CN109849115A - 一种用于高寒地区的隧道防火保温板材及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于高寒地区的隧道防火保温板材及其制作方法，防火保温板材由面层和保温层复合而成，所述面层和保温层之间通过高强度的粘合剂层粘结，所述面层为改性木材，所述面层的表面喷涂一层高膨胀防火涂料层，所述保温层为高密度憎水岩棉板。与现有技术相比，该板材阻火性能明显，发生火灾时可快速膨胀或碳化，耐火极限长、耐冻融性强，表面强度高，不易开裂及粉化。

Description

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种防火保温板材，具体涉及一种用于高寒地区的隧道防火保温板材及其制作方法。

背景技术

随着我国的公路、铁路建设重点不断西移，公路铁路隧道的建设逐年增加，高海拔地区由于特殊的自然地理环境，常规建设的隧道冻害现象极为突出。尤其当隧道所在地区具有典型的高原大陆性气候特征时，需要在隧道二衬表面设置复合型的保温层和防火层，采用隧道拱墙保温板安装快速施工方法，以防止隧道冬季冻害及运营期间的消防安全。

目前，隧道的防火保温领域中应用较多的就是隧道二衬表面直接喷涂防火涂料，由于隧道二衬表面光滑，有油污、假皮等，故防火涂料与二衬的粘结强度不高，容易脱落；另外，在我国寒冷和严寒地区，隧道普遍只做防火而忽视隧道的保温性能与效果，这对隧道衬砌起不到任何防冻融作用，对隧道的冻害较大。近年来，全球森林资源日趋枯竭，社会环保意识日益增强，同时对木材的应用也提出了更高的要求，而现有材料普遍存在耐火时间短、耐火极限低、耐冻融性差、易开裂、粉化的问题。

中国专利CN102434176A公开了一种隧道用的防水防火保温复合板的制备方法，根据隧道的具体形状制备与之相对的保温层、防水层，防火层和美观层，然后把上述四层之间均用粘结层粘贴在一起，但其阻燃性、耐冻性以及表面强度依然没有达到高标准使用要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种用于高寒地区的隧道防火保温板材及其制作方法，该板材阻火性能明显，发生火灾时可快速膨胀或碳化，耐火极限长、耐冻融性强，表面强度高，不易开裂及粉化。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，由面层和保温层复合而成，所述面层和保温层之间通过高强度的粘合剂层粘结，所述面层为改性木材，所述面层的表面喷涂一层高膨胀防火涂料层，所述保温层为高密度憎水岩棉板。

优选地，所述防火涂料层采用单面喷涂法喷涂，喷涂厚度为1-2mm，所述防火涂料层包括以下重量份的组分：苯丙乳液30-40份、环氧树脂20-30份、有机阻燃剂10-15份、无机阻燃填料5-10份、分散剂1-2份。

优选地，所述有机阻燃剂为质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物。

优选地，所述无机阻燃填料选自水泥、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁的一种或多种混合物。

优选地，所述分散剂为乙酸乙烯酯聚合物乳液。

优选地，所述防火涂料层的防火涂料具体制备方法为：

（1）将无机阻燃填料筛分，除去粗颗粒；

（2）将无机阻燃填料与有机阻燃剂混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及分散剂，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，即得。

优选地，所述粘合剂层包括以下重量份的组分：水玻璃15-50份、酚醛树脂5~15份、六次甲基四胺1~3份、氧化镁粉20~30份、高铝粉10-20份和六偏磷酸钠1-1.5份，通过混合制得。

所述改性木材通过以下方法制备得到：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘；

（b）清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至120~140℃，增压至0.2-0.4MPa，处理8-10min；

（c）将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽。

优选地，步骤（c）所述微纳米级粗糙结构的尺寸为150-250纳米，凹槽的尺寸宽度为1-2mm，深度为1-2mm。

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材的制作方法，包括以下步骤：

（1）加工改性木材，备用；

（2）制备高强度粘合剂，备用；

（3）制备高膨胀防火涂料，备用；

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，固化后即得到防火保温板材。

本发明防火保温板材，以改性木材作为面层，以高密度憎水岩棉板作为保温层，面层与保温层之间通过高强度的粘合剂层粘结，在面层表面喷涂防火涂料层，以此形成复合防火保温板材，该板材阻火性能明显，发生火灾时可快速膨胀或碳化，耐火极限长、耐冻融性强，表面强度高，不易开裂及粉化。

本发明具有以下特点：

1、防火涂料层经过配方设计，具备优异的耐火性、耐冻融性及强度。

基料苯丙乳液与环氧树脂对膨胀型防火涂料的性能有重大影响，若与其他组分匹配良好，则既能保证在工作条件下涂层具有各种使用性能，又能在火焰或高温作用下使涂层具有阻燃性和优异的膨胀效果。本申请以苯丙乳液和环氧树脂作为防火涂料成膜剂，具有很强的内聚力、附着力和高化学稳定性，优异的抗冲击强度、黏结力与抗潮性能，较强的耐腐蚀性和轻质量的材料特性。阻燃成分由有机阻燃剂与无机阻燃填料混合而成，有机阻燃剂由质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇混合而成，三者的热分解温度与环氧树脂匹配良好，有利于炭质层形成。以季戊四醇作为成炭剂，在膨胀阻燃体系防火涂料中形成三维空间结构，不易燃烧，对炭化层起着骨架的作用。并且组分中含有无机阻燃填料，如水泥、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁等，更进一步起到阻燃作用。分散剂采用乙酸乙烯酯聚合物乳液，分散剂的作用，第一，防止涂料加水后分散不均匀，产生沉淀；第二，增大涂料的附着性；第三，增加涂料的分散性，便于用机械喷涂或手工抹涂。

2、粘合剂层经过配方设计，粘结强度高、耐火、耐冻。粘合剂层由水玻璃、酚醛树脂、六次甲基四胺、氧化镁粉、高铝粉和六偏磷酸钠混合制得，氧化镁粉和高铝粉的加入有助于阻燃，六偏磷酸钠与六次甲基四胺有助于抗冻，水玻璃与水性酚醛树脂有助于提高粘结强度。

3、根据木材特性，对其进行改性，经过高温高压处理，有效对木材浅表层组织结构进行软化松散，提升表面无序性。干燥打磨后去除部分过于松散的表面组织，并在木材表面构建微纳米级粗糙结构，形成纳米的粗糙结构，非常有利于防火涂料层的负载，可牢固结合，不易脱落。在木材下表面加工出条形凹槽，通过粘合剂可以更牢固的与岩棉板结合，发生火灾不易开裂。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图中：1-防火涂料层；2-面层；3-粘合剂层；4-保温层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

用于高寒地区的隧道防火保温板材，其结构如图1所示，由面层2和保温层4复合而成，面层2和保温层4之间通过高强度的粘合剂层3粘结，面层2为改性木材，面层2的表面喷涂一层高膨胀防火涂料层1，保温层4为高密度憎水岩棉板。防火涂料层1采用单面喷涂法喷涂，喷涂厚度为1-2mm，岩棉板厚度为2-5cm，改性木材厚度为2-4cm。

实施例1

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至120℃，增压至0.4MPa，处理10min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为150纳米，凹槽的尺寸宽度为2mm，深度为2mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃15份、酚醛树脂5份、六次甲基四胺1份、氧化镁粉20份、高铝粉10份和六偏磷酸钠1份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将水泥、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液30份、环氧树脂20份、有机阻燃剂10份、无机阻燃填料5份、分散剂1份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

实施例2

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于90%，升温至140℃，增压至0.2MPa，处理8min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为250纳米，凹槽的尺寸宽度为2mm，深度为2mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃50份、酚醛树脂15份、六次甲基四胺3份、氧化镁粉30份、高铝粉20份和六偏磷酸钠1.5份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将水泥和膨胀蛭石筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液40份、环氧树脂30份、有机阻燃剂15份、无机阻燃填料10份、分散剂2份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

实施例3

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至130℃，增压至0.3MPa，处理9min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为200纳米，凹槽的尺寸宽度为1.5mm，深度为2mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃30份、酚醛树脂10份、六次甲基四胺2份、氧化镁粉25份、高铝粉15份和六偏磷酸钠1.3份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙和氢氧化镁筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液35份、环氧树脂25份、有机阻燃剂12份、无机阻燃填料8份、分散剂1.5份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

实施例4

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至125℃，增压至0.3MPa，处理10min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为100纳米，凹槽的尺寸宽度为2mm，深度为2mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃20份、酚醛树脂5份、六次甲基四胺1.5份、氧化镁粉25份、高铝粉15份和六偏磷酸钠1份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液35份、环氧树脂25份、有机阻燃剂15份、无机阻燃填料5份、分散剂1份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

实施例5

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至135℃，增压至0.2MPa，处理8min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为250纳米，凹槽的尺寸宽度为2mm，深度为2mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃25份、酚醛树脂10份、六次甲基四胺1份、氧化镁粉25份、高铝粉10份和六偏磷酸钠1份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液35份、环氧树脂25份、有机阻燃剂15份、无机阻燃填料5份、分散剂1份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

实施例6

一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，具体制作方法如下：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘，清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至130℃，增压至0.4MPa，处理10min；将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽，微纳米级粗糙结构的尺寸为200纳米，凹槽的尺寸宽度为2mm，深度为1mm。

（2）按以下重量份配比，水玻璃20份、酚醛树脂10份、六次甲基四胺1份、氧化镁粉20份、高铝粉15份和六偏磷酸钠1份，将它们混合均匀，制得高强度粘合剂。

（3）将水泥、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝和氢氧化镁筛分，除去粗颗粒，与质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及乙酸乙烯酯聚合物乳液，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，制得高膨胀防火涂料。其中，苯丙乳液35份、环氧树脂25份、有机阻燃剂15份、无机阻燃填料10份、分散剂2份。

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，60℃固化4小时后，得到防火保温板材。

对实施例1-6制得的产品进行产品性能测试。

耐火极限以及粘结强度测试按照GA98—2005《混凝土结构防火涂料》的测试步骤进行。耐冻融循环按《建筑涂料涂层耐冻融循环性测定法》进行如下步骤测定：制作四块尺寸为150mm×200mm×（6-10）mm的试件板，将涂料涂于其表面，涂面朝上置于试验台，在温度为（23±2）℃，相对湿度为（50±5）%环境下，放置7天以上；将试件常温放置24h后，置于（23±2）℃空气环境中18h；然后将试件放入（-20±2）℃的低温箱中3小时；取出试件，立即放入（50±2）℃的恒温箱中3h，此为一次循环；循环结束后取出试件进行评定，检查试件板涂层有无粉化、开裂、剥落、气泡等现象，具体测试结构如表1所示。

表1 实施例1-6产品测试结果

序号	耐火时间/min	粘结强度/Mpa	耐冻融性/次
				实施例1	147	0.52	41
实施例2	132	0.64	38
				实施例3	152	0.71	51
实施例4	138	0.57	42
				实施例5	148	0.61	44
实施例6	141	0.56	39

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，由面层和保温层复合而成，所述面层和保温层之间通过高强度的粘合剂层粘结，其特征在于，所述面层为改性木材，所述面层的表面喷涂一层高膨胀防火涂料层，所述保温层为高密度憎水岩棉板。

2.根据权利要求1所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述防火涂料层采用单面喷涂法喷涂，喷涂厚度为1-2mm，所述防火涂料层包括以下重量份的组分：苯丙乳液30-40份、环氧树脂20-30份、有机阻燃剂10-15份、无机阻燃填料5-10份、分散剂1-2份。

3.根据权利要求2所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述有机阻燃剂为质量比为2:1:1的聚磷酸铵、三聚氰胺与季戊四醇的混合物。

4.根据权利要求2所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述无机阻燃填料选自水泥、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、轻质碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化镁的一种或多种混合物。

5.根据权利要求2所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述分散剂为乙酸乙烯酯聚合物乳液。

6.根据权利要求2所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述防火涂料层的防火涂料具体制备方法为：

（1）将无机阻燃填料筛分，除去粗颗粒；

（2）将无机阻燃填料与有机阻燃剂混合，然后加入苯丙乳液、环氧树脂以及分散剂，在高速搅拌机中充分搅拌，混合均匀，即得。

7.根据权利要求1所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述粘合剂层包括以下重量份的组分：水玻璃15-50份、酚醛树脂5~15份、六次甲基四胺1~3份、氧化镁粉20~30份、高铝粉10-20份和六偏磷酸钠1-1.5份，通过混合制得。

8.根据权利要求1所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，所述改性木材通过以下方法制备得到：

（1）将木材清洗，去除表面灰尘；

（b）清洗后的木材进行高温高压处理，放入密闭罐中，保持罐内的相对湿度不小于80%，升温至120~140℃，增压至0.2-0.4MPa，处理8-10min；

（c）将高温高压处理后的木材干燥至水含量不大于10%后，在木材上表面用砂纸打磨处理，使木材表面得到微纳米级粗糙结构，在木材下表面加工出条形凹槽。

9.根据权利要求1所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材，其特征在于，步骤（c）所述微纳米级粗糙结构的尺寸为150-250纳米，凹槽的尺寸宽度为1-2mm，深度为1-2mm。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种用于高寒地区的隧道防火保温板材的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）加工改性木材，备用；

（2）制备高强度粘合剂，备用；

（3）制备高膨胀防火涂料，备用；

（4）将改性木材与岩棉板通过粘合剂粘合，然后在改性木材表面喷涂防火涂料形成防火涂料层，固化后即得到防火保温板材。