CN111704397B - 一种防火材料、防火门及制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体公开了一种防火材料、防火门及制备方法和应用。所述防火材料包括如下组分：高炉布袋灰20‑50份，煅烧煤矸石15‑35份，焦宝石15‑45份，高岭土20‑45份和硅酸锂4‑8份。本发明中上述各组分协同综合作用，赋予本发明防火门芯板优异的防火性能和环保性能，达到了变废为宝的目的，使制备的防火材料可在高温1040℃下耐火120分钟，达到标准中对甲级防火门的要求，耐火的极限温度高达1250℃，横向剪切强度可达到8～10MPa，垂直于表面的抗拉强度可达0.8～2MPa以上，且避免了菱镁材料的使用，避免了防火门芯板吸潮、返卤现象等不良现象发生，具有较高的使用价值和应用价值。

Description

一种防火材料、防火门及制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种防火材料、防火门及制备方法和应用。
背景技术
随着我国经济的高速发展，城市化进程不断加快，城市中高层建筑正在大量涌现。由于高层建筑火灾消防救援灭火难度大，高层火灾常导致人员伤亡大、经济损失严重等后果，造成极大的社会影响。防火门作为公认的被动式防火装置，在发生火灾时可起到阻止火灾蔓延和防止火灾烟气流动的作用，更重要的是，火灾发生时，防火门是楼梯口等逃生通道的有效保护屏障。因此，耐火性能优良的防火门在建筑火灾救援和逃生中起着关键性作用，是保障人民生命财产安全的生命门。
防火门耐火性能的好坏，主要体现在防火门芯材料的选择上。菱镁防火板、膨胀珍珠岩板、硅酸铝棉板、膨胀蛭石板、泡沫水泥板等都是重要的防火门芯板材。但这些防火门芯板在实际应用中均存在一定问题，如：菱镁防火门芯板存在返卤返潮，腐蚀门板的问题；膨胀蛭石板和膨胀珍珠岩板存在韧性差、易碎和容重大等问题；泡沫水泥板存在易吸水、易碎和耐火性差等问题；硅酸铝棉板烟气毒性指标达不到国家标准，现在已被明令禁止使用。因此，寻找一种新型的防火性能好、制造成本低的防火门芯材料成为本领域技术人员亟待解决的关键技术问题。
发明内容
针对现有技术中防火门芯材料存在的上述问题，本发明提供一种防火材料、防火门及制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：
一种防火材料，包括如下质量份数的原料组分：高炉布袋灰20-50份，煅烧煤矸石15-35份，焦宝石15-45份，高岭土20-45份和硅酸锂4-8份。
相对于现有技术，本发明提供的防火材料的原料来源充足，高炉布袋灰、煅烧煤矸石均为工业废物，成本低廉，其中高炉布袋灰、煅烧煤矸石和焦宝石三种材料均是经过高温后产生的，三者协同赋予防火材料良好的耐高温性能，其中，高炉布袋灰和焦宝石中含有大量的金属氧化物，提高了材料的阻燃性能，金属氧化物与硅酸锂中的硅酸根或焦宝石和高岭土等成分中的二氧化硅形成特殊的硅键，进一步提高了材料的强度和耐火性；硅酸锂可增强各组分之间的粘结性，且具有调节硅酸根离子含量的作用；上述各组分以特定比例配合可使材料具有合适的铝离子和硅酸根离子的配比，最终形成以硅酸铝材料为主要成分的防火材料。本发明中上述各组分协同综合作用，赋予本发明防火材料优异的防火性能和环保性能，达到了变废为宝的目的，使制备的防火材料可在高温1040℃下耐火120分钟，达到标准中对甲级防火门的要求，耐火的极限温度高达1250℃，横向剪切强度可达到8～10MPa，垂直于表面的抗拉强度为0.8～2MPa以上，且避免了菱镁材料的使用，避免了本发明防火门芯板吸潮、返卤现象等不良现象发生，具有较高的使用价值和应用价值。
本发明中所述高炉布袋灰为高炉炼铁除尘所产生的高炉布袋灰；煅烧煤矸石为火电厂燃煤后所产生的煅烧煤矸石；焦宝石为生焦宝石经1250-1350℃烧结而成的焦宝石，Al2O3含量为44％左右，Fe2O3<2％，K2O+Na2O+CaO+MgO在0.5～1.0％以下；高岭土为高岭石含量在80％以上的黏土矿物；硅酸锂为纯度为95％以上的工业硅酸锂粉。
本发明还提供上述防火材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1450～1470℃，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料经高速离心，甩丝，收集，得直径为1.8～3.0μm的纤维；
步骤三、将所述纤维压制，针刺，得纤维毡；
步骤四、制备胶液，在所述纤维毡的底层施加负压，将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，然后挤压得到纤维板，干燥，得所述防火材料。
通过将高炉布袋灰、煅烧煤矸石、焦宝石、高岭土和硅酸锂一特定比例复配熔融甩丝制成硅酸铝为主要成分的纤维，并将其压制成板材，纤维在板材内形成的三维乱向网状细微结构，可分散来自板材内外部的应力，提高板材的强度，且硅酸铝纤维具有良好的耐火性，因此，通过本发明制备的防火门芯板的力学性能和耐火性能都得到了明显的改善。
本发明提供的防火材料的制备方法简单，制造成本低，制备得到的防火材料的耐火时间长，耐火温度高，质量稳定，完全达到并超过了国家GB/T25975-2018防火门芯板新标准的要求，采用该防火门芯板制备防火门可以大幅提升防火门的防火性能，且对高炉布袋灰和煅烧煤矸石进行了资源化再利用，更符合我国环保型企业发展方向，为钢铁企业节能降排、发展循环经济开辟了新的途径，具有较高的实用价值和推广价值。
本发明步骤一中，加热熔化的温度为1450-1470℃。优选的加热熔化温度有利于使液态浆料具有合适的黏度，使其流动性好，便于纤维的形成。温度过低，黏度过大，流动性降低，熔体还没完全铺展开便被甩出，不利于纤维的形成；温度过高，黏度过小，熔体会在成纤前被甩出，降低成纤率。
优选的，步骤二中，所述离心转速为7000～8000r/min。
优选的离心转速有利于制备得到直径为1.8～3.0μm超细纤维。优选的纤维直径有利于降低防火材料的容重，并且有利于兼顾纤维的强度和耐火性，使得制备的防火材料的强度和耐火性俱佳。
优选的，步骤三中，所述压制的压力为1.5～2.5MPa。
优选的，步骤三中，针刺的密度为50～80针/m2。
优选的，步骤四中，负压值为0.5MPa～1.2MPa。
优选的针刺密度和负压值有利于使胶液均匀分布于硅酸铝纤维内部，提高纤维之间的结合力，进而有利于提高制备的防火门芯板的韧性和强度。
优选的，步骤四中，所述胶液为质量比为15～20:1的铝溶胶和甲基硅酸钠的混合物。
优选的胶液具有较好的高温粘结性能，并能提高防火材料的在高温下的韧性。
优选的，步骤四中，所述胶液和纤维毡的质量比为1:2～4。
优选的胶液和胶液的加入量有利于提高制备的门芯板的韧性。
优选的，步骤四中，挤压的压力强度为8-10MPa。
优选的，步骤四中，所述干燥采用微波干燥的方式，干燥温度为300～380℃，干燥时间为2～3h。
优选的干燥方式和干燥温度可减少板材因内部水分、空气、骨料受热膨胀或受热不均匀导致的形变，进而避免对板材结构的破坏。
本发明还提供了上述防火材料或上述任一项所述的防火材料的制备方法制备得到的防火材料在防火门芯或防火封堵料中的应用。
本发明提供的防火材料为弱碱性材料，可提高门体对空气中二氧化碳的耐受性，降低门体锈蚀问题的出现，采用本发明提供的防火材料制备的防火门芯具有优异的防火性能，在高温1040℃下耐火120分钟，耐火极限温度可高达1250℃，参照国家《防火门GB12955-2008》标准，各项指标均优于燃烧性不燃(A1级)和烟气毒性AQ1各指标值。
本发明还提供了一种防火门，所述防火门的门芯上述的防火材料制得。
采用本发明提供的防火材料制备的防火门芯具有强度高、耐火性能好且制备成本低的优点，将其在防火门中应用时，使得含有本发明防火门芯板的防火门具有优异的防火性能，而且强度高和结构稳定，便于实现工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种防火门芯板，包括如下质量份数的原料组分：
高炉布袋灰20份，煅烧煤矸石35份，焦宝石45份，高岭土20份和硅酸锂8份。
上述防火门芯板的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1450℃熔化，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料在7000r/min的条件下离心甩丝，甩成平均直径为3.0μm的超细纤维并收集，得纤维；
步骤三、将所述纤维压实整形成平板状，压强为1.5MPa，然后进行针刺，针刺密度为50针/m2，得纤维毡；
步骤四、将铝溶胶和甲基硅酸钠按照质量比为15:1混合均匀，得胶液；
步骤五、在所述纤维毡的底层用真空抽滤泵施加负压，负压值为0.5MPa，然后将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，胶液与纤维毡的质量比为1:2，然后于8MPa压强下挤压得到纤维板，微波干燥，干燥干燥温度为300℃，干燥时间为3h，裁剪为合适的大小，得防火门芯板，密度为210Kg/m3。
上述制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，渣球含量(粒径大于0.25mm)为4.3％，尺寸稳定性：长度变化为-0.08％，宽度变化为-0.03％，厚度变化为-0.59％；横向剪切强度可达到8.1MPa，垂直于表面的抗拉强度为0.8MPa；在1040℃的耐火时限为120min，极限耐火温度为1250℃；测试燃烧性和烟气毒性：炉内升温为3℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为2％，总热值为0.2MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：7.83mg/L，产烟率：8.1％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-2.2％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-1.9％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.091W/(m·K)。
实施例2
本实施例提供一种防火门芯板，包括如下质量份数的原料组分：
高炉布袋灰35份，煅烧煤矸石20份，焦宝石30份，高岭土30份和硅酸锂6份。
上述防火门芯板的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1460℃熔化，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料在7500r/min的条件下离心甩丝，甩成平均直径为2.5μm的超细纤维并收集，得纤维；
步骤三、将所述纤维压实整形成平板状，压强为2.0MPa，然后进行针刺，针刺密度为65针/m2，得纤维毡；
步骤四、将铝溶胶和甲基硅酸钠按照质量比为18:1混合均匀，得胶液；
步骤五、在所述纤维毡的底层用真空抽滤泵施加负压，负压值为0.8MPa，然后将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，胶液与纤维毡的质量比为1:3，然后于9MPa压强下挤压得到纤维板，微波干燥，干燥干燥温度为340℃，干燥时间为2.5h，裁剪为合适的大小，得防火门芯板，密度为217Kg/m3。
制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，渣球含量(粒径大于0.25mm)为3.7％，尺寸稳定性：长度变化为-0.07％，宽度变化为-0.03％，厚度变化为-0.57％；横向剪切强度可达到8.9MPa，垂直于表面的抗拉强度为1.3MPa；在1040℃的耐火时限为120min，极限耐火温度为1250℃；规定测试燃烧性和烟气毒性，炉内升温为5℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为4％，总热值为0.4MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：8.56mg/L，产烟率：9.1％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-1.9％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-1.7％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.087W/(m·K)。
实施例3
本实施例提供一种防火门芯板，包括如下质量份数的原料组分：
高炉布袋灰50份，煅烧煤矸石15份，焦宝石15份，高岭土45份和硅酸锂4份。
上述防火门芯板的制备方法包括如下步骤：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1480℃熔化，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料在8000r/min的条件下离心甩丝，甩成平均直径为1.8μm的超细纤维并收集，得纤维；
步骤三、将所述纤维压实整形成平板状，压强为2.5MPa，然后进行针刺，针刺密度为80针/m2，得纤维毡；
步骤四、将铝溶胶和甲基硅酸钠按照质量比为20:1混合均匀，得胶液；
步骤五、在所述纤维毡的底层用真空抽滤泵施加负压，负压值为1.2MPa，然后将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，胶液与纤维毡的质量比为1:4，然后于10MPa压强下挤压得到纤维板，微波干燥，干燥干燥温度为380℃，干燥时间为2h，裁剪为合适的大小，得防火门芯板，密度为237Kg/m3。
上述制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，渣球含量(粒径大于0.25mm)为4.5％，尺寸稳定性：长度变化为-0.07％，宽度变化为-0.04％，厚度变化为-0.57％；横向剪切强度可达到10MPa，垂直于表面的抗拉强度为2MPa；在1040℃的耐火时限为120min，极限耐火温度为1250℃；规定测试燃烧性和烟气毒性，炉内升温为6℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为5％，总热值为0.6MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：9.56mg/L，产烟率：10.1％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-2.5％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-2.1％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.098W/(m·K)。
对比例1
本对比例提供一种防火门芯板，其原料组成以及制备方法均与实施例1相同，不同的仅是将实施例1中的高炉布袋灰替换为粉煤灰。
上述制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，横向剪切强度可达到4MPa，垂直于表面的抗拉强度为0.38MPa；在1040℃的耐火时限为90min，极限耐火温度为1100℃；规定测试燃烧性和烟气毒性，炉内升温3℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为3.5％，总热值为0.5MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：7.98mg/L，产烟率：8.6％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-3.8％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-3.1％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.115W/(m·K)。
对比例2
本对比例提供一种防火门芯板，其原料组成以及制备方法均与实施例1相同，不同的仅是将实施例1中的煅烧煤矸石替换为煤矸石。
上述制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，横向剪切强度可达到5.5MPa，垂直于表面的抗拉强度为0.6MPa；在1040℃的耐火时限为100min，极限耐火温度为1180℃；规定测试燃烧性和烟气毒性，炉内升温3℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为3.7％，总热值为0.4MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：8.15mg/L，产烟率：9.2％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-3.5％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-3.1％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.138W/(m·K)。
对比例3
本对比例提供一种防火门芯板，其原料组成以及制备方法均与实施例1相同，不同的仅是将实施例1中的高炉布袋灰的份数改为60份。
上述制备的防火门芯板经国家建筑质量监督检验中心按照GB/T5464-2010和GB/T14402检验(判断依据为GB/T 25975-2018和GB 8624-2012)，横向剪切横向剪切强度可达到5.2MPa，垂直于表面的抗拉强度为0.45MPa；在1040℃的耐火时限为95min，极限耐火温度为1150℃；规定测试燃烧性和烟气毒性，炉内升温3℃，持续燃烧时间为0s，质量损失率为3.5％，总热值为0.3MJ/Kg；烟气毒性：产烟浓度：8.32mg/L，产烟率：10.1％，麻醉性合格，刺激性合格。
按照GB/T 16400-20157.5、GB/T 17911-2018.7测试加热永久线变化(1200℃，24h)为-3.9％；加热永久线变化(1000℃，24h)为-3.4％。按照GB/T 16400-20157.5、GB/T10294-2008测试导热系数(500±1℃)为0.131W/(m·K)。
由上述实施例和对比例可以看出，本发明实施例获得的防火门芯板的横向剪切强度在8MPa以上，垂直于表面的抗拉强度可达0.8MPa以上，耐燃温度及耐火极限均符合标准要求；在改变组分以及比例的条件下，均会使性能发生明显下降。这也证明了本发明各组分间存在协同作用，综合作用使得到的材料强度、耐火等性能指标均符合标准规定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防火材料，其特征在于，由如下质量份数的原料组分组成：高炉布袋灰20-50份，煅烧煤矸石15-35份，焦宝石15-45份，高岭土20-45份和硅酸锂4-8份；
所述防火材料由如下方法制备得到：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1450～1470℃，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料经高速离心，甩丝，收集，得直径为1.8～3.0μm的纤维；
步骤三、将所述纤维压制，针刺，得纤维毡；
步骤四、制备胶液，在所述纤维毡的底层施加负压，将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，然后挤压得到纤维板，干燥，得所述防火材料。
2.权利要求1所述的防火材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按照设计配比称取各组分，将称取的各组分混合均匀，加热至1450～1470℃，得液态浆料；
步骤二、将所述液态浆料经高速离心，甩丝，收集，得直径为1.8～3.0μm的纤维；
步骤三、将所述纤维压制，针刺，得纤维毡；
步骤四、制备胶液，在所述纤维毡的底层施加负压，将所述胶液淋浇于所述纤维毡顶层，然后挤压得到纤维板，干燥，得所述防火材料。
3.如权利要求2所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述离心转速为7000～8000r/min。
4.如权利要求2所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述压制的压力为1.5～2.5MPa。
5.如权利要求2所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤三中，针刺的密度为50～80针/m2。
6.如权利要求2所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，负压值为0.5MPa～1.2MPa；和/或
步骤四中，所述胶液为质量比为15～20:1的铝溶胶和甲基硅酸钠的混合物。
7.如权利要求6所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，所述胶液和纤维毡的质量比为1:2～4。
8.如权利要求2所述的防火材料的制备方法，其特征在于，步骤四中，挤压的压力强度为8-10MPa；和/或
步骤四中，所述干燥采用微波干燥的方式，干燥温度为300～380℃，干燥时间为2～3h。
9.权利要求1所述的防火材料或权利要求2-8任一项所述的防火材料的制备方法制备得到的防火材料在防火门芯或防火封堵料中的应用。
10.一种防火门，其特征在于，所述防火门的门芯由权利要求1所述的防火材料制得。
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