluido transportado. El conducto aislado puede ser flexible o no flexible, dependiendo de la aplicación particular del conducto. En una modalidad preferida, la pared tubular es flexible de manera que el conducto es flexible. En una modalidad de la invención, el conducto aislado incluye paredes interna y externa flexibles y una capa aislante entre las paredes. La pared interna tubular, flexible define el interior hueco para conducir el fluido. Típicamente, la pared interna es un tubo cilindrico que tiene un diámetro dentro de un rango de aproximadamente 10.2 cm. a aproximadamente 50.8 cm., usualmente de aproximadamente 15.2 cm a aproximadamente 30.5 cm. La capa aislante es envuelta alrededor de la pared interna para circundar la pared interna. La pared externa tubular, flexible es envuelta alrededor de la capa aislante para proporcionaruna carcasa externa que circunda la capa aislante y la pared interna y la retiene en la orientación apropiada. Las paredes interna y externa del conducto flexible pueden formarse de cualquier material flexible adecuado. Algunos ejemplos de materiales adecuados incluyen películas poliméricas hechas de polímeros termoplásticos tales como poliéster, polietileno, cloruro de polivinilo o poliestireno. Si se desea, la película polimérica puede ser una película metalizada. Otros materiales adecuados incluyen 1o diversas telas o telas recubiertas con polímero. Preferiblemente, la pared interna es formada de una película plástica tal como una película de poliéster, y la pared externa está formada de una película plástica tal como una película de polietileno. La densidad y el espesor de la capa del producto aislante pueden ser variados dependiendo del fluido a ser transportado por el conducto flexible y la velocidad de transferencia térmica permisible a través de las paredes del conducto. La capa del producto aislante es típicamente aislante de fibra de vidrio que tiene un espesor dentro de un rango de aproximadamente 2.5 cm (1 pulgada) a aproximadamente 7.5 cm (3 pulgadas). Preferiblemente, la capa del producto aislante es lana de fibra de vidrio de aproximadamente 3.8 cm de espesor antes de la colocación en el conducto, y de aproximadamente 3.2 cm de espesor después de ser comprimido entre las paredes interna y externa del conducto. En una modalidad, la capa aislante tiene un valor R de aislamiento de 0.741 m2°K/W. El conducto flexible usualmente incluye un elemento de refuerzo para proporcionar rigidez estructural al conducto. Normalmente, el elemento de refuerzo es un alambre elástico, enrollado helicoidalmente continuo, que se extiende a lo largo de la longitud del conducto. El elemento de refuerzo puede ser posicionado en varias locaciones en el conducto, pero normalmente es ya sea acoplado a o encapsulado en la pared interior del conducto. En una modalidad preferida, el elemento de refuerzo es un alambre elástico, enrollado helicoidalmente encapsulado en la película de plástico de la pared interna. El elemento de refuerzo puede ser formado de un material metálico tal como acero, aluminio, una aleación de metal, un material plástico, o un material metálico recubierto con plástico. Usualmente, el elemento de refuerzo es formado de un acero para resortes de alambre. El diámetro de las vueltas de alambre es dictado por el tamaño del conducto. Preferiblemente, el conducto flexible también incluye una capa de material de lienzo delgado para proporcionar resistencia adicional y refuerzo al conducto. La capa de material del lienzo delgado es usualmente interpuesta entre la pared externa y la capa de aislamiento. En una modalidad preferida la capa de material de lienzo delgado es enrollada alrededor y laminada con la superficie externa de la capa de aislante. El material de lienzo d elgado p uede ser de cualquier material tejido o no tejido adecuado, pero preferiblemente es un lienzo delgado de fibra de vidrio no tejido. En una modalidad, el lienzo delgado usa un hilo G75 que tiene un patrón rectangular o un patrón triangular con un tamaño de malla de aproximadamente 1.27 cm. Una estructura preferida para un conducto flexible de acuerdo con la invención se muestra y describe en la Patente de los E.U.A. No. 4,410,014 de Smith, expedida el 18 de Octubre de 1983. Como se discutió antes, el conducto aislado de la invención tiene una probabilidad incrementada de pasar la prueba de penetración de flama de la Norma UL 181, específicamente Underwriter's Laboratories Inc. 181 Standard for Factory-Made Air \2 Ducts and Air Conector, Flame Penetration Section, 7th Edition, revisada el 20 de Noviembre de 1990. Esta prueba es descrita con detalle en la Patente de los E.U.A. No. 5,526,849 de Gray, emitida el 18 d.e Junio de 1996. En resumen, la prueba de penetración de flama, el conducto flexible es abierto por corte y aplanado, y una muestra de 55.9 cm por 55.9 cm. del conducto se monta en una estructura. La estructura después es colocada sobre una flama a 774°C (1425°F), con la cara externa del conducto en contacto con I a flama. L a muestra es cargada con un peso de 3.6 kg. sobre un área de 2.5 cm por 10.2 cm. Si presenta falla ya sea que el peso baje a través de la muestra o la flama penetre la muestra. La duración de la prueba es de 30 minutos. Eiemplo 1 Varias modalidades del producto aislante de fibra de vidrio de la invención tuvieron las siguientes composiciones de vidrio (por ciento en peso).

Las composiciones de vidrio tuvieron un contenido de álcali total (óxido de potasio más óxido de sodio) como sigue: primera modalidad 13.8%, segunda modalidad 14.2%, tercera modalidad 14.4%, y cuarta modalidad 14.0%. (Las composiciones adicionales contuvieron menos componentes para el total de 100%). Las composiciones fueron fibriladas por un proceso giratorio para hacer productos de aislamiento de lana de fibra de vidrio. Las propiedades de los productos aislantes fueron como sigue (datos con un asterisco son valores previstos): Los conductos aislados flexibles de acuerdo con la invención pueden prepararse a partir de estos productos aislantes. Eiemplo 2 (Comparativo) Un producto aislante de fibra de vidrio estándar, no preparado de acuerdo con la presente invención, tuvo la siguiente composición de vidrio (por ciento en peso): El producto estándar tuvo un contenido de álcali total (óxido de sodio más óxido de potasio) de 15.9%. La composición fue fibrilada mediante un proceso rotatorio para hacer un producto aislante de lana de fibra de vidrio. Las propiedades del producto aislante fueron como sigue (datos con un asterisco son valores previstos) Las pruebas de penetración de flama operan usando un procedimiento similar al Procedimiento de la Prueba de Penetración de Flama 181 de Ul. Para detectar mejor las diferencias entre las diversas muestras, las pruebas fueron operadas durante hasta una hora en lugarde de tenerla a Ios30 minutos como es requerido en el procedimiento de UL-181. De esta manera, no solo podría medirse la fracción de muestras que pasan la prueba, esto es finalizando por lo menos 30 minutos, pero también obtiene un mejor estimado del promedio de "tiempo para el fallo". El tiempo para el fallo en este caso significa el tiempo que toma ya sea para que la flama vaya a través de la muestra o el peso caiga a través de la muestra. Este tiempo puede ser mucho más largo que el de la duración de la prueba estándar de 30 minutos. Las muestras fueron cortadas de los conductos preparadas en el mismo momento con cualquier aislante que tenga una composición como es enlistada bajo el "Producto Estándar" o aislamiento de acuerdo con la invención, que tiene una composición como se enlista bajo la "Cuarta Modalidad". Comparando las pruebas de penetración de flama operan sobre 16 muestras de cada una ilustrada que para las muestras preparadas de acuerdo con la invención, la fracción de muestras que fallaron la prueba fueron reducidas aproximadamente en 50% y de manera que el tiempo promedio para el fallo fue incrementado por aproximadamente 20%. Debe entenderse que, aunque la invención se ha descrito en términos de los productos de aislamiento particulares y en particular a los conductos aislados, la invención también es aplicable a otros tipos de productos de aislamiento y conductos aislados. El modo de operación y lo principal de esta invención se ha descrito en sus modalidades preferidas. Sin embargo, debe notarse que esta in vención puede ser pra eticada de otra manera q ue aquella ilustrada específicamente y descrita sin apartarse de su alcance.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un producto aislante resistente a la flama que comprende material mineral fibroso que ha sido fibrilado giratorio, la composición del material mineral tiene un punto de ablandamiento de por lo menos 699°C (1290°F).

2. Un producto aislante de conformidad con la reivindicación 1, en donde la composición del material mineral tiene una delta T de por lo menos aproximadamente 42°C (107°F).

3. Un producto aislante de conformidad con la reivindicación 1, en donde la composición del material mineral tiene una temperatura de 3 log de no más de aproximadamente 1121°C (2050°F).

4. Un producto aislante de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material mine ral fibroso tiene una conductividad térmica de no más de aproximadamente 0.043 W/m°K.

5. Un producto aislante de conformidad con la reivindicación 1, en donde la composición del material mineral tiene un contenido de álcali total de menos de aproximadamente 15% en peso.

6. Un producto aislante de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material mineral es vidrio, y en donde la composición del vidrio tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 703°C (1297°F).

7. Un conducto aislado para conducir un fluido que comprende una pared tubular que define un interior hueco para conducir un fluido, y una capa de producto aislante enrollado alrededor de la pared, el producto aislante comprende material mineral fibroso que ha sido fibrilado giratorio, la composición del material mineral tiene un punto de ablandamiento de por I o m enos a proximadamente 699°C (1290°F), el material mineral reduce el número de muestras del conducto aislante que falla la prueba de penetración de la flama de la Norma 181 de Ul comparada con el mismo conducto aislado con un material mineral que tiene un punto de ablandamiento de menos de 699°C. (1290°F).

8. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde el material mineral reduce el número de muestras del conducto aislado que falla la prueba de penetración de la flama por al menos aproximadamente por 15%.

9. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde la composición del material mineral tiene una delta T de por lo menos aproximadamente 42°C (107°F).

10. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde la composición del material mineral tiene una temperatura de 3 log de no más de aproximadamente 1121°C (2050°F).

11. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde el material mine ral fibroso tiene uña conductividad térmica de no más de aproximadamente 0.043 W/m°K.

12. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde la composición del material mineral tiene un contenido de álcali total de menos de aproximadamente 15% en peso.

13. Un conducto aislado de conformidad con la reivindicación 7, en donde el material mineral es vidrio, y en donde la composición del vidrio tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 703°C (1297°F).

14. Un método para mejorar la resistencia de penetración de flama de un conducto aislado, el conducto aislado comprende una pared tubular que define un interior hueco para conducir un fluido, y una capa de producto aislante enrollado alrededor de la pared, el producto a islante comprende u n material mineral fibroso que ha sido fibrilado rotatorio, el método comprende proporcionar el material mineral con un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 699°C (1290°F), el material mineral reduce el número de muestras del conducto aislado que falla la prueba de penetración de flama de una Norma UL 181 comparada con el mismo conducto aislado con un material mineral que tiene un punto de ablandamiento de menos de 699°C (1290°F).

15. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde el material mineral reduce el número de muestras del conducto aislado que falla la prueba de penetración de la flama al menos por aproximadamente 15%.

16. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la composición del material mineral tiene una delta T de por lo menos aproximadamente 42°C (107°F).

17. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la composición del material mineral tiene una temperatura de 3 log de no más de aproximadamente 1121°C (2050°F)

18. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde el material mine ral fibroso tiene una conductividad térmica de no más de aproximadamente 0.043 W/m°K.

19. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde la composición del material mineral tiene un contenido de álcali total de menos de aproximadamente 15.0% en peso.

20. Un método de conformidad con la reivindicación 14, en donde el material mineral es vidrio, y en donde la composición del vidrio tiene un punto de ablandamiento de por lo menos aproximadamente 703°C (1297°F).