CN102007256B - 具有粘合剂表面的多层膨胀型防火屏障 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种粘合片或连续卷的带材形式的膨胀型防火屏障。所述屏障包括膨胀型材料、加固基体、压敏粘合剂和剥离衬垫的层合层。所述膨胀型材料以粘结方式施加到结构钢基材上，并且在火灾期间膨胀到其原始厚度的至少10倍，以为所述基材提供防火保护。多层所述防火屏障可以安装在彼此顶部。该涂敷方法与喷涂防火涂层方法相比大幅减少了安装时间。

Description

具有粘合剂表面的多层膨胀型防火屏障
技术领域
本发明涉及膨胀型防火屏障。更具体地讲，本发明涉及包括膨胀型材料和粘合剂材料单独层的多层粘合带、粘合片或粘合包裹物，其可用于建筑或其他结构的火灾防护。
背景技术
保护结构钢，例如柱、梁、桁和其他钢组件不受到火灾的破坏作用，这种必要性是现代建筑设计中一个重要的方面。钢虽然不会燃烧，但是在高温下会失去强度。因此，为了延长钢达到约538℃的温度所需的时间(通常需要至少两小时，这取决于当地的防火规定)，已经开发出了各种防火系统使钢不受到火灾的影响。
膨胀型涂层为在热的作用下发生反应并会膨胀到其原始厚度的10-100倍的涂层，并且该涂层可产生一种隔热的烧焦物，该烧焦物保护施加了该涂层的基材不受到火灾的影响。与其他类型的隔热材料达到类似防火等级所需的厚度相比，膨胀型涂层所涂覆的厚度相对较薄，由于这一事实，其逐渐成为结构防火的首选。膨胀型涂层另一个突出的特征是其平滑而美观的整理。因此薄膜状的膨胀型涂层使得建筑师和设计师对结构钢进行创造性设计的可能性最大化。
典型的膨胀型涂层通常至少包含四种组分：无机酸催化剂源，通常为聚磷酸铵；碳源，通常为季戊四醇或二季戊四醇；发泡剂，通常为三聚氰胺；以及粘结剂，通常为热塑性树脂。当膨胀型涂层受热时，会发生一系列的反应。聚磷酸铵分解产生多磷酸，多磷酸又催化季戊四醇脱水，从而生成烧焦物。发泡剂也开始分解，释放出引起碳烧焦物发泡的不可燃的气体，从而产生了一种高效将基材与热隔绝的酥皮(meringue)状结构。粘结剂的基本功能是将膨胀型涂层组分粘结在一起，如此将膨胀型涂层组分施加到基材上并且使得它们之间彼此紧密接触，直到在火灾情况下需要其发挥作用。此外，粘结剂有助于形成均一的多孔泡沫状结构，由于熔化的粘结剂有助于截留发泡剂分解所释放的气体，因此确保了烧焦物可控的膨胀。
膨胀型涂层通常分成三类：水性、溶剂型和环氧基。其中，水性和溶剂型膨胀型涂层是使用最为广泛的产品(占据了北美市场80％的份额)。这些涂层使用了热塑性粘结剂，例如聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯、聚酯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂或丙烯酸树脂。粘结剂的热塑性特性使得涂层显著地膨胀(与发泡剂一起)，并形成其原始涂层厚度10-100倍的烧焦物。因此，对于水性或溶剂型涂层仅需要相对较薄的薄膜。然而，这些类型的涂层一个明显的缺点在于与施工相关的时间。根据防火所需的涂层厚度，一个工程可持续2天至超过一个星期，因为单次涂敷若不松垂或剥落，仅可喷涂有限的厚度(通常为每天40-50密耳或1.0-1.2mm)。必须使涂层干燥后才可施加第二层，这样延长了总共的施工时间。环境条件，例如湿度，可影响涂层的干燥时间。另外，一位受过训练的敷料工在施加涂层时必须确保施加的厚度是均一的。对于溶剂型系统而言，敷料工必须注意特别的安全考虑，例如吸入有毒物质和易燃性。最后，在涂层上喷雾是脏乱的工作，在施工后需要大面积地清理工地。为了解决本领域的一些或所有的这些问题，需要改进的防火屏障。
环氧基涂层(例如PPG的Pitt-
Figure BPA00001190151700021
和Akzo Nobel的
Figure BPA00001190151700022
系统)具有很强的耐久性，并且最为广泛地应用于室外应用，例如海上平台或工业厂房。由于环氧树脂的热固性特性，环氧基涂层受热膨胀不佳(仅数倍于其原始厚度)，因此为获得所需的防火等级，需要施加更大的量。环氧系统的成本通常远高于水性和溶剂型系统，这意味着室内应用的总体工程造价过高。另外，由于需要很厚的涂层厚度，所以影响了整理美观度。
涂层通常是强化的，例如在施加期间使用玻璃纤维短片混合涂层。混合在整个涂层中的纤维的无规方向起到了强化作用，这降低了松垂的可能性，并且使得待施加的总体涂层厚度更厚，从而提高了防火等级，超过了未强化时可获得的防火等级。然而，应用玻璃纤维强化是脏乱的工作，而且也不会减少在涂层上喷雾所带来的其他缺点。
浸渍了一种称为石墨(另一种膨胀型材料)的碳形式的玻璃纤维隔热棒在某些防火应用中用作包裹物。这些包裹物通常不包括沿着表面固定到基材上的连续粘合剂层。为将包裹物的一部分粘合到其自身上，包裹物有时可使用粘合带；然而，随后包裹物仅由于摩擦力而保持与基材接触。包裹物与受到防火保护的材料之间缺乏紧密接触意味着在烧焦后膨胀型材料与基材过早分离的可能性增加，这影响了防火效果。
当膨胀型材料施加到拐角周围或圆形的外表面(例如中空管或结构工字梁周围)时，在火灾期间材料的膨胀可产生裂缝。在火灾状况下，这些裂缝可一路蔓延到基材，从而导致材料过早地暴露。因此需要降低裂缝蔓延到基材材料上的可能性。
美国专利5,851,663(Parsons等人)公开了一种压敏粘合剂组合物，其包括掺杂于其间的膨胀型材料。加入膨胀型材料是为了提高带材自身的耐火性，而不是为了用作其粘附的基材的防火屏障。该专利未公开包括膨胀型材料和粘合剂单独层的多层防火屏障。另外，所报道的该组合物的最大膨胀度为7.5倍，这通常认为不足以用于屏障应用。
美国专利6,866,928(Kobe等人)和美国专利公布2003/0175497(Fischer等人)都描述了包括可拉伸剥离层的阻燃带材。这些带材不包括膨胀型材料层，并且在火灾期间膨胀很小或没有膨胀。因此这些带材不适合用作膨胀型防火屏障。
韩国专利公布2002034134(Cho，J.Y.)公开了一种包括薄钢板的热膨胀阻燃带材，薄钢板上有多个穿过其中的狭缝，狭缝上施加了由混合了阻燃材料的烯烃聚合物组成的合成橡胶组合物。因此阻燃材料没有以单独层的形式提供。钢板还降低了带材的柔韧性，增加了带材的重量，使得难于用作防火屏障。
美国专利5,681,640(Kiser)公开了一种包括金属耐火材料和膨胀型材料折叠层的防火屏障。这些层被设计成在火灾期间展开以使得膨胀型材料膨胀。防火屏障可使用一条粘合带粘附到基材上。该专利未公开多孔的连续的加固基体。由于其折叠性质，该屏障不适合在多层中顺序涂敷。
美国专利4,058,643(Marshall等人)描述了一种包括粘合到塑性外皮上的玻璃纤维隔热材料的防火屏障。粘合剂包括在火灾期间膨胀的膨胀型材料，以防止外皮熔化并芯吸入玻璃纤维隔热材料中。仍没有单独的膨胀层和粘合剂层，并且没有粘附到基材上。
因此，仍然需要包括用于将屏障粘附到基材上的粘合剂层的改进膨胀型防火屏障。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了多层防火屏障，包括：包含膨胀型材料的第一层；包含连续加固基体的第二层；包含压敏粘合剂的第三层；以及，包含可移除地粘附到第三层上的剥离衬垫的第四层。
根据本发明的另一个方面，提供了保护建筑组件不受到火灾的损坏的方法，包括：提供如此前所述的多层防火屏障；从防火屏障上移除第四层以暴露出第三层；以及，将第三层的压敏粘合剂施加到建筑组件的表面上，以将防火屏障粘附到建筑组件上。
根据本发明的另一个方面，提供了多层防火屏障的制备方法，包括：提供连续带形式的其上涂覆有压敏粘合剂的剥离衬垫；提供连续长度的加固基体；沿着加固基体喷涂膨胀型材料；以及，将压敏粘合剂粘附到加固基体上。
膨胀型材料可与加固基体紧密地混合在一起。在一个实施例中，加固基体可形成一个表面，膨胀型材料施加于该表面上。在另一个实施例中，加固基体可以是多孔的，并且膨胀型材料可以与加固基体混合在一起。膨胀型材料可渗入加固基体，并且加固基体可局部或全部地位于膨胀型材料中。加固基体可以是织造或非织造的，并且可包括由例如聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚氯乙烯或聚芳酰胺材料制备的纤维热塑性材料，例如筛网、幅材、稀松布或纱。
在本发明防火屏障的单层中可施加比常规防火涂层的厚度更厚的膨胀材料厚度。在单层中可使用厚度为0.25至3mm的膨胀型材料，优选使用0.5至1mm的厚度。这有利地减少了涂敷时间，并且使得施加在拐角周围的膨胀型材料的数量比常规喷涂中的更多。另外，无需等待前一层固化即可安装多层防火屏障。这对于需要膨胀型材料的总厚度大于防火屏障单层厚度的工程来说，大幅降低了安装时间和成本。可以以这种方式提供任何所需的膨胀型涂层厚度。
令人惊讶地发现，防火屏障和基材之间通过粘合提供的紧密接触，使得在膨胀开始后膨胀材料牢固地保持在基材表面上，即使温度已经超过了粘合剂的失效温度。因此对于耐受当结构钢失效时遇到的高温的粘合剂没有特殊的要求，合适的粘合剂的一个例子为丙烯酸压敏粘合剂。这与包裹物和其他类似材料是相反的，包裹物和其他类似材料与基材不呈现出紧密接触，并且一旦膨胀型涂层开始膨胀就会变得松散起来，从而降低了防火作用。
上述发明提供了许多有用的优点。提供了比其他膨胀型防火屏障更加美观的涂层。可以施加均一的厚度，并且多层可相继安装而不需要等待前一层固化。这大幅减少了安装时间。与溶剂型膨胀涂层相比，本发明不需要受过专门训练的人员来进行安装，并且安全问题减少了。与在涂层上进行喷雾相比，湿度的影响可忽略不计。与在涂层上进行喷雾相比，在安装期间，产生的脏乱物要少得多。防火屏障和受保护基材的表面之间的紧密接触降低了在火灾期间过早分离的可能性，而包裹物或隔热棒会出现这个问题。本发明特别适合用于拐角周围和圆形表面上。
附图说明
以上已概述了本发明，现将结合附图来说明本发明优选的实施例，其中：
图1a是根据本发明的具有织造纤维加固基体的防火屏障的分解图；
图1b是根据本发明的具有非织造纤维加固基体的防火屏障的分解图；
图2a是施加在具有圆形截面的管上的屏障的俯视剖视图；
图2b显示了图2a的屏障在火灾期间出现膨胀型材料的膨胀；
图3a为侧面剖视图，其显示了本发明的多个防火屏障依次施加在具有矩形截面的管的平表面上。
图3b显示了具有在膨胀型材料膨胀期间所形成的裂缝的图3a的防火屏障，这些裂缝在不同的屏障上位于不同的位置；
图4a显示了图2b的屏障，该屏障的加固基体在火灾期间失效，使得膨胀型材料在多个方向上膨胀；
图4b显示了图2b的屏障，该屏障在火灾期间没有失效，从而限制膨胀型材料膨胀穿过每层连续的防火屏障的加固基体；
图5显示了一段具有矩形截面的中空管的拐角，该拐角其上涂覆有多层防火屏障，并且失效的加强纤网的碎片限制了裂缝的蔓延；以及
图6显示了用于本发明防火屏障的合适粘合剂的热重分析，该分析在10℃/min的加热速率下进行。
具体实施方式
参见图1a和1b，根据本发明的防火屏障包括第一层1、第二层2、第三层3和第四层4，其中第一层1包括第一膨胀型材料，第二层2包括连续的多孔加固基体，第三层3包括压敏粘合剂，第四层4包括可移除地粘合到压敏粘合剂上的剥离衬垫。图1a的防火屏障包括织造纤维加固基体，而图1b的防火屏障包括非织造纤维加固基体。图1b的非织造基体可以由无规取向的纤维组成。这有利于制备目的，并且可防止裂缝的蔓延。
在第一层1中的膨胀型材料包含至少四种组分：无机酸催化剂；碳源；发泡剂；以及粘结剂。上述中的优选例子包括聚磷酸铵用作催化剂，季戊四醇或二季戊四醇用作碳源，三聚氰胺用作发泡剂，热塑性树脂或乳胶树脂用作粘结剂。膨胀型材料在约200℃的温度下开始膨胀，并且膨胀到其原始厚度的至少10倍，优选至少15倍，更优选其初始厚度的至少20倍。膨胀型材料的原始厚度为0.25至3mm，优选0.5至1mm。该屏障的外表面具有美观的整理，因此可用于多种装饰性整理，并且如果需要，可在某些实施例中涂漆。
加固基体优选是多孔的，从而在组装后，使得第一层1的膨胀型材料渗透到第二层2并与第二层2混合在一起。该加固基体可以是织造的或非织造的，优选厚度为25至250μm的纤维热塑性幅材、筛网、稀松布或纱。加固基体优选由聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚氯乙烯或聚芳酰胺材料制备。
尽管加固基体的失效温度高于膨胀型材料的膨胀温度，在优选的实施例中，将加固基体设计成在低于屏障最高防火等级温度(对于钢通常为约500-550℃)下失效。出于说明目的，将失效定义为结构完整性丧失到足以使得加固基体中出现物理分离。例如，加固基体可在200℃和500℃之间的温度下失效，优选在250℃和400℃之间的温度下失效。在火灾的起始阶段，这有利地为屏障提供了结构支持，而在火灾期间使得加固基体在稍后时间点失效，使得膨胀型材料得以进一步膨胀，从而改善了防火作用，特别是在多层涂覆中。应该注意的是，由于加固基体位于防火屏障的内部，膨胀型材料的膨胀通常将其与火苗隔开一段时间，因此即使加固基体的失效温度与膨胀型材料的膨胀温度相近，失效也会发生在膨胀之后。
优选的粘合剂的失效温度高于膨胀型材料的膨胀温度，但是失效温度低于屏障的最终防火等级。粘合剂的失效温度可低于约400℃。出于说明目的，失效温度等于由热重分析(TGA)曲线所确定的粘合剂的起始温度。术语“起始温度”为本领域技术人员已知和理解的。
优选的粘合剂的失效温度为200至380℃，205至350℃或210至330℃。图6中提供了在10℃/min的加热速率下进行的合适粘合剂的热重分析。如图所示，起始温度为约320℃，在该温度下保留了粘合剂的约90％的原重。应该注意的是，根据本发明的粘合剂不需要在高达钢的失效温度(约500℃)下保持其粘合强度。这使得可选择较为便宜和更为常用的粘合剂，但是不应妨碍防火屏障与基材表面之间的紧密接触。
粘合剂可以是压敏粘合剂，例如UV可固化的丙烯酸粘合剂。特别合适的压敏粘合剂的一个例子是3M 200MPTM。粘合剂层3的厚度可以是25至75μm。第二层2和第三层3的长度和宽度基本相同，从而粘合剂可将屏障整个表面粘附在基材上。这就提供了屏障和基材之间良好的粘附性，并且降低了过早分离的可能性。
剥离层4包括本领域技术人员已知的并且与选定的粘合剂相容的合适材料。剥离层4通常包括厚度合适的涂覆的纸材料以为粘合剂层3提供保护，但是在安装防火屏障时仍然易于剥离下来。
根据本发明的防火屏障可使用适用于生产带材的技术来生产。这些技术可以首先提供连续带形式的加固基体，同时在一侧上喷涂膨胀型材料，在相对的侧面上喷涂粘合剂。另一种方法是提供其上涂覆有粘合剂的剥离衬垫，并将无规纤维吹到粘合剂上以形成加固基体。然后可以将膨胀型材料施加在加固基体上。可任选地(例如)使用热或紫外光来固化粘合剂和/或膨胀型材料。剥离层可与粘合剂层一起设置，或者在粘合剂和加固基体彼此粘附之后设置。将成品带材旋拧成卷。这些能生产连续卷形式的带材的技术和机器为本领域技术人员所知，并且在例如如下文献中有所描述：Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology 3rd edition，1999，edited by Donatas Satas(《压敏粘合剂技术手册(第三版)》，1999年，Donatas Satas编著)，该文献以引用方式并入本文。
参见图2a，本发明的防火屏障特别适合施加于圆形的表面，例如如图所示的具有圆形横截面的中空结构截面(hollow structural section，HSS)管，还特别适合用于具有正方形或矩形横截面的管，以及角铁、或工字梁。该屏障如此施用：将剥离层4剥离以暴露出粘合剂层3，再紧靠管6均匀地按压屏障。从而粘合剂层3使得屏障的基本整个表面都与管6紧密接触。屏障的末端可以相接或轻微重叠，并且易于将屏障切割到任何所需的长度以便于施用。参见图2b，加热后，膨胀层1膨胀到其原始厚度的至少10倍，从而在有限时间段内使管6不受到火灾的影响。令人惊讶地是，在火灾晚期阶段自支承烧焦物的产生需要很少或不需要粘附到基材上，以保持其间的紧密接触。紧密接触导致烧焦物在火灾期间不太可能过早地与基材分离，这种过早的分离会降低防火屏障提供的防火作用。
参见图3a，以上结合图2a和2b描述的方法可重复使用，以将多个防火屏障依次施加到钢基材7上。当膨胀型材料达到期望防火等级所需的厚度超过单次施加的防火屏障的厚度时，该方法使得可施加更多数量的膨胀型材料。以此方式涂敷的连续防火屏障所用的膨胀型材料可相同或不同，以为不同的层提供不同的膨胀温度。参见图3b，由于本发明的多个防火屏障可依次涂敷，所以即使在一个屏障中形成了裂缝8，也不可能在相邻的屏障中的同一个地方形成裂缝。这意味着基本不可能由于裂缝8从外部一路蔓延穿过多个防火屏障而使得基材7暴露。另外，裂缝8的蔓延易于被加固基体2阻止，因此特定裂缝的渗透深度不会超过单个膨胀层1的厚度。
所示基材7为具有正方形或长方形截面的HSS管的平表面。尽管裂缝通常是在圆形表面或拐角处的屏障的膨胀时形成的，具有正方形截面的HSS管受热不均会引起靠近热源的防火屏障首先膨胀，从而拉动了其他背向热源的屏障。这又可导致在远离热源的平表面上形成裂缝，如图3b所示。本发明屏障可有效阻止裂缝在平表面、圆形表面或拐角处的蔓延。
参见图4a和4b，依次施加的多层防火屏障至少有两种可能的方式可适应膨胀，特别是在不平坦表面上。参见图4a，在一个实施例中，具有圆形横截面的基材40受到第一外层屏障50和第二内层屏障60的保护。第一屏障50的加固基体52被设计成在第二内层屏障60的膨胀层61膨胀后失效。这使得膨胀层61可完全膨胀，而不会受到加固基体52对其膨胀的限制。加固基体52(例如)通过熔化、燃烧或分离可失效。然后加固基体52的碎片会出现在膨胀后的膨胀型材料中。这些碎片可为膨胀型材料提供一些加固，并且限制裂缝蔓延穿过材料而暴露裸金属。加固基体52通常被设计成在高于屏障膨胀温度的温度下失效，但是要低于基材40的最终防火等级。在此实施例中，加固基体52在250至400℃的温度下失效。参见图4b，在另一个实施例中，具有圆形横截面的基材140受到第一外层屏障150和第二内层屏障160的保护。第一外层屏障150的加固基体152被设计成在第二内层屏障160的膨胀层161的膨胀后不失效。在此实施例中，加固基体152是耐热材料，例如钢网或陶瓷纤维材料。膨胀层161被迫膨胀并穿过多孔的加固基体152，并与第一外层屏障150的膨胀层151结合。两种方法之中任意一种在某些应用中都可取得良好的效果。
参见图5，一段具有矩形截面的中空管的拐角形成了其上涂覆有多层防火屏障的基材9。每个防火屏障都包括加固基体2。由于火灾而引起膨胀后，每个屏障的膨胀材料1与相邻屏障的膨胀材料相互掺杂，并且至少外层屏障的加固基体以不规则的形式失效形成碎片10。由于膨胀型材料的膨胀而在拐角处形成裂缝8，裂缝8贯穿膨胀型材料1的蔓延由于碎片10的存在而被阻止。由于裂缝8不会一路蔓延贯穿膨胀型材料1，所以裸金属在火灾期间不会暴露，如此便增加了总共的防火时间。
在同一防火屏障中同时使用膨胀型涂层和加固基体提供了惊人的协同增强效应，这种协同增强效应与延缓裂缝的蔓延相关。与喷涂相同膨胀型干膜厚度的涂层相比，使用本发明的防火屏障可获得相同或更好的防火等级，特别是当施加到圆形表面或拐角表面时。粘合剂作用显著，其缩短了总共的涂敷时间和表面处理时间，同时还降低了对环境条件和敷料工技能水平的依赖。这些惊人的优点均是本发明的多层结构所赋予的。
实例1
膨胀型材料是使用市售的组分制备的。膨胀型材料包括表1所列出的组分。
表1：膨胀型材料的组成
  材料   供应商   重量％
  水   15-25
  聚磷酸铵   Clariant(Frankfurt，Germany)   15-30
  三聚氰胺   DSM(Sittard，The Netherlands)   5-15
  季戊四醇   Perstorp(Toledo，USA)   5-15
  胶乳粘合剂   Air Products(Utrecht，The Netherlands)   15-25
  其他添加剂   10-20
提供了重量为7g/m2、厚度为0.06mm的非织造聚酯纱层(OptimatTM，Technical Fibre Products，Newburg，NY)，并且膨胀型材料均匀地施加于其上。然后在20℃的温度下干燥膨胀型材料24小时，再在70℃下干燥8小时。然后将此干燥的复合物与厚度为0.05mm的3M 200MPTM粘合剂膜(3M，St.Paul，MN)层合。剥离衬垫包括其上的粘合剂层(如购自供应商)，并且包括在成品中。防火屏障的最终厚度的范围为0.5至1mm，宽度为30cm(12″)。
尺寸为12″×12″×1/4″(30×30×0.625cm)的钢板经喷砂和涂底漆。施加连续三层防火屏障，连续层之间具有某些程度的重叠。防火屏障总的平均厚度为2.75mm。然而，由于屏障同时包括加强纤网和粘合剂层，因此屏障中的膨胀材料的相当的干膜厚度(DFT)计算值为2.42mm。施加时间为数分钟。
使用标准技术制备相同尺寸的对照板。该板经喷砂和涂底漆，然后使其干燥。将结合表1所述的膨胀型材料的三个涂层施加到该板上。每个涂层在施加下一涂层之前先干燥一天。总的施加时间为3天。总的干膜厚度(DFT)为2.92mm。
将每个板暴露于标准的ASTM E119模拟火灾下。在可编程炉中模拟火灾，该可编程炉可驱使30分钟后温度升高至843℃，1小时后温度升高至927℃，2小时后温度升高至1010℃。当钢的平均温度达到538℃时，即被认为是结构钢的失效温度时，终止测试。在表2中提供了测试结果。
表2：钢板的ASTM E119防火测试结果
Figure BPA00001190151700111
从表2中可以看出，受到本发明防火屏障保护的板在125分钟后达到538℃的温度，而对照板在129分钟后达到相同的温度，两者所用时间相当。本发明的DFT比对照板的DFT小0.5mm(小约17％)，考虑到这种情况，这些结果的可比性是特别惊人的。膨胀材料的膨胀比率基于测试前后的DFT计算，两种材料的膨胀比率相当。目测观察到平板上很少或没有裂缝形成或分层，所以对于膨胀型涂层而言，测试结果没有受到裸钢暴露的负面影响。
将板倒转位置悬挂，如此重复测试，并且据观察，本发明在测试后表现出良好的粘合力。还令人惊讶地是，粘合剂层在暴露于高温(538℃)测试条件下之后可提供很小的粘附或不能提供粘附。因此由本发明的屏障形成的烧焦物在膨胀材料膨胀后，既自支承也自粘附于基材。
实例2
根据本发明的防火屏障是根据实例1制备的。一段中空截面钢(HSS)柱具有公称尺寸为3″×5″×3/8″(7.6×12.7×0.95cm)、长度为4英尺(120cm)的矩形截面，清洗该中空截面钢柱，但是不对其喷砂或涂底漆。省掉这些表面处理步骤大大缩短了总共的施加时间。屏障的第3层和第4层之间以连续的胶带卷缠绕在柱周围。在数个位置测量厚度，并算出平均值为2.54mm。屏障中膨胀材料的DFT计算值为2.21mm。该过程耗时约1小时。
相同尺寸的对照HSS柱通过喷砂和涂底漆制备。使底漆干燥后，使用常规的喷涂技术施加具有如以上结合实例1描述的组成的膨胀型涂层。将三个连续的涂层涂敷成平均厚度为2.6mm。每个涂层在施加下一涂层之前先干燥。整个过程耗时约3天完成。
将钢柱暴露于如实例1所述的ASTM E119模拟火灾下。测试结果在表3中提供。
表3：小DFT的HSS柱的ASTM E119防火测试结果
Figure BPA00001190151700121
从表3中可以看出，具有根据本发明的防火屏障的HSS柱在58分钟后达到538℃的温度，而对照板在62分钟后达到相同的温度，两者所用时间相当。本发明的DFT比对照板的DFT小0.4mm(小约20％)，考虑到这种情况，这些结果的可比性是特别惊人的。两者的膨胀比率相当。在测试后目测观察两者，发现了明显的裂缝形成，特别是在HSS管的拐角处。尽管在对照中，裂缝一路蔓延并贯穿了喷涂的涂层而暴露出了裸钢，但是本发明中产生的裂缝没有一路蔓延而贯穿屏障。由于DFT较薄并且测试持续时间相对较短，裸钢的暴露似乎对对照物的防火等级没有明显的负面影响。
据推测，本发明中产生的相对较浅的裂缝是由于使用了连续的加强纤网层的结果，为得到限制连续裂缝形成的自加固结构，连续的加强纤网层在火灾期间会不规则失效。这与喷涂的涂层相比，在相同(或稍微降低)的DFT下得到了更高的防火等级。由于结构应用通常需要更厚的DFT以获得2小时的耐火等级，观察到的裂缝形成的减少和所得性能的改善为本发明提供了意料之外并且惊人的性能优点。当连同大幅缩短施加时间考虑时，此优选的性能更加出乎意料，并且提供明显的商业优点。
上述实施例是对本发明的示例性说明，并且意在以非限制性的意义来理解。本领域技术人员应当认识到，在不脱离本文所述的本发明的精神的前提下，可提供本发明的其他特征、变型和子组合，发明人意图将这些其他特征、变型和子组合包含在以下权利要求内。

Claims (24)

1.一种多层防火屏障，包括：
a)包含膨胀型材料的第一层；
b)包含连续加固基体的第二层；
c)包含压敏粘合剂的第三层；以及
d)包含可移除地粘附到所述第三层上的剥离衬垫的第四层。
2.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述加固基体为多孔的，并且所述第二层与所述第一层混合在一起。
3.根据权利要求2所述的防火屏障，其中所述第二层完全在所述第一层内。
4.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述第三层具有与所述第二层相同的长度和宽度。
5.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料包含碳源、成炭催化剂、发泡剂和热塑性粘结剂。
6.根据权利要求5所述的防火屏障，其中所述成炭催化剂包括聚磷酸铵、所述碳源包括季戊四醇或二季戊四醇，所述发泡剂包括三聚氰胺，所述粘结剂包括热塑性树脂或乳胶树脂。
7.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述加固基体包含非织造纤维热塑性材料。
8.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述加固基体包含由聚酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚氨酯、聚氯乙烯或聚芳酰胺材料制备的纤维筛网、幅材、稀松布或纱。
9.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料具有膨胀温度，并且所述加固基体的失效温度高于所述膨胀温度。
10.根据权利要求9所述的防火屏障，其中所述膨胀温度为至少200℃。
11.根据权利要求9所述的防火屏障，其中所述加固基体的失效温度低于400℃。
12.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料的厚度为0.25至3mm。
13.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料具有膨胀温度，并且所述压敏粘合剂的失效温度高于所述膨胀温度。
14.根据权利要求13所述的防火屏障，其中所述压敏粘合剂的失效温度低于400℃。
15.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述压敏粘合剂包括丙烯酸粘合剂化合物。
16.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料在火灾期间膨胀到其原始厚度的至少10倍。
17.根据权利要求1所述的防火屏障，其中所述膨胀型材料在膨胀后形成自支承烧焦物。
18.一种保护建筑组件不受到火灾损坏的方法，包括：
a)提供多层防火屏障，所述多层防火屏障包括：
i)包含膨胀型材料的第一层，
ii)包含连续加固基体的第二层，
ii i)包含压敏粘合剂的第三层，以及
iv)包含可移除地粘附到所述第三层上的剥离衬垫的第四层，
b)从所述防火屏障上移除所述第四层以暴露出所述第三层；以及，
c)将所述第三层的所述压敏粘合剂施加到所述建筑组件的表面上，以将所述防火屏障粘附到所述建筑组件上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述压敏粘合剂将所述防火屏障放置为与所述建筑组件的所述表面紧密接触。
20.根据权利要求18所述的方法，其中反复使用所述方法以将多个所述防火屏障依次施加到所述建筑组件上。
21.根据权利要求20所述的方法，其中在所述膨胀型材料初始膨胀后，所述加固基体在火灾期间失效以防止裂缝蔓延贯穿所述膨胀型材料。
22.根据权利要求18所述的方法，其中施加给定干膜厚度DFT的所述膨胀型材料所需的时间，与使用喷涂技术施加相同干膜厚度DFT的所述膨胀型材料所需的时间相比减少了。
23.一种制备多层防火屏障的方法，包括：
a)提供连续带形式的剥离衬垫，在所述剥离衬垫上涂覆有压敏粘合剂；
b)提供连续长度的加固基体；
c)沿着所述加固基体喷涂膨胀型材料；以及
d)将所述压敏粘合剂粘附到所述加固基体上。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述膨胀型材料在所述压敏粘合剂粘附于其上之前固化。
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