| 说明书全文 |
【０００１】
発明の分野
本発明は防火耐久性が要求される建築および建設用途における防火定格アセンブリへのプラスチックの使用に係わる。 特に、本発明は膨張剤で充填された熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂物品に係わる。 特別の用途は例えば防火定格ドアアセンブリにおけるものである。 このようなプラスチックがドアアセンブリに対してドアフレームとして使用され、そしてこのような用途に対する防火定格アセンブリとして用いられるときは、ドアアセンブリの非露出側に火災にたいする遮断層を維持することによりある種の防火試験を満たす必要がある。 これらはまた十分な構造的保全性をも提供すべきであり、そして場合によっては、防火定格試験の一部となりうる、消火ホースからの水の流れに耐えることができなければならない。
【０００２】
発明の背景
法律により防火耐久性定格の要求される建築および建設用途への材料の使用は従って鋼鉄、石膏、コンクリートなどのより伝統的な材料を使用することが要求される。 プラスチックの建築および建設用途での使用を急増するためには、火災およびまたは燃焼性の性能に対する課題を満足する必要がある。 それ故、American Society of Testing and Materials （ASTM E 152 “Fire Tests of Door Assemblies”）のような基準に従った防火定格を要求するドアアセンブリのような用途に使用されるプラスチック物品の防火耐久性能に取り組む必要がある。 “火炎止め”材料が働くためには、この試験の間プラスチックが融解して無くなった後に残留して残っている必要がある。
【０００３】
本発明者の知る限りでは、防火定格ドアアセンブリへのドアフレームのような用途あるいは防火耐久性定格を必要とするその他の如何なる用途に対してもプラスチック即ち、熱硬化性樹脂あるいは熱可塑性樹脂の物品を使用することをかつて誰も提案していない。 ２０分定格のドアアセンブリ（最低性能レベル）は重硬材でできたフレームを使うことができる。 典型的には、定格のドアフレームは鋼鉄で作られそして非常に特定の設計がされている。 鋼鉄製のフレームは強烈な熱の影響下で反り返るためにASTM E 152議定書をパスするのは困難である。 鋼鉄および重硬材のフレームはASTM E 152の要件を満たす目的で特別に設計されており場合によりシーリング領域を補充するために膨張性の火炎止め材料を使用しているが、しかしこれらは試験の露出の間に構造的保全性を達成する一次的な手段とはされていないしまたドアアセンブリを火炎止めする一次手段としても考慮されていない。
【０００４】
取締委員会における現在の傾向では試験試料の燃焼室側にかかる正圧を含めるように試験議定書に変更を要求するようである。 現在の鋼鉄の使用は反り返りによる問題を引き起こしているので、新しい議定書は今や反り返りによって生ずる何らかの開口を取り上げて更に鋼鉄に対して疑念を呈示するようである。 ２０分定格のドアアセンブリへの木の現在の使用は議定書をかろうじて満たしており試験のホース流の部分については通常これには含まれていない。 従って、燃焼室正圧を含める変更は２０分定格ドアアセンブリにおける木製フレームの排除はないとしても再設計を要求することは殆ど間違いないであろう。
【０００５】
これらの疑念の呈示に加えて、鋼鉄および木は議定書の水ホース流試験部分を満たすのに更に困難を伴うであろう。 この要求は反り返りにより生ずる開口を取り上げてこのシステムの弱点に更に疑念を呈示することになる。
当工業界に直面している問題は防火耐久性が要求される用途へのプラスチックの使用を如何に達成するかである。 ASTM E 152試験議定書において、試験燃焼室に露出されるアセンブリの側面は以下の温度に達する。 ５分で１０００°Ｆ、１０分で１３００°Ｆ、３０分で１５５０°Ｆ、等々。 ドアアセンブリは典型的には２０、４５および９０分の時間に対して定格されている。 プラスチック材料は試験に要求される温度付近では耐えることができないので、火に曝される側でプラスチックが融解して無くなったら何かが残留してその場所を取って代わるかあるいは構造的保全性を維持するために非露出火災側でプラスチックを保護する絶縁特性を提供しなければならない。 これらの材料はアセンブリの保護側で火に対して遮断層を維持しそして場合によっては試験のホース流部分に耐えるに十分な構造的保全性を提供しなければならない。
【０００６】
発明の要約
本発明の目的は建築および建設工業に対してプラスチックで形成した物品を利用した住宅または商業用建設アセンブリを提供することである。 ここに使用しうるプラスチックは熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂材料であって、これらに限定されるわけではないが例えば成形即ち射出、圧縮、移送、吹き込み、共−射出等；押出即ち異形、シート、共−押出等；熱成形；引き抜き等周知のプラスチック加工法の任意の手段により成形できる。 しかし、簡略を期すため、本発明を記述する目的から以下に熱可塑性樹脂押出異形材であるドアフレームについて言及することとするが、しかし上述した加工法の何れかにより製造される熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂製のその他の全ての成形された物品を含むものである。 これらの“防火定格”フレーム押出物は法律により要求される防火性能の利益と同様に、プラスチックに伴う利益の全てを提供する。 プラスチック押出異形材の空洞を火炎止め材料で充填する能力は金属または木に対して使用される“アドオン”系よりもそして完全な金属または木の使用よりも利点がある。 押出空洞は、視界から隠し、天候から保護しながら、火炎止め材料を使用する便宜な場所を提供しそしてドアアセンブリの動作機構を妨害することなく機能を提供する。
【０００７】
本発明の別の目的は熱可塑性樹脂押出ドアフレーム中の少なくとも１つの空洞を“火炎止め”材料即ち膨張剤で充填することによりドアアセンブリに要求される性能特性を満たすプラスチックドアアセンブリを提供することである。
本発明の更に別の目的は防火耐久性議定書を満たす押出熱可塑性樹脂ドアフレームを提供することである。
【０００８】
本発明のこれらおよびその他の目的は以下の記載から明らかとなろう。
発明の詳細な記述
本発明は建築および建設用途に使用するための防火定格を満たすプラスチックアセンブリを押出熱可塑性樹脂ドアアセンブリのようなアセンブリのために利用することに係わる。 本発明はASTM E 152またはNFPA 252-1984 （Standard Methods of Fire Tests of Door Assemblies )またはASTM E 119（これらは全て本質的に同じ試験手順を取っている）のような試験に従って試験したときにドアアセンブリに要求される防火耐久性性能を満たす。
【０００９】
押出熱可塑性樹脂の中空またはハニカムドアアセンブリにおける、一個または複数の空洞が膨張剤によって充填される。 一般に、２つのタイプの膨張剤、即ち、硬質および軟質の膨張剤がある。 本発明の実施においては、硬質または軟質のいずれの膨張剤も使用できるが、硬質膨張剤が好ましい。
中空な押出熱可塑性樹脂ドアアセンブリは、特に商業用建築物内のドアアセンブリの一部としては一般に使用されあるいは受け入れられていない。 その問題は、このような中空な押出ドアフレームは実際の火災または火災試験に曝されると熱可塑性樹脂が融解または燃焼するために熱可塑性樹脂押出ドアフレーム内に開口を発達させることによって損傷する点である。 これが起こると、火炎がこれらの開口から噴出されて隣の部屋またはコンパートメントを着火するかあるいはドア自体の燃焼を増大する。 こうした事態が生ずると、火が燃焼する部屋から逃げ出して隣の部屋を着火し、このため建物の居住者の退去を可能にする十分な時間にわたり火を封じ込める目的が挫折される。 また、火を封じ込めれば、火を制圧して消火するとこがより容易となる。
【００１０】
本発明の実施においては、押出熱可塑性樹脂ドアフレームの少なくとも１つの空洞が膨張剤で充填される。 ドアフレームが熱あるいは火に曝されて熱可塑性樹脂が融解すると、膨張剤が膨張して開口を充填する。 これにより火がドアフレームを貫通して隣の部屋を火災に曝すことが停止されそして防止される。 ついには、膨張剤はドアと壁の間の空間を充填する。 殆どの商業用および住宅用建築物では、壁は火災に抵抗性のSheet Rock（登録商標）のような石膏あるいはその他の材料でできている。 壁の中の木製の２″×４″の間柱ですら火災の熱と平衡に達するまでに２０分かかろう。 壁は１時間の火災への露出に耐えることが知られている。 中空の木製のドアですらドアが燃えて貫通される前に２０分より長い火災への露出に耐えよう。 中空な鋼鉄のドアは反り返りそして捻れてしまい、そしてポリウレタンで充填されているときには、ポリウレタンが燃える。 それ故、膨張剤で充填された熱可塑性樹脂押出ドアフレームを使用すると、膨張剤がドアと壁の間の空間を充填し、これにより部屋を火が隣の部屋に貫通して隣の部屋を着火することからシールして遮断する。
【００１１】
本発明の実施には任意の膨張剤が使用できこれには、独立気泡スポンジまたは中実のいずれの押出形態のネオプレンゴム、例えばガラス充填ポリプロピレン等のような熱あるいは火に曝されると膨張する積層された熱可塑性樹脂複合材、塗料あるいはパテの形態の膨張剤、分岐ポリカーボネート、シリコーン等のような膨張性の重合体の如き物質が含まれる。
【００１２】
既述したとおり、本発明はドアフレームのような商業あるいは住居用の建築用途に使用するためのプラスチックアセンブリに係わり、このアセンブリは１個以上の空洞がある。 この空洞の１個あるいはそれ以上が膨張剤で充填される。 防火定格要件を満たすためには本発明の実施では少なくとも１個の空洞が膨張剤で充填されなければならない。 全ての空洞が膨張剤で充填されるある種の試験では、絶縁効果のために充填された空洞の幾つかは試験の高温に遭遇しなかった。
【００１３】
ドアアセンブリを押出あるいは成形するのに使用しうる熱可塑性樹脂は、アクリロニトリル−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、ＡＳＡとポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）とのブレンド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）、耐衝撃性ポリスチレンを含めたポリスチレン、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）あるいはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のようなポリエステル、ポリフェニレンエーテルおよび変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリカーボネートとＡＢＳまたはポリエステルまたはポリカーボネートと相容性のその他の熱可塑性樹脂とのブレンド、ポリフェニレンエーテル熱可塑性樹脂とポリアミドまたはポリエステルまたはＰＰＥと相容性のその他の熱可塑性樹脂とのブレンド、並びに本発明の成形物品に成形しうるこのようなその他の熱可塑性樹脂の如き熱可塑性樹脂である。
【００１４】
本発明の実施に使用しうる熱硬化性樹脂プラスチックはフェノールホルムアルデヒド、エポキシ、メラミンホルムアルデヒド、不飽和ポリエステル、架橋アクリル、ウレタン、等々の如き熱硬化性樹脂プラスチックである。
ドアフレームの構造は任意慣用の成形されたドアフレームでよく、既述したように、熱可塑性樹脂ドアフレームに関して以下記載する。 熱可塑性樹脂ドアフレームは１個あるいはそれ以上の空洞を持つべきであり、あるいはハニカム形状を持つことができる。 ドアフレームに剛性および強度を加えるので、第１図および第２図示したような、ハニカム形状が好ましい。 ハニカム形状では、多数の空洞が存在し、本発明の実施では、その空洞の少なくとも１個が膨張剤で充填される。 しかしながら、熱可塑性樹脂ドアフレームに多数の空洞がある場合には、１個より多くのあるいは全ての空洞を膨張剤で充填してもよい。
【００１５】
本発明は建築および建設用途用の熱可塑性樹脂ドアフレームに関して主に記述されているが、それにも拘わらず、隣の部屋あるいはコンパートメント内への火災の貫通を阻止しあるいは遅らせるために火に曝されたときに特定の部屋あるいはコンパートメントのシーリングが所望される如何なるプラスチック部品にも適用できる。 ここに再び述べれば、本発明の目的は人を構造物から避難させあるいは火を消すために時間を稼ぐことである。 このような他の用途としては、従って、構造物からの避難を可能にしあるいは火を消すために火を封じ込めることが望まれる、ハウストレーラー、レクリエーション用車両あるいは壁、床または天井を建造するのにプラスチックが使用されているその他の構造物における如きのドア、壁、天井、床、または鉄道車両の側部、床および天井等が含まれる。
【００１６】
試験の詳細な記述
アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）から押し出された押出ドアフレーム異形材に対して以下の試験を行った。 この試験はASTM E 119を修正した手順に従って行った。 このASTM E 119はASTM E 152議定書と同じ試験手順であり、このASTM E 152もNFPA 252-1984 （Standard Methods of Fire Tests of Door Assemblies )と同じ試験手順である。 修正は試験チャンバの大きさに行った。 標準の試験手順では、試験チャンバは約１０′×１０′×１０′のシミュレートした部屋で、一端が開放されており、この開口に試験アセンブリ（ドアアセンブリ）を置いた。 このシミュレートされた室には試験チャンバ即ち室の反対端に火炉を有する。 修正されたASTM E 119試験手順はASTM E 119に使用されるのと同じ試験手順および試験条件を使用しているが、但しシミュレートされた試験室はこれより小さいスケールであって、即ち３′×３′×３′の試験チャンバであり、シミュレートされたドアアセンブリもより小さいスケールとなっている。
【００１７】
この試験手順に使用したシミュレートしたドアアセンブリは４本の３ ５／８″の木製間柱から作られた４２″×３６″の木製フレームから成っている。別の４本の３ ５／８″の木製間柱を組み立てて別の３８″×１６″のフレームを形成した。 ３８″×１６″の木製フレームを４２″×３６″の木製フレームの中央に置き、これらを使用してチャンバの開放端を覆った。 これら２つの木製フレームの間の周辺を囲む空洞を５／８″厚のタイプＸ石膏ボードで被覆した。５／８″厚のタイプＸ石膏ボードのストリップを裁断して石膏ボードのネジを使って木製フレームに取り付けた。 内側の木製フレームの垂直の木製間柱に一対のプラスチックドアフレームを取り付けた。 一つのセルを膨張剤で充填した。 １枚の５／８″厚のタイプＸ石膏ボード１５″×３８″（高さ）を２つのプラスチックドアフレームの間の内側木製フレームの開口に位置づけた。アセンブリ全体は４２″×３６″×３ ５／８″の寸法であった。 押出ドアフレームの空洞の一つに膨張性充填剤として使用した膨張剤はNew YorkのBronxのZero International, Inc. のディビジョンであるIntumet, Inc. によって製造されているFS3002 Fire Stop Intumescentであった。 防火試験はASTM E 119の時間−温度曲線に従って行った。 この時間−温度曲線はASTM E 152およびNFPA 252-1984 における時間−温度曲線と同じである。 この時間−温度曲線は上記の試験手順に詳細に定義されているが、この曲線の簡単な時間−温度一覧表は以下の通りである。
【００１８】
１０００°Ｆ（５３８℃） −−− ５分１３００°Ｆ（７０４℃） −−− １０分１５５０°Ｆ（８４３℃） −−− ３０分１６３８°Ｆ（８９２℃） −−− ４５分１７００°Ｆ（９２７℃） −−− １時間１７９２°Ｆ（９７８℃） −−− １．５時間１９２５°Ｆ（１０５２℃）−−− ３時間この試験に使用した燃焼室は３′×３′×３′の寸法である。 その外側構造は鋼鉄であり、燃焼室はセラミック耐火絶縁物で内張りされている。 この絶縁物の内側の燃焼室の寸法は公称２７″×２７″×２７″である。単一のバーナーを試料と反対側の壁の中央に垂直に置いた。このバーナーの定格は１．５百万Btu/hrであり、平面炎または非衝突炎の設計である。燃焼室条件は３つのインコネル−シース形のクロメル−アルメル熱電対により監視した。これらの熱電対を試料の面から６″のところに位置づけた。
【００１９】
試料はチャンバ燃焼室の前面開口に垂直に配向させた。
ASTM E 119によればシミュレートされた試験用ドアアセンブリは防火定格議定書に対する３０分の試験を合格しなければならない。 ３つのシミュレートされたドアアセンブリを試験した。 試験１は熱可塑性樹脂ドアフレームに膨張剤で充填された空洞が含まれていないドアアセンブリについて行われた。 試験２は押出熱可塑性樹脂ドアフレームの空洞の１つが上述した膨張剤で充填されている同様のシミュレートされたドアアセンブリについて行われた。 試験３は空洞の全てを試験２に使用したのと同じ膨張剤で充填したことを除いて上記と同様のシミュレートされたドアアセンブリについて行った。
【００２０】
試験結果は以下の通りであった。
試験１：試験開始後５分で、アセンブリの非露出火災側の頂部から煙が発生した。 ５分２０秒すると、プラスチックドアフレームの非露出火災側に炎が生じプラスチックドアは融解しそして燃焼しだした。
試験２：試験開始から７分後に、プラスチックドアフレームの非露出火災側の右側から炎が見えたが、しかしその後炎は急に止んだ。 ３０分すると、残っているプラスチックドアフレームの右側の非露出火災側から炎があった。 ３１分すると、融解したシーラーが残っているプラスチックドアフレームから流出し始めた。
【００２１】
試験３：試験開始から４５分すると、ドアアセンブリから煙が発生したが、しかしプラスチックドアフレームを含めたドアアセンブリの非露出火災側に炎は見られなかった。 この時間は殆どの建築コードの時間要件の２倍を越えているので、試験はこれで止めた。
上記の試験から理解できるように、多数の空洞を有するドアフレームにおいて１個のみの空洞を膨張剤で充填した熱可塑性樹脂ドアフレームでは、ドアフレームはドアアセンブリの防火試験に対する試験要件を満たしているかあるいはこれを越えている。 熱可塑性樹脂ドアフレームの空洞の全てを膨張剤で充填すると、ドアアセンブリのドアフレームはASTM E 119の最低試験要件を遥かに越えていた。
【００２２】
以上の次第により、既に記載したところから明らかにされた種々目的の中でもとりわけ上記に開示した本発明の目的が効率よく達成されていることが理解されるであろうし、また上記発明を実施するにあたりある種の変更をなしうるから、本発明は例示した厳密な形態に限定されないことを理解すべきである。 従って、特許請求の範囲に定義した発明の範囲および精神から逸脱することなく、本発明に変更および修正をなすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】充填されていない空洞４および膨張剤を充填された空洞６を有するハニカム形状をした押出ドアフレーム２の一部を示す断面図である。
【図２】充填されていない空洞１０および膨張剤を充填された空洞１２を有する図１に示された構造とは異なるハニカム形状をした別の押出ドアフレーム異形材８の一部を示す断面図である。
【図３】膨張剤で充填された空洞３２および充填されていない空洞３４を有する押出波形コア３０に表面層３６が積層されている積層複合材の断面図である。
【図４】燃焼室１４、発火されたガス（輻射熱）１６、石膏Sheet Rock（登録商標）でできたシミュレートされたドア１８、押出ドアフレーム２０、ドアフレーム２０中の空洞２２、膨張剤で充填された空洞２４、シミュレートされた壁アセンブリ２６、壁の外側及び内側を覆う石膏Sheet Rock（登録商標）２８を含んだ、試験用燃焼室およびシミュレートされたドアアセンブリの平面断面図である。
【符号の説明】
２，８：ドアフレーム４，１０：充填されていない空洞６，１２：膨張剤で充填された空洞３０：波形コア３２：膨張剤で充填された空洞３４：充填されていない空洞３６：表面層１４：燃焼室１６：発火されたガス（輻射熱）
１８：シミュレートされたドア２０：押出ドアフレーム２２：空洞２４：膨張剤で充填された空洞２６：シミュレートされた壁アセンブリ |
