CN1954127A - 一种防止或降低温度梯度引起建筑构件弯曲的方法 - Google Patents

Abstract

为防止或降低温度梯度引起的结构件弯曲，该结构件由能在高温中承受一段时间的材料制成，当将结构件加热到一定温度，结构件通过耐高温支撑体连接到临近的支撑构件上。具有耐高温支撑体的结构件作为拉伸成形体，它包括耐高温固体树脂和加固纤维，至少一部分加固纤维由在低温下呈现高强度、高硬度性质的纤维构成的，这些纤维暴露在一定温度下时强度和硬度会降低，并有可能被破坏。结构件借助拉伸成形体固定到支撑构件上。

Description

一种防止或降低温度梯度引起建筑构件弯曲的方法

技术领域

本发明涉及一种用来防止或降低温度梯度引起暴露在高温环境下的建筑构件弯曲的新型技术，例如由于建筑构件一侧着火引起的高温环境。

背景技术

许多构件或建筑系统具有，例如房屋建筑具有水平分界线、门、窗、防火墙，船的结构，具有甲板分界线，挡板、门、窗、防火墙之间的分界线等，其目的是将建筑构件的一端与另一端进行物理隔离，从而防止火灾(假定火灾发生在建筑构件的一端)蔓延到建筑构件的另一端。通常，这种建筑构件是由钢材料制成的，或包括一个固定到支撑构件或借助另一个耐高温和绝热组件固定到另一结构件的钢组件，例如高温拉伸物的钢组件，即，由耐高温树脂和包括高强度高硬度纤维，如，玻璃纤维、碳素纤维、凯夫拉尔纤维(kevlar fibres)等制成。耐高温物体可由如环氧树脂、石炭酸、防火聚酯制成，包括可承受1000℃高温的玻璃纤维。这种耐高温物体已经被普遍用在防火构件的领域，例如防火门或类似物。防火门本身已在US6434899、US6615544、US4811538、US4364987及GB8630463中有示例，可参考这些美国专利中的内容，这些内容将作为参考成为本发明说明书中的一部分。

现代的防火构件可包括一个耐高温的拉伸成形体，该物体将防火构件的两侧分隔开，其中的一侧由钢、铝或类似隔绝高温金属材料支撑，并固定到耐高温拉伸成形体的边缘部分上，另一侧由钢或另一种固定到耐高温物体边缘上的耐高温金属材料制成。防火构件的内部通常充满隔热和耐高温材料如由石块、玻璃或类似材料制成的纤维。

上述的这种结构件，例如，防火门，可制成可在1000℃的高温环境中承受一段时间，例如1个小时，同时，结构件应能防止火从结构件的一侧传到另一侧。这样可能会产生一个问题，当门的一侧，即面对火的一侧，被加热到火的温度，如1000℃的高温或更高时，另一侧却维持在相对低的温度，如低于40-50℃。从而可以得知，结构件内部会产生高温梯度，且，温度梯度会引起结构件的两侧，例如门的两部分，面对高温的火的一部分，和相对低温的一侧，两者膨胀的程度不同，从而产生的温度梯度会引起门扇的弯曲。温度梯度引起例如防火门的弯曲，使得门扇弯曲，并因此在极端情况下，门扇错位，从而门只能开得很小，火将经过防火门从高温的一侧传到低温的一侧。

在本发明的上下文中，术语“温度梯度引起弯曲”被用作专业术语，特指由于结构件内部的高温梯度引起结构件弯曲的现象。这种现象类似于开关中，加热双金属元件时，由于双金属效应引起依赖温度而产生的元件弯曲。温度梯度引起弯曲的现象，在很多情况下，类似于本领域中公知的双金属弯曲现象，术语“温度梯度引起弯曲”因而在本发明的上下文中用作专业术语，包括任何类似于上述现象的现象，也包括，例如双金属效应。

可以预期的是，如上所述的类似情况，即使火被隔开或者使用了隔离组件如水平分界线，水平板、门、窗、防火屏、通路、端口，如燃烧炉或熔炉的通路或端口，由金属和木头复合制成的复合门，船的结构、包括甲板分界线、百叶窗、门、窗和防火屏蔽件之间的分界线等，防火墙弯曲也可能发生。总之，本发明与暴露在变化的温度梯度例如温度梯度至少为200-300℃时的复合或组合构件相关。

发明内容

本发明的一个目的，是提供一种防止或降低温度梯度引起弯曲的技术，温度梯度可使得由能承受高温环境例如800-1000℃的材料制成的结构件弯曲，这种结构件可制成防火墙或类似结构的一侧。

本发明的一个优点是，结构件之间的分隔或一件结构件与一件支撑构件间的分隔，可使用且利用高强度、高硬度、轻重量，强耐高温的拉伸成形体内在的优点实现，同时消除或降低暴露在高温环境时产生温度梯度而引起的结构件弯曲，从而不需破坏结构件的支撑。

上述目的，上述优点，以及其他目的、优点和特征，将根据本发明的第一方面在下文中详细描述，本发明的第一方面可通过防止或降低温度梯度引起结构件弯曲的方法来实现，这种结构件由能在高温环境下承受一段时间的材料制成，当加热结构件到一定温度时，结构件通过耐高温支撑体连接到临近的支撑构件上，包括如下步骤，提供结构件；提供耐高温支撑体作为拉伸成形体，拉伸成形体包括固体抗高温树脂、加固纤维，至少一部分纤维由在低温时呈现高强度、高硬度的纤维构成，这些纤维暴露在一定温度时，强度和硬度会降低，并有可能被破坏；借助拉伸成形体将结构件固定到支撑构件。

根据本发明的基本教导，支撑耐高温拉伸成形体的结构件包括，一部分在特定温度不稳定的纤维，这些纤维在特定温度下将软化或被破坏，从而削弱拉伸成形体。

加固纤维可包括由高强度、高硬度、高温稳定纤维如玻璃纤维、碳素纤维、凯夫拉尔(Kevlar)纤维构成的第一部分纤维，这些纤维能忍耐加热到一定的高温，还包括第二部分纤维，例如聚合纤维、自然纤维如由PE、PP、PVC制成的聚合纤维或类似材料或这些材料的组合材料，自然纤维例如由植物、树木等制成的纤维或外层裹着例如PE、PP或PVC外膜的玻璃、碳素纤维或类似高强度、高硬度纤维。

这些纤维引起支撑拉伸成形体的弱化，即，上述第二部分纤维，可在树脂内平均分布或在一定区域内布置，从而形成特定的弱化区域或弯曲区域，而不是提供整个支撑拉伸成形体的弯曲弱化。当暴露在升高的温度中时，引起支撑体弱化的纤维的位置可以是对称的或在拉伸成形体内不对称，不对称的区域可引起拉伸成形体的一侧弱化，从而暴露在升高的温度中时，引起其一侧变形而非整个都弱化或变形。若在拉伸成形支撑体内设置一个或多个区域，如果设置在拉伸成形体的中央，则会产生中央变形或中央变形区。

根据本发明第一方面的消除或降低温度梯度引起弯曲的方法可用于上述任何一种结构件。但是，本发明特定的应用是关于消除引起上述防火门弯曲的温度梯度，因此，根据这一特定的方面，根据本发明第一方面的最好的实施例，支撑结构件，像结构件本身一样，组成防火门的两个金属板。

用于防火树脂的材料，拉伸成形体可以是任何用在拉伸成形工业中的常规材料，如聚酯、乙烯、石炭酸、环氧树脂或这些物质的组合，以及用于热塑性拉伸成形的热塑性材料。

上述目的，上述优点，以及其他目的、优点和特征，将根据本发明的第二方面在下文中详细描述，本发明的第二方面可通过包含如下物质的拉伸成形体实现，拉伸成形体包括含有固体高耐温性树脂、加固纤维组成，加固纤维至少一部分是由在低温环境下具有高强度、高硬度的纤维构成，暴露在一定温度时强度和硬度降低，并有可能被破坏。

根据本发明第二方面的拉伸成形体可参考本发明第一方面并包含任何上述的特征。

最后，本发明第三方面，根据本发明第二方面生产拉伸成形体的方法，包括如下步骤，提供加固纤维，这些纤维至少一部分是由在低温环境下具有高强度、高硬度的纤维构成，这些纤维暴露在一定温度环境时强度和硬度降低，并有可能被破坏；提供树脂，并在拉伸成形(pulltrusion)过程中从加固纤维和树脂中制造出拉伸成形体，以提供拉伸成形体，并在至少一部分纤维未损坏的温度下制备拉伸成形体。

基本上，根据本发明第二方面制造拉伸成形体的方法及制造拉伸成形体构成本发明的第三个方面，

附图说明

本发明将进一步参考附图进行说明：

图1是透视示意图，所示的是温度梯度对常规耐高温及高稳定性物体产生的效果；

图2a，2b，2c，及2d是垂直截面图，所示的是用作结构件以消除或降低温的梯度引起弯曲的拉伸成形体的不同实施例；

图3是透视图，显示根据本发明特定方面的拉伸成形体的原型实施例；

图4是示意图，显示的是根据图3所示的本发明，一个用来引入拉伸成形体的设备；

图5a和图5b分别是防火门及防火门剖面的示意图，其中，拉伸成形支撑体用作连接防火门两个金属扇叶部分的连接体，从而若门的一侧暴露在极高温度下时，如在高达800-1000℃的温度中持续一段时间如1个小时，可消除或降低门的金属弯曲；

图6是一简图，所示的替代拉伸成形体高强度高硬度纤维的效果，使拉伸成形体在热环境下暴露一段时间；

图6a是图6简图的更详细示意图。

具体实施方式

在图1中，示意图所示的是，温度梯度引起结构件弯曲，结构件的一侧暴露在极度高温中。附图标记10所示的结构件，具有端壁12、顶壁14及侧壁16。相对端壁12，结构件10还具有另一个端壁，相对顶壁14，结构件10还具有另一个底壁，相对于侧壁16，结构件10还具有另一个侧壁，该侧壁暴露在极度高温中，例如热量从火引起结构件10温度升高的一侧传到另一侧16，温度达到如800-1000℃。因此结构件10中相对于侧壁16的另一侧按一对相反箭头20指示的方向膨胀，相反，侧壁16收缩或相对于膨胀端缩小。侧壁16弯曲的效果或实际上是弯曲结构件10的效果，被称作温度梯度引起弯曲，并可在极端的情况下，使结构件沿顶壁和底壁产生裂缝，从而弱化防止火从热端  (即从图1中的左端)传到冷端(即图1中的右端)的原定功能。

为防止温度梯度引起结构件10弯曲，根据本发明教导的结构件的隔热和结构支撑组件，具有某些区域，这些区域暴露在高温环境时，如温度在800-1000℃时，会很脆弱。在常规的耐火结构件中，例如，门或墙，组成隔火组件侧壁的两个金属面，通过非传热或隔热拉伸成形体(pultruded body)相互连接在一起，目的在于减少从热端到冷端的热传导。作为常规的高强度材料，具有高硬度、高抗热性的拉伸成形体包括，固体玻璃纤维、碳素纤维或凯尔夫拉纤维，拉伸成形体可在极高温情况下保持它的高强度和高硬度，拉伸成形体属于结构件中的一部分时，结构件的一侧可暴露在有火的环境中，例如温度高达800-1000℃。为了允许两个金属扇面或金属壁相对另一个移动，从而消除或将温度梯度引起结构件弯曲的程度降低，根据本发明教导的隔火壁的隔热和支撑拉伸成形体，是由拉伸(pultruded)剖面体构成，它包括，除高强度、高硬度和高热稳定的玻璃纤维、碳素纤维或凯夫拉尔(Kevlar)纤维之外的纤维，例如聚合纤维和自然纤维，在高温环境下，如800-1000℃时，这些纤维可融化或瓦解。

在各个附图中，构件或组件各自发挥着上述的作用，但是，使用同样附图标记表示的这些构件或组件却具有不同的几何外形，为此在附图标记上加了标注以区分这些不同的几何外形。如图2a-2d所示，可融的或易被破坏的纤维位于一定区域，如图2a中，剖面拉伸成形体(profiled pultruded body)20包括一个树脂中心22，其中加固织物或加固纤维24的细条与包括聚合纤维或自然纤维的两个区域26一起包含在树脂中心中，使剖面体20在这些特定区域弱化，剖面体20加热到高于熔点的温度或这两个区域中的纤维燃烧产生分解的温度。如实施例2a-2d中所示，为获得特定的弯曲能力，区域中的配置(provision)可以改变。

在图2b中，剖面拉伸成形体20’包括一个主要的中央区域26’，其中大量的聚合纤维或类似的纤维在区域26’中提供弱化的作用，可使剖面拉伸成形体20暴露在高于聚合纤维熔点以上的温度环境中。

图2c中，在剖面拉伸成形体20”的树脂区域22中有许多圆圈区域26，同时加固织物或加固纤维24被省略了。在图2d中，显示了一个更精密的结构，剖面拉伸成形体20包括树脂中心22，其中有三个弱化区26。其中两个层23，包围树脂区域22形成夹层。层23可包括具有高强度、高硬度和高温度的固体纤维，如玻璃纤维、碳素纤维或Kelvar纤维，而且，剖面拉伸成形体20包括两个端部剖面部分27，它们将由两个夹层23和中央树脂区域22组成的中空体的外端包裹起来。组件27可由树脂材料制成，或由金属端帽构成，在拉伸成形工艺完成之后，机器将其加工到剖面拉伸成形体20上。

图3中所示的是根据本发明的剖面拉伸成形体的透视图，其中包括玻璃纤维加固树脂22，它包着一个中央弱化区26^IV。

图4中，所示的是一个剖面拉伸成形装置40，它包括一个容纳部分46，如图4的左边所示，容纳部分中可容纳加固材料的纤维卷筒，其中两个卷筒用附图标记42表示。在图4中，附图标记44表示三组高强度、高硬度、高温度的固体纤维，如玻璃纤维、碳素纤维或凯夫拉尔(Kevlar)纤维，它们都被引入拉伸成形装置40的容纳部分46中。除了供给高强度、高硬度和高温固体的纤维44外，加固纤维，例如聚合纤维或自然纤维也可从图4中保留部分43中供应到容纳部分46中，作为加固纤维，它们在较低温度环境下，如低于100℃的环境下，具有高强度、高硬度，当暴露在高温下如900-1000℃时，这些纤维会融化或被破坏。来自容纳部分46的纤维串48，包含织物42、来自供应器44的高强度、高硬度、高温纤维以及保留部分43中的纤维，纤维串48被引入一个树脂涂覆加热制备装置50，该装置通过管道52与树脂储液池连接。附图标记54所示的是装置50的输出模子，拉伸成形串56从装置50传送出来，具有一定的形状，然后被送入两个牵拉装置58中，牵拉装置把从装置50中输出的模子54进行拉伸。拉伸成形串56从牵拉装置58传送到切割机60并在那里被切分成不同的部分。

图5a中所示的防火门60，包括门框62和门扇64。门扇64是根据本发明的教导制成的，图5b中，所示的是门扇64以及显示门结构框架的截面图，特别是门扇的结构。

在图5b中所示的拉伸成形体20^IV，具有两个端帽27，两个金属门扇66靠铆钉或其它固定元件焊接火固定到端帽上。防火门60包括两块金属门板中填充的隔热材料68。防火门60还包括一对的具有中空轴(图中未画出)的门把手70。

图6所示的是两条曲线，每条曲线表示根据根据本发明例如图3中物体20IV在承受一定负荷时，在加热和不加热的情况下，剖面拉伸成形体的拉伸情况。所示“不加热”的图表示剖面拉伸成形体在不受热时的拉伸情况，另一“加热”的图表示剖面拉伸成形体暴露在高温环境如高于500℃时的拉伸情况。图6中可明显看出，剖面拉伸成形体在加热时可拉伸到更高的程度，从而可使包括剖面拉伸成形体的结构件降低或消除温度梯度引起的结构件弯曲。当加热时，结构体具有较小的前切模量，可使结构体在加热的环境下更容易伸长，从而降低温度梯度引起结构件的弯曲。

图6a是对图6的更详细的说明，所示的是图6中两条曲线第一部分的细节。图6a详细展示了“不加热”曲线比“加热”曲线更陡峭，同时也展示了“不加热”曲线位于“加热”曲线的上方。

例子：

图3所示拉伸成形体20^IV的一个模型实施例，由下列物质制成：树脂是石炭酸(phenol)，高强度、高耐热性的固体纤维是玻璃纤维，形成弯曲区域的纤维是由聚酯制成的聚酯纤维。尺寸：31mm宽、50mm高，2.6mm厚。图6中所示的测量结果采用了拉伸成形体20IV的模型样式。

Claims (13)

1、一种防止或降低温度梯度引起结构件弯曲的方法，结构件由能在一定温度下承受一段时间的耐热材料制成，当把这种结构件加热到上述特定温度时，该结构件可通过耐高温支撑体连接到临近的支撑构件上，这种方法包含如下步骤：提供上述结构件；提供作为拉伸成形体上述耐高温支撑体，它包括，固体耐高温树脂和加固纤维，至少一部分加固纤维是由在低温下呈现高强度、高硬度性质的纤维构成的，这些纤维暴露在一定温度下时强度和硬度会降低，并有可能被破坏；借助拉伸成形体将上述结构件固定到其支撑结构上。

2、根据权利要求1所述的方法，上述支撑构件是一种建筑构件下的结构件或是一种结构件，或是一种类似于第一种结构件的结构件。

3、根据权利要求1或2所述的方法，所述结构件是防火门的金属板。

4、根据权利要求1-3所述的方法，所述加固纤维包括，能够承受所述一定温度下高温的玻璃纤维、碳素纤维或凯夫拉尔纤维，以及聚合纤维、自然纤维，例如大麻纤维或这些纤维的组合，或外部包裹着不能在一定温度下耐热的聚酯纤维的玻璃纤维。

5、根据权利要求1-4所述的方法，所述一定温度为按如下的顺序：300-1000℃，如400-1000℃，300-400℃，400-500℃，500-600℃，600-700℃，700-800℃，800-900℃或900-1000℃。

6、根据权利要求1-5所述的方法，所述树脂由聚酯、乙烯酯、石炭酸、环氧树脂或这些物质的组合物制成。

7、根据权利要求1-6所述的方法，所述拉伸成形体包括一个或多个区域，这些区域至少包括至少一部份可使拉伸成形体在一定区域内变形的纤维。

8、根据权利要求1-7所述方法中使用的拉伸成形体，包含树脂部分，树脂部分包括固体耐高温树脂和加固纤维，至少一部分加固纤维由在低温下呈现高强度、高硬度性质的纤维构成的，这些纤维暴露在一定温度下时强度和硬度会降低，并有可能变形。

9、根据权利要求8所述的拉伸成形体，其中加固纤维包含第一部分和第二部分，第一部分包括能在一定温度下耐热的玻璃纤维、碳素纤维或凯夫拉尔纤维，第二部分在一定温度下不能耐热，并会被铸造或被破坏，第二部分纤维由聚酯纤维构成，例如PE、PP、PVC或类似纤维、自然纤维，如大麻纤维或玻璃纤维、碳素纤维或外部包裹着不能在一定温度下耐热的聚酯纤维的凯夫拉尔纤维。

10、根据权利要求8和9所述的拉伸成形体，所示拉伸成形体包括一个或多个区域，这些区域包括所述或至少一部分所述能使拉伸成形体在一定区域内变形的纤维。

11、根据权利要求10所述的拉伸成形体，所述一个或多个位于所述拉伸成形体中央的区域可提供一个中央变形区。

12、根据权利要求8-11所述的拉伸成形体，所述拉伸成形体在金属端外壳中固定，暴露出中央未覆盖区及中央绝热部分。

13.根据权利要求8-12所述的拉伸成形体的制造方法，所述方法包含如下步骤，提供加固纤维，至少一部分加固纤维是由在低温下呈现高强度、高硬度，但暴露在一定温度下时强度和硬度降低，并会被破坏的纤维构成；提供一种树脂；在拉伸成形(pulltrusion)过程中从上述加固纤维和上述树脂中生产所述拉伸成形体，并在至少一部分纤维未损坏的温度下固化所述拉伸成形体。

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