CN105745382A - 用于防火的固体复合膨胀型结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自立式固体复合膨胀型结构，所述自立式固体复合膨胀型结构具有固定在可弯曲膨胀型片材材料之上或之中的至少一个可弯曲金属网片，优选地至少两个。所述结构在超过?10℃的温度下通过弯曲力可弯曲成某个形状，同时在移除所述弯曲力时保持所述弯曲形状。所述膨胀型片材材料具有基于所述片材材料的总重量10重量％或更多的聚合物树脂；无机填料；以及，膨胀型组分。防火屏障可由所述自立式固体复合膨胀型结构制成，所述自立式固体复合膨胀型结构可用于防火系统中，在所述防火系统中所述防火屏障被安装在基材上，例如钢建筑元件。

Description

用于防火的固体复合膨胀型结构
本申请要求2013年11月12日提交的美国临时专利申请序列号61/903,130和2014年6月13日提交的美国临时专利申请序列号62/011,672的权益，上述两项专利的全部内容以引用方式并入本文。
本申请涉及膨胀型材料，特别是用于防火的膨胀型材料。
背景技术
防火是一种被动防火措施，该措施是指使材料或结构更具耐火性的行为，或者是指那些材料本身，或者施加此类材料的行为。将认证上市的防火系统施加于某些结构使得这些结构具有耐火等级。发生火灾时，出于保护的目的，防火材料必须保持其完整性。
现代建筑设计的一个重要部分为保护结构钢诸如柱、梁、大梁和其他钢组件不受火灾的破坏性影响。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(一般来讲需要一至两小时，这取决于当地的防火规定)，已经开发出了各种防火系统即矿物绝缘材料、水泥喷剂和膨胀型涂层使钢不受火灾的影响。
膨胀型材料，常常为膨胀型涂层被用于防火结构钢。涂层的主要优点为相对容易地覆盖某些复杂的基材的能力。膨胀型涂层为在热的作用下发生反应并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，该烧焦物保护涂覆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，膨胀型涂层所需的厚度相对较薄，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光洁度。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包含最少四种组分：无机酸催化剂源，通常为多磷酸铵；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。多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的组分粘结在一起，如此可将膨胀型涂层的组分涂覆到基材并且保持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。粘结剂含量必须控制在特定水平。粘结剂不足将导致涂层缺陷，诸如破裂或分层，而过多有机粘结剂将弱化烧焦物强度并且导致更高火焰传播速率。
膨胀型涂层一般来讲分为三类：水性(W/B)、溶剂型(S/B)和环氧基(E/B)。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)。这些涂层利用了热塑性粘结剂，诸如聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯、聚酯、聚醋酸乙烯酯、酚醛树脂、丙烯酸树脂，以及乙烯醋酸乙烯酯的共聚物，或者苯乙烯丙烯酸。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膜。然而，这些类型的涂层的明显缺点在于涂覆和处理。
在涂覆中，根据防火所需的涂层厚度，钢构件可需要2至10层的涂层。由于在单一涂覆中仅可喷涂有限厚度(通常为每天40至50密耳或1.0至1.2mm)而不松垂或剥离，并且必须允许涂层干燥(受环境条件诸如湿度和温度的很大影响)才可涂覆第二层，因此，工程可能要用数周或数月才能完成。另外，一位受过训练的敷料工在涂覆涂层时必须确保涂覆的厚度是均一的。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。
在运输和处理中，当经受冷冻温度或热温度(35℃之上)条件时，水性膨胀型涂层质量劣化。由于水中某种成分的不稳定性，水性膨胀型涂层通常具有约6个月的储藏寿命。
环氧基涂层(例如，PPG的和Akzo Nobel的系统)具有很强的耐久性，并且最为广泛地用于室外应用，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)，因此为了获得所需的防火等级，需要涂覆更大的量。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，所以影响了美观的光洁度。
涂层通常例如在涂覆期间使用与涂层混合的玻璃纤维或矿物纤维短片来强化。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，并且使得待涂覆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。另外熟知的是，这些纤维在火灾期间可增强烧焦物强度。然而，由于喷涂困难和审美方面的担忧，禁止将长纤维材料引入膨胀型涂层中。
100％固体膨胀型防火材料在文献中广泛地进行了描述。US2008/02241005A1描述了通过自由基聚合的液体可固化膨胀型系统。US2012/0174508A1描述了使用硅烷封端聚氨酯或硅烷封端聚醚作为粘结剂的可固化膨胀型系统。US 7,217,753B2描述了能够保护钢基材达2小时的使用酚醛树脂的粉末涂层系统。所有这些系统均为热固性的，可能需要复杂的施工设备。
多磷酸铵、三聚氰胺和多元醇在文献中充分描述为热塑性材料的非卤化阻燃复合物。US 6,043,304描述了阻燃的热熔融粘合剂组合物，该组合物可适用于尺寸上可热恢复的制品以当制品在使用过程中热恢复时流动且密封。US 6,809,129B2描述了可模压弹性膨胀型材料，所述材料包含氯化聚乙烯、增塑剂、基于磷酸盐的发泡剂、烧焦物形成材料、抗氧化剂、膨胀型材料、阻燃材料，以及石墨和/或可膨胀石墨。JP 2002/322374描述了用于防火的可模压膨胀型片材组合物，该组合物通常为柔性的或非刚性的，其具有通常超过30重量％总干燥组合物的有机粘结剂含量以及至多约10的膨胀比率。
由Tong等人在2013年11月12日提交的共同拥有的共同待审美国专利申请61/903,130描述了热熔融膨胀型材料(HMI)，其优选地具有<20重量％，通常小于17重量％，在高温(90℃)下为可弯曲的树脂。另外表明HMI可通过单个金属网片层来强化。Fryer等人的美国专利4,292,358描述了通过在载体介质诸如金属网片之上涂覆膨胀型涂层而制成的膨胀型屏障。美国专利4,493,945描述了网片支撑的有效热保护系统，其中仅可通过在边缘处的材料上形成刻痕来弯曲。随后用有效热保护材料重新填充开放边缘。Blake等人的美国专利5,404,687描述了不可弯曲的防火面板，其中必须使用螺钉来固定接合面板处的结构边缘。Feldman等人的WO02/070622描述了使用柔性膨胀型环氧涂层和嵌入网片的柔性热保护系统。
本领域仍需要用于防火的改善膨胀型材料，这可克服与目前阻燃材料相关联的问题中的一者或多者，例如：与常规涂层的所需厚度的涂覆相关联的时间；与常规涂层相关联的延长干燥时间(最通常地W/B和S/B)；有限施工条件；难以修复的损坏涂层；水性涂层的较短储藏寿命；工地施工的必要性；与E/B相关联的较大厚度；施工所需的昂贵设备；以及工地的大面积清洁。
发明内容
本发明提供了一种自立式固体复合膨胀型结构，该自立式固体复合膨胀型结构包括固定在可弯曲膨胀型片材材料之上或之中的至少一个可弯曲金属网片，在超过-10℃的温度下该结构通过弯曲力可弯曲成某个形状，同时在移除弯曲力时保持该弯曲形状，该膨胀型片材材料包括：基于片材材料的总重量，10重量％或更多的聚合物树脂；无机填料；以及，膨胀型组分。
还提供了一种防火屏障，该防火屏障包括自立式固体复合膨胀型结构。
还提供了一种防火系统，该防火系统包括安装在基材上的防火屏障。
另外的特征将有所描述，或者在下面详细说明的过程中将变得显而易见。应当理解，本文所述的每个特征可与其他所述特征的任何一者或多者以任意组合方式使用，并且每个特征不必依赖于另一个特征的存在，除非是对于本领域技术人员而言明显的情况。
附图说明
为了更清楚地理解，现在将以举例方式结合附图详细描述优选的实施方案，其中：
图1为引自公开信息的图，该图示出了乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物中的醋酸乙烯酯含量(VA)对熔融温度、玻璃化转变温度和结晶度的影响。
图2描绘了示出了ASTM 119板测试的结果的图。
图3A示出了通过两个固体复合膨胀型结构进行防火处理的金属I形梁。
图3B示出了图3A的防火I形梁的一端部的放大视图。
图3C示出了图3A的分解图。
图4A示出了在接缝处通过大头钉条连接的固体复合膨胀型结构的两个面板的侧视图。
图4B示出了通过大头钉条的大头钉折弯以助于将面板固定到大头钉条的图4A。
图4C示出了图4B的顶视图。
具体实施方式
本发明公开了环境温度下可弯曲的固体复合膨胀型结构，所述结构需要最小限度的技能和努力就可安装为防火材料，并且结合了不同类型防火材料的有益效果，例如膨胀型涂层的效率和美观、干式墙的简便性以及包裹物的可成形能力，同时仍具有相对低的造价。
自立式固体复合膨胀型结构不需要基材保持结构完整性。自立式固体膨胀型结构在超过-10℃的温度下为可弯曲的，同时在移除弯曲力时保持弯曲形状。优选地，结构为可弯曲的同时保持弯曲形状的温度在-10℃至150℃、更优选地-10℃至40℃的范围内。此类结构可能不需要施加热或需要施加极少热就可使其能够充分弯曲以成形为所需形状，同时膨胀型结构保持它们所弯曲成的形状，即，它们不恢复到其原始形状并且在弯曲之后存在极少形状损失或不存在形状损失。这大大简化了膨胀型结构在各种应用中的使用，因为结构可在工地上使用或在运输到工地之前塑造成预制形状，而不需要在将膨胀型结构弯曲成所需形状之前对其进行加热的设备。此外，在将物体运输到工地之前可将膨胀型结构施加于该物体，例如建筑材料如钢梁。因此，可以例如通过防火材料进行钢建筑元件的预制。另外，膨胀型结构成形的温度大大低于膨胀型片材材料的膨胀型组分的活化温度(例如，约200至250℃)，以使得可在不活化膨胀的情况下使膨胀型结构安全成形。由于膨胀型结构成形的温度可非常低，因此膨胀型片材材料的物理特性(例如，柔性)的损耗被降至最小程度或消除。
使膨胀型结构成形涉及通过例如弯曲、压制、扭转和其他改变将膨胀型结构形成为任何所需构造。由此制成膨胀型结构的构造而不使膨胀型结构断裂或不当破裂，尤其是不使膨胀型结构中的膨胀型片材材料断裂或不当破裂。膨胀型结构可通过以下过程制备：将可弯曲金属网片嵌入可弯曲膨胀型片材材料的片材或膜内，或者将金属网片固定至膜片材的表面。在使用多于一个金属网片的情况下，膨胀型片材材料可设置在金属网片中的两者之间。为了实现金属网片嵌入，可对膨胀型片材材料进行加热以使片材材料充分软化，使得金属网片可压到片材材料内。片材材料随后可冷却，并且在使用至少两个金属网片时形成夹心状结构。不需要任何喷涂或涂覆。优选地，其中网片与片材材料接触的网片开口由该片材材料完全封闭，但并非网片开口中的全部都需要被完全封闭。网片可延伸超过片材材料的边缘，或者片材材料可延伸超过网片的边缘，或者片材材料和网片的边缘可相交。膨胀型结构可具有足够的柔性，使得可实现至多180°的弯曲或折叠而不导致不适当的缺陷。与可弯曲膨胀型片材材料组合的可弯曲金属网片提供介于刚性和柔性之间的平衡，以使得膨胀型结构可在低温下弯曲以形成某个形状但在弯曲之后仍保持该弯曲形状。金属网片有助于保护膨胀型片材材料在弯曲期间不会破裂。在一个实施方案中，可弯曲金属网片为形状保持提供刚性，其中柔性膨胀型片材材料在被弯曲之后将正常恢复到其原始形状或至少失去弯曲形状。出于多种原因特别有利的是使用至少两个金属网片。例如，膨胀型片材材料与网片之间的脱离几率降低，复合膨胀型结构具有改善的机械性能，复合膨胀型结构可能由于使用更精细网片的能力而具有改善的表面光洁度，并且更重要地，位于两个网片之间的膨胀型片材材料在火灾期间不可能裂开。
聚合物树脂和所得膨胀型片材材料优选地具有导致固体膨胀型片材材料在超过-10℃的温度下为可弯曲的物理特性。导致膨胀型片材材料在超过-10℃的温度下为可弯曲的物理特性可为以下中的一者或多者：树脂的结晶度指数、树脂的玻璃化转变温度(Tg)、树脂的熔融温度(Tm)、膨胀型材料的储能模量(G’)以及膨胀型材料的断裂伸长率。在树脂结晶度重要的情况下，树脂优选地为半结晶的或无定形的。半结晶树脂优选地具有大于0％但小于或等于约20％、更优选地约10％或更小的结晶度指数。无定形树脂具有约0％的结晶度指数。在Tg重要的情况下，Tg低于弯曲温度，优选地比弯曲温度低至少约25℃。在树脂Tm重要的情况下，除非结晶度指数低于10％，否则Tm优选地低于弯曲温度。在储能模量(G’)重要的情况下，在弯曲温度下膨胀型材料的储能模量优选地在106至109Pa的范围内。在断裂伸长率重要的情况下，在弯曲温度下断裂伸长率优选地大于15％。
假设树脂和/或所得膨胀型片材材料具有此类物理特性，则任何合适的聚合物类型均可形成树脂的基础，例如热塑性塑料、弹性体或热固性塑料。树脂可包括一种或多种聚合物。该一种或多种聚合物可为均聚物、共聚物(包括嵌段共聚物)、三元共聚物或它们的任何共混物。树脂可包含氨基甲酸酯、有机硅、丙烯酸类树脂、环氧树脂或其他类型的可固化树脂。树脂优选地包含热塑性弹性体。一些合适的聚合物类型包括醋酸乙烯酯基聚合物、丙烯酸酯基聚合物以及苯乙烯系聚合物。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和苯乙烯系丙烯酸类共聚物是优选的。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是特别优选的。具体地讲，具有高醋酸乙烯酯含量的乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物是优选的。图1为示出了乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的醋酸乙烯酯(VA)含量对熔融温度、玻璃化转变温度和结晶度的影响的图。该图得自朗盛公司(Lanxess Inc.)的LevameltTM手册。根据图1，显而易见的是，当VA含量为约55重量％或更低时，共聚物用作半结晶共聚物，但是当VA含量为约55至90重量％时，共聚物作用更像无定形橡胶。基于共聚物的总重量，EVA的醋酸乙烯酯含量优选地为约20重量％或更大，更优选地约40重量％或更大，还更优选地约41重量％或更大。基于共聚物的总重量，EVA的醋酸乙烯酯含量优选地为约90重量％或更小。基于共聚物的总重量，EVA的醋酸乙烯酯含量优选地在约20至90重量％、或约41至90重量％、或约42至80重量％、或约42至70重量％的范围内。特别优选的树脂包括LevameltTM和/或LevaprenTM(两者均得自朗盛公司(Lanxess Inc.))，它们是具有高醋酸乙烯酯含量、非常低的结晶度和非常低的玻璃化转变温度的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
基于片材材料的总重量，树脂以约10重量％或更大、优选地约15重量％或更大、更优选地约15至30重量％、还更优选地约15至25重量％、甚至更优选地约17至25重量％、甚至还更优选地约20至25重量％的量存在于膨胀型材料中。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。树脂用作膨胀型片材材料的其他组分的粘结剂。过多树脂可导致在活化膨胀型材料时出现过多烟雾和火焰。没有足够的树脂可使得材料无法成形。另外，膨胀型片材材料的树脂含量对于平衡膨胀型片材材料的能力可能是重要的，以固定金属网片以及允许片材材料在材料膨胀时通过网片中的开口流出。
无机填料可包括用于防火应用的任何合适的无机填料。无机填料包括例如金属氧化物(例如，二氧化钛、二氧化硅)、金属碳酸盐(例如，碳酸钙)、金属或混合金属硅酸盐(例如，粘土、滑石、云母、高岭土)以及它们的混合物。基于片材材料的总重量，无机填料可以任何合适的量存在于材料中，例如约5至25重量％，或者约10至20重量％。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。
膨胀型组分负责片材材料的大部分膨胀特性。膨胀型组分可包含炭化催化剂(即，酸供体)、炭化剂(即，碳化的烧焦物形成物)和发泡剂(即，起泡剂)中的一种或多种。优选地，在膨胀型组分中利用至少炭化催化剂和炭化剂。可采用任何合适的炭化催化剂或它们的混合物。炭化催化剂为酸供体并且可包括例如磷酸盐基或非磷酸盐基催化剂。一种或多种磷酸盐基炭化催化剂为优选的，例如多磷酸铵、磷酸烷基酯、磷酸卤代烷基酯、磷酸三聚氰胺、脲或胍基脲与磷酸的反应产物或者氨与P2O5的反应产物。基于片材材料的总重量，炭化催化剂优选地以约25至55重量％、更优选地约30至50重量％或者约35至45重量％的量存在于材料中。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。可采用任何合适的炭化剂或它们的混合物，例如多元醇(例如，淀粉、糊精、季戊四醇(单体、二聚物、三聚物、聚合物)、酚-甲醛树脂或羟甲基三聚氰胺)。季戊四醇和二季戊四醇是优选的。基于片材材料的总重量，炭化剂优选地以约5至20重量％、更优选地约8至15重量％的量存在于材料中。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。当使用发泡剂时，可采用任何合适的发泡剂或它们的混合物，例如胺或酰胺(例如，脲、脲-醛树脂、双氰胺、三聚氰胺或聚酰胺)。三聚氰胺是优选的。基于片材材料的总重量，发泡剂优选地以约5至20重量％、更优选地约8至15重量％的量存在于材料中。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。
在热熔融膨胀型材料中增塑剂可为可用的。添加增塑剂降低了热熔融粘度并且增加了产品制造的容易性。液体增塑剂也可降低树脂的玻璃化转变温度，从而允许膨胀型片材在低于冷冻温度下为可弯曲的。添加过多增塑剂可将膨胀型片材材料的物理特性诸如模量、拉伸强度和硬度降低至不可取的水平。某些增塑剂可具有比树脂的Tg(或Tm)高的Tg(或Tm)，这可易于处理但可阻止膨胀型材料在环境温度下为可弯曲的。合适的增塑剂包括例如癸二酸二丁酯，癸二酸二辛酯，己二酸二辛酯，己二酸二丁酯，二乙二醇苯甲酸酯、二丙二醇二苯甲酸酯、偏苯三酸三辛酯、己二酸聚酯和苯酚烷基磺酸盐的共混物。一些磷酸烷基酯基液体阻燃剂也可用作增塑剂，例如磷酸三甲苯酯、三(磷酸2-乙基己酯)和二苯基磷酸2-乙基己酯。基于片材材料的总重量，所用增塑剂的量优选地为约10重量％或更小，更优选地约5重量％或更小。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。基于片材材料的重量，膨胀型片材材料中的树脂和增塑剂的总量优选地为约15至40重量％，更优选地15至30重量％，并且最优选地15至25重量％。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。
在膨胀型片材材料中可利用本领域中已知的其他添加剂。一些示例包括着色剂、氧化稳定剂、UV稳定剂、强化纤维、密度减小填料(例如，玻璃泡)、加工助剂(例如，释放剂)等。基于片材材料的重量，其他添加剂通常各自以约0.1至10重量％的量存在于膨胀型片材材料中。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。此外，可将装饰性和/或保护性涂层涂覆至膨胀型片材材料。
特别值得注意的是，在膨胀型片材材料中包含分散强化材料。分散强化材料可包含有机材料和/或无机材料，优选地一种或多种无机材料。无机材料包括例如二氧化硅(例如，玻璃、石英)、硅酸盐(例如，硅酸钠、硅酸钙、天然矿物质、合成矿物质)、无机碳(例如，碳纳米管)、金属(例如，钢、铝)或它们的混合物。无机纤维，尤其是矿物纤维(例如，玻璃纤维、岩石纤维、合成矿物纤维、碳纤维)是优选的。
膨胀型片材材料在热的作用下发生反应以膨胀到其原始厚度的许多倍，并且该材料产生一种隔离的烧焦物，该烧焦物保护涂覆了膨胀型片材材料的基材不受火灾的影响。膨胀厚度与原始厚度的比率称为膨胀比率。本发明的膨胀型片材材料有利地具有约10或更大、优选地约15或更大的膨胀比率。膨胀比率优选地在约10至60、或约15至60、或约10至40的范围内。膨胀比率优选地为约15至35。另外，根据建筑物构造的耐火性测试的标准方法(CAN/ULC S101、ASTM 119)或根据烃类火灾测试方法(UL 1709)，膨胀型片材材料可有利地保护基材不受火灾的影响达至少约30分钟，优选地至少约2小时。防火可持续约3小时或更久。优选地，防火持续约0.5至4小时，更优选地约2至4小时。固体复合膨胀型结构的防火时间一般来讲明显大于没有金属网片的膨胀型片材材料的防火时间。
特别值得注意的是，可通过在不使用溶剂(例如，水或有机溶剂)并且有时没有加热的情况下进行配混来形成本发明的膨胀型材料。干燥配混为不含溶剂的工艺，该工艺允许直接制造固体膨胀型材料，不需要在配制之后将材料干燥，并且不需要另外的水性或有机溶剂型添加剂。但是，在一些情况下，为了有利于配混，可能可用的是在混合物中包含一种或多种加工助剂。此类加工助剂在配混期间可蒸发，以使得其不保留在膨胀型材料中。加工助剂包括例如溶剂(例如，水或有机溶剂)和增塑剂(例如，醇酯)。基于混合物的总重量，加工助剂优选地以约10重量％或更小、更优选地约6重量％或更小的量利用。在加工助剂在加工期间不蒸发的情况下，基于片材材料的重量，片材材料中树脂和加工助剂共同的量优选地在约15至40重量％、更优选地15至30重量％、并且最优选地15至25重量％的范围内。片材材料的总重量为不含至少一个金属网片的片材材料的重量。
可通过任何合适的方法在任何合适的配混设备中实现配混。可按一个混合和层合装置或者多个混合和层合装置的组合来执行配混，所述装置包括竖直混合器、水平混合器和挤出机(例如，Haake混合器、Sigma刀片、捏合机以及单螺杆挤出机或双螺杆挤出机)。配混可分批或连续地完成。配混可在约190℃或更低、优选地约170℃或更低、更优选地约150℃或更低的温度下执行，并且在一些情况下不利用外部热源进行加热。温度充分低于膨胀型组分的活化温度(约200至250℃)，使得膨胀型材料可在不活化膨胀的情况下安全地配混。
通过配混形成的膨胀型材料一般为粘稠但柔韧的，并且可随后加工成片材。加工可通过任何合适方法利用合适设计的模具而实现。在许多情况下，可能可用的是例如通过热压将膨胀型材料模制成所需厚度的膜。本发明膨胀型材料和工艺的一个优点为如在水性或有机溶剂型喷涂技术中一样，通过干燥的居间延迟来提供任何所需厚度的膜而无需构建材料层的能力。
膨胀型材料的膜在开始时可具有任何厚度。一个特定有益效果为制备提供极佳耐火性的非常薄的膜的能力。例如，薄膜可具有至多约25mm、或至多约12mm(如，约1至25mm或约1至12mm)的厚度，该厚度对于许多可商业生产的膨胀型涂层是有竞争力的。可将膜浇铸成事实上任何尺寸的片材。可将片材夹置于两个可弯曲的金属网片之间，方法是通过将网片嵌入片材的顶部表面和底部表面中，这可通过对片材加热以使片材充分软化从而允许将网片挤压到片材中以形成自立式固体复合膨胀型结构而实现。将网片中的一者或多者固定(例如，胶粘)至片材的表面可作为将网片嵌入片材中的替代或补充来进行。
自立式固体复合膨胀型结构包括至少一个可弯曲网片，优选地至少两个可弯曲金属网片，由此金属网片中的两者具有设置在其间的膨胀型片材材料。自立式固体复合膨胀型结构优选地包括两个可弯曲金属网片。在一些实施方案中可存在多于两个金属网片。一般来讲，具有至少两个金属网片的固体复合膨胀型结构，例如夹心结构，与仅具有一个金属网片的固体复合膨胀型结构相比，在弯曲之后可更容易地保持所需角度(形状)。然而，当符合条件时，可将仅具有一个金属网片的固体复合膨胀型结构弯曲成所需弯曲形状，其中所述结构保持所述弯曲形状，例如当使用更强网片和低G’的膨胀型材料时。
可弯曲金属网片在高于-10℃的温度下为可弯曲的。网片可对膨胀型结构提供刚性和形状记忆，尤其是当膨胀型片材材料具有如此柔性或弹性使得材料在弯曲之后无法保持其形状时。一般来讲期望的是，在弯曲时，膨胀型片材材料恢复到原始形状的记忆力小于金属网片保持所需弯曲形状而无显著变形的能力。例如，相比于使2mm片材弯曲，使12mm厚的膨胀型片材弯曲可能需要更强网片(更大直径或更小网片尺寸)。另外，商业金属网片通常以卷筒且不平坦的形式呈现。在形成复合膨胀型结构时，例如通过将金属网片和膨胀型片材材料压制在一起，可实现平坦的复合膨胀型形式。一般来讲期望的是，金属网片恢复到其初始呈现的不平坦形状的记忆力小于膨胀型片材材料保持平坦形状的能力。例如，对于相同类型和厚度的膨胀型片材材料，与较厚金属丝网相反，使用较薄金属丝网时更易于将复合膨胀型结构保持成平坦形式。然而，在防火工艺期间使固体复合膨胀型结构弯曲时，金属网片应当仍足够强以将复合膨胀型结构保持成弯曲形状。需要金属网片与膨胀型片材材料的记忆力之间的平衡。
适用于金属网片的材料包括例如钢(铁)，如普通钢、镀锌钢、涂覆钢或不锈钢，以及具有高熔点的其他一般来讲强效但可弯曲的材料，诸如镍、铜、铝或合适的合金。金属网片优选地包括钢网片。例如，包含材料诸如纤维玻璃、塑料或碳的网片一般来讲是不合适的，因为这些材料缺少柔性、形状保持和耐热性中的一者或多者，尤其是在适用于本发明膨胀型结构中的网片的线材厚度下。
网片可由金属股线例如金属线材的交叉阵列构成。网片尺寸是指股线之间的开口的尺寸，例如相邻股线之间的平均距离。股线宽度是指网片平面中的每个股线的直径。网片厚度是指整个网片的厚度，该厚度与在垂直于网片平面的方向上的股线的厚度有关。对于为膨胀型片材材料提供足够支撑和刚性同时允许膨胀型材料在材料膨胀时穿过开口而言，网片尺寸、股线宽度和网片厚度的平衡可为重要的。
网片尺寸和开口是重要的。如果网片开口过小，则可能不允许膨胀型材料在火灾期间膨胀穿过网片，从而不提供所需隔热功能。合适的网片开口也可用于控制(例如，降低)膨胀比率并且增强烧焦物密度或强度，从而使烧焦物在火灾期间有很长寿命。网片尺寸优选地为约1.5mm或更大，或者约1.6mm(1/16")或更大，或者约3.2mm(1/8")或更大。最大网片尺寸为约25.4mm(1")，优选地12.8mm(1/2")或更小，最优选地6.4mm(1/4")或更小。股线宽度优选地为约1mm或更小，更优选地约0.8mm或更小。网片开口优选地最小为1.5mm或更大，优选地3.1mm或更大。金属网片对片材材料的相对厚度优选地在约1％至100％的范围内。
金属网片可为平坦的或凹进的，优选地为平坦的。金属网片可为织造而非焊接的、焊接而非织造的或者织造并焊接的。焊接网片(织造或非织造)的使用可提供非最佳结果。非最佳结果一般来讲是指复合膨胀型结构的防火性能或美观性缩减。当使用具有高储能模量的膨胀型片材材料时，焊接网片的使用可导致断裂网片和/或破裂膨胀型材料。当使用具有低储能模量的膨胀型片材材料时，焊接网片的使用可导致膨胀型材料挤压穿过网片从而生成粗糙表面，诸如鳄皮状表面。另外，使用焊接网片以用于将复合膨胀型结构弯曲成具有均一半径的圆形形状也更加困难，尤其是当形状的直径较小时。因此，金属网片优选地为非焊接的。利用织造而非焊接网片使复合膨胀型结构弯曲通常在向外(凸出)表面(例如矩形管材或圆形管道的外表面)上产生均一且光滑的形状。一般来讲观察不到网片断裂或材料破裂。因此，金属网片优选地为织造的，更优选地织造和非焊接的。
当采用至少两个金属网片时，金属网片可具有相同特性或者一个或多个不同特性。优选地，金属网片具有相同特性，但如果网片不同，则待在膨胀型结构中制成的弯曲部的内侧上的网片优选地比弯曲部的外侧上的网片更强。例如，当使膨胀型材料的网片支撑片材弯曲时，弯曲部的内侧上的网片常常为皱缩的，如果需要暴露内侧(如，在I形梁形状中)，则这是潜在的美观问题。在“弯向”侧上设置更强网片可改善光洁度。假设存在至少一个具有适当尺寸的开口的网片，则当需要两个或更多个网片时，可使用固体薄金属片材代替另一网片。
一般来讲，在基材例如钢柱或钢梁之上施工之前使膨胀型结构预成形为所需规格。成形工艺可在环境温度或高温下，在施工现场或在转换设施处执行。膨胀型片材结构可在基材的轮廓后成形，例如矩形、圆形、宽凸缘(I形梁)或角钢。作为另外一种选择，膨胀型结构可成形为矩形箱体或三角形箱体以便于施工。
将平面膨胀型结构成形为上述非平面形状可通过典型的片材金属弯曲设备和方法来执行，例如，板料弯折机、模组、轧辊弯曲装置等。利用常规设备例如弯曲破裂装置使复合膨胀型结构弯曲可在向内(凹陷)侧中产生皱折。如果凹面侧被暴露，例如，钢的宽凸缘的拐角，则这可成为美观问题。可通过辅助机械工艺，诸如将皱缩表面压制至硬表面，或通过选择压缩侧上的更强网片，来移除或减少此类皱折。为了易于施工，膨胀型结构可一般成形为例如所需形状的一半，以将两个半管道结构预弯曲的圆形柱封闭。又如，膨胀型材料可弯曲以形成可在基材之上滑动的壳体。
预成形的膨胀型结构可在施工现场安装，或在单独的加工设备处预安装，例如防火承包商的车间或钢铁制造商的厂房，然后存储(如果有必要)并运输到工地。
自立式固体复合膨胀型结构在待防火基材上的安装可以任何合适的方式实现，例如通过使用粘合剂、机械紧固件或两者。机械紧固件包括例如螺栓、夹钳、钉、螺钉、销、夹持件、大头钉条和磁体。就钉或类似的紧固结构而言，有利的是膨胀型结构包括金属网片，因为网片为紧固件提供锚定件。因此，不需要使用粘合剂就可将膨胀型结构安装在基材上。这也允许在膨胀型结构与基材之间留有空气间隙，这在一些应用中可为有利的，因为膨胀型片材材料可更早活化而不完全接触钢基材，该钢基材用作散热器。磁体一般来讲仅可用于将膨胀型结构涂覆在含铁基材例如钢上，并且最可用于将膨胀型结构暂时固定在基材上，同时用其他机械紧固件对膨胀型结构进行紧固。粘合剂可作为胶带或液体涂覆于基材或固体膨胀型结构中的一者或两者，并且随后将固体膨胀型结构安装在基材上。粘合剂可包括例如可固化液体环氧树脂或氨基甲酸酯，其可喷涂或涂在表面上；触压粘合剂，其包含两种组分，其中一种组分喷涂在基材上并且其中另一组分喷涂在固体膨胀型结构上；或压敏粘合带，其可层合到固体膨胀型材料上作为背衬层并且任选地设置有隔离衬件，该隔离衬件覆盖粘合剂背衬层的至少一部分，当定位膨胀型结构时该隔离衬件可被剥离。液体粘合剂(例如，环氧树脂或氨基甲酸酯树脂)为优选的，因为液体填充沟槽和其他不规则部分，并且允许将膨胀型结构重新定位在表面上以在粘合剂固化之前正确定位片材。粘合剂可用于将膨胀型结构永久性地粘结至基材或暂时固定膨胀型结构，同时将该结构机械紧固至基材。
具有所安装的固体复合膨胀型结构的基材通常呈现有接缝。接缝通常布置在复合膨胀型结构的一个边缘与同一复合膨胀型结构的另一边缘或另一复合膨胀型结构的一个边缘相交的位置。接缝可保持基本上闭合以使边缘的间距降到最小程度，从而确保通过膨胀型结构完全覆盖基材。接缝可以任何合适方式保持基本上闭合，例如通过使用粘合剂、机械紧固件或两者。机械紧固件为优选的并且包括例如钉、大头钉条等等。大头钉条为尤其有用的，因为大头钉条使得可将条带固定在接缝的一侧上并且随后在将大头钉条固定在接缝的另一侧上之前围绕基材拉紧膨胀型结构。以这样的方式，固体复合膨胀型结构可通过紧密摩擦配合安装在基材上，而不通过机械紧固件或粘合剂损坏基材。
接缝在足够小时未必需要进行修复以用于防火性能目的，因为膨胀型材料膨胀以在火灾期间填充间隙。在需要时，可通过使用环境温度适用密封剂(例如，室温硫化填缝材料、膨胀型油灰等)或高温适用热熔融材料(例如得自共同拥有的共同待审美国专利申请61/903,130的材料)来修复接缝。密封剂或热熔融材料为优选的膨胀材料，但如果出于美观目的则未必使用。
合适涂层或膜可涂覆在固体复合膨胀型结构的顶部上以提供装饰性或保护性功能。
固体复合膨胀型结构被设计成允许以单层安装到基材上，这是优于现有技术诸如多次喷涂、包裹等的优点。
固体复合膨胀型结构可安装在制备或未制备的表面上，这是优于膨胀型涂层的优点。
固体复合膨胀型结构可为耐候性的并且适用于外部暴露和涂覆，这是优于水性膨胀型涂层的优点。水性膨胀型涂层耐候性较差，并且在其暴露于潮湿、冷和/或热时随时间推移失去其膨胀能力。相比之下，本发明固体复合膨胀型结构可具有良好的耐候性，从而在暴露于潮湿、冷和热的极端条件时失去相对较小的膨胀能力。
当将相同钢基材上的类似厚度下的防火时间与可商购获得的领先膨胀型涂层产品进行比较时，固体复合膨胀型结构有利地执行。另外，膨胀型结构在由相同膨胀型材料制成但缺少金属网片的膨胀型片材之上有利地执行。如在图2中所见，实施例编号40为不具有金属网片的膨胀型片材材料的样本，而实施例编号41为在朝向火的侧面上具有一个网片的相同膨胀型片材材料的样本，并且实施例编号42为夹置于两个金属网片之间以形成固体复合膨胀型结构的相同膨胀型片材材料的样本。从图2中清楚看到，实施例编号41和实施例编号42比实施例编号40提供显著更长时间的防火。
自立式固体复合膨胀型结构可用作建筑物或其他结构中的防火屏障。一些非限制性示例包括结构钢、电力电缆槽、墙壁、地板、天花板、门、机柜、船舶舱壁、运输容器、车辆车厢的防火处理。膨胀型结构尤其可用于结构钢，例如建筑物中的柱、梁、大梁和其他钢组件。
在特定示例中，结合图3A、图3B和图3C，钢I形梁21可通过本发明的两个固体复合膨胀型结构10,11来防火。两个膨胀型结构10,11在室温下围绕I形梁21弯曲。图3A示出了两个膨胀型结构如何连接在一起以形成I形梁21设置在其中的腔20。膨胀型结构10,11中的每一者具有两个90°弯曲部和两个180°弯曲部。在两个膨胀型结构10,11的边缘相交的位置处形成接缝16,17。虽然两个接缝16,17示为沿着I形梁21的每个边缘的中部，但根据所用的固体复合膨胀型结构的数量和形状，可在任何位置存在任何数量的接缝。机械紧固件，例如钉15，可用于在膨胀型结构10,11的边缘相交的接缝16,17处将膨胀型结构10,11固定在一起。每个膨胀型结构包括夹置于两个金属网片之间的膨胀型材料片材。例如，如图3C所示，膨胀型结构10具有夹置于两个金属网片13,14之间的膨胀型材料片材12，所述金属网片嵌入膨胀型材料片材12的每一侧中，使得膨胀型材料穿过网片中的开口而突出，从而封闭网片中的开口。
虽然图3A中的两个膨胀型结构的边缘在接缝处用钉固定在一起，但利用如图4A、图4B和图4C所示的大头钉条，可更方便安全地实现在接缝处将膨胀型结构的两个平坦面板固定在一起。此类布置方式特别适用于对大型平坦表面诸如墙壁或较长大梁或梁进行防火处理，这需要将多个平坦膨胀型面板连接在一起。如在图4A、图4B和图4C中所见，膨胀型结构的第一面板51在接缝53处邻接膨胀型结构的第二面板52。膨胀型面板51,52被布置在两个间隔开的大头钉条55(仅标记了一个)上，以使得一个大头钉条的第一大头钉56从一面至另一面刺穿第一面板51，并且同一大头钉条的第二大头钉57从一面至另一面刺穿第二面板52，如图4A充分所见。如图4C充分所见，在接缝53的长度范围内间隔开的两个(或更多个)大头钉条提供两个(或更多个)大头钉56以固定第一面板51，并且提供两个(或更多个)大头钉57以固定第二面板52。如图4B和图4C所见，使大头钉56,57弯曲成与面板51,52的表面大体上齐平有助于防止面板51,52与大头钉条55分离。大头钉条55可以作为从较长大头钉条切割的较短片段便利地获得，例如通常在家居装饰行业中用于修整边缘的较长大头钉条，但也可使用其他类型的大头钉条，例如用于铺设地毯的大头钉条。
实施例
材料和方法：
钢网片由杰拉德丹尼尔环球公司(Gerad Daniel Worldwide)提供。
网片A由铝制成；1.59mm(1/16")网片尺寸，和0.23mm线材直径；织造而非焊接的。
网片B由不锈钢制成；3.18mm(1/8")网片尺寸，和0.43mm线材直径；织造而非焊接的。
网片C由镀锌钢制成：4.23mm(1/6")网片尺寸，和0.51mm线材直径；织造和焊接的。
网片D由镀锌钢制成；6.40mm(1/4")网片尺寸，和0.69mm线材直径；焊接而非织造的。
网片E由不锈钢制成；6.4mm(1/4")网片尺寸，和0.72mm线材直径；织造而非焊接的。
金属“冲压出的大头钉条”由室外Fraics加拿大公司(Outdoor FraicsCanada Inc)提供。
多磷酸铵(炭化催化剂)：ExolitTMAP422(科莱恩公司(Clariant))。
封装的多磷酸铵(炭化催化剂)：FR Cros 487(博德公司(Budenheim))。
季戊四醇(炭化剂)：CharmorTMPM40(柏斯托多元醇公司(PerstorpPolyols Inc.))。
二季戊四醇(炭化剂)：CharmorTMDP40(柏斯托多元醇公司(PerstorpPolyols Inc.))。
三聚氰胺(发泡剂)：三聚氰胺等级003(帝斯曼三聚氰胺美国公司(DSM Melamine Americas,Inc.))。
二氧化钛(TiO2)(无机填料)：Ti-PureTMR706(杜邦公司(DuPont))。
乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)共聚物(粘结剂)：得自朗盛公司(Lanxess)的LevameltTM456和LevameltTM686；得自杜邦公司(DuPont)的ElvaxTM40W。
1)ElvaxTM40W，其包含40重量％的醋酸乙烯酯；52克/10分钟的MI；47℃的Tm；约34℃的Tg；约11％的结晶度；以及约100,000克/摩尔的Mw。
2)LevameltTM456，其包含45重量％的醋酸乙烯酯；15至35克/10分钟的MI；29℃的Tm；-30℃的Tg；9％的结晶度；以及约20,000克/摩尔的Mw。
3)LevameltTM686，其包含68重量％的醋酸乙烯酯；15至35克/10分钟的MI；-18℃的Tg；无定形的(0％的结晶度)；以及约30,000克/摩尔的Mw。
癸二酸二辛酯(DOS)，增塑剂：得自朗盛公司(Lanxess)。
Vinnapas B30，作为增塑剂的低分子量聚醋酸乙烯酯；39℃的Tg：得自瓦克公司(Wacker)。
混合过程-使用Haake混合器，将批次大小为300至420克的成分逐渐添加到混合器中，该混合器以60RPM运行并且加热到120至150℃。在材料完全充满之后，混合继续4至5分钟。记录混合温度和扭矩。
膨胀型片材成形-使用Carver热压机在105至110℃下将得自上述混合过程的材料压制到所需厚度。
复合成形-将一个金属网片层布置在膨胀型片材材料的一侧上，或者将两个金属网片层布置在膨胀型片材材料的两侧上，随后使用Carver热压机在105至110℃下进行压制。
膨胀比率测试-在该方法中，将膨胀型结构置于马弗加热炉中保持30分钟，同时加热炉从500℃上升至800℃。在燃烧测试之后测量烧焦物厚度以通过将其与样本的原始厚度相比较来确定膨胀比率。样本原始厚度为约2mm。
润湿冷冻加热循环测试-在该方法的每个循环中，使样本经受模拟降雨(17小时)，之后进行-40℃冷冻(4小时)，然后最终进行60℃加热(3小时)。
ASTM 119板测试-在该测试中，钢板(300mm×300mm×6.4mm)在一侧上安装有膨胀型结构。随后将板置于地面加热炉的顶部，其中膨胀型结构侧面向火。将热电偶置于板的未暴露侧上，并且随后使用矿物毯隔热。在火灾测试期间记录钢板的温度。从开始至板温达到538℃的时刻的时间段被视为膨胀型结构的阻燃时间。
ASTM 119柱测试-在该测试中，长度为1.2m的钢柱安装有预成形膨胀型复合结构。将热电偶置于每个柱的0.6m高度处。每个柱的底端受到混凝土保护，并且顶端受到矿物毯保护。在火灾测试期间记录钢柱的温度。从开始至柱温达到538℃的时刻的时间段被视为阻燃时间。
关于没有网片的材料配混
此处所述的所有膨胀型材料(C1至C11)通过在120℃下的混合工艺而制备。C1至C8使用AP422作为炭化催化剂以及PM40作为炭化剂。C9和C11使用AP422作为炭化催化剂以及DP40作为炭化剂。C10使用FRCros 487作为炭化催化剂以及DP40作为炭化剂。表1提供制剂和膨胀比率的细节。
表1-配混物制剂
关于没有网片的膨胀型片材材料的弯曲能力(实施例编号1至8)
表2-膨胀型材料180°弯曲能力
1通过DMA在0.1％应变，1Hz下测量。
在弯曲测试之前将表1中的材料C1-C8制成厚度为约4mm的片材。这些材料的膨胀比率通常在20至40倍之间，这与商业膨胀型涂层的膨胀比率类似。当片材可折叠180°而没有明显破裂时材料为可180°弯曲的。可180°弯曲的最小温度意指使膨胀型材料片材在该温度以下弯曲的任何尝试通常都将失败并导致明显破裂，或者甚至断裂碎片。具有更高Tg(粘结剂)、更高Tm(粘结剂)、更高结晶度(粘结剂)、更高模量、更低粘结剂(树脂和增塑剂)含量和更低断裂伸长率的材料一般来讲更难以弯曲，并且将因此具有更高的“可180°弯曲的最小温度”。例如，具有类似de-45℃的Tg并且不具有结晶度的实施例编号5和编号8可在低于-10℃下弯曲至180°，而未增塑的实施例编号2可在0℃下弯曲。
关于固体复合膨胀型结构的膨胀行为(实施例编号9至13)
表3-固体复合膨胀型结构的膨胀行为
2开口＝网片尺寸减去线材厚度。
使用C2的片材材料和各种网片尺寸的金属网片来制备复合膨胀型结构。对于每个单一结构而言，在膨胀型片材的前侧(面向火)和背侧上使用相同网片。膨胀型片材厚度为约2.0mm。在火灾测试之前将所有结构被机械紧固至6.4mm厚的钢板的表面。当网片开口过小时，例如就网片A而言，膨胀型材料在火灾期间无法膨胀穿过开口。相反，材料将在两个网片之间膨胀并变形或者有时会撕裂前网片。具有较大网片开口(B、C和D)的复合膨胀型结构允许膨胀型材料以减小的膨胀比率(与对照物样本相比较)膨胀穿过前网片。与不具有网片的样本相比，烧焦物的外观一般来讲为致密和均一的。
关于固体复合膨胀型结构的弯曲能力(实施例编号14至22)
表4-关于弯曲能力的网片类型 3
实施例 材料 网片 90° 180° 圆形
14 C1 C，织造和焊接的 MB，MC MB，MC NC
15 C2 C，织造和焊接的 SS SS,SC NC
16 C5 C，织造和焊接的 NS,NL NS,NL NC
17 C1 B，织造而非焊接的 SS SS SS
18 C2 B，织造而非焊接的 SS SS SS
19 C5 B，织造而非焊接的 SS SS SS
20 C1 D，非织造而焊接的 MC,MB MC,MB NC
21 C2 D，非织造而焊接的 SS,SC SS,MC NC
22 C5 D，非织造而焊接的 NS,NL NS,NL NC
3在室温(20至22℃)下弯曲，在两侧上的相同网片，材料厚度为约4mm。
MB：网片断裂；NS：非光滑表面，诸如鳄皮状表面；NC：非连续半径；NL：非线性或直接弯曲；SS：光滑表面；SC：膨胀型材料的轻微破裂；MC：膨胀型材料破裂。
对于由三种类型的膨胀型材料(全部可弯曲180°)和三种类型的网片(全部允许烧焦物膨胀穿过)制成的复合膨胀型结构进行弯曲行为评估。在三种材料中，膨胀型材料C1相对较硬，其具有最高G’和最低断裂伸长率。膨胀型材料C2具有中等G’和高断裂伸长率。膨胀型材料C5相对较软，其具有最低G’(在表2中所述)。网片B为织造而非焊接的。网片C为织造和焊接的。网片D为非织造而焊接的。
使由具有焊接网片(织造或非织造的，实施例编号14和实施例编号20)的高模量材料制成的复合膨胀型结构弯曲可提供非最佳结果，例如断裂网片和破裂材料。使具有焊接网片(织造或非织造的，实施例编号16和实施例编号22)的低模量材料弯曲可迫使膨胀型材料挤压穿过网片，从而产生粗糙表面诸如鳄皮状表面。使用焊接网片以用于将结构弯曲成具有均一半径的圆形形状也更加困难，尤其是当形状的直径较小时(实施例编号14至16，实施例编号20至22)。
利用织造而非焊接网片使复合膨胀型结构弯曲(实施例编号17至19)通常在向外(凸出)表面上产生均一和光滑的形状，所述表面例如为矩形管材或圆形管道的外表面。一般来讲观察不到网片断裂或材料破裂。
关于网片层数(实施例编号23至30)
表5-使用单网片层和双网片层的90度弯曲测试
使用钢网片B(3.2mm网片尺寸，0.43mm直径，较弱网片)和E(6.4mm网片尺寸，0.72mm直径，较强网片)，将膨胀型片材材料C1(高G’)、C2(中等G’)和C7(低G’)制成平坦的单网片或双网片复合膨胀型结构。随后使用弯曲断裂装置将平坦结构弯曲90°。当移除弯曲力时，测量弯曲结构的保持角。一般来讲，双网片复合结构，例如夹心结构，可比单网片复合结构更容易保持所需角度(形状)。然而，当满足条件时，例如，更强网片和低G’膨胀型材料，可将单网片复合结构弯曲成所需形状。
关于在弯曲期间网片保护膨胀型材料不破裂(实施例编号31)
使用膨胀型材料C3和网片B制备在两侧上具有网片的6mm厚复合膨胀型结构。膨胀型材料C3不可180°弯曲，如实施例编号3中所示。在此测试中C3将断裂成碎片。复合膨胀型结构，实施例编号31，可弯曲180°而仅具细微表面破裂。
关于固体复合膨胀型结构的表面光洁度(实施例编号32至34)
表6-当使用织造而非焊接网片时的拐角表面光洁度，从侧面2朝向侧 面1弯曲90°
利用常规设备，例如，弯曲断裂装置，将复合膨胀型结构弯曲，可在凹面侧中产生皱折。如果凹面侧被暴露，例如，钢的宽凸缘的拐角，则这可成为美观问题。可通过辅助机械工艺，诸如将皱缩表面挤压至硬表面，或通过选择凹面侧上的更强网片，来去除或减少此类皱折，如表6所示。
关于复合膨胀型结构的硬度(实施例编号35)
测量不具有金属网片的膨胀型片材材料和具有金属网片的复合膨胀型结构的硬度。得自C2的膨胀型片材材料具有约20的平均肖氏硬度D。使用C2和金属网片B的复合膨胀型结构具有约40的平均肖氏硬度D。
关于耐候性(实施例编号36至38)
表7-在耐候性测试之后的膨胀型材料膨胀比率
将膨胀型材料C3、C9和C10压制成尺寸为100mm×100mm的4mm厚片材。在7个润湿冷冻加热循环和7天浸渍测试之后，在室温下将膨胀型材料干燥并保持最少7天，之后进行膨胀比率测试。对于经受气候变化的实施例编号36未观察到膨胀行为，而来自实施例编号37和实施例编号38的膨胀比率在耐候性测试之后几乎未受影响。
关于自立式(实施例编号39)
使用C3的膨胀型材料片材和网片D的网片制备300mm×150mm×3mm的复合膨胀型结构。将该结构弯曲成长度为150mm的具有75mm×75mm开口的中空矩形立方体形状。该结构通过金属线材紧固但未附接至任何基材。随后将该结构竖立在其中两个开口端用矿物毯封端的马弗加热炉中。加热炉中的温度从500℃上升至800℃并保持30分钟。在测试之后，该结构变得显著“膨胀”但保持直立。
关于板火灾测试(实施例编号40至42)
表8-根据ASTM 119的板测试
300mm×300mm×2mm的两个复合膨胀型结构根据ASTM 119标准进行测试，并且与不含网片的膨胀型片材材料进行比较。通过四个拐角处的螺栓将复合膨胀型结构紧固至钢板。通过环氧树脂将不含网片的膨胀型片材材料胶粘至钢板。复合膨胀型结构提供显著更长的阻燃时间，如表8和图2所见。
关于柱火灾测试(实施例编号43至46)
表9–根据ASTM 119的柱测试
使用得自C2以及网片B或E的材料制备600mm×300mm×4mm的复合膨胀型结构。在实施例编号43和实施例编号44中，结构弯曲以形成长度为600mm的正方形或矩形形状的二分之一，以使得此类预成形结构中的两者可形成高度为600mm的柱的外壳，并且此类预成形结构中的四者可形成高度为1200mm的柱的外壳。在实施例编号45中，600mm长的结构被预成形为结构11，如图3C所示。此类600mm长的结构11中的四者被用于包封高度为1200mm的宽凸缘钢W100×19。在实施例编号46中，类似于实施例编号40使600mm长的半矩形结构预成形。此类结构中的四者被用于通过凸缘侧的竖直接缝将1200mm长的W100×19装入箱体。图4中所示的大头钉条被用于将成形复合膨胀型结构紧固到钢柱上。每个实施例的接头处的接缝填充有3M防火产品，诸如FB 136，阻火密封剂；IC-15WB，膨胀型填缝材料；以及WB1000，膨胀型涂层。将柱测试结果与具有3.7mm厚度的商业3M膨胀型涂层进行比较。
关于针对180度角的低树脂(高填充)水平和高厚度下的弯曲(实施 例编号47)
实施例编号47为由C11和双网片B层制成的总厚度为6.0mm的复合片材。用弯曲断裂装置将复合片材弯曲并且在室温下折叠成180度的角度。当移除弯曲力时弯曲复合片材保持折叠形状，并且在边缘处仅观察到细微破裂。
在对说明书进行检查时，新型结构对于本领域技术人员将变得显而易见。然而，应当理解，权利要求的范围不应受到实施方案的限制，而是应当整体给出符合权利要求和说明书的用语的最广泛解释。

Claims (35)

1.一种自立式固体复合膨胀型结构，所述自立式固体复合膨胀型结构包括固定在可弯曲膨胀型片材材料之上或之中的至少一个可弯曲金属网片，在超过-10℃的温度下所述结构通过弯曲力能够弯曲成某个形状，同时在移除所述弯曲力时保持所述弯曲形状，所述膨胀型片材材料包括：
基于所述片材材料的总重量，10重量％或更多的聚合物树脂；
无机填料；以及，
膨胀型组分。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述至少一个可弯曲金属网片包括至少两个可弯曲金属网片，并且所述片材材料被设置在所述至少两个可弯曲金属网片中的两者之间。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述至少一个可弯曲金属网片包括两个可弯曲金属网片，并且所述片材材料被设置在所述两个可弯曲金属网片之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的结构，其中所述结构能够弯曲同时保持所述弯曲形状的温度在-10℃至150℃的范围内。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的结构，其中所述结构能够弯曲同时保持所述弯曲形状的温度在-10℃至40℃的范围内。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的结构，其中所述至少一个可弯曲金属网片中的至少一者具有1.5mm或更大的网片尺寸。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的结构，其中所述至少一个可弯曲金属网片中的至少一者具有在1.5mm至12.8mm范围内的网片尺寸。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的结构，其中所述至少一个可弯曲金属网片中的至少一者具有在3.2mm至6.4mm范围内的网片尺寸。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的结构，其中所述至少一个网片包括钢。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的结构，其中所述至少一个网片为非焊接的。
11.根据权利要求1至9中任一项所述的结构，其中所述至少一个网片为织造而非焊接的。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的结构，其中所述至少一个金属网片具有保持所述弯曲形状而无显著变形的能力，所述能力大于所述膨胀型片材材料恢复到原始形状的记忆力。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的结构，其中所述至少一个金属网片嵌入所述膨胀型片材材料中以完全封闭网片开口，在所述网片开口处所述至少一个网片与所述片材材料接触。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的结构，其中所述至少一个金属网片被固定至所述膨胀型片材材料的至少一个表面。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的结构，其中所述至少一个金属网片包括至少两个金属网片，并且所述金属网片相同。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的结构，其中所述片材材料具有至多约25mm的厚度。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的结构，其中所述片材材料包含15重量％或更多的所述树脂。
18.根据权利要求1至16中任一项所述的结构，其中所述片材材料包含15重量％至30重量％的所述树脂。
19.根据权利要求1至16中任一项所述的结构，其中所述片材材料包含15重量％至25重量％的所述树脂。
20.根据权利要求1至16中任一项所述的结构，其中所述片材材料包含17重量％至25重量％的所述树脂。
21.根据权利要求1至16中任一项所述的结构，其中所述片材材料包含20重量％至25重量％的所述树脂。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的结构，其中：
所述树脂具有20％或更小的结晶度指数；
所述树脂具有比所述弯曲温度低至少25℃的玻璃化转变温度；
除非所述树脂的结晶度指数低于10％，否则所述树脂具有比所述弯曲温度低的熔融温度；
所述膨胀型材料在所述弯曲温度下具有在106Pa至109Pa范围内的储能模量；
所述膨胀型材料在所述弯曲温度下具有15％或更大的断裂伸长率；或者，
它们的任意组合。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的结构，其中所述树脂为无定形的。
24.根据权利要求1至22中任一项所述的结构，其中所述树脂为半结晶的并具有10％或更小的结晶度指数。
25.根据权利要求1至24中任一项所述的结构，其中所述膨胀型组分为基于磷酸盐的。
26.根据权利要求1至25中任一项所述的结构，其中所述树脂包含乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
27.根据权利要求26所述的结构，其中基于所述共聚物的总重量，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有40重量％或更多的醋酸乙烯酯含量。
28.根据权利要求26所述的结构，其中基于所述共聚物的总重量，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有在41重量％至90重量％范围内的醋酸乙烯酯含量。
29.根据权利要求26所述的结构，其中基于所述共聚物的总重量，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有在42重量％至70重量％范围内的醋酸乙烯酯含量。
30.根据权利要求1至29中任一项所述的结构，其中所述膨胀型片材材料具有在10至60范围内的膨胀比率。
31.一种防火屏障，所述防火屏障包括如权利要求1至30中任一项所定义的结构。
32.根据权利要求31所述的屏障，所述屏障呈非平面形状。
33.根据权利要求31或32所述的屏障，根据测试方法ASTM 119或UL1709，所述屏障提供防火达0.5小时至4小时。
34.一种防火系统，所述防火系统包括被安装在基材上的如权利要求31至33中任一项所定义的防火屏障。
35.根据权利要求34所述的系统，其中所述基材包括钢。
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