DE2606139B2

DE2606139B2 - Ingredienzienmischung, feuerhemmendes material daraus und verwendung des feuerhemmenden materials

Info

Publication number: DE2606139B2
Application number: DE19762606139
Authority: DE
Inventors: Richard David Cincinnati; Proffitt Paul Franklin Reading; Webb George Cincinnati; Ohio Pratt (V.St.A.)
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1975-02-19
Filing date: 1976-02-17
Publication date: 1978-01-19
Also published as: US4065394A; GB1533334A; JPS51106390A; FR2301557A1; DE2606139A1; US3983082A; DE2606139C3; FR2301557B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Mischung von Ingredienzien in einer Menge von 22—112 Gew.-Teilen zur Verwendung zusammen mit einer Silikonharzgruppe in einer Menge von 35 — 75 Gewichtsteilen zur Herstellung eines ausdehnungsfähigen feuerhcmmenden Materials.

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 relailv hoher Temperatur betriebenen Gasturbine, werden diese Probleme weiter durch die Tatsache kompliziert, daß das feuerhemmcnde Material oder System Temperaturen bis zu mindestens etwa 230⁰C 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. Beim Betrieb einer Gasturbine für ein Flugzeug gibt es Bereiche, in denen ein feuerhemmendes Material 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, der bei Turbinen für Luftfahrzeuge auf leichte Strukturen gelegt wird, um die Wirksamkeit zu verbessern, sind die massigen, schweren passiven 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 Flüssigkeit 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.

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

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, eine Mischung der eingangs genannten Art, sowie wie feuerhemmendes Material daraus zu schaffen, das die vorstehenden Anforderungen erföili.

Diese Aufgabe wird durch die Erfindung bei der eingangs genannten Mischung dadurch gelöst, daß sie folgende Bestandteile in Gew.-Teilen enthält: 1 — 10 Fe_>Oi, 17 — 52 Kaliumorthophosphat, 2—30 Tripentaerythrit und 2 — 20 Melamin. Diese quellende bzw. sich ausdehnende feuerhemmende Mischung versieht das zu schützende Material im Falle der Feuereinwirkung mit einer Kruste und schafft isolierende Eigenschaften,

in welche den Feuerschutz verstärken.

Eine bevorzugte quellende bzw. sich ausdehnende Mischung enthält 2—4 Gewichtsteile Fe?O), 35—40 Gewichtsteile Kaliumorihophosphat 15 —25 Gewichtsteile Tripentaerythrit und 6 —9 Gewichtsteile Melamin.

j5 Von dieser Mischung werden vorzugsweise 70 Gewichtsteile mit 55 Gewichtsteilen des Silikonharzes vermischt.

Die Erfindung ist besonders brauchbar für Oberflächen aus metallischen Materialien oder Legierungen auf der Grundlage der Elemente Aluminium, Magnesium und Titan. Der Gegenstand der Anwendung der Erfindung ist ein solcher mit einer metallischen Oberfläche, wie einer aus Aluminium-, Magnesium-, Titan- oder anderen Legierungen, mit der das erfindungsgemäße ausdehnungsfähige feuerhemmendc Material aus Silikonharz und quellendem feuerhemmendem Mittel verbunden ist.

Durch den Einsatz eines Silikonharzes erhält man ein feuerhemmendes Material mit guter Adhäsion und

■-,o Temperatureinsatzfälligkeit bis zu mindestens etwa 230°C und wünschenswerten Ausdehnungseigenschaften. Auf diese Weise erhält das sich ausdehnende feuerhemmende Material nach der Erfindung die Eigenschaft zu verkohlen, zu verkrusten und sich auszudehnen und auf diese Weise eine Kombination einer harten Feuersperre mit einer thermischen Isolation zu bilden. Das Blähen oder Schäumen, das Verkrusten und das Verkohlen werden durch die Mischung der anderen Bestandteile gemäß der Erfin-

bo dung geschaffen.

Das Fe₂O) in der Mischung dient dazu, im Falle eines Feuers eine Kruste verbesserter Temperaturstabilität, Härte und Unlöslichkeit in solchen in der Umgebung vorhandenen Flüssigkeiten, wie Wasser Öl und

b5 Brennstoff, wie sie in Gasturbinen gefunden werden, zu schaffen.

Das Eisenoxyd wird im Falle eines Feuers durch das Kaliumorthophosphat bei der Krustenbildung unter-

stützt. 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°C. Das Kaliumorthophosphat 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 Kaliumorlhophosphats keine zusätzliche Krustenverbesserung verursachen.

Wichtig für die expandierende Mischung nach der Erfindung ist auch ein verkohlendes Material, das auch bei relativ hoher Temperatur ohne Verschlechterung einsetzbar ist, dessen Kohle im Falle eines Feuers nicht rasch zerstört wird und das die Schaffung einer thermischen Isolation für das System unterstützen kann. Tripentaerythrit erwies sich als ein Material zur Erfüllung dieser Anforderungen. Unterhalb von 2 Gewichtsteilen ist zuwenig Tripentaerythrit vorhanden, um eine angemessene Kohlenstoffasche oder Verkohlung zu erzeugen, und bei mehr als 30 Gew.-Teilen kann das Material eine unerwünschte sekundäre Flamme unterstützen.

Ein weiterer wesentlicher Bestandteil der sich ausdehnenden Mischung ist ein Schäum- oder Blähmittel. Als ein brauchbares Material haben sich Melaminverbindungen erwiesen, die sich zersetzen und ein Gas bilden und das Ausdehen des Materials der vorliegenden Erfindung bei der Feuereinwirkung unterstützen.

Bei der Auswertung der Erfindung wurde in einer Ausführungsform ein handelsübliches Silikonharz verwendet. Dieses handelsübliche Silikonharz war ein Dimethyldiphenylcopolymer mit einem spezifischen Gewicht von 1,4-1,44, einer Viskosität von 240-410 Poise bei 25°C und einem Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen von mindestens 98%. Das Harz hatte auch eine rote Farbe. Das Harz wurde hergestellt durch in üblicher Weise ausgeführtes Vermischen von etwa 55 Gew.-Teilen des Harzes mit etwa einem halben Gew.-Teil eines kommerziell erhältlichen Dibulylzinndilaurat-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 Gew.-Teile 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 Gew.-Teilen: 2,5-3,5 Fe₂O₁, 36-38 Kaliumorthophosphat, 7-8 Melamin und 20 —25 Tripentaerythrit.

Da so erhaltene feuerhemmende Material wurde in geeigneter Weise verdünnt und in dünnen Schichten, z. B. von mindestens etwa 0,25 mm Dicke, wiederholt auf Probeplatten aus Aluminiumlegierung als einem

Beispiel von auf Aluminium, Magnesium oder Titan beruhenden Metallen oder Legierungen aufgespritzt. 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 Metallprobeplaiien wurden diese getestet, indem man sie mit nach unten weisendem Überzug horizontal über einer Flamme anordnete und die überzogene Seite einer etwa 1090^c C heißen direkten Flamme aus einem Meeker-Brenner für 15 Minuten aussetzte, wobei der Brenner eine Wärmeabgabe von etwa 1500 kcal pro Stunde hatte. In der folgenden Tabelle sind die Ergebt,issc der Testauswertung zusammengestellt.

Tabelle

Feuertests bei etwa 1090⁰C bei etwa 0,635 mm
dickem Al

25	Probekörper A;	Zeit	Legierungsplattcn
	^Jn 0,99 mm dicker		Rückseiten-Temp.
	Überzug	(Min. : Sek.)	("C)
	1 :45	540
Probekörper B;	2:30	590
₍₅ 1,12 mm dicker	3:00	510
Überzug	5:00	390
	0:26	315
1 :45	425
3:30	455
4:30	370

In den obigen Tests blieben die Bedingungen nach 5 Minuten stabil, und bis zum Schluß der 15 Minuten trat bei den Probekörpern kein Durchbrennen auf. Die Haftung des durch die Verkohlung entstandenen Rückstandes war sehr gut.

Gemäß der Erfindung wurden von der oben beschriebenen ausdehnungsfähigen Mischung 22 bis 112 und vorzugsweise etwa 70.Gew.-Teile mit 35 bis 75 und vorzugsweise etwa 55 Gew.-Teilen lies Silikonharzes vermischt. Bei Einsatz von mehr als 112 Gew.-Teilen der ausdehnungsfähigen Ingredienzienmischung wird das Silikonharz überladen, und man erhält ein korkähnlichcs Material. Mischt man dagegen weniger als 22 Gew.-Teile von der Ingredienz.'enniischung ein, dann erhält man eine unzureichende Ausdehnung und eine harte Oberfläche. Unterhalb von etwa 35 Gew.-Teilen des Silikonharzes ergibt sich keine geeignete Benetzung oder Einkapselung der trockenen Bestandteile der Mischung.

Claims

Patentansprüche:

1. Verbesserte Mischung von Ingredienzien in einer Menge von 22— 112 Gew.-Teilen zur Verwendung zusammen mit einer Silikonharzgrundlage in einer Menge von 35 — 75 Gewichtsteilen zur Herstellung eines ausdehnungsfähigen feuerhemmenden Materials, gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsteilen: 1-10 Fe₂Oi, 17-52 Kaliummorthophosphat, 2-30 Tripentaerylhrit und 2 — 20 Melamin.

2. Mischung nach Anspruch I₁ gekennzeichnet durch folgende Bestandteile in Gewichtsteilen: 2-4 Fe.Oj, 35-40 Kaliumorthophosphat, 15-25 Tripentaerythrit und 4 —9 Melamin.

3. Mischung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch 2,5-3,5 Teile an Fe₂Oj, 36-38 Teile an Kaliumorthophosphat, 20—25 Teile an Tripentaerythrit und 7 —STeile an Melamin.

4. Verbesseries uusdehnungsfahiges feuerhemmendes Material auf Silikongrundlage, gekennzeichnet durch eine Mischung von 35 — 75 Gewichtsteilen eines Silikonharzes und 22—112 Gewichtsteilcn der Mischung nach Anspruch 1.

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

6. Material nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch 55 Gewichtsteile an dem Silikonharz und 70 Gewichtsteile der Mischung nach Anspruch 3.

7. Verwendung des Materials nach Anspruch 4 zum Aufbringen und Verbinden mit der Oberfläche eines Gegenstandes.

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