不可燃复合结构及其制作方法技术

一种制造不可燃复合结构的方法。该方法先把金属氧化物与液体可溶性硅酸盐混合形成不可燃的液体连续相基质；再制备由不可燃的纤维丝或粒子构成的不连续相；然后用液体连续相浸润浸渍不连续相形成复合基层结构；最后把基层结构干燥使连续相固化而提供固化的不可燃复合结构。优选的方法包括制造由双轴定向的连续玻璃纤维构成的多层复合叠层结构。复合结构可以成型为各种形状，如管道结构、板材、发泡隔热材料或可刷涂料。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种方法以及一种含有不可燃的不连续相（如粒子或加强纤维）的不可燃复合结构，其中的不连续相材料灌封在不可燃的连续相中（如无机可固化的液体基质）。复合结构包含有灌封在连续相（如可硬化的液体连接基质）中的一种或多种不连续相（如加强纤维），含有由玻璃、炭或其他无机材料不连续相构成的加强纤维的复合结构通常包含有用作连续相的热固性的有机树脂基质，当把温度加热到800°F（427℃）以上时，大多数的热固性有机基质材料都要分解并产生烟雾或放出有毒气体，温度提高到1200°F（649℃）时，玻璃纤维就要熔化。主要由于这些原因，含有用玻璃纤维加强物作为不连续相的复合结构不适于制造可能暴露于火焰之中的构件，也不适于用作在地面上存储或运输易燃液体的管道或罐体。国家防火协会（NFPA）的标准30涉及到易燃液体的存储和处理，并且要求用钢或其他不可燃的结构材料制作地面上的燃料存储罐、地面上的炼油厂管道等。联邦航空局（FAA）和运输部（DOT）要求飞机客舱和火车座舱都要用暴露在750°F（399℃）以上的火焰温度时不燃烧而且不产生有毒气体的材料来制造。地面上的钢罐要腐蚀，而且常常会由于雷击或在保养、修理被腐蚀的钢罐部分期间不小心而引起失火;木质的住房结构特别易于被火烧毁，而普通塑料和树脂浸渍的玻璃纤维构件在暴露于着火温度下会产生有毒气和有毒烟雾。-->普通的用作连续相的复合基质材料一般都是由两种相当昂贵的热固性有机聚合物构成而且在装运、储存和处理时都要特别小心，当这种有机的基质材料构成不饱和聚脂或聚乙烯树脂时，它们通常都含有重量百分比为50%以上的苯乙烯单体，而且必须把它们作为易燃液体来处理。苯乙烯单体产生一种特殊气味要求式作环境经常通风。如果所选用的有机基质材料含有环氧树脂的话，必须特别小心防止胺固化剂接触工作人员的皮肤或吸入人体。另外，上述类型的普通复合基质材料要用专门的溶剂或者其他化学物质来清洗所用的工具和容器。人们早就认为可溶性硅酸盐不能用作纤维加强复合材料的连续相，其原因之一是可溶性硅酸盐腐蚀玻璃并且要用脱水的方法来固化而不是通过聚合反应或化学反应来固化。固化的可溶性硅酸盐的粘结强度和层间拉剪强度基本上不如大多数的塑料和热固性树脂。而且，除非进行涂复或专门的热处理，否则固化的可溶性硅酸盐会慢慢地溶解于水。另外，如果脱水太快而使可溶性硅酸盐材料固化，如用微波能量固化或暴露于高于150°F（65℃）温度下固化，就会使复合结构变得极脆而报废。申请人已经发现，如果加入适当的金属氧化物和粘土来改进液体可溶性硅酸盐，那么，这种可溶性硅酸盐就可产生用于构成纤维加强复合结构的连续相基质的普通化学组合物所迫切需要的结构性能和化学性能。例如：用非渍制编织的和非编织的玻璃纤维绳作为和可固化液体有机粘结基质结合的复合结构的不连续相，这种材料加热到1300°F（704℃）时就会熔化，我发现如果用某种液体可溶性硅酸盐同时浸渍并粘结玻璃纤维丝，即使把温度加热到这种玻璃纷纷的熔点以上，-->由这种材料构成的复合结构也不会损坏。我还发现如果复合结构的连续相由加入少量某种金属氧化物改进的液体可溶性硅酸盐构成的话，即使这种液体连续相以过快的脱水速度固化，如在高于215°F（102℃）的温度下形成复合物，那么这样形成的复合结构基本上不溶于水。申请人进一步发现低粘度的可溶性硅酸盐很容易浸渍和涂复玻璃或炭纤维丝，而且可以用来制造绕制管状复合构件的纤维，可溶性硅酸盐的热固性树脂便宜、无毒、工具和成形设备能用水简单地清洗干净，而且清除它们时不污染环境，能安全地运输和处理，还能安全而容易地保存多年，这种可溶性硅酸盐还可以用适当的脱水技术来固化。据申请人所知，在此以前还没有人找到切实可行的方法利用所想望的可溶性硅酸盐的性能把它作为复合结构的不可燃的连续相，这种复合结构还包含不可燃的纤维或粒子作为不连续相。因此，本专利技术的目的是提供把液体可溶性硅酸盐用作不可燃复合结构的连续相基质材料的经济而有效的方法。按照本专利技术的一个方面，一种方法包括下述步骤，把金属氧化物与液体易溶的硅酸盐混合形成不可燃液体连续相;制备不连续相，它至少由不燃的连续的纤维丝或不可燃的无机物粒子构成;用液体连续相浸渍不连续相以形成复合基层结构;以及干燥基层结构以提供固化的不可燃复合结构。本专利技术的另一个方面是要保护由上述方法制成的复合结构，如以下所述“复合结构”一词包括纤维丝绕制构件、板材、隔离材料和可刷涂料。从下面结合附图的描述可以更清楚理解本专利技术的其他优点和目的。-->图1表示适于构成不可燃复合结构的不连续相的多股绞捻纤维绳这种绳是用可固化液体连续相浸渍过的。图2表示多股绞捻纤维绳，在其中纵向中心有一条可弯曲构件。图3是表示多层复合管形的不可燃复合结构的局部剖切的等比例视图。图4是表示一对相邻的管端机械连接于一起的接头结构的剖面图。图5是表示接头结构沿纵向取向的基质浸渍绞合绳的等比例局部放大图。图6是表示构成接头结构的沿圆固定向的基质浸渍绞合绳的成形和固化设备的示意图。实现本专利技术的最佳方式：我发现如果某种可溶性硅酸盐和5%（重量比）的粉末状氧化锌混合形成液体组合物并且加热到250°F（120℃）把它脱水，这样所得到的固化材料是很脆的，但是它基本上不溶于水，那么，可以确定这种液体组合物能适用于作膨胀珍珠岩或膨胀蛭石的胶合剂，由此可以制造高温、不燃烧而且防火的复合隔热层。这种隔热材料已经用于防火门或地面上的管道和罐体。我还发现如果含有玻璃纤维（不连续相）的分层板片或带状物用液体可溶性硅酸盐（连续相）浸渍后，再暴露于吹过其表面的热空气中，它们将被粘结在一起形成多层的不可燃复合结构，这样，进一步可以确定：这种结构可以用来制成用作存放或运输不易燃或易燃液体或气体的纤维绕制管道、压力容器和罐。申请人还发现，某种流体可溶性硅酸盐具有足够低的粘度，能使它们很容易地浸渍构成紧密编织的玻璃纤维的连续细丝搓合绳或纤维-->细丝，申请人进一步发现这种硅酸盐在复合结构中作为连续相是有用的，这种类型的复合结构在我的待审批的美国专利申请NO    838.463（1992年2月26日申请）中已披露，名称是“双壁复合管道和耦合结构组件及其制造方法和设备”，在此用作参考。实际上某一种低粘度液体可溶性硅酸盐已经用于在参考的专利申请中描述的可渗透的复合管道环形结构，作为打底涂层的理想的基质材料，它是不可燃的，其燃点超过1000°F（538℃），可溶性硅酸盐也可以配合炭纤维用来制造阻燃温度高于2000°F（1076℃）的不可燃复合结构。进一步的发现是如果某些液体可溶性硅酸盐基质材料在低于150F（65℃）的温度下慢慢地固化，那么纤维加强的复合结构会保持纤维加强物抗拉强度，如果构成美国专利US    3784，441“复合结构”（1974年1月8日公开）中所述类型的复合结构，使用液体可溶性硅酸盐基质能构成高抗拉强度的电绝缘体，这种绝缘体不会产生发生表面弧光放电的炭通路。如果把可溶性硅酸盐液体暴露于空气中，它就会脱水而固化，我发现如果把少量的粘度大约为10厘沲的道氏硅酮200（Dow    Silicone    200）液体加到液体可溶性硅酸盐中，液体可溶性硅酸盐的储存期限和有用的“罐储期限”可以增加几个月，硅酮液的这种油状本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造不可燃复合结构的方法，包括以下步骤：把金属氧化物与液体可溶性硅酸盐混合以形成不可燃的液体连续相；制备至少主要由不可燃的连续纤维丝或不可燃的无机物粒子组成的不连续相；用液体连续相浸渍并湿润所说的不连续相，以形成复合基层结构；以及干燥所说的复合基层结构，使所说的连续相固化，以形成固化的不可燃复合结构。

【技术特征摘要】
US 1992-5-15 884,5031、一种制造不可燃复合结构的方法，包括以下步骤：把金属氧化物与液体可溶性硅酸盐混合以形成不可燃的液体连续相；制备至少主要由不可燃的连续纤维丝或不可燃的无机物粒子组成的不连续相；用液体连续相浸渍并湿润所说的不连续相，以形成复合基层结构；以及干燥所说的复合基层结构，使所说的连续相固化，以形成固化的不可燃复合结构。2、根据权利要求1的方法，其特征是所说的混合步骤包括把所说的连续相的重量的大约5.0%的粉末状金属氧化物加到所说的液体可溶性硅酸盐中。3、根据权利要求2的方法，其特征是所说的加料步骤包括把粉末状的金红石品位的二氧化钛加到所述的液体可溶性硅酸盐中。4、根据权利要求3的方法，其特征是所说的制备步骤包括制备至少主要小于大约5微米的不可燃的无机物粒子构成的不连续相。5、根据权利要求2的方法，其特征是所说的加料步骤包括把氧化铁粉末加入到所说的可溶性液体硅酸盐中。6、根据权利要求1的方法，其特征是制备步骤包括提供pH值大约为11.3而粘度范围为大约60至400厘泊的液体可溶性硅酸盐。7、根据权利要求1的方法，其特征是制备步骤包括提供由硅酸钠构成的液体可溶性硅酸盐，其Sio2/Na2O重量配比大约为3.22，68°F的密度大约为40到42.2玻氏度（1.37到1.41克/厘米3）。8、根据权利要求7的方法，其特征是所说的混合步骤包括把所说的连续相重量5.0%和氧化锌粉末加入到所说的液体可溶性硅酸盐中。9、根据权利要求1的方法，其特征是所说的制备步骤包括制备由玻璃纤维丝或炭纤维丝或玄武岩组成的不连续相，所占体积大约为复合结构的39%到70%。10、根据权利要求9的方法，其特征是所说的制备步骤包括制备直径大约为4到25μm的玻璃纤维丝构成不连续相。11、根据权利要求10的方法，其特征是所说的制备步骤包括提供单位重量的长度为大约50到675码/磅的玻璃丝绳。12、根据权利要求1的方法，其特征是所说的制备步骤包括制备由不可燃的无机物粒子构成的不连续相。13、根据权利要求8的方法，其特征是所说的制备步骤包括制备由膨胀珍珠岩或膨胀蛭石粒子构成的不连续相。14、根据权利要求13的方法，其特征是所说的干燥步骤包括把复合基层结构暴露于温度大约为250°F到275°F（121.1℃-135℃）相对湿度大约为90%的空气中。15、根据权利要求1的方法，其特征是所说的干燥步骤包括把所说的复合基层结构的湿润...

【专利技术属性】
技术研发人员：查尔斯E肯彭，
申请(专利权)人：查尔斯E肯彭，
类型：发明
国别省市：US[美国]