CN112961429B - 消防排烟风管、其板材及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种消防排烟风管、其板材及制备方法。本发明的消防排烟风管板材由包含硅质材料、钙质材料、合成增强纤维材料和相容剂的原料经模压、蒸压养护制成。通过添加特定的合成增强纤维材料来制备硅酸钙板，使板材性能完全满足作为通风管道板材的要求，从而大大提高了硅酸钙板的应用范围，降低了风管的成本。

Description

消防排烟风管、其板材及制备方法
技术领域
本发明涉及通风管道，具体地涉及一种消防排烟风管、用于其组装消防排烟风管的板材以及制备方法。
背景技术
通风管道(风管)是用于空气输送和分布的管道系统，在通风管道施工技术规程JGJ141-2004中，将风管分为镀锌钢板及普通钢板风管、不锈钢风管、铝板风管、酚醛复合风管与聚氨酯复合风管、玻璃纤维复合风管、无机玻璃钢风管和硬聚氯乙烯风管。作为无机玻璃钢风管，按其胶凝材料性能分为：以硫酸盐类为胶凝材料与玻璃纤维网格布制成的水硬性无机玻璃钢风管和以改性氯氧镁水泥为胶凝材料与玻璃纤维网格布制成的气硬性改性氯氧镁水泥风管两种类型。其中，无机玻璃钢风管采用无碱、中碱或抗碱玻璃纤维网格布。无机玻璃钢风管分为整体普通型(非保温)、整体保温型(内、外表面为无机玻璃钢，中间为绝热材料)、组合型(由复合板、专用胶、法兰、加固角件等连接成风管)和组合保温型四类。
玻璃纤维氯氧镁水泥通风管道，简称氯氧镁通风管道，也可叫做改性无机玻璃钢通风管道，是替代铁皮风管和玻璃纤维风管的新一代环保节能型风管。该产品由两层高强度无机材料和一层保温材料为基材，采用胶粘技术和特殊的结构组合、连接，且氯氧镁水泥风管氧化镁的品质应符合现行国家标准《菱镁制品用轻烧氧化镁》WB/T1019-2002的规定。
硅酸钙板是以无机矿物纤维或纤维素纤维等松散短纤维为增强材料，以硅质-钙质材料为主体胶结材料，经制浆、成型、在高温高压饱和蒸汽中加速固化反应，形成硅酸钙胶凝体而制成的板材。硅酸钙板具有优良性能，一般作为建筑和工业用板材，例如用作吊顶、隔断，因其防火、防潮、隔音、防虫蛀和耐久性优异而被认为是理想的装饰板材。由于风管板材的特定要求，在将作为装饰板材的硅酸钙板直接用作风管板材时并不达到所需的要求。
背景技术中的信息仅仅在于说明本发明的总体背景，不应视为承认或以任何形式暗示这些信息构成本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
鉴于现有技术现状，发明人开发了一种能够用作风管材料的硅酸钙板，能够克服现有硅酸钙板只适用于建筑板材，而不符合风管设计要求的不足。具体地，本发明包括以下内容。
本发明的第一方面，提供一种消防排烟风管板材，其由包含硅质材料、钙质材料、合成增强纤维材料和相容剂的原料经模压、蒸压养护制成。
根据本发明的消防排烟风管板材，优选地，所述合成增强纤维为直径在8-20μm范围内的长玻纤增强聚丙烯材料。
根据本发明的消防排烟风管板材，优选地，所述相容剂为聚氨酯。
根据本发明的消防排烟风管板材，优选地，所述硅质材料选自石英粉、粉煤灰和硅藻土，所述钙质材料选自石灰、电石泥和水泥。
根据本发明的消防排烟风管板材，优选地，其厚度为5-25mm。
本发明的第二方面，提供一种消防排烟风管板材的制备方法，其包括以下步骤：
(1)将65-75重量份聚丙烯、10-20重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物和10-20重量份乙烯-丙烯酸共聚物混合，并在150-180℃下通过机械共混，然后将共混物置于双螺杆挤出机，得到长玻纤增强聚丙烯材料；
(2)将钙质材料浆料与长玻纤增强聚丙烯材料和相容剂混合均匀，然后加入硅质材料使固形物浓度至40-60％，并进一步混合均匀；
(3)将混合物成型，并自然陈化后，经水热合成、烘干得到板材。
根据本发明的制备方法，优选地，所述钙质材料、长玻纤增强聚丙烯材料、相容剂和硅质材料基于重量的用量比为(5-12):(2-5):(2-5):(9-12)。
根据本发明的制备方法，优选地，水热合成条件包括170-200℃温度、蒸汽压力为0.9-1.3MPa，合成时间为8-12小时。
本发明的第三方面，提供一种消防排烟风管，其包括风管内层、保温层和风管外层，所述风管外层与所述风管内层之间通过支架连接，所述保温层位于所述风管内层和所述风管外层之间，至少所述风管外层为根据权利要求1-5任一项所述的消防排烟风管板材。
根据本发明所述的消防排烟风管，优选地，所述消防排烟风管为矩形风管、圆形风管或扁圆风管。
本发明通过添加特定的合成增强纤维材料作为原料来制备硅酸钙板，使其性能完全能够满足作为通风管道板材的要求，从而大大提高了硅酸钙板的应用范围，降低了风管的成本。
附图说明
图1消防排烟风管的结构示意图。
图2为图1中的A-A剖视图。
附图标记说明：
1-法兰，2-风管内层，3-保温层，4-风管外层，5-抽芯铆钉，6-支架。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为具体公开了该范围的上限和下限以及它们之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。除非另有说明，否则“％”为基于重量的百分数。
本发明中，消防排烟风管板材采用特定的增强纤维材料替换建筑硅酸钙板中的石棉纤维、纤维素纤维、抗碱玻璃纤维或植物纤维，如木浆纤维。本发明的合成增强纤维材料具有更高的比强度、抗高温热变形、耐腐蚀性能，在增强板材强度的同时还能够提高耐热性，从而特别适合于作为消防排烟风管的板材。另外，本发明的增强纤维材料还具有与无机成分更好的相容性，克服了将有机合成纤维直接应用于钙质材料、硅质材料等无机胶凝材料时相容性差，进而引起强度低，使用耐久性差的问题。另外，本发明的合成增强纤维材料不受材料pH值的影响，从而可以减少或避免传统无机玻璃钢风管中玻璃纤维的使用，从而避免风管中无机胶凝材料pH值小于8.8时腐蚀玻璃纤维，进而导致风管使用年限降低的不利影响。
本发明中，消防排烟风管板材的原料包括硅质材料、钙质材料、合成增强纤维材料和相容剂。作为硅质材料，是指以二氧化硅为主体的材料，其实例包括但不限于例如石英粉、粉煤灰和硅藻土。本发明可以使用上述物质中的一种或多种。优选多种物质的组合，此时多种物质之间的用量比不特别限定，可以根据需要而自由设置。例如，在同时使用石英粉、粉煤灰和硅藻土三种物质时，三者之间的用量比基于重量可以是0.8-1.2:0.8-1.2:0.8-1.2，例如，1:1:1。硅质材料在使用前一般以颗粒状存在，其粒度一般控制为200-300目。
本发明中，作为钙质材料，是指主要成分为氧化钙的材料，其实例包括但不限于生石灰、消石灰、电石泥和水泥等。本发明可以使用上述物质中的一种或多种的组合，在使用多种物质的组合时，多种物质之间的用量比不特别限定，可以根据需要而自由设置。例如，在同时使用生石灰、消石灰、电石泥和水泥时，四者之间的用量比基于重量可以是0.8-1.2:0.8-1.2:0.8-1.2:0.8-1.2，例如，1:1:1:1。钙质材料在使用前一般以颗粒状存在，其粒度一般控制为200-300目。
本发明中，作为合成增强纤维材料是指人工合成的有机纤维材料，从而与天然有机纤维材料相区别。合成增强纤维材料一般是直径在8-20μm范围内的长玻纤增强聚丙烯材料，使用时其通常被制备为纤维料，其长度可控制在5mm-5cm范围内，优选1cm-5cm等。
在某些实施方案中，合成增强纤维材料通过包括以下步骤的方法制备得到：将聚丙烯、聚丙烯接枝丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物混合，并在150-180℃下通过机械共混，然后将共混物置于双螺杆挤出机，得到长玻纤增强聚丙烯材料。其中，聚丙烯接枝丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物作为改性剂能够大大提高作为有机材料的合成增强纤维与无机胶凝材料之间的相容性，进而提高得到的板材的强度，特别是在湿热条件下的耐腐蚀性。本发明中，聚丙烯接枝丙烯酸共聚物的用量一般为10-20重量份，优选12-16重量份，更优选14-15重量份。乙烯-丙烯酸共聚物的用量一般为10-20重量份，优选12-16重量份，更优选14-15重量份。聚丙烯接枝丙烯酸共聚物和乙烯-丙烯酸共聚物的用量比不特定，优选在基于重量在0.6-1.5范围内，更优选在1-1.5范围内。另外，作为聚丙烯，其用量一般为65-75重量份，优选67-70重量份。本发明中，如果聚丙烯接枝丙烯酸共聚物的用量过低，则合成时不易得到高性能增强纤维材料，同时还影响相容性。如果乙烯-丙烯酸共聚物的用量过高，则合成增强纤维材料与无机材料的相容性变差。另一方面，如果聚丙烯接枝丙烯酸共聚物的用量过高或乙烯-丙烯酸共聚物的用量过低，则同样影响合成增强纤维材料与无机材料之间的相容性。
本发明的合成增强纤维材料的示例性制备方法中，进一步包括将得到长玻纤增强聚丙烯材料制备为规定长度的纤维的步骤。
本发明中，作为板材制备原料之一的相容剂一般为有机高分子物质，通过添加相容剂进一步促进合成增强纤维材料与无机材料之间的相容性。本发明的相容剂的实例包括但不限于聚氨酯。本发明的聚氨酯可以使用回收聚氨酯泡沫，从而降低生产成本。
本发明中，作为原料的钙质材料、长玻纤增强聚丙烯材料、相容剂和硅质材料基于重量的用量比一般为(5-12):(2-5):(2-5):(9-12)，优选(8-10):(3-5):(3-5):(10-12)。
本发明中，作为消防排烟风管板材的厚度不特别限定，一般为5-25mm。可根据需要而控制为所需的厚度。例如，可根据风管的尺寸而选择所需的厚度。通常而言，尺寸越大，厚度越大。另外，还可根据板材作为风管的内壁或外壁而选择不同的厚度。
本发明的第二方面，提供消防排烟风管板材的制备方法，其一般包括：
(1)将65-75重量份聚丙烯、10-20重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物和10-20重量份乙烯-丙烯酸共聚物混合，并在150-180℃下通过机械共混，然后将共混物置于双螺杆挤出机，得到长玻纤增强聚丙烯材料；
(2)将钙质材料浆料与长玻纤增强聚丙烯材料和相容剂混合均匀，然后加入硅质材料使固形物浓度至40-60％，并进一步混合均匀；
(3)将混合物成型，并自然陈化后，经水热合成、烘干得到板材。
其中，水热合成条件包括170-200℃温度、蒸汽压力为0.9-1.3MPa，合成时间为8-12小时。
本发明的第三方面，提供一种消防排烟风管，其包括风管内层、保温层和风管外层，所述风管外层与所述风管内层之间通过支架连接，所述保温层位于所述风管内层和所述风管外层之间，至少所述风管外层为根据权利要求1-5任一项所述的消防排烟风管板材。该风管设计能够避免硅酸钙板等硬度较高板材安装或使用时产生的破坏。
本发明中，消防排烟风管的形状不特别限定，可以是例如矩形风管或圆形风管或扁圆风管。其中矩形风管是指沿风向的横截面为矩形的风管。类似地，圆形风管是指沿风向的横截面为圆形的风管。本发明的消防排烟风管特别适于用作排烟风管。另外还可用作低压系统风管(P≤500Pa)、中压系统风管(500Pa＜P≤1500Pa)，甚至高压系统风管(1500Pa＜P≤3000Pa)。
实施例1
一、硅酸钙板材的制备
1.将双辊筒塑炼机前后辊筒的温度控制在170℃左右，在辊距1.0mm下加入70重量份聚丙烯，待包辊呈透明状，加入15重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物，混合均匀后加入15重量份乙烯-丙烯酸共聚物颗粒，控制0.5mm小辊距打薄通3次，混合均匀后取出，转移至双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、造粒，获得长玻纤增强聚丙烯材料，通过注塑机进一步制备得到长度在5mm-5cm范围内的纤维料。
2.用粒度为200-300目的生石灰制备浆料(浓度控制于30-40％)，向其中加入等量长玻纤增强聚丙烯纤维料和聚氨酯粉(200-300目)的混合料混合均匀，然后加入适量由石英、硅藻土和粉煤灰组成的硅质材料使固形物，至浆料浓度至40-60％，进一步混合均匀。
3.将混匀浆料经流浆法成型，真空压力为0.08MPa。
4.自然环境下常温陈化时间6h。
5.将蒸压釜参数设置为：饱和蒸汽环境，蒸压温度为170℃，蒸压压力为0.8MPa，蒸压时间为6h。
6.自然降温、降压取出后，在100℃左右温度下烘干多余水分，即得成品板材。
经测，制备得到的板材密度为1.25g/cm3，低于无机玻璃钢材料密度1700kg/m3以下的要求，燃烧性能为A级不燃，耐火极限达3.7小时。另外，板材的导热系数为0.23W(m·K)，弯曲强度66MPa，湿胀率0.19％(GB/T7019-1997)。因此，可适用于低、中、高压空调及防排烟系统风管。
二、消防排烟风管组装
图1为一种示例性消防排烟风管的示意图。如图1所示，消防排烟风管包括风管内层2、保温层3和风管外层4。风管外层4与风管内层2之间通过支架6连接，保温层3位于风管内层2和风管外层4之间。风管内层2的两端均设有法兰1。通过法兰1实现多个风管的顺次首尾连接，从而串接为管路。其中，风管外层1为本实施例得到的板材。风管内层2可以是本实施例的板材，也可以是金属材料，例如不锈钢板或者镀锌板材。
将风管作为高压风管(1500Pa＜P≤3000Pa)进行耐压强度漏风量检验，经测风管的管壁变形量(变形量与风管边长之百分比)为1.3％，漏风量≤0.0117P0.65 m3/(h.m2)，均符合通风管道施工技术规程JGJ141-2004规定的2.0％以下的要求。
实施例2
1.将双辊筒塑炼机前后辊筒的温度控制在170℃左右，在辊距1.0mm下加入70重量份聚丙烯，待包辊呈透明状，加入20重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物，混合均匀后加入15重量份乙烯-丙烯酸共聚物颗粒，控制0.5mm小辊距打薄通3次，混合均匀后取出，转移至双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强聚丙烯材料，通过注塑机进一步制备得到长度为5mm-5cm不等的纤维料。
2.用粒度为200-300目的生石灰制备浆料(浓度控制于30-40％)，向其中加入等量长玻纤增强聚丙烯纤维料和聚氨酯粉(200-300目)的混合料混合均匀，然后加入适量由石英、硅藻土和粉煤灰组成的硅质材料使固形物，至浆料浓度至40-60％，进一步混合均匀。
3.将混匀浆料经流浆法成型，真空压力为0.08MPa。
4.自然环境下常温陈化时间6h。
5.将蒸压釜参数设置为：饱和蒸汽环境，蒸压温度为170℃，蒸压压力为0.8MPa，蒸压时间为6h。
6.自然降温、降压取出后，在100℃左右温度下烘干多余水分，即得成品板材。
经测，制备得到的板材密度为1.2g/cm3，低于无机玻璃钢材料密度1700kg/m3以下的要求，燃烧性能为A级，耐火极限达3.7小时。另外，板材的导热系数为0.2W(m·K)，弯曲强度72MPa，湿胀率为0.18％。因此，可适用于低、中、高压空调及防排烟系统风管。
比较例
除了使用抗碱玻璃纤维替换本发明的合成增强纤维材料外，以与实施例1的方法制备板材。
经测，制备得到的板材密度为1.42g/cm3，燃烧性能为A级。板材的导热系数为0.27W(m·K)，弯曲强度51MPa，低于通风管道施工技术规程JGJ141-2004规定的最低65MPa的要求，湿胀率为0.26％。
尽管本发明已经参考示例性实施方案进行了描述，但应理解本发明不限于公开的示例性实施方案。在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的示例性实施方案做多种调整或变化。权利要求的范围应基于最宽的解释以涵盖所有修改和等同结构与功能。

Claims (7)

1.一种消防排烟风管，其特征在于，包括风管内层、保温层和风管外层，所述风管外层与所述风管内层之间通过支架连接，所述保温层位于所述风管内层和所述风管外层之间；
至少所述风管外层为由包含硅质材料、钙质材料、合成增强纤维和相容剂的原料经模压、蒸压养护制成的消防排烟风管板材，其中，所述合成增强纤维由直径在8-20μm范围的长玻纤增强聚丙烯材料制成，其长度在5mm-5cm范围内，所述相容剂为聚氨酯，所述钙质材料、长玻纤增强聚丙烯材料、相容剂和硅质材料基于重量的用量比为(5-12):(2-5):(2-5):(9-12)；
其中，长玻纤增强聚丙烯材料的制备方法为：
将双辊筒塑炼机前后辊筒的温度控制在170℃，在辊距1.0mm下加入70重量份聚丙烯，待包辊呈透明状，加入15重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物，混合均匀后加入15重量份乙烯-丙烯酸共聚物颗粒，控制0.5mm小辊距打薄通3次，混合均匀后取出，转移至双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、造粒得到所述长玻纤增强聚丙烯材料，通过注塑机进一步制备得到长度在5mm-5cm范围内的纤维料；或者
将双辊筒塑炼机前后辊筒的温度控制在170℃，在辊距1.0mm下加入70重量份聚丙烯，待包辊呈透明状，加入20重量份聚丙烯接枝丙烯酸共聚物，混合均匀后加入15重量份乙烯-丙烯酸共聚物颗粒，控制0.5mm小辊距打薄通3次，混合均匀后取出，转移至双螺杆挤出机主喂料斗，按照玻璃纤维含量调试、生产、造粒，获得长玻纤增强聚丙烯材料，通过注塑机进一步制备得到长度为5mm-5cm的纤维料。
2.根据权利要求1所述的消防排烟风管，其特征在于，所述硅质材料选自石英粉、粉煤灰和硅藻土，所述钙质材料选自石灰、电石泥和水泥。
3.根据权利要求1所述的消防排烟风管，其特征在于，所述消防排烟风管板材的厚度为5-25mm。
4.根据权利要求1所述的消防排烟风管，其特征在于，所述消防排烟风管板材的制备方法包括以下步骤：
将钙质材料浆料与长玻纤增强聚丙烯材料和相容剂混合均匀，然后加入硅质材料使固形物浓度至40-60%，并进一步混合均匀；和
将混合物成型，并自然陈化后，经水热合成、烘干得到板材。
5.根据权利要求4所述的消防排烟风管，其特征在于，水热合成条件包括170-200℃温度、蒸汽压力为0.9-1.3MPa，合成时间为8-12小时。
6.根据权利要求1所述的消防排烟风管，其特征在于，所述风管内层的两端均设有法兰，通过所述法兰实现多个风管的顺次首尾连接，从而串接为管路。
7.根据权利要求6所述的消防排烟风管，其特征在于，所述消防排烟风管为矩形风管、圆形风管或扁圆风管。
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