CN2673639Y - 膨胀防火包覆材料 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于保护钢结构或其他结构件的新型防火材料，具体是指膨胀防火包覆材料它同时具备防火、装饰、防护三重功能，它由强韧的薄层基料和包容在基料空腔中的膨胀防火组合物组成，表面坚固、光滑、耐磨、防潮、轻便、美观、可洗刷，在无火灾时起保护和装饰作用，遇火灾时，表层的基料首先软化熔融或破裂，里面的防火组合物迅速向外膨胀，增厚数十倍，形成厚实的防火阻挡层，耐火极限可大于3小时，采用本实用新型保护钢结构或其他结构件，施工简便，一次成型，经济高效。

Description

膨胀防火包覆材料

本实用新型涉及膨胀防火包覆型(卷)材，属防火材料领域，是一种迄今市场上尚未出现过同类产品的新型防火材料，它同时具备防火、装饰和防护三重功能，适用于钢结构和其他结构件的防护。

现有的钢结构和其他结构件的防火主要靠防火涂料，中国国家标准GB14907-93“钢结构防火涂料通用技术条件”(以下简称国标)和2001年9月初由化学工业部首次出版的“涂料工业手册”(以下简称手册)第739-754页详细介绍了用于各种结构件的现有防火涂料的性能指标、主要成分、配方、应用效果和近期的进展，并指出非膨胀型防火涂料由于隔热性差，需要涂得很厚(8-50mm)，装饰效果也较差，因此膨胀型防火涂料是当前主要的防火涂料，中国专利92102102和98125225.7是膨胀防火涂料的两个实例。但是现有的钢结构膨胀防火涂料，仍然不能满足要求，钢结构建筑的柱、梁等要求耐火极限2.5-3小时的主要承重构件，还不得不采用厚度达40-50mm的非膨胀防火涂料防护。现有的膨胀防火涂料主要用于耐火极限在1.5小时以下的构件上，这是因为现有的膨胀防火涂料其所含的防火组合物都是一些松散的粉末自身无粘附力，依靠涂料中添加的少量树脂的粘结力形成涂层，为了提高涂层的机械性能应增加树脂含量，但树脂含量多了，会妨碍防火组合物的膨胀，两者难以兼顾，因此膨胀倍率较高的膨胀防火涂料的机械性能都较低，国标规定≥0.15MP，和一般建筑涂料相比，附着力小得多(外墙涂料的附着力标准是≥0.49MP)，涂层愈厚附着力愈小，因此国标规定膨胀防火涂料的厚度不大于7mm，因此它的耐火极限也受到限制，除了附着力较低外，由于涂层较软不耐磨，耐水性也较差，因此不能洗刷，(一般建筑内墙涂料耐洗刷性均大于300次，外墙涂料国家标准GB/T10222-88规定耐洗刷性大于1000次，耐玷污性≤25-35％)，现有膨胀防火涂料装饰较差，又不允许加涂装饰性面漆(会影响膨胀防火效果)又不耐玷污，又不能洗刷，因而不受用户欢迎。另一个主要缺点是涂装施工效率低，周期长，施工费用高，国标和手册都提到膨胀防火涂层的表干时间为12小时，每涂一道涂层表干后才能涂第二道，2-7mm厚的涂层约需8-35道才能达到规定的厚度，涂完后还要养护10天后才能使用，总共加起来约需14-28天，如此长的生产周期和高昂的人工费用，使钢结构建筑的成本增加，妨碍了其推广应用。

本实用新型的目的就是要克服上述这些缺点，创造一种耐火极限高，机械性能好，附着力高、耐磨、耐洗刷、装饰性好、施工简便、效率高、成本低的防火材料。

防火包覆型(卷)材施工简便、效率高，市场上有一些防火板，中国专利94117642、95108371、96107796是这类防火板的实例，但它们都不能弯曲，耐火极限都较低不适用于钢结构建筑的防火。

现已发现，用强韧坚固的基料制成的薄面层和用基料包覆的高膨胀率的防火组合物形成的包覆层，并将面层和包覆层互相粘连为一体，将防火组合物密封在里面，形成一种膨胀防火包覆型(卷)材。该型(卷)材的面层之基料选用软化、熔融或受热破裂的温度低于(或等于)所选用的膨胀防火组合物开始膨胀所需的最低温度。将这样的型(卷)材用粘结或机械联结的方式使其底面紧贴于结构件表面，将钢结构(或其他金属或非金属结构)包覆在里面(见图1-2)，就能达到本实用新型的目的。在无火灾时该型(卷)材起保护和装饰结构件的作用，遇火灾时，面层首先软化、熔融或破裂，里面的膨胀防火组合物立即穿透型(卷)材的表面，迅速体积膨胀，形成厚实的防火阻挡层，起隔热和防火作用保护结构件(见图3)。

上述膨胀防火包覆型(卷)材，其包覆层包覆防火组合物的方式主要选用以下五种方式：第一种是将防火组合物包覆在由基料形成的蜂窝状、泡沫状，格框式或瓦楞式的大量小空腔中，其空腔的大小和形状按需保护的结构件的大小和形状而定，空腔相互间留有空隙，以利于型(卷)材的弯曲，空腔愈小或腔间空隙愈大，型(卷)材的柔韧性愈好，愈易弯曲，但空腔间的空隙不能太大，否则会因遮盖不严而影响防火效果。在装填防火组合物之前，空腔上部(或下部)是开口的，装满防火组合物后，采用热压或粘结的方式使包覆层与面层(或底层)相结合，同时使空腔封闭(见图4-5)，当采用瓦楞式包覆时，还应将瓦楞两端封闭；第二种是用基料制成面层、底层和联结底、面层的加强筋，或用裹以基料的纤维、纸张或布匹代替加强筋联结底、面层，防火组合物被包容在底、面层之间的空腔内，整张型(卷)材的四边用基料封闭，中间设置一些格框隔断空腔，便于裁剪时防止防火组合物流失(见图6)；第三种是将防火组合物混合均匀后，事先压制成小颗粒(或以粉末状)，和基料相混，采用热压或加溶剂冷压，形成包覆层，再和事先制好的面层热压合(或粘合)为一体，也可在形成包覆层的同时和面层热压合(或粘合)为一体(见图7)；第四种是将膨胀防火组合物事先压制成小块，通过夹具或模具使小块按一定间距整齐排列，然后通过吸塑法制成基料包覆防火组合物的膨胀防火包覆型(卷)材；第五种是按照被保护结构件的特点和实际需要，用基料制作面层和包覆层，并将防火组合物包容在里面，采用上述任一种方式包覆时，当填装了防火组合物后，热压合的温度应低于膨胀防火组合物开始膨胀的最低温度，不同的防火组合物开始膨胀的最低温度是不同的，但只要这个温度低于被保护的结构件所能承受的最高温度就可。

上述膨胀防火包覆型(卷)材的基料，可选用各种树脂或橡胶，包括合成树脂、天然树脂、合成橡胶和天然橡胶，最好选用软化、熔融温度低于防火组合物开始膨胀的最低温度的热塑性树脂或橡胶，也可以选择受热后破裂温度低于防火组合物开始膨胀的最低温度的热固性树脂或橡胶。例如：聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物、聚氯乙烯、过氯乙烯、脲醛树脂、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、氯化橡胶、氯丁橡胶、氯化氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚氨酯、氨基树脂、丙烯酸树脂、聚醚、纤维素、醋酸乙烯、氯乙烯偏氯乙烯共聚树脂、氯乙烯—乙烯异丁醚树脂、偏氯乙烯丙烯腈共聚树脂、氯醋共聚树脂、氯磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、萜烯树脂、二甲苯树脂、氧茚—茚树脂、酮醛树脂、古马隆树脂、石油树脂、沥青、改性沥青、有机硅、有机氟、上述各类树脂或橡胶的改性物、不干胶、万能胶、硅溶胶、热溶胶、明胶、骨胶、牛皮胶、虫胶、松香、松香改性树脂、苯丙乳液、硅丙乳液、聚乙酸乙烯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、乙烯一乙酸乙烯共聚乳液、氟乙烯偏氯乙烯共聚乳液、乙丙乳液、乳化硅氧烷树脂，以及与上述树脂(橡胶)配套的交联固化剂、增塑剂、消泡剂，选择其中的一种或数种，防火组合物中添加的粘结剂以及膨胀防火包覆型(卷)材与被保护结构件粘结用的粘结剂也可从上述树脂、橡胶或胶液中选择一种或数种。还可以在基料中加入布匹、纸张、无纺布、玻璃纤维、人造纤维、植物纤维、矿物纤维、炭纤维等作为增强剂增强，也可在制作面层的基料中添加铝箔或片状铝粉，使其具有反射紫外线的功能，提高其耐侯性，也可在包覆层中添加一些磷酸盐系无机粘结剂、硅酸盐系无机粘结剂、硅酸乙酯或部分水解硅酸乙酯，增强粘结力和防火效果。

为了提高膨胀防火型(卷)材的防火效果，基料最好采用不燃、难燃和自熄的材料，对于不具备这些功能的基料可采用添加阻燃剂的办法，阻燃剂选自无机阻燃剂、有机阻燃剂、卤化物阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、卤化磷酸酯类阻燃剂、氯化石蜡、氯化联苯、十溴联苯醚、磷酸三甲苯酯、β-三氯乙烯磷酸酯、聚2，6二溴苯醚(PBO)、四溴双酚、四溴乙烷、三氧化二锑，其中至少一种。

上述膨胀防火包覆型(卷)材，其膨胀防火组合物可选用各种类型的有机或无机型膨胀防火组合物，既可选用成炭型膨胀防火组合物，也可选用各种新型的自膨胀单体或其它类型的膨胀防火组合物，例如氨基苯磺酸盐、氯磺酰对苯胺、膨胀型硅酸盐系无机防火组合物、膨胀型磷酸盐系无机防火组合物、其它有机或无机膨胀型防火组合物。其中成炭型膨胀防火组合物由炭源、成炭催化剂、发泡剂和少量基料组成，四种组份的含量为炭源20-60％、成炭催化剂20-70％、发泡剂10-35％、基料0-10％，其中炭源选自季戊四醇、淀粉、多糖类、多元醇、果胶、果酸、石墨、炭黑、膨胀软质炭，上述化合物其中至少一种，其中成炭催化剂选自磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、多聚磷酸铵、偏磷酸铵、亚磷酸铵、次磷酸铵、焦磷酸铵、六偏磷酸铵、磷酸三聚氰胺、磷酸胍尿素、三(二溴丙基)磷酸酯、三氯乙基磷酸酯(TCEP)、正磷酸、三聚磷酸、偏磷酸、亚磷酸、聚磷酸、六偏磷酸、五氧化二磷、磷肥、硫酸铵、柠檬酸、柠檬酸盐，其中至少一种，发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、草酸铵、尿素、六次甲基四胺、甘氨酸、胍、有机胺系含氮化合物、氯化腊、氯化联苯，其中至少一种。

可以在本实用新型的膨胀防火包覆型(卷)材的底面涂覆一层防腐蚀粘结涂料，包括富锌涂料，加有缓蚀颜料的涂料和各种有机或无机防腐蚀涂料，或者在型(卷)材的底面，通过热压或粘结的方式粘附上一层铝箔，铝箔表面可涂覆一层粘结剂，这样制成的型(卷)材贴合到钢结构或其他金属结构上后，同时起到防腐蚀作用。该防腐蚀涂料中的粘结剂可以采用不干胶将膨胀防火型(卷)材直接粘贴在结构件上，也可采用未加固化剂的不含溶剂的热固化性树脂，粘贴前先在结构件表面刷一薄层交联固化剂，然后在将膨胀防火型(卷)材贴合上去。或者事先将上述热固化性树脂和交联固化剂调和后，再涂刷到结构件表面，然后将型(卷)材贴合上去。

本实用新型的膨胀防火型(卷)材的防火组合物中可以添加一些膨胀性软质炭，以提高其膨胀防火效果。

在本实用新型的膨胀防火型(卷)的防火组合物中可以添加一些耐火的无机物粉末，或各种纤维(包括炭化后能形成纤维素的物质)。其中有云母、云铁、滑石粉、石棉、膨润土、有机膨润土、硅藻土、二氧化硅、气相二氧化硅、玻璃微珠、玻璃鳞片、高岭土、钛白粉、白炭黑、偏硼酸钡、富镁蒙脱土、石英粉、硼酸、硼酸盐、氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、锌钡白、硅酸钙、硅酸镁、磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸一氢铝、多聚磷酸二氢铝、磷酸镁盐、磷酸锌盐、粉煤灰空心微珠、粘土、水合玻璃粉、火山玻璃岩、锯木屑、无机防尘剂、有机防尘剂、各种纤维、各种耐热无机粉末，其中至少一种，以增加其防火阻燃的效果，但不能添加太多，添加总量应小于防火组合物总量的一半，否则会妨碍防火组合物的膨胀。

附图1-7是本实用新型的结构断面示意图，其中

图1是采用本实用新型的膨胀防火包覆型(卷)材包覆H型钢的示意图。

图2是图一A-A部位的放大示意图。

图3是遇火灾时本实用新型的型(卷)材中所包覆的膨胀防火组合物穿透型(卷)材的表层膨胀发泡的情形。

图4是按第一种方式包覆防火组合物的膨胀防火型(卷)材的断面示意图。

图5是图四B-B断面示意图。

图6是按第二种方式包覆防火组合物的膨胀防火型(卷)材的断面示意图。

图7是按第三种方式包覆防火组合物的膨胀防火型(卷)材的断面示意图。

上述图中的标记如下：

1.H型钢基体断面

2.膨胀防火型(卷)材断面

3.膨胀防火型(卷)材面层

4.膨胀防火型(卷)材底层

5.按第一种方式包覆的包覆层的断面形状和形成的空腔

6.膨胀防火组合物

7.膨胀防火组合物遇火灾时形成的炭化膨胀发泡层

8.加强筋

9.按第三种方式制作型(卷)材时，用造粒机压制的膨胀防火组合物颗粒

10.增强纤维

11.封闭层

12.空隙

本实用新型和现有的防火材料相比有很多优越性，首先是耐火极限可以达到3小时以上，能完全满足钢结构(或其他结构)的需要，重量轻、厚度薄，其厚度是同样耐火极限的非膨胀防火涂层厚度的1/10以下。附着力、机械性能好，防护、耐水性能达到或超过建筑外墙涂料的技术要求标准，装饰效果好、表面坚固、光滑、耐磨、防潮、易洗刷、施工快捷、操作简便，通过粘贴或机械联结一次性完成包覆，节省了大量劳力和工时，缩短建筑周期、降低成本。由于无溶剂挥发，符合环保要求。

下面举例说明本实用新型的实施方案，它们仅是其中一些例子，并不能代表本实用新型的全部内容。

实施例一酯(聚对苯二甲酸丁二醇酯)，或其他类型的阻燃热塑性树脂，按照商品原料指定的温度和压力和现行工艺塑制出厚度为0.2-0.3mm厚的平板面层和厚度为0.15-0.3mm，布满面积为4×4mm²深度为4mm的小空腔，腔间距离为1-2mm的包覆层，将下表所示组份的防火的组合物装满所有的小空腔，在室温晾干或50-60℃的烘箱内烘干防火组合物，然后将面层和包覆层压合，使防火组合物封闭在里面，按这种方法制成的膨胀防火包覆型(卷)材，可以弯曲，便于与不同形状的结构件贴合，用万能胶将上述型(卷)材粘贴在被保护的钢结构上，其耐火极限大于3小时，附着力大于0.5Mpa，耐水洗性大于1000次，表面平整光滑耐磨。为了提高与万能胶间的附着力，也可在塑制过程中在型(卷)材的底面热压上一层纸张或其他纤维物。

                         防火组合物的组份

成份	炭源	成炭催化剂	发泡剂	粘结剂
					重量比	3.5-5份	4-5份	1.5-2份	0-0.5份

附注：上述防火组合物开始膨胀的温度大约在220-300℃的范围内。

实施例二

采用市售的增韧阻燃尼龙ZRFRGPA66-30为基料替代实施例一中所用的树脂，按照和实施例一相同的方法制成高弹性膨胀防火包覆卷材，其弯曲强度可达200Mpa，可以包覆各种复杂形状的钢结构，起到和实施例一相同的防火和防护效果。

实施例三

按照实施例一表格中列举的防火组合物配方，用造粒机将防火组合物压制成直径为1-1.5mm的丸粒，以市售的9401型酚醛滞燃塑料为基料，将2-4份重量的防火组合物丸粒和1-1.5份重量的基料，0.2-0.3份重量的玻璃纤维均匀混合，按温度170±5℃和压力29±5MP用模压法压制成厚度为4-5mm的防火包覆层，再以同样条件热压上一层厚度为0.2-0.3mm的不合防火组合物的面层，冷却后出模，制成固定形状的包覆型材，耐火极限可达3小时以上。

实施例四

包覆层采用格框式的小空腔，空腔的面积为20×5mm²深度为5mm，腔间距离为1.5-2mm，其他同实施例一，效果也相同。

Claims (9)

1.一种膨胀防火包覆材料，其特征在于这种材料是由基料制成的面层和用基料包覆膨胀防火组合物的包覆层，相互粘连为一体而形成，本材料的面层由软化、熔融或受热破裂的温度低于或等于所选用的膨胀防火组合物发生体积膨胀所需的最低温度的基料制成。

2.如权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，其包覆层选自以下五种形式：第一种是将防火组合物包覆在由基科形成的蜂窝状、泡沫状、格框式或瓦楞式的大量小空腔中，各空腔相互间留有空隙，在空腔内装填防火组合物；第二种是由基料制成面层、底层和联结底、面层的加强筋，防火组合物被包容在底、面层之间的空腔内，材料中间被格框隔断，四边用基料封闭；第三种由防火组合物压制成的小颗粒与基料相混，组成包覆层；第四种用基料包覆按一定间距整齐排列的由膨胀防火组合物压制成的小块形成包覆层；第五种按被保护结构件的特点由基料包覆防火组合物形成的包覆层。

3.按权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，其膨胀防火组合物选自有机或无机膨胀型防火组合物、成炭型膨胀防火组合物、自膨胀单体、氨基苯磺酸盐、氯磺酰对苯胺、膨胀型硅酸盐系无机防火组合物、膨胀型磷酸盐系无机防火组合物。

4.按权利要求3所述的膨胀防火包覆材料，其成炭型膨胀防火组合物由炭源、成炭催化剂、发泡剂和少量基料组成，四种组份的含量为炭源20-60％、成炭催化剂20-70％、发泡剂10-35％、基料0-10％，其中碳源选自季戊四醇、淀粉、多糖类、多元醇、果胶、果酸石墨、炭黑、膨胀软质炭，上述化合物其中至少一种，其中成炭催化剂选自磷酸二氢铵、磷酸一氢铵、多聚磷酸铵、偏磷酸铵、亚磷酸铵、次磷酸铵、焦磷酸铵、六偏磷酸铵、磷酸三聚氰胺、磷酸胍尿素、三(二溴丙基)磷酸酯、三氯乙基磷酸酯(TCEP)、正磷酸、三聚磷酸、偏磷酸、亚磷酸、聚磷酸、六偏磷酸、五氧化二磷、磷肥、硫酸铵、柠檬酸、柠檬酸盐，其中至少一种，其中发泡剂选自三聚氰胺、双氰胺、草酸铵、尿素、六次甲基四胺、甘氨酸、胍、有机胺系含氮化合物、氯化腊、氯化联苯，其中至少一种。

5、按权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，其底面有一层防腐蚀粘结涂料，包括富锌涂料，加有缓蚀颜料的涂料和各种有机或无机防腐蚀涂料，或底面粘附有一层铝箔。

6.按权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，制作面层、包覆膨胀防火组合物和粘连面层与包覆层所用的基料选自聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酯、聚酰胺、聚苯乙烯、聚碳酸酯，聚丙烯、聚乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物、聚氯乙烯、过氯乙烯、脲醛树脂、聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩丁醛、氯化橡胶、氯丁橡胶、氯化氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、环氧树脂、酚醛树脂、醇酸树脂、聚氨酯、氨基树脂、丙烯酸树脂、聚醚、纤维素、醋酸乙烯、氯乙烯偏氯乙烯共聚树脂、氯乙烯一乙烯异丁醚树脂、偏氯乙烯丙烯腈共聚树脂、氯醋共聚树脂、氮磺化聚乙烯、氯化聚乙烯、氯化聚丙烯、萜烯树脂、二甲苯树脂、氧茚—茚树脂、酮醛树脂、古马隆树脂、石油树脂、合成树脂、天然树脂、合成橡胶、天然橡胶、沥青、改性沥青、有机硅、有机氟、热塑性树脂、上述各类树脂或橡胶的改性物、布匹、纸张、无纺布、玻璃纤维、人造纤维、植物纤维、矿物纤维、炭纤维、铝箔、片状铝粉、磷酸盐系无机粘结剂、硅酸盐系无机粘结剂、硅酸乙酯、部分水解硅酸乙酯、不干胶、万能胶、硅溶胶、热溶胶、明胶、骨胶、牛皮胶、虫胶、松香、松香改性树脂、苯丙乳液、硅丙乳液、聚乙酸乙烯乳液、聚乙酸乙烯酯乳液、乙烯一乙酸乙烯共聚乳液、氯乙烯偏氯乙烯共聚乳液、乙丙乳液、乳化硅氧烷树脂、增塑剂、交联固化剂和消泡剂，其中至少一种。

7.按权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，其基料和防火组合物中添加有阻燃剂。

8.按权利要求7所述的膨胀防火包覆材料，其阻燃剂选自无机阻燃剂、有机阻燃剂、卤化物阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、卤化磷酸酯类阻燃剂、氯化石蜡、氯化联苯、十溴联苯醚、磷酸三甲苯酯、β-三氯乙烯磷酸酯、聚2，6二溴苯醚(PBO)、四溴双酚、四溴乙烷、三氧化二锑，其中至少一种。

9.按权利要求1所述的膨胀防火包覆材料，其防火组合物中添加有云母、云铁、滑石粉、石棉、膨润土、有机膨润土、硅藻土、二氧化硅、气相二氧化硅、玻璃微珠、玻璃鳞片、高岭土、钛白粉、白炭黑、偏硼酸钡、富镁蒙脱土、石英粉、硼酸、硼酸盐、氧化镁、氢氧化镁、氧化铝、氢氧化铝、碳酸钙、碳酸镁、锌钡白、硅酸钙、硅酸镁、磷酸铝、磷酸二氢铝、磷酸一氢铝、多聚磷酸二氢铝、磷酸镁盐、磷酸锌盐、粉煤灰空心微珠、粘土、水合玻璃粉、火山玻璃岩、锯木屑、无机防尘剂、有机防尘剂、各种纤维、各种耐热无机粉末，其中至少一种，上述化合物的添加总量应小于防火组合物总量的一半。

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