CN107722453A - 一种防火柔性逃生通道材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维60～85份、阻燃剂10～22份、填充剂8～10份，抗氧剂0.8～2份、石墨烯7～15份、固化剂1.5～3份、改性尼龙6～10份、增韧剂3～6份、聚丙烯12～25份。本发明的防火柔性通道材料各项性能优异，强度高，阻燃效率高、无卤无毒，热稳定好，具有优良的抗老化性能，高温绝热性能好，具有优良的综合性能，保证了逃生通道的安全性和实用性。

Description

一种防火柔性逃生通道材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高层建筑逃生装置领域，尤其是一种高层建筑逃生通道复合材料。
背景技术
随着社会经济的高速发展，用于人们日常生活的办公、居住等的城市高层建筑越来越多，高楼大厦四处林立，形成了城市建筑群的景观；但其存在的安全隐患问题也在日益增多，影响着人们的日常生活。虽然高楼建筑物中均设置有消防器材，但是有时却会由于发现火情不及时等原因，导致不能及时有效地控制火势，同时一旦出现地震、爆炸等突发性灾难时，被困人员只能通过设置在高楼某一处位置的楼梯过道、软梯或者缓降器等逃生装置进行逃生，但由于在灾难前，人群慌乱无措，尤其是对于老弱病残以及小孩来说，在使用上述逃生方法在过程中往往会因为人多拥挤等现象导致逃生通道不顺畅，甚至在逃生过程中发生踩踏，出现人员伤亡的现象发生，不仅影响了上述逃生方式的正常运作，还不能达到良好逃生效果，逃生时间被白白浪费掉；同样的，现在高空飞行设备的使用，不管是用于娱乐的热气球、摩天轮等和用于作为交通根据的飞机等，其导致的灾难性时间也在日益增多，由于其高空运作的原因，面对灾难性事件逃生时，其逃生方法和逃生时间有限，降落伞的使用会花费大量时间，在坠落过程中其能够实现的人员逃亡有限，使得伤亡人员比例高，因此便于高处逃生的设备装置需要不断研发。
现有的高楼所用的逃生装置大部分都是用于火灾的情况，特别是使用柔性逃生通道的逃生装置，迫切需要一种防火效果好，同时强度高、耐老化、无毒的新型复合材料。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种防火逃生通道的复合材料，同时满足防火、阻燃、耐老化、耐腐蚀、强度高、轻薄等性能要求。
本发明采用的技术方案如下：一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维60～85份、阻燃剂10～22份、抗氧剂0.8～2份、石墨烯7～15份、固化剂1.5-3份、改性尼龙6～10份、增韧剂3-6份、聚丙烯12～25份。
由于采用上述技术方案，混合纤维能提高逃生通道的断裂强力和撕破强力，大大提高逃生通道的强度，阻燃剂能大大提高逃生通道复合材料的阻燃与耐火性能，抗氧剂能提高逃生通道复合材料的抗氧化性能，进而提高逃生通道复合材料的使用寿命，石墨烯具有独特的二维碳原子结构，具有优异的导电性、耐热性、物理机械性能，同时在燃烧时石墨烯在材料表面形成一种致密的保护层，该保护层可以隔绝热量、气体，阻止进一步燃烧，因此石墨烯具有优异的阻燃效果。增韧剂能提高逃生通道复合材料的韧性，聚丙烯同样能提高逃生通道复合材料的阻燃性能。通过采用上述原料，并且严格控制各原料的重量配比，制得的逃生通道复合材料强度高，耐温和加工性能优良，阻燃效果好、防火效果好，综合性能优异，使逃生通道坚实耐用，保证其安全性能，在火灾发生时能起到有效的防火阻燃作用，涉险人员可通过进入逃生通道从高楼顺利往下，及时撤离。
进一步，所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为30～45份，纳米陶瓷纤维重量份为35～65份。
由于采用上述技术方案，采用纳米级别的碳纤维和陶瓷纤维能有效提高逃生通道的防火效果，高温绝热性能好。
进一步，所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为6～12份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为5～8份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
由于采用上述技术方案，磷系阻燃剂与传统卤素阻燃剂相比，产生的有毒气体及腐蚀气体少，可同时在气相和凝聚相起阻燃作用。
进一步，所述填充剂由重量份为15～24份纳米Sb2O3、10 ～18份的纳米蒙脱土、5～8份环氧树脂、18～30份纳米碳酸钙以及17～32份磷酸三丁酯组成。
由于采用上述技术方案，蒙脱土是一种层状结构的硅酸盐泥土，层间有可交换的阳离子，通过离子交换反应，使层间距离增大，较小的蒙脱土用量可使材料达到很好的强度和较好的阻燃性能。蒙脱土是经过改性的蒙脱土，并且与30%的氢氧化铝进行复配，进一步提高其阻燃性能。纳米CaCO3是一种新型超细固体材料，具有粒子细，比表面积大，表面活化率高，能显著改善材料的阻燃性能、耐热性能。纳米Sb2O3与纳米CaCO3、蒙脱土产生协同效应，在燃烧初期下能形成保护膜隔绝空气，降低燃烧温度，在高温状态下被气化，释放空气中的氧浓度，起到阻燃的作用。填充剂的添加，能起到有效阻燃的效果，保证滑道在火灾时能正常安全使用。
进一步，所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1098其中一种。
由于采用上述技术方案，优选抗氧剂1098，抗氧剂1098为低挥发性的受阻酚类抗氧化剂，具有良好的热稳定性，并且与纤维、尼龙等具有良好的相容性，且安全无毒，抗氧剂能提高逃生通道的抗氧化性能，进一步延长逃生通道的使用寿命。
进一步，所述增韧剂由7～9份棉纤维、2～4份戊二醛、1～2.2份环氧氨基、3～4份环氧树脂及0.5～1.5份促进剂组成。
由于采用上述技术方案，增韧剂能有效提高材料的韧性。
进一步，所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
由于采用上述技术方案，氧化石墨烯经过改性处理后，能提高氧化石墨烯表面的羟基数量，进而提高氧化石墨烯与聚丙烯的结合强度。而且氧化石墨烯与环氧树脂反应配合，进一步提高其氧化石墨烯的阻燃性能。
进一步，防火逃生通道材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合15～25分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温140～160°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区180～185°C，二区185～190°C，三区185～190°C，四区190～195°C，五区195～200°C，六区200～205°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在300～400r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
由于采用上述技术方案，本发明的制备方法工艺简单，设计的六段温度区间可精确控制温度及其反应，使其质量稳定，生产成本低，实用性强。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明的一种防火柔性逃生通道材料的各项性能优异，强度高，阻燃效率高、无卤无毒，相互之间起协同作用，热稳定好，具有优良的抗老化性能，高温绝热性能好，具有优良的综合性能，保证了逃生通道的安全性和实用性。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维60份、阻燃剂10份、填充剂8份，抗氧剂0.8份、石墨烯7份、固化剂1.5份、改性尼龙6份、增韧剂3份、聚丙烯12份。
其中，所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为30份，纳米陶瓷纤维重量份为65份。
所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为6份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为5份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
所述填充剂由重量份为15份纳米Sb2O3、10 份的纳米蒙脱土、5份环氧树脂、18份纳米碳酸钙以及17份磷酸三丁酯组成。
所述抗氧剂为抗氧剂1098。
所述增韧剂由7份棉纤维、2份戊二醛、1份环氧氨基及0.5份促进剂组成。
所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
一种防火逃生通道材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合15分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温140°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区180°C，二区185°C，三区185°C，四区190°C，五区195°C，六区200°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在300r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
实施例2
一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维68份、阻燃剂15份、填充剂8份，抗氧剂1.2份、石墨烯9份、固化剂2份、改性尼龙7份、增韧剂4份、聚丙烯18份。
其中，所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为35份，纳米陶瓷纤维重量份为45份。
所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为8份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为6份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
所述填充剂由重量份为18份纳米Sb2O3、13份的纳米蒙脱土、6份环氧树脂、21份纳米碳酸钙以及23份磷酸三丁酯组成。
所述抗氧剂为抗氧剂1098。
所述增韧剂由7份棉纤维、2份戊二醛、1.2份环氧氨基及0.8份促进剂组成。
所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
一种防火逃生通道材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合20分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温145°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区182°C，二区187°C，三区186°C，四区192°C，五区197°C，六区201°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在320r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
实施例3
一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维73份、阻燃剂19份、填充剂9份，抗氧剂1.5份、石墨烯12份、固化剂2.5份、改性尼龙8份、增韧剂5份、聚丙烯20份。
其中，所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为40份，纳米陶瓷纤维重量份为55份。
所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为10份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为7份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
所述填充剂由重量份为20份纳米Sb2O3、15 份的纳米蒙脱土、7份环氧树脂、26份纳米碳酸钙以及29份磷酸三丁酯组成。
所述抗氧剂为抗氧剂1098。
所述增韧剂由8份棉纤维、3份戊二醛、1.7份环氧氨基及1.2份促进剂组成。
所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
一种防火逃生通道材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合15分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温155°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区183°C，二区188°C，三区187°C，四区194°C，五区198°C，六区203°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在360r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
实施例4
一种防火柔性逃生通道材料，包括以下重量份的原料：混合纤维85份、阻燃剂22份、填充剂10份，抗氧剂2份、石墨烯15份、固化剂3份、改性尼龙10份、增韧剂6份、聚丙烯25份。
其中，所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为45份，纳米陶瓷纤维重量份为35份。
所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为12份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为8份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
所述填充剂由重量份为24份纳米Sb2O3、18份的纳米蒙脱土、8份环氧树脂、30份纳米碳酸钙以及32份磷酸三丁酯组成。
所述抗氧剂为抗氧剂1098。
所述增韧剂由9份棉纤维、4份戊二醛、2.2份环氧氨基、1.5 份促进剂组成。
所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
一种防火逃生通道材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合15分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温160°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区185°C，二区190°C，三区190°C，四区195°C，五区200°C，六区205°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在400r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
制得的防火逃生通道复合材料的性能测试结果如表1所示。
按照国家标准GB/T 5455-1997中纺织品燃烧性能试验垂直法规定的方法进行测定。具体结果如表1所示。通过结果可以看到本发明的一种防火逃生通道复合材料的阻燃性能效果优异，实用性强。
表1

Claims (8)

1.一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：防火柔性逃生通道材料包括以下重量份的原料：混合纤维60～85份、阻燃剂10～22份、抗氧剂0.8～2份、石墨烯7～15份、固化剂1.5～3份、改性尼龙6～10份、增韧剂3～6份、聚丙烯12～25份。
2.如权利要求1所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述混合纤维包括纳米碳纤维和纳米陶瓷纤维，所述纳米碳纤维重量份为30～45份，纳米陶瓷纤维重量份为35～65份。
3.如权利要求2所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述阻燃剂包括磷酸酯类阻燃剂和三聚氰胺焦磷酸盐，所述磷酸酯类阻燃剂重量份为6～12份，三聚氰胺焦磷酸盐重量份为5～8份；其中磷酸脂类阻燃剂为CDP或TPP，优选TPP。
4.如权利要求3所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述填充剂由重量份为15～24份纳米Sb2O3、10 ～18份的纳米蒙脱土、5～8份环氧树脂、18～30份纳米碳酸钙以及17～32份磷酸三丁酯组成。
5.如权利要求4所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述抗氧剂为抗氧剂264、抗氧剂1010、抗氧剂1098其中一种。
6.如权利要求5所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述增韧剂由7～9份棉纤维、2～4份戊二醛、1～2.2份环氧氨基及0.5～1.5份促进剂组成。
7.如权利要求6所述的一种防火柔性逃生通道材料，其特征在于：所述石墨烯为氧化石墨烯经过γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷处理得到。
8.一种如权利要求1所述的一种防火逃生通道材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将氧化石墨烯与3%的γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷在85°C反应24h，然后用去离子水洗涤过滤3次，在55°C下真空干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯与γ-甲基丙烯三甲氧基硅烷的质量比为1:25；
步骤二：将改性氧化石墨烯与聚丙烯、阻燃剂溶液混合，得到混合助料；
步骤三：按上述所述的重量份数依次称取各组分，将称取的纳米碳纤维、纳米陶瓷纤维、填充剂、抗氧剂、固化剂、改性尼龙、增韧剂以及步骤二得到的阻燃混合料在高速混合机混合15～25分钟，得到混合料；
步骤四：将步骤三的混合料加入到双螺杆挤出机中，在高温140～160°C下挤出后，经冷却、切粒得到防火复合材料；其中该步骤中双螺杆挤出机的温度设置为：一区180～185°C，二区185～190°C，三区185～190°C，四区190～195°C，五区195～200°C，六区200～205°C，双螺杆挤出机螺杆转速控制在300～400r/min；
步骤五：将制得的防火复合材料在60°C的干燥箱干燥24h后，成型制得防火逃生通道复合材料。
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