DE19507664C2 - Shaped, assembled, insulating material and process for its manufacture - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein leichtes, vorgeformtes, wärmeisolie rendes Material mit ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften und sehr hoher Temperaturbeständigkeit, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Materials.The invention relates to a light, preformed, thermal insulation material with excellent physical properties and very high temperature resistance, as well as a process for the production of this material.
Decken oder Matten aus anorganischen Fasern sind als Wärmeiso lierer weit verbreitet, und eine Vielzahl organischer Binder, typischerweiser Phenolmaterialien, sind verwendet worden, um den Faserzusammenhalt aufrecht zu erhalten. Organische Binder geben jedoch in nachteiliger Weise schädliche Gase ab, wenn sie er wärmt werden. Außerdem verlieren organische Binder nach ihrer Erhitzung ihre strukturelle Unversehrtheit.Blankets or mats made of inorganic fibers are used as a thermal insulation widespread, and a variety of organic binders, typically phenolic materials have been used to make the Maintain fiber cohesion. Give organic binders however, it adversely affects harmful gases when it does be warmed. Organic binders also lose after their Heating their structural integrity.
Es ist ferner bekannt, eine wäßrige Dispersion von Vermiculit auf ein flaches Tuch oder Gewebe von Garnen aufzubringen, die nicht feuerbeständig sind, wie in dem US-Patent 4,543,287 offen bart ist, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen wird. Nach dem Entfernen des Wassers verbleiben Vermiculitlamel len als ein Überzug auf den Fasern und verleihen diesen mehr Beständigkeit gegen Feuer. It is also known to be an aqueous dispersion of vermiculite onto a flat cloth or fabric of yarn that are not fire resistant, as disclosed in U.S. Patent 4,543,287 bart, the content of which is hereby incorporated by reference becomes. After removing the water, vermiculite flakes remain len as a coating on the fibers and give them more Resistance to fire.
Eine Kieselerdedispersion ist unter der Handelsbe bezeichnung Ludox® erhältlich. Dieses Produkt ist hitzebeständig, aber es enthält organisches Material, welches im erhitzten Zustand Gase abgibt. Isolierende Materialien aus Kera mikmatten sind starr wie ein Brett und widerstehen jeder Bewe gung. Ludox® neigt zur Pulverbildung, wenn es abgerieben oder gehandhabt wird.A silica dispersion is under the trade name Ludox® available. This product is heat resistant, but it contains organic material, which in the releases heated gases. Insulating materials made of Kera micro mats are rigid like a board and resist any movement supply. Ludox® tends to powder formation when it is is rubbed off or handled.
Andere hitzebeständige Silicate wie Natrium oder Kaliumsilicat ergeben sehr starre Produkte. Die Silicate sind alkalisch und können mit der Zeit keramische Fasern zerstören, und sie zu Staub reduzieren.Other heat-resistant silicates such as sodium or potassium silicate result in very rigid products. The silicates are alkaline and can destroy ceramic fibers over time, and they too Reduce dust.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besseres isolierendes Material mit ausgezeichneten physikali schen Eigenschaften und sehr hoher Temperaturbeständigkeit sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.The present invention is based on the object better insulating material with excellent physi properties and very high temperature resistance as well specify a process for its manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der An sprüche 1 und 7 gelöst.This object is achieved by the features of the sayings 1 and 7 solved.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängi gen Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous developments of the invention are in the dependent marked against claims.
Das geformte, zusammengesetzte, isolierende Material wird da durch hergestellt, daß zuerst eine Wasserdispersion von Ver miculit hergestellt wird, die frei von organischen Materialien ist. Die Dispersion wird dann auf eine gewebte oder nicht geweb te Decke oder Substrat aus keramischen Fasern, Glasfasern oder anderen Fasern in einer Menge aufgebracht, die ausreicht, um die Decke biegsam und formbar zu machen. Das Substrat oder Abschnit te davon werden in die gewünschte Endform gebracht. Das Wasser wird durch Trocknen entfernt und das verbleibende Vermiculit bildet einen festen Binder und dient dazu, das Substrat oder die Decken bzw. Matte in der gewünschten Form zu halten. The molded, composite, insulating material is there by that first a water dispersion of Ver miculit is made that is free from organic materials is. The dispersion is then woven or non-woven te ceiling or substrate made of ceramic fibers, glass fibers or other fibers applied in an amount sufficient to To make the ceiling flexible and malleable. The substrate or section some of them are brought into the desired final shape. The water is removed by drying and the remaining vermiculite forms a solid binder and serves the substrate or the Keep blankets or mats in the desired shape.
Das resultierende geformte, isolierende Material widersteht
Temperaturen bis zu 1205°C (2200°F), ohne irgendwelche flüch
tigen Bestandteile abzugeben. Organische Binder verlieren typi
scherweise ihre strukturelle Unversehrtheit bei Temperaturen
zwischen 121°C und 260°C (250°F und 500°F). Das Material der
Erfindung behält seine strukturelle Unversehrtheit bei höheren
Temperaturen, d. h. bei Temperaturen von 260°C (500°F) oder
mehr. Das geformte Material ist ein guter Schalldämmer und hat
eine gewisse Nachgiebigkeit, wodurch sein Einbau erleichtert
ist. Der Vermiculitbinder dient auch dazu, alle losen Fasern
einzuschließen, wodurch die Handhabung verbessert und Sicher
heitsrisiken verhindert sind, lose Fasern einzuatmen oder zu
verschlucken sowie die Möglichkeit einer Hautreizung vermieden
ist. Die Vorteile des zusammengesetzten isolierenden Materials
der vorliegenden Erfindung sind:
es ist nachgiebig und flexibel, seine Steifigkeit wird durch die
Herstellung festgelegt;
es ist leicht zu handhaben und hitzebeständig;
es hat verbesserte akustische Eigenschaften;
es findet bei keinen Temperaturen eine Gasbildung statt;
Vermiculit ergibt einen Film, der in die Fasern eingreift.The resulting molded, insulating material withstands temperatures up to 1205 ° C (2200 ° F) without releasing any volatile components. Organic binders typically lose their structural integrity at temperatures between 121 ° C and 260 ° C (250 ° F and 500 ° F). The material of the invention maintains its structural integrity at higher temperatures, ie, temperatures of 260 ° C (500 ° F) or more. The molded material is good soundproofing and has a certain flexibility, which makes it easier to install. The vermiculite binder also serves to enclose all loose fibers, which improves handling and prevents safety risks, breathing in or swallowing loose fibers and the possibility of skin irritation is avoided. The advantages of the composite insulating material of the present invention are: it is compliant and flexible, its rigidity is determined by the manufacture;
it is easy to use and heat resistant;
it has improved acoustic properties;
there is no gas formation at any temperature;
Vermiculite results in a film that engages the fibers.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Die hier verwendeten Vermiculitdispersionen werden durch eine Vielzahl bekannter Methoden hergestellt. Die Disper sionen werden durch chemische Abblätterung von Vermiculit, einem natürlich auftretenden Magnesium-Aluminium-Silicatmaterial, zu Blättchen oder Lamellen hergestellt, mit einem hohen Aspektver hältnis oder Längenverhältnis und einer Partikelgröße im Bereich von 50 Mikron. Während sowohl organische als auch anorganische Verbindungen verwendet wurden, um an Vermiculit abzublättern bzw. zu schiefern, ist das gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugte Material frei von organischen Materialien. Fertiger abgeblätterter Vermiculit ist im Handel erhält lich und kann direkt in Wasser dispergiert bzw. verteilt werden. The following is a preferred embodiment of the invention described. The vermiculite dispersions used here are made by a variety of known methods. The Disper ions are caused by chemical exfoliation of vermiculite, a naturally occurring magnesium aluminum silicate material, too Papers or lamellas made with a high aspect ratio Ratio or aspect ratio and a particle size in the range of 50 microns. While both organic and inorganic Compounds were used to exfoliate vermiculite or slate, that is according to the present invention preferred material free of organic materials. Paver exfoliated vermiculite is commercially available Lich and can be dispersed or distributed directly in water.
Ein kommerziell erhältlicher Vermiculit wird unter der Handelsbezeichnung MicroLite® angeboten.A commercially available vermiculite is under the Trade name MicroLite® offered.
Der Begriff "keramische Fasern", wie er hier benutzt wird, bedeutet polykristalline Metalloxidfasern mit einer hohen Schmelztemperatur, die typischerweise über 1649°C (3000°F) liegt. Keramische Fasern enthalten allgemein Aluminiumoxid oder Kalziumoxid und Kieselerde sowie kleinere Mengen anderer Oxide wie diejenigen von Eisen, Titan und Magnesium. Eine typische keramische Faser enthält beispielsweise mehr als 30% Aluminium- oder Kalziumoxid, mehr als 45% Kieselerde, mit einem Rest wie anderen Metalloxiden. Die obige Definition schließt daher andere anorganische Fasern wie solchen aus Glas und Asbest aus. Als eine nicht-äquivalente Alternative können Glasfasern bei erheb lich tieferen Temperaturverhältnissen verwendet werden.The term "ceramic fiber" as used here means polycrystalline metal oxide fibers with a high Melting temperature typically above 1649 ° C (3000 ° F) lies. Ceramic fibers generally contain alumina or Calcium oxide and silica as well as smaller amounts of other oxides like those of iron, titanium and magnesium. A typical one For example, ceramic fiber contains more than 30% aluminum or Calcium oxide, more than 45% silica, with a remainder like other metal oxides. The above definition therefore includes others inorganic fibers such as those made of glass and asbestos. As A non-equivalent alternative can raise glass fibers Lich lower temperature conditions can be used.
Die keramischen Fasern werden in ein im wesentliches flaches Substrat oder Decke bzw. Matte durch mehrere bekannte Methoden geformt. Beispielsweise können die Fasern auf einer flachen Oberfläche angeordnet und mit Widerhakennadeln genäht werden, um die Fasern zu verflechten und eine bindige Decke zu bilden. Das Substrat oder die Decke kann auch durch einen Papierherstel lungsprozeß hergestellt werden.The ceramic fibers become essentially flat Substrate or blanket or mat by several known methods shaped. For example, the fibers can be on a flat Surface arranged and sewn with barbed needles to intertwine the fibers and form a cohesive blanket. The Substrate or blanket can also be made by a paper maker development process.
Die keramischen Substrate oder Decken werden in verschiedenen Dichten erzeugt, typischerweise 48-192 kg/m³ (3 bis 12 pounds pro cubic foot). Decken geringerer Dichte haben typischerweise bessere Isoliereigenschaften, sie sind jedoch zerbrechlicher als diejenigen höherer Dichte. Die gewünschte Dicke und Dichte ist von den Eigenschaften erforderlich, die das fertiggestellte Stück haben soll. Decken mit dickem Querschnitt und geringer Dichte haben die besten Isoliereigenschaften. The ceramic substrates or ceilings come in different Density generated, typically 48-192 kg / m³ (3 to 12 pounds per cubic foot). Typically have lower density ceilings better insulation properties, but they are more fragile than those of higher density. The desired thickness and density is required by the properties that the finished Piece. Blankets with a thick cross-section and less Density has the best insulation properties.
Eine wäßrige anorganische Disperson von Vermiculit wird dadurch hergestellt, daß abgeblätterter Vermiculit mit Wasser vermischt wird. Das Gemisch hat typischerweise etwa 2 bis 30% Feststoffe.This turns an aqueous inorganic disperson of vermiculite made that exfoliated vermiculite mixed with water becomes. The mixture typically has about 2 to 30% solids.
Die wäßrige Dispersion wird dann auf die keramische Faserdecke durch jede geeignete Beschichtungstechnik wie Sprühen, Roll beschichtung, Eintauchen oder dergleichen aufgebracht. Es wird genügend Dispersion aufgebracht, daß diese wenigstens teilweise die Oberfläche der Decke durchdringt und einen Teil des Inneren befeuchtet. Beim Aufbringen der wäßrigen Dispersion wird die Dicke biegsam oder formbar.The aqueous dispersion is then on the ceramic fiber blanket through any suitable coating technology such as spraying, rolling coating, dipping or the like applied. It will enough dispersion applied that this at least partially penetrates the surface of the ceiling and part of the interior moistened. When applying the aqueous dispersion Thick flexible or malleable.
Die Menge der Vermiculitfeststoffe in der Dispersion und die Menge der Aufbringung auf die keramische Decke variiert in Abhängigkeit von den Prozeßbedingungen, der Dicke der Decke und der gewünschten Steifigkeit des Endprodukt. Die Decke kann eine Dicke in der Größenordnung von 1,6-152,4 mm (0,062 bis 6 inches). Für die meisten Verwendungszwecke hat die Decke eine Dicke im Bereiche von 6,35-25,4 mm (0,25 bis 1,0 inches). Die Menge der aufgebrachten Dispersion liegt in der Größenordnung von etwa 2 bis 50% Vermiculitfestkörper pro 929,2 cm² (square-foot), basierend auf dem Gewicht der keramischen Decke.The amount of vermiculite solids in the dispersion and the The amount of application to the ceramic ceiling varies in Depending on the process conditions, the thickness of the ceiling and the desired stiffness of the end product. The ceiling can be one Thickness on the order of 1.6-152.4 mm (0.062 to 6 inches). For most purposes, the blanket has one Thickness in the range of 6.35-25.4 mm (0.25 to 1.0 inches). The The amount of dispersion applied is of the order of magnitude from about 2 to 50% vermiculite solids per 929.2 cm² (square foot), based on the weight of the ceramic ceiling.
Nach dem Aufbringen der Dispersion wird die Decke geformt oder in die gewünschte Form gebracht. Die feuchte bzw. nasse Decke kann von Hand geformt werden oder mit der Hilfe eines Dorns oder einer Formfläche oder sie kann leicht zusammengedrückt werden zwischen gegenüberliegenden Flächen einer Form. Vorzugsweise wird die Gesamtdicke der Originaldecke nicht wesentlich ver ändert, um die maximalen thermischen Leistungseigenschaften beizubehalten. Selbstverständlich kann die Decke in jede ge wünschte Form geschnitten werden, und zwar sowohl vor als auch nach dem Aufbringen der Binderdispersion. After the dispersion is applied, the blanket is formed or brought into the desired shape. The damp or wet blanket can be molded by hand or with the help of a mandrel or a mold surface or it can be easily compressed between opposite faces of a shape. Preferably the total thickness of the original blanket is not significantly reduced changes to the maximum thermal performance characteristics maintain. Of course, the ceiling can be used in any ge desired shape can be cut, both before and after application of the binder dispersion.
Nach dem Aufbringen der Dispersion und dem Formvorgang wird die geformte Decke getrocknet, entweder durch Lufttrocknung oder durch Einwirkung von Wärme. Beim Trocknen wird der Vermiculit in einen festen Körper umgewandelt, wobei die geformte Keramikfa serdecke in ihrer geformten Gestalt verbleibt.After applying the dispersion and molding, the molded blanket, either by air drying or by exposure to heat. When drying, the vermiculite is in converted a solid body, the shaped ceramic fa The ceiling remains in its shaped form.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Formmethoden kann die feuchte bzw. nasse Decke um dem zugehörigen Teil einer Form ge formt werden, um geschützt zu sein und trocknen zu können, wodurch der Teil oder die Form mit einer thermischen Schutz schicht versehen wird.In addition to the molding methods described above, the damp or wet blanket around the corresponding part of a mold molded to be protected and dry, thereby providing the part or shape with thermal protection layer is provided.
Beim Aufbringen des Vermiculits, dem das Formen und Trocknen folgt, behält das Gemisch bzw. der Verbund die geformte Gestalt auf dauerhafte Weise, wobei die äußere Vermiculitschicht dazu dient, die Fasern der keramischen Decke zu umfassen, einzu schließen und unbeweglich zu halten. Somit kann die erzeugte Form verwendet und gehandhabt werden, ohne nennenswerte Ablösung von Fasern, und der Verbund ist typischerweise etwas elastisch.When applying the vermiculite, the molding and drying follows, the mixture or composite retains its shaped shape in a permanent way, adding the outer layer of vermiculite serves to embrace the fibers of the ceramic ceiling close and keep immobile. Thus, the generated one Form used and handled, without any significant replacement of fibers, and the composite is typically somewhat elastic.
Nachfolgend wird ein Beispiel des geformten, zusammengesetzten, isolierenden Materials beschrieben. Eine 101,6 cm (40 inch) breite, 1,27 cm (1/2 inch) dicke, keramische Decke von 128 kg/m³ (8 pounds pro cubic foot) Dichte wird durch eine Presse mit Anschlagbacken geführt. Die Backen schneiden die Größe für die gewünschte Form für die Vorform. Diese Vorformen können auch durch einen Kalander erzeugt werden, der mit Schneidbacken ausgerüstet ist.Below is an example of the molded, assembled, insulating material described. A 101.6 cm (40 inch) wide, 1.27 cm (1/2 inch) thick ceramic blanket of 128 kg / m³ (8 pounds per cubic foot) density is determined by a press guided with stop jaws. The cheeks cut the size for the desired shape for the preform. These preforms can too be generated by a calender with die is equipped.
Die Vorformen werden imprägniert, indem sie in eine 15%ige wäßrige Disperison von Vermiculit eingetaucht werden. Die kera mische Decke ist hochgradig absorbierend und die Eintauchzeit beträgt etwa 5 s. In einigen Fällen ist die Dispersion pigmen tiert, um ein attraktiveres Produkt zu erzeugen. The preforms are impregnated by putting them in a 15% aqueous dispersion of vermiculite can be immersed. The kera Mix blanket is highly absorbent and immersion time is about 5 s. In some cases the dispersion is pigmen to create a more attractive product.
Die keramische Decke mit dem Imprägniermittel wird auf den Boden einer Mehrfachhohlform gelegt. Die Form wird in einer heißen Presse angeordnet, wo die Oberseite der Form die Vorform etwas zusammenpreßt, um die gewünschte Gestalt zu formen. Der Druck ist niedrig und die Formgestalt bestimmt die Dicke und Form des fertigen Teils. Die Temperatur der Presse ist so groß, daß das Wasser aus der Decke verdampft, so daß nur die festen Vermicu litpartikel zurückbleiben. Die Verweilzeit in der Presse hängt von dem Gewicht der feuchten Keramikvorform ab und beträgt ty pischerweise 0,5 bis 10 min. Die geformten Teile werden aus der Form entnommen und überstehende Grate werden mit einem Messer entfernt. Die Teile werden untersucht und zum Versand verpackt.The ceramic blanket with the impregnating agent is on the floor a multiple hollow shape. The shape will be in a hot one Press placed where the top of the form slightly preformed presses together to form the desired shape. The pressure is low and the shape determines the thickness and shape of the finished part. The temperature of the press is so high that Water evaporates from the ceiling, leaving only the solid vermicu residual particles remain. The dwell time in the press depends on the weight of the wet ceramic preform and is ty typically 0.5 to 10 min. The molded parts are made from the Form is removed and protruding burrs are removed with a knife away. The parts are examined and packed for dispatch.
Claims (9)
Aufbringen einer wäßrigen Dispersion von Vermiculitlamellen auf ein keramisches Fasersubstrat in einer ausreichenden Menge, so daß das Substrat nachgiebig wird,
Formen des Substrats in eine dreidimensionale Form und anschlie ßend Trocknen des Substrats, so daß das Substrat bei erhöhten Temperaturen in dieser Form verbleibt.1. A process for producing a molded, composite, insulating material, characterized by the following steps:
Applying an aqueous dispersion of vermiculite flakes to a ceramic fiber substrate in an amount sufficient to make the substrate resilient,
Forming the substrate into a three-dimensional shape and then drying the substrate so that the substrate remains in this shape at elevated temperatures.
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