DE2606139A1

DE2606139A1 - Feuerhemmendes material

Info

Publication number: DE2606139A1
Application number: DE19762606139
Authority: DE
Inventors: Richard David Pratt; Paul Franklin Proffitt; George Webb
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1976-09-02
Also published as: FR2301557A1; DE2606139B2; JPS51106390A; DE2606139C3; FR2301557B1; US4065394A; GB1533334A; US3983082A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf chemische feuerhemmende Systeme und insbesondere auf ein gequollenes bzw. expandiertes feuerhemmendes System auf Silikongrundlage mit einer Einsatzfähigkeit bis zu einer Temperatur von mindestens etwa 230 ⁰C.

Bei der Lagerung oder dem Einsatz entflammbarer Flüssigkeiten ist das Problem der Verhinderung oder Auslöschung eines Feuers in Betracht zu ziehen. In einer solchen Vorrichtung, wie einer bei relativ hoher Temperatur betriebenen Gasturbine, werden

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ORIGINAL INSPECTED

diese Probleme weiter durch die Tatsache kompliziert, daß das System Temperaturen bis zu mindestens etwa 2 30 C aushalten muß, ohne sich zu zersetzen oder unwirksam zu werden. Dies begrenzt die Wirksamkeit gewisser chemischer Reaktionen und organischer Verbindungen, die bei tieferen Temperaturen brauchbar sind. Für solche Anwendungen in Plugzeugen sind die massigen schweren, relativ unwirksamen passiven Systeme unpraktisch. Die aktiven Systeme wie solche, die chemische Reaktionen einschließen, sind darüber hinaus aus einem oder mehreren der Gründe Gewicht, thermische Stabilität, Beständigkeit gegenüber der Umgebung, Adhäsion, Abrieb und Flammenerosion nicht geeignet. Die vorliegende Erfindung schafft in einer Ausführungsform ein Material mit einer Silikonharzgrundlage, zu der eine quellende bzw. sich ausdehnende feuerhemmende Mischung hinzugegeben wird, die ein Eisenoxyd und ein Kaliumphosphat einschließt, um das Material im Falle der Feuereinwirkung mit einer Kruste zu versehen, ein die Verkohlung bewirkendes Material zur Unterstützung der Kruste und zur Schaffung isolierender Eigenschaften, welche den Feuerschutz verstärken, z. B. Tripentaerytfrit, und ein schäumendes oder Blähmittel, wie ein Melamin. Eine solche quellende bzw. sich ausdehnende Mischung schließt 1-10 Gewichtsteile und vorzugsweise 2-4 Gewichtsteile eines Eisenoxydes, vorzugsweise Fe₂O , 17 - 52 Gewichtsteile und vorzugsweise 35 - 40 Gewichtsteile eines Kaliumphosphates, vorzugsweise Kaliumorthophosphat, 2-30 Gewichtsteile und vorzugsweise 15 - 25 Gewichtsteile eines Verkohlungsmittels, wie Tripentaeryftirit, und 2-20 Gewichtsteile und vorzugsweise S - 9 Gewichtsteile eines schäumenden oder Blähmittels, wie eine Melaminverbindung^fTDiese Mischung wird in einer Menge von 22 - 112 und vorzugsweise von etwa 70 Gewichtsteilen mit 35 - 75 und vorzugsweise 55 Gewichtsteilen des Silikonharzes vermischt. Die vorliegende Erfindung ist besonders brauchbar in Verbindung mit metallischen Materialien oder Legierungen auf der Grundlage der Elemente Aluminium, Magnesium und Titan.

Der Gegenstand nach der vorliegenden Erfindung ist ein solcher mit einer metallischen Oberfläche, wie einer aus Aluminium-,. Magnesium-, Titan- oder anderen Legierungen, mit der die Mischung aus Silikonharz und quellendem feuerhemmendem Mittel verbunden ist.

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Beim Betrieb einer Gasturbine für ein Plugzeug gibt es Bereiche, in denen ein feuerhemmendes System erforderlich ist, um das Durchbrennen durch die relativ dünne Stützstruktur zu vermeiden. Dies gibt einem Piloten ausreichend Zeit, um die Turbine abzuschalten und ein Feuerlöschsystem zu aktivieren. Wegen des Nachdruckes^er bei Turbinen für Luftfahrzeuge auf leichte Strukturen gelegt wird, um die Wirksamkeit zu verbessern, sind die massigen, schweren, massiven Systeme für Anwendungen in Luftfahrzeugen unpraktisch. Die bekannten chemischen Reaktionssysteme haben sich dagegen wegen Brüchigkeit oder schlechter Haftung gelöst oder erodierten während des normalen Betriebes der Turbine als Ergebnis des Abriebs durch die Teilchen oder Flüssigkeiten oder Gase in der Luftströmung oder sie hatten einfach eine unzureichende thermische Beständigkeit während der normalen Betriebsbedingungen, um im Falle eines Feuers verfügbar zu sein.

Die vorhandenen Systeme mit organischen Bindern oder Schäumungsmitteln für relativ geringe Temperatur weisen nicht die für Gasturbinen erforderliche Einsatzmöglichkeit bei höheren Temperaturen auf. Die Harzsysteme, wie Epoxy oder Polyimide, können darüber hinaus eine zu feste und starre Matrix bilden, um die Art Expansion zu gestatten, die in einem verbesserten feuerhemmenden System erwünscht ist.

Es wurde festgestellt, daß der Einsatz eines Silikonharzes, wie das von der General Electric Company erhältüche Silikonharz RTV56O, zu einem feuerhemmenden Material mit guter Adhäsion und Temperatureinsatzfähigkeit bis zu mindestens etwa 230 ⁰C und wünschenswerten Ausdehnungseigenschaften führen kann. Auf diese Weise erhält das sich ausdehnende feuerhemmende Material nach der vorliegenden Erfindung die Eigenschaft zu verkohlen, zu verkrusten und sich zu expandieren und auf diese Weise eine Kombination einer harten Feuersperre und thermischen Isolation zu bilden. Das Blähen oder Schäumen, das Verkrusten und das Verkohlen werden durch die Mischung der anderen Bestandteile gemäß der vorliegenden Erfindung geschaffen.

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Eine solche Mischung schließt ein Eisenoxyd, vorzugsweise Fe-O, ein, um im Falle eines Feuers eine Kruste verbesserter Temperaturstabilität, Härte und Unlöslichkeit in solchen in der Umgebung vorhandenen Flüssigkeiten wie Wasser, öl und Brennstoffen, wie sie in Gasturbinen gefunden werden, zu schaffen. Das Eisenoxyd ist in der Mischung in einer Menge von 1-10 Gewichtsteilen und vorzugsweise von 2-4 Gewichtsteilen vorhanden.

Das Eisenoxyd wird im Falle eines Feuers durch ein Kaliumphosphat in der Krustenbildung unterstützt, das in einer Menge im Bereich von 17 - 52 Gewichtsteilen und vorzugsweise von 35 - 40 Gewichtsteilen der Mischung vorhanden sein kann. Ein bevorzugtes Phosphat ist Kaliumorthophosphat als Dehydrator. Es wurde festgestellt, daß Natriumphosphat, das Hydratationswasser enthält, unerwünscht ist. Ammoniumpolyphosphat führte zu einem Abbau des Silikonharzes und verursachte ein Fließen in dem System in einem Temperaturbereich von etwa 120 bis etwa 175 ⁰C. Das Kaliumphosphat wirkt als Dehydrator und verbessert gleichzeitig die Temperatureigenschaften, während es die Sekundärflamme reduziert. Weniger als 17 Gewichtsteile führen zu einer schwachen Kruste, während mehr als 52 Gewichtsteile des Kaliumphosphates keine zusätzliche Krustenverbesserung verursachen.

Wichtig für die expandierende Mischung nach der vorliegenden Erfindung ist auch ein verkohlendes Material, welches relativ hohe Temperatureigenschaften ohne Verschlechterung aufweist, dessen Kohle im Falle eines Feuers nicht rasch zerstört wird und das die Schaffung einer thermischen Isolation für das System unterstützen kann. Tripentaeryferit erwies sich als ein Material zur Erfüllung dieser Anforderungen. Ein solches Material ist in einer Menge von 2 bis 30 Gewichtsteilen und vorzugsweise von 15 bis 25 Gewichtsteilen in der Mischung vorhanden. Unterhalb von 2 Gewichtsteilen ist zuwenig Material vorhanden, um eine angemessene Kohlenstoffas ehe oder Verkohlung zu erzeugen, und bei mehr als 30 Gewichtsteilen kann das Material eine unerwünschte sekundäre Flamme unterstützen.

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Ein anderer Bestandteil der sich ausdehnenden Mischung ist ein Schäum- oder Blähmittel, das in einer Menge von 2-20 Gewichtsteilen und vorzugsweise von 6-9 Gewichtsteilen in der Mischung vorhanden ist. Als ein brauchbares Material haben sich Melaminverbindungen erwiesen, die sich zersetzen und ein Gas bilden und das Ausdehnen des Materials der vorliegenden Erfindung bei der Feuereinwirkung unterstützen.

Bei der Auswertung der Erfindung wurde das Silikonharz RTV56O der General Electric Company in einer Ausführungsform verwendet. Das Harz wurde hergestellt durch Katalysieren von etwa 55 Gewichtsteilen des Harzes mit etwa einem halben Gewichtsteil eines kommerziell erhältlichen Thermolit-12-Katalysators. Durch Zugabe eines Lösungsmittels wurde das katalysierte Harz in einen zum Besprühen geeigneten Zustand überführt. Zu dem so verdünnten und katalysierten Harz gab man etwa 70 Gewichtsteile einer Form der ausdehnungsfähigen Mischung nach der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel bestand die bevorzugte Mischung aus pulverförmigen Bestandteilen mit einer maximalen Teilchengröße von etwa 0,25 mm aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsteilen: 2,5 - 3,5 Fe₃O₅, 36 - 38 Kaliumorthophosphat, 7-8 Melamin und 20 - 25 Tripentaerylfrit.

Das so erhaltene Material wurde in geeigneter Weise verdünnt, in dünnen Schichten, z. B. von mindestens etwa 0,25 mm Dicke, in wiederholten Schichten auf Probeplatten aus Aluminiumlegierung aufgespritzt als einem Beispiel von auf Aluminium , Magnesium oder Titan beruhenden Metallen oder Legierungen. In einer Versuchsreihe bestand die Legierung nominell aus folgenden Bestandteilen in Gewichtsprozent: 4,4 Cu, 1,5 Mg, 0,6 Mn, und der Rest war Aluminium. Zwischen dem Aufsprühen der einzelnen Schichten ließ man das Lösungsmittel verdampfen. In dieser besonderen Versuchsreihe erhielt man eine Gesamtschichtdicke von 1 mm.

Nach dem Aufbringen des Materials auf die Oberfläche der Metallprobeplatten wurden diese getestet, indem man sie horizontal über einer Flamme mit nach unten weisendem überzug anordnete

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und die überzogene Seite einer etwa IO9O C heißen direkten Flamme aus einem Meeker-Brenner für 15 Minuten aussetzte, wobei der Brenner eine Wärmeabgabe von etwa 15OO kcal pro Stunde (entsprechend 6OOO BTU pro Stunde) hatte. In der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse der Testauswertung zusammengestellt.

TABELLE
Peuertests bei etwa IO9O ⁰C bei etwa 0,635 mm (0,025") dickem Al

Probekörper A; 0,99 mm (0,039") dicker Überzug

Probekörper B; 1,12 mm (0,044") dicker Überzug

Zeit	Legierungsplatten	(1000)	⁰C (⁰P)
(Min:Sek)	Rückseiten-Temp.	(1100)
1:45	-540	( 950)
2:30	-590	( 740)
3:00	-510	( 600)
5:00	-390	( 800)
0:26	-315	( 850)
1:45	~425	( 700)
3:30	-455
4:30	-370

In den obigen Tests blieben die Bedingungen nach etwa 5 Minuten stabil,und bis zum Schluß der I5 Minuten trat kein Brennen durch die Probekörper auf. Die Haftung des durch die Verkokung entstandenen Rückstandes war sehr gut.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurden von der oben beschriebenen ausdehnungsfähigen Mischung 22 bis 112 und vorzugsweise etwa 70 Gewichtsteile mit etwa 35 bis 75 und vorzugsweise etwa 55 Gewichtsteilen des Silikonharzes vermischt. Bei Einsatz von mehr als 112 Gewichtsteilen der ausdehnungsfähigen Pullstoffmischung wird das Silikonharz überladen und man erhält ein korkähnliches Material. Mischt man dagegen weniger als 22 Gewichtsteile von der Füllstoffmischung ein, dann erhält man eine unzureichende Ausdehnung und eine harte Oberfläche bildende Eigenschaften. Unterhalb

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von etwa· 35 Gewichtsteilen des Silikons ergibt sich keine geeignete Benetzung oder Einkapselung der trockenen Bestandteile der Mischung.

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Claims

Patentansprüche

1. Verbesserte Mischung von Ingredienzien zur Verwendung zusammen mit einer Harzgrundlage zur Herstellung eines ausdehnungsfähigen feuerhemmenden Materials, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsteilen: 1 - lOvExsenoxydg_}17 - SZVKaliumphosphats, 2-30 eines verkokenden Materials und 2-20 eines Blähmittels .

2. Mischung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsteilen: 2-4 Pe₂O₅₁ 35 - 40 Kaliumorthophosphat, 15 - 25 Tripentaerylarit und 4-9 Melamin.

3. Mischung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß Pe₃O₅ etwa 2,5 - 3,5 Teile, Kaliumorthophosphat etwa 36 - 38 Teile, Tripentaeryftrit etwa 20 - 25 Teile und Melamin etwa 7-8 Teile ausmacht,

4. Verbessertes ausdehnungsfähiges feuerhemmendes Material auf Silikongrundlage, gekennzeichnet durch eine Mischung von 35 - 75 Gewichtsteilen"eines Silikonharzes und 22 - 112 Gewichtsteilen der Mischung nach Anspruch 1.

5. Material nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Mischung nach Anspruch 2.

6. Material nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß das Silikonharz etwa 55 Gewichtsteile und die Mischung der Bestandteile etwa 70 Gewichtsteile der Mischung nach Anspruch 3 ausmacht.

7. Gegenstand, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Oberfläche aufweist, mit der das Material nach Anspruch 4 verbunden ist.

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8. Gegenstand nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Oberfläche die eines metallischen Materials eines Elementes oder einer Legierung von Al, Mg oder Ti ist.

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