ОГНЕСТОЙКИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК C09K21/00 C08K9/00 

Заявленная группа изобретений относится к огнезащитным материалам, которые могут применяться в различных отраслях техники, например в авиационной и космической технике, а также в многочисленных отраслях строительства. В частности, изобретения относятся к огнестойким композиционным материалам и их производству.

Известен огнестойкий полимерный композиционный материал, содержащий полимерную основу и наполнитель (Патент RU 2430138, C09K 21/14, опубл. 27.09.2011 г.). Способ получения известного композиционного материала, включает операцию введения наполнителя в полимерную основу. При этом полимерная основа материала выполнена из перфорированных вспененных полимеров, а наполнитель содержит синтетический каучук, отвердитель, стабилизатор и, при необходимости, растворитель, пигменты, антипирены. Данное решение принято в качестве прототипа.

Недостатками данного материала являются:

- ограниченность применяемых материалов только полимерами и единичными каучуками;

- недостаточно равномерное коллоидальное распределение добавок в массе наполнителя, что приводит к неустойчивости полученной дисперсии;

- использование отвердителей, содержащих только оксимные или алкоксильные группы, определяет узкий диапазон свойств наполнителя;

- недостаточная огнестойкость материала, обусловленная применением полимеров в качестве основы, огнестойкость которых ограничена до 200°С.

В случае воздействия высоких тепловых потоков и нарушения целостности огнестойкого слоя полимер не выдерживает значительных температур и начинает процесс разложения изнутри с выделением газообразных продуктов.

Предлагаемое решение направлено на расширение арсенала огнезащитных материалов и устранение указанных недостатков прототипа.

Предложенный композиционный материал обладает повышенной огнестойкостью, технологически прост в изготовлении, более универсальный в спектре используемых компонентов, что позволяет существенно расширить область его применения.

Решение данной задачи достигается в огнестойком композиционном материале, содержащем основу и наполнитель, основой в котором является перфорированный минеральный волокнистый материал, на перфорированную поверхность которого нанесен наполнитель, заполняющий свободные объемы и объемы перфораций и содержащий, как минимум, один каучук или полимер, обладающие огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, а также отвердитель и стабилизатор.

В качестве минерального волокнистого материала может быть использована минеральная вата. Понятие «минеральная вата» объединяет все типы неорганических волокнистых материалов на синтетическом связующем, таком как фенолоформальдегидная или меламиноформальдегидная смолы, например шлаковата, стекловата и базальтовая (каменная) вата.

В данном изобретении под минеральным волокнистым материалом предполагается относительно твердое сформированное изделие, выполненное из минеральных волокон и связующего, которое подлежит дальнейшей обработке, такой как перфорация, обрезка до нужного размера, покрытие поверхности слоем, и который может быть использован для облицовки или покрытия чего-либо.

Минеральная вата способна выдерживать температуры до 1000°С, так как основой для ее производства служат минералы базальтовой группы.

Наличие прочного огнестойкого слоя, полностью закрывающего поверхность основы и внедренного в нее, при продолжительном хранении и эксплуатации материала предотвращает проникновение влаги внутрь минерального волокнистого материала, а также предотвращает возможность пыления основы и испарения связующего, что делает материал экологичным.

В качестве каучука наполнитель содержит, как минимум, один синтетический каучук, такой как кремнийорганический каучук, фторкремнийорганический каучук, хлоропреновый каучук, синтетический каучук фтористый или их смеси.

В качестве кремнийорганического каучука могут быть полезны синтетический каучук термостойкий низкомолекулярный, синтетический низкомолекулярный кремнийорганический каучук со стирольными концевыми группами, силоксановый каучук или их смеси.

В качестве фторкремнийорганического каучука могут быть полезны фторсилоксановый каучук, синтетический каучук термостойкий фторсодержащий или их смеси.

В качестве хлоропренового каучука могут быть полезны полихлоропрен, наирит, неопрен, байпрен или их смеси.

В качестве синтетического каучука фтористого могут быть полезны синтетический каучук фтористый на основе сополимеров трифторхлорэтилена с винилиденфторидом, синтетический каучук фтористый на основе сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом или их смеси.

В качестве полимера наполнитель содержит, как минимум, один кремнийорганический полимер, такой как полиорганосилоксан, полиэлементоорганосилоксан или их смесь.

В качестве полиорганосилоксана могут быть полезны полиметилфенилсилоксан, полидиметилфенилсилоксан, полиметилсилоксан, полидиметилсилоксан, полифенилсилоксан, полиэтилфенилсилоксан, полидиэтилфенилсилоксан, полиметилхлорфенилсилоксан, полифторфенилсилоксан, полифеноксифенилсилоксан или их смеси.

В качестве полиэлементоорганосилоксана могут быть полезны полиалюмофенилсилоксан, полититанофенилсилоксан, полиборорганосилоксан, полиалюмоорганосилоксан, полититаноорганосилоксан или их смеси.

В качестве жидкого стекла наполнитель содержит водный раствор силиката натрия, или водный раствор силиката калия, или их смесь.

Для отверждения компонентов наполнителя и надежной фиксации его в минеральной основе используют вещества, выбранные из следующих групп. Одну из групп отвердителей составляют метилтриэтоксисилан, тетраметилдисилоксан, тетраацетоксисилан, метилтриацетоксисилан, амин, полиамин, диэтиламин, аминосилан, гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, аминопропилтриэтоксисилан, аминоизопропилтриэтоксисилан, аминоорганотриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, диэтилдикаприлат олова, диэтилакрилат олова, дибутилакрилат олова или их смеси.

Вторую группу отвердителей составляют алкоксисиланы, растворы оловоорганических соединений в эфирах ортокремниевой кислоты, аминоорганотриэтоксисилан с тетрабутоксититаном, аминоорганоалкоксисиланы или их смеси.

Третью группу отвердителей составляют кремнефтористый натрий, хлорид бария, кремнефтористая кислота, щавелевая кислота, ортофосфорная кислота, уксусная кислота, хлористый кальций, алюминат натрия, диацетат этиленгликоля, моноацетат этиленгликоля или их смеси.

Конкретный отвердитель или смесь отвердителей выбирают в зависимости от свойств основного активного компонента наполнителя (каучука, полимера, жидкого стекла).

Для обеспечения необходимого качества материала в состав наполнителя вводят стабилизатор, который обеспечивает равномерное коллоидальное распределение добавок в массе наполнителя, что приводит к устойчивости полученной дисперсии. В частности, стабилизатор предотвращает оседание пигментов и антипиренов и повышает физико-механические свойства наполнителя.

В качестве стабилизатора могут быть полезны такие соединения, как коллоидный диоксид кремния, замещенные фенолы, вторичные ароматические амины или их смеси.

По химическому строению фенольные стабилизаторы можно разделить на производные моноядерных фенолов, бисфенолов и трисфенолов. Важным представителем моноядерных фенолов является 4-метил-2,6-дитретбулфенол. В группе бисфенолов важнейшим стабилизатором является 2,2-метилен-бис. В группе трисфенолов важным представителем стабилизаторов является 2,4,6-трис(3,5-дитребутилен-4-оксибензил)мезитилен. Моноядерные фенолы, бисфенолы и трисфенолы могут использоваться в качестве стабилизаторов как порознь, так и в смеси. Вторичные ароматические амины могут быть представлены, например, как фенил-2-нафталамин.

Стабилизатор дополнительно уменьшает скорость старения наполнителя, увеличивая, тем самым, долговечность огнестойкого композиционного материала.

Наполнитель дополнительно может содержать в качестве антипирена термически расширяющиеся вещества, выбранные из группы: аммоний фосфорнокислый двузамещенный, параформ, мочевина, бисульфат графита, мочевиноформальдегидная смола, мочевиномеламиноформальдегидная смола, меламин, полифосфат аммония, пентаэритрит, интеркалированный графит, окисленный графит, нитрат графита, модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит, нейтрализованный интеркалированный графит или их смеси.

Также в качестве антипирена могут быть использованы: раствор хлорсульфированного полиэтилена в органическом растворителе, выбранном из группы: толуол, ксилол, бутанол или их смеси, или вещества, выбранные из группы: бура, диаммоний фосфат, сульфат аммония, сернокислый аммоний, фосфорнокислый аммоний, фосфорнокислый натрий, борная кислота или их смеси, или вещества, выбранные из группы: оксид магния, оксид кальция, гидрат окиси алюминия, природный графит, алюмосиликаты, хлорпарафин, трехокись сурьмы, фосфоросодержащие соединения, хлорированные полиэтилены, тетрабромпараксилол, гексабромциклододекан, декабромдифенилоксид или их смеси.

Под «интеркалированным графитом» понимается широкий круг химических соединений - продуктов внедрения в графитовую матрицу на атомном или молекулярном уровне систем, обладающих способностью к интуменсцентности (вспучиванию) - многократному увеличению объема при нагревании за счет термического диспергирования частиц графита до наноразмеров.

Огнестойкий эффект, термически расширяющихся антипиренов, основан на теплоизолирующем действии вспененной при тепловом воздействии массы, которая препятствует проникновению теплового потока внутрь материала. При высокотемпературном тепловом воздействии в наполнителе, содержащем антипирены, происходят фазовые переходы, связанные с поглощением тепла и выделением газообразных продуктов, которые образуют пористую структуру, обладающую низким коэффициентом теплопроводности, а соответственно высокими теплоизоляционными и теплозащитными свойствами. Кроме этого в материале происходят экзотермические процессы преобразования или превращения различных химических продуктов, препятствующих процессу воспламенения и горения.

Например, смесь интеркалированного графита и меламина приводит к термовспениванию, тогда как физические свойства пены изменяются незначительно, а способность противостоять интенсивному тепловому потоку значительно увеличивается. Меламин, расходуя тепло на собственный экзотермический процесс превращения, замедляет экзотермическую реакцию пиролиза интеркалированного графита, вплоть до прекращения пиролиза.

В качестве примера смесевого антипирена может быть приведен графитоалюмосиликатный антипирен, содержащий природный графит (углерод) и алюмосиликат при следующем соотношении компонентов, в мас. %: природный графит (углерод) - 10-20, алюмосиликат - 80-90.

Для получения графитоалюмосиликатного антипирена алюмосиликат выбирают из группы: каолин, глауконит, галлуазит или их смеси, а природный графит выбирается из группы: коллоидный графит, шунгит или их смеси.

Наполнитель дополнительно может содержать пигменты, в качестве которых могут быть полезны алюминиевая пудра, окись титана, красные железооксидные, красные кадмиевые, хромовые или кобальтовые соединения, цинковая пыль, цинковый крон, титанат кобальта или их смеси.

Также в наполнитель может быть дополнительно введен модификатор, в качестве которого могут быть полезны алкидные, эпоксидные, акриловые, полиэфирные, фенолоформальдегидные смолы, эфиры целлюлозы, эфиры акриловой кислоты или их смеси.

Применение модификаторов позволяет повысить термостойкость используемых материалов и упростить производство. Так введение модификатора в наполнитель на основе кремнийорганических полимеров, содержащих ароматические радикалы, обеспечивает более высокую термостойкость материала. Добавки этилцеллюлозы или акриловой смолы позволяют получать наполнитель, отверждающийся уже при комнатной температуре.

Введение диспергирующей добавки, например соли поликарбоновых кислот, полифосфаты, этоксисилаты жирных спиртов или их смеси, позволяет дополнительно улучшить качество наполнителя за счет более тонкого распределения компонентов и однородности состава.

В наполнитель также могут быть включены микросферы, например стеклянные, алюмосиликатные, углеродные, керамические вакуумные. Введение микросфер в наполнитель увеличивает прочностные характеристики и снижает теплопроводность, т.е. улучшает эксплуатационные свойства материала.

Огнестойкий композиционный материал с наполнителем на основе жидкого стекла со временем может покрываться пятнами и трещинами, что ухудшает декоративные и эксплуатационные характеристики материала. Причиной этому является химическое взаимодействие с содержащимися в воздухе влагой, углекислым газом и другими агрессивными газами. С целью устранения подобных явлений предполагается нанесение покрытий.

На поверхность огнестойкого композиционного материала может быть нанесено покрытие в виде полимерной или металлической пленки, металлополимерной декоративно-защитной пленки или стеклоткани.

Огнестойкий материал, полученный в соответствии с любым из раскрытых вариантов выполнения, обеспечивает достижение указанного результата в равной мере.

Задачей, решаемой в рамках предлагаемого способа, является создание технологически простой и реализуемой в течение короткого времени последовательности операций, которые не требуют использования сложного оборудования, необходимых для получения композиционного материала, обладающего повышенной огнестойкостью и широкой базой используемых компонентов, что позволяет существенно расширить область применения.

Решение данной задачи достигается в способе получения огнестойкого композиционного материала, включающем операцию введения наполнителя в основу, в качестве которой используют минеральный волокнистый материал, в котором выполняют перфорацию, обеспечивая площадь перфорированной поверхности в горизонтальном сечении до 75 процентов.

Затем приготовленный жидкий наполнитель, содержащий, как минимум, один каучук или полимер, обладающий огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, а также отвердитель и стабилизатор, наносят на перфорированную поверхность, заполняя свободные объемы и объемы перфораций, при комнатной температуре, до получения плотности композиционного материала 0,25-1,0 г/см, после чего выдерживают в течение 15-28 часов до полного отверждения композиционного материала.

В качестве стабилизатора используют коллоидный диоксид кремния, замещенные фенолы, вторичные ароматические амины или их смеси.

Дополнительно в состав наполнителя могут быть введены антипирены и пигменты, приведенные ранее.

Для получения материала может быть использован наполнитель следующего состава (в мас. %):

синтетический каучук 45-93 отвердитель 5-10 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-48

В качестве синтетического каучука используют, как минимум, один синтетический каучук термостойкий низкомолекулярный, синтетический низкомолекулярный кремнийорганический каучук со стирольными концевыми группами, силоксановый каучук или их смеси.

Для отверждения композиции используют отвердитель, выбранный из группы: метилтриэтоксисилан, тетраметилдисилоксан, тетраацетоксисилан, метилтриацетоксисилан, амин, полиамин, диэтиламин, аминосилан, гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, аминопропилтриэтоксисилан, аминоизопропилтриэтоксисилан, аминоорганотриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, диэтилдикаприлат олова, диэтилакрилат олова, дибутилакрилат олова или их смеси.

Для облегчения нанесения наполнителя на основу может быть использован растворитель, такой как ароматические углеводороды и их смеси с простыми и сложными эфирами, кетонами или спиртами в количестве до 30 мас. %. При этом ароматическими углеводородами могут быть бензол, метилбензол, винилбензол. Простые и сложные эфиры выбраны из группы: диэтиловый эфир, этилацетат, метилформиат, диэтилсульфат. Кетоны выбраны из группы: пропанон, бутанон, бензофенон. Спирты выбраны из группы: метанол, этанол, пропанол.

Для получения материала может быть использован наполнитель также следующего состава (в мас. %):

кремнийорганический полимер 25-85 отвердитель 5-10 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-65

В качестве кремнийорганического полимера используют, как минимум, один полиорганосилоксан, выбранный из группы: полиметилфенилсилоксан, полидиметилфенилсилоксан, полиметилсилоксан, полидиметилсилоксан, полифенилсилоксан, полиэтилфенилсилоксан, полидиэтилфенилсилоксан, полиметилхлорфенилсилоксан, полифторфенилсилоксан, полифеноксифенилсилоксан или полиэлементоорганосилоксан, выбранный из группы: полиалюмофенилсилоксан, полититанофенилсилоксан, полиборорганосилоксан, полиалюмоорганосилоксан, полититаноорганосилоксан, или их смеси.

Для отверждения данного наполнителя используют отвердитель, выбранный из группы: алкоксисиланы, растворы оловоорганических соединений в эфирах ортокремниевой кислоты, аминоорганотриэтоксисилан с тетрабутоксититаном, аминоорганоалкоксисиланы или их смеси.

В наполнитель может быть введен модификатор в количестве до 60 мас. %, выбранный из группы: алкидные, эпоксидные, акриловые, полиэфирные, фенолоформальдегидные смолы, эфиры целлюлозы, эфиры акриловой кислоты или их смеси. Применение модифицированных кремнийорганических полимеров обеспечивает возможность получения термостойкого слоя, методом обычной заливки, например, глубиной до 10-20 мм.

Для облегчения нанесения наполнителя на основу может быть использован растворитель, такой как ароматические углеводороды и их смеси с простыми и сложными эфирами, кетонами или спиртами в количестве 5-30 мас. %. При этом ароматические углеводороды выбраны из группы: бензол, метилбензол, винилбензол. Простые и сложные эфиры выбраны из группы: диэтиловый эфир, этилацетат, метилформиат, диэтилсульфат. Кетоны выбраны из группы: пропанон, бутанон, бензофенон. Спирты выбраны из группы: метанол, этанол, пропанол.

Для получения материала может быть использован наполнитель также следующего состава (в мас. %):

жидкое стекло 20-97 отвердитель 1-15 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-65

В качестве жидкого стекла используют водный раствор силиката натрия, водный раствор силиката калия или их смеси.

Для отверждения данного наполнителя используют отвердитель, выбранный из группы: кремнефтористый натрий, хлорид бария, кремнефтористая кислота, щавелевая кислота, ортофосфорная кислота, уксусная кислота, хлористый кальций, алюминат натрия, диацетат этиленгликоля, моноацетат этиленгликоля или их смеси. В качестве сложноэфирного отвердителя используют ацетаты этиленгликоля, а именно смесь диацетата с моноацетатом этиленгликоля и уксусной кислоты.

Для облегчения нанесения наполнителя на основу может быть использован растворитель в количестве до 30 мас. %, в качестве которого используют воду.

При получении композиционного материала согласно способу в наполнитель также могут быть введены добавки, улучшающие свойства и характеристики материала, например диспергирующие добавки или микросферы. Диспергирующие добавки вводят в количестве до 2 мас. %. В качестве диспергаторов могут быть использованы соли поликарбоновых кислот, полифосфаты, этоксисилаты жирных спиртов или их смеси.

Микросферы вводят в количестве до 25 мас. %. В качестве микросфер используют стеклянные, алюмосиликатные, углеродные, керамические вакуумные. При этом стеклянные микросферы представляют собой полые стеклянные шарики с диаметром, равным 15-260 мкм, и толщиной стенки приблизительно 2 мкм. Алюмосиликатные микросферы (АСМ) представляют собой стеклокристаллические алюмосиликатные шарики, которые образуются при высокотемпературном сжигании угля.

Возможно применение керамических вакуумных микросфер (CVM). Микросферы углеродные имеют диаметр порядка 3-10 мкм.

Использование в составе наполнителя керамических микросфер позволяет обеспечить износостойкость материала. Стеклянные полые и керамические вакуумные микросферы снижают плотность наполнителя, улучшают совместимость с различными его ингредиентами, снижают усадку и вязкость композиций в сравнении с геометрически неоформленными частицами других добавок наполнителя. Кроме этого использование керамических и углеродных микросфер повышает ударную прочность (ударную вязкость) материала.

На поверхность огнестойкого композиционного материала может быть нанесено покрытие, такое как полимерная пленка, металлическая пленка, металлополимерная декоративно-защитная пленка, стеклоткань.

Последовательность операций по получению огнестойкого композиционного материала показана на фиг. 1. Для получения материала заявленного состава и структуры в качестве основы выбирается минеральный волокнистый материал, например, в форме листа. Перфорация производится заранее различными способами, например, указанными в патенте-прототипе. Площадь перфорированной поверхности в горизонтальном сечении заготовки находится в пределах до 75 процентов.

Одновременно или заранее готовят жидкий наполнитель, содержащий, как минимум, один синтетический каучук или кремнийорганический полимер, обладающий огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, отвердитель и стабилизатор, наносят на перфорированную поверхность, заполняя свободные объемы и объемы перфораций при комнатной температуре, до получения плотности композиционного материала 0,25-1,0 г/см³.

Нанесение наполнителя на основу может осуществляться любым приемлемым способом, например распылением на поверхность, окунанием материала в наполнитель и т.п.

Обработанный материал выдерживают в течение 15-28 часов до полного отверждения наполнителя. После отверждения получают готовый лист огнестойкого композиционного материала.

В качестве примеров реализации изобретения могут быть приведены следующие огнестойкие композиционные материалы:

BMCK-01-СНСт - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,1 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: кремнийорганический каучук СКТН (20 мас. %), кремнийорганический каучук марки Стиросил (25 мас. %), смесевой отвердитель (диэтиламин и полиэтиленполиамин) (10 мас. %), стабилизатор Неозон Д (6 мас. %), пигмент (алюминиевая пыль) (6 мас. %), антипирен (пентаэритрит) (33 мас. %);

ВМСК-015-НФСт - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,15 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси хлоропреновых, кремнийорганических и фтористых каучуков: Стиросил (18 мас. %), СКФ-26 (34 мас. %), СКФ-32 (34 мас. %), смесевой отвердитель (гексаметилендиамин и полиэтиленполиамин) (10 мас. %), стабилизатор Неозон Д (2 мас. %), диспергирующие добавки (полифосфаты и соли поликарбоновых кислот (2 мас. %);

ВМСК-02-НХН - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,2 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: хлоропреновый каучук наирит (25 мас. %), хлоропреновый каучук неопрен (20 мас. %), отвердитель (диэтиламин) (5 мас. %), стабилизатор Неозон Д (2 мас. %), пигмент (цинковая пыль, алюминиевая пыль) (2 мас. %), диспергирующие добавки (полифосфаты) (2 мас. %), микросферы (углеродные) (15 мас. %), антипирен (графитоалюмосиликат) (29 мас. %);

ВМКП-015-ФА - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,15 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: полиметилфенилсилоксановая смола (25 мас. %), отвердитель (аминоорганоалкоксисилан) (10 мас. %), стабилизатор Неозон Д (6 мас. %), модификатор (эфир акриловой кислоты) (15 мас. %), антипирен (интеркалированный графит и меламин) (44 мас. %);

ВМКП-02-ФАФБ - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,2 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: полиметилфенилсилоксановая смола (20 мас. %), полиалюмофенилсилоксановая смола (15 мас. %), отвердитель АГМ9 (аминопропилтриэтоксисилан, аминоизопропилтриэтоксисилан, тетраэтоксисилан) (6 мас. %), стабилизатор Неозон Д (2 мас. %), модификатор (полибутилакрилатная смола) (10 мас. %), растворитель (винилбензол с метанолом) (5 мас. %), антипирен (мочевиномеламиноформальдегидная смола и меламин) (10 мас. %), дисперигирующая добавка (полифосфаты и этоксисилаты жирных спиртов) (2 мас. %), микросферы (алюмосиликатные) (20 мас. %); пигменты (алюминиевая пыль - 6 мас. %, цинковая пыль - 4 мас. %);

ВМЖС-015-Н - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,15 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: силикат натрия (20 мас. %), отвердитель (кремнефтористый натрий) (10 мас. %), стабилизатор (коллоидный диоксид кремния) (5 мас. %), антипирен (меламин - 15 мас. %, полифосфат аммония - 10 мас. %, пентаэритрит- 20 мас. %, интеркалированный графит - 20 мас. %) (65 мас. %), на поверхность материала нанесено покрытие в виде алюминиевой фольги толщиной 50 мкм;

ВМЖС-01-НК - огнестойкий композиционный материал на основе минеральных волокон плотностью 0,1 г/см³, перфорированный на глубину 5 мм, с заполнением свободных объемов и объемов перфорации наполнителем в виде смеси: силикат натрия (30 мас. %), силикат калия (10 мас. %), отвердитель (алюминат натрия) (10 мас. %); стабилизатор (коллоидный диоксид кремния) (5 мас. %), антипирен (оксид магния - 5 мас. %, оксид кальция - 5 мас. %, гидрат окиси алюминия - 5 мас. %, природный графит - 5 мас. %) (20 мас. %), пигмент (титанат кобальта) (5 мас. %), растворитель (вода) (10 мас. %), диспергирующие добавки (соли поликарбоновых кислот) (2 мас. %), микросферы (керамические вакуумные) (8 мас. %), на поверхность материала нанесено покрытие в виде алюминиевой фольги толщиной 50 мкм.

Таким образом, изобретение представляет собой технологически простой, не требующий применения сложного оборудования метод получения огнестойких композиционных материалов, обладающих высокой огнестойкостью.

Все конкретные вещества, приведенные ранее, являются предпочтительными, но не ограничивающими возможности заявленного изобретения.

Изобретение относится к огнезащитным материалам, которые могут применяться, например, в строительной, авиационной и космической областях. Огнестойкий композиционный материал содержит перфорированный минеральный волокнистый материал в качестве основы и наполнитель, содержащий, как минимум, один каучук или полимер, обладающие огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, отвердитель и стабилизатор. Материал получают перфорированием минерального волокнистого материала с получением площади перфорированной поверхности в горизонтальном сечении заготовки в пределах до 75%. Отдельно приготовленный жидкий наполнитель наносят на перфорированную поверхность, заполняя свободные объемы и объемы перфораций при комнатной температуре, до получения плотности композиционного материала 0,25-1,0 г/см³ и выдерживают в течение 15-28 часов до полного его отверждения. Изобретение обеспечивает расширение арсенала огнезащитных материалов, повышение огнестойкости и простоту в изготовлении. 2 н. и 37 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Огнестойкий композиционный материал, содержащий основу и наполнитель, отличающийся тем, что основой является перфорированный минеральный волокнистый материал, на перфорированную поверхность которого нанесен наполнитель, заполняющий свободные объемы и объемы перфораций и содержащий, как минимум, один каучук или полимер, обладающие огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, а также отвердитель и стабилизатор.

2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что минеральный волокнистый материал представляет собой минеральную вату.

3. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каучука содержит, как минимум, один синтетический каучук, такой как кремнийорганический каучук, фторкремнийорганический каучук, хлоропреновый каучук, синтетический каучук фтористый или их смеси.

4. Материал по п. 3, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического каучука содержит, как минимум, один синтетический каучук термостойкий низкомолекулярный, синтетический низкомолекулярный кремнийорганический каучук со стирольными концевыми группами, силоксановый каучук или их смеси.

5. Материал по п. 3, отличающийся тем, что в качестве фторкремнийорганического каучука содержит, как минимум, один фторсилоксановый каучук, синтетический каучук термостойкий фторсодержащий или их смеси.

6. Материал по п. 3, отличающийся тем, что в качестве хлоропренового каучука содержит, как минимум, один полихлоропрен, наирит, неопрен, байпрен или их смеси.

7. Материал по п. 3, отличающийся тем, что в качестве синтетического каучука фтористого содержит, как минимум, один синтетический каучук фтористый на основе сополимеров трифторхлорэтилена с винилиденфторидом, синтетический каучук фтористый на основе сополимеров винилиденфторида с гексафторпропиленом или их смеси.

8. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве полимера содержит, как минимум, один кремнийорганический полимер, такой как полиорганосилоксан, полиэлементоорганосилоксан или их смесь.

9. Материал по п. 8, отличающийся тем, что в качестве полиорганосилоксана содержит, как минимум, один полиметилфенилсилоксан, полидиметилфенилсилоксан, полиметилсилоксан, полидиметилсилоксан, полифенилсилоксан, полиэтилфенилсилоксан, полидиэтилфенилсилоксан, полиметилхлорфенилсилоксан, полифторфенилсилоксан, полифеноксифенилсилоксан или их смеси.

10. Материал по п. 8, отличающийся тем, что в качестве полиэлементоорганосилоксана содержит, как минимум, один полиалюмофенилсилоксан, полититанофенилсилоксан, полиборорганосилоксан, полиалюмоорганосилоксан, полититаноорганосилоксан или их смеси.

11. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла содержит водный раствор силиката натрия, водный раствор силиката калия или их смесь.

12. Материал по п. 1, отличающийся тем, что отвердитель выбран
из группы: метилтриэтоксисилан, тетраметилдисилоксан, тетраацетоксисилан, метилтриацетоксисилан, амин, полиамин, диэтиламин, аминосилан, гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, аминопропилтриэтоксисилан, аминоизопропилтриэтоксисилан, аминоорганотриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, диэтилдикаприлат олова, диэтилакрилат олова, дибутилакрилат олова или их смеси или
из группы: алкоксисиланы, растворы оловоорганических соединений в эфирах ортокремниевой кислоты, аминоорганотриэтоксисилан с тетрабутоксититаном, аминоорганоалкоксисиланы или их смеси, или
из группы: кремнефтористый натрий, хлорид бария, кремнефтористая кислота, щавелевая кислота, ортофосфорная кислота, уксусная кислота, хлористый кальций, алюминат натрия, диацетат этиленгликоля, моноацетат этиленгликоля или их смеси.

13. Материал по п. 1, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора содержит коллоидный диоксид кремния, замещенные фенолы, вторичные ароматические амины или их смеси.

14. Материал по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель содержит антипирен, выбранный из группы: аммоний фосфорнокислый двузамещенный, параформ, мочевина, бисульфат графита, мочевиноформальдегидная смола, мочевиномеламиноформальдегидная смола, меламин, полифосфат аммония, пентаэритрит, интеркалированный графит, окисленный графит, нитрат графита, модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит, нейтрализованный интеркалированный графит или их смеси или раствор хлорсульфированного полиэтилена в органическом растворителе, выбранном из группы: толуол, ксилол, бутанол или их смеси, или из группы: бура, диаммоний фосфат, сульфат аммония, сернокислый аммоний, фосфорнокислый аммоний, фосфорнокислый натрий, борная кислота или их смеси, или из группы: оксид магния; оксид кальция; гидрат окиси алюминия; природный графит; алюмосиликаты, хлорпарафин, трехокись сурьмы, фосфоросодержащие соединения, хлорированные полиэтилены, тетрабромпараксилол, гексабромциклододекан, декабромдифенилоксид или их смеси.

15. Материал по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель содержит пигменты, выбранные из группы: алюминиевая пудра, окись титана, красные железооксидные, красные кадмиевые, хромовые или кобальтовые соединения, цинковая пыль, цинковый крон, титанат кобальта или их смеси.

16. Материал по п. 8, отличающийся тем, что наполнитель содержит модификатор, выбранный из группы: алкидные, эпоксидные, акриловые, полиэфирные, фенолоформальдегидные смолы, эфиры целлюлозы, эфиры акриловой кислоты или их смеси.

17. Материал по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель содержит диспергирующие добавки, выбранные из группы: соли поликарбоновых кислот, полифосфаты, этоксисилаты жирных спиртов или их смеси.

18. Материал по п. 1, отличающийся тем, что наполнитель содержит микросферы, выбранные из группы: стеклянные, алюмосиликатные, углеродные, керамические вакуумные.

19. Материал по п. 1, отличающийся тем, что на поверхность огнестойкого композиционного материала может быть нанесено покрытие, выбранное из группы: полимерная пленка, металлическая пленка, металлополимерная декоративно-защитная пленка, стеклоткань.

20. Способ получения огнестойкого композиционного материала, включающий операцию введения наполнителя в основу, отличающийся тем, что в качестве основы используют минеральный волокнистый материал, в котором выполняют перфорацию, обеспечивая площадь перфорированной поверхности в горизонтальном сечении до 75 процентов, затем приготовленный жидкий наполнитель, содержащий, как минимум, один каучук или полимер, обладающие огнестойкостью в диапазоне температур от 200 до 700°С, или жидкое стекло, а также отвердитель и стабилизатор, наносят на перфорированную поверхность, заполняя свободные объемы и объемы перфораций при комнатной температуре, после чего выдерживают в течение 15-28 часов до полного отверждения композиционного материала.

21. Способ по п. 20, отличающийся тем, что в качестве стабилизатора содержит коллоидный диоксид кремния, замещенные фенолы, вторичные ароматические амины или их смеси.

22. Способ по п. 20, отличающийся тем, что наполнитель содержит антипирен, выбранный из группы: аммоний фосфорнокислый двузамещенный, параформ, мочевина, бисульфат графита, мочевиноформальдегидная смола, мочевиномеламиноформальдегидная смола, меламин, полифосфат аммония, пентаэритрит, интеркалированный графит, окисленный графит, нитрат графита, модифицированный ледяной уксусной кислотой окисленный графит, нейтрализованный интеркалированный графит или их смеси, или раствор хлорсульфированного полиэтилена в органическом растворителе, выбранном из группы: толуол, ксилол, бутанол или их смеси, или из группы: бура, диаммоний фосфат, сульфат аммония, сернокислый аммоний, фосфорнокислый аммоний, фосфорнокислый натрий, борная кислота или их смеси, или из группы: оксид магния, оксид кальция, гидрат окиси алюминия, природный графит, алюмосиликаты, хлорпарафин, трехокись сурьмы, фосфоросодержащие соединения, хлорированные полиэтилены, тетрабромпараксилол, гексабромциклододекан, декабромдифенилоксид или их смеси.

23. Способ по п. 20, отличающийся тем, что наполнитель содержит пигменты, выбранные из группы: алюминиевая пудра, окись титана, красные железооксидные, красные кадмиевые, хромовые или кобальтовые соединения, цинковая пыль, цинковый крон, титанат кобальта или их смеси.

24. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что используют наполнитель следующего состава (в мас. %):
синтетический каучук 45-93 отвердитель 5-10 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-48

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что в качестве синтетического каучука содержит, как минимум, один синтетический каучук термостойкий низкомолекулярный, синтетический низкомолекулярный кремнийорганический каучук со стирольными концевыми группами, силоксановый каучук или их смеси.

26. Способ по п. 24, отличающийся тем, что отвердитель выбран из группы: метилтриэтоксисилан, тетраметилдисилоксан, тетраацетоксисилан, метилтриацетоксисилан, амин, полиамин, диэтиламин,аминосилан, гексаметилендиамин, полиэтиленполиамин, аминопропилтриэтоксисилан, аминоизопропилтриэтоксисилан, аминоорганотриэтоксисилан, тетраэтоксисилан, диэтилдикаприлат олова, диэтилакрилат олова, дибутилакрилат олова или их смеси.

27. Способ по п. 24, отличающийся тем, что наполнитель содержит растворитель, такой как ароматические углеводороды и их смеси с простыми и сложными эфирами, кетонами или спиртами в количестве до 30 мас. %.

28. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что используют наполнитель следующего состава (в мас. %):
кремнийорганический полимер 25-85 отвердитель 5-10 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-65

29. Способ по п. 28, отличающийся тем, что в качестве кремнийорганического полимера содержит, как минимум, один полиорганосилоксан, выбранный из группы: полиметилфенилсилоксан, полидиметилфенилсилоксан, полиметилсилоксан, полидиметилсилоксан, полифенилсилоксан, полиэтилфенилсилоксан, полидиэтилфенилсилоксан, полиметилхлорфенилсилоксан, полифторфенилсилоксан, полифеноксифенилсилоксан или полиэлементоорганосилоксан, выбранный из группы: полиалюмофенилсилоксан, полититанофенилсилоксан, полиборорганосилоксан, полиалюмоорганосилоксан, полититаноорганосилоксан, или их смеси.

30. Способ по п. 28, отличающийся тем, что отвердитель выбран из группы: алкоксисиланы, растворы оловоорганических соединений в эфирах ортокремниевой кислоты, аминоорганотриэтоксисилан с тетрабутоксититаном, аминоорганоалкоксисиланы или их смеси.

31. Способ по п. 28, отличающийся тем, что наполнитель содержит модификатор в количестве до 60 мас. %, выбранный из группы: алкидные, эпоксидные, акриловые, полиэфирные, фенолоформальдегидные смолы, эфиры целлюлозы, эфиры акриловой кислоты или их смеси.

32. Способ по п. 28, отличающийся тем, что наполнитель содержит растворитель, такой как ароматические углеводороды и их смеси с простыми и сложными эфирами, кетонами или спиртами в количестве 5-30 мас. %.

33. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что используют наполнитель следующего состава (в мас. %):
жидкое стекло 20-97 отвердитель 1-15 стабилизатор 2-6 пигменты 0-6 антипирены 0-65

34. Способ по п. 33, отличающийся тем, что в качестве жидкого стекла содержит водный раствор силиката натрия, водный раствор силиката калия или их смеси.

35. Способ по п. 33, отличающийся тем, что отвердитель выбран из группы: кремнефтористый натрий, хлорид бария, кремнефтористая кислота, щавелевая кислота, ортофосфорная кислота, уксусная кислота, хлористый кальций, алюминат натрия, диацетат этиленгликоля, моноацетат этиленгликоля или их смеси.

36. Способ по п. 33, отличающийся тем, что наполнитель содержит растворитель в количестве до 30 мас. %, в качестве которого используют воду.

37. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что наполнитель содержит диспергирующие добавки в количестве до 2 мас. %, выбранные из группы: соли поликарбоновых кислот, полифосфаты, этоксисилаты жирных спиртов или их смеси.

38. Способ по любому из пп. 20-23, отличающийся тем, что наполнитель содержит микросферы в количестве до 25 мас. %, выбранные из группы: стеклянные, алюмосиликатные, углеродные, керамические вакуумные.

39. Способ по п. 20, отличающийся тем, что на поверхность огнестойкого композиционного материала может быть нанесено покрытие, выбранное из группы: полимерная пленка, металлическая пленка, металлополимерная декоративно-защитная пленка, стеклоткань.