CN1471417A - 带有可破坏部件的挡火装置 - Google Patents

Abstract

一种挡火装置，包括带有可受热破坏部件(6)的包壳(4)和放置在包壳内的膨胀填充材料(10)。包壳用阻燃材料制成，在可破坏部件断裂后能保持住膨胀填充材料。此外，可受热破坏部件在受到比膨胀填充材料的膨胀力小的作用力时断裂。这样，当膨胀填充材料达到其活化温度时发生膨胀，产生大于可破坏部件强度的作用力，由此导致可破坏部件断裂，从而通过可破坏部件使膨胀以受控的方式发生。

Description

带有可破坏部件的挡火装置

发明的技术领域

本发明一般涉及挡火装置，具体是涉及包括装有膨胀材料的柔性包壳，其作用是在出现火情时形成阻燃屏障。

发明的背景

火焰可从建筑物的一个房间蔓延到另一个房间的机理是火焰穿过楼板或墙壁上的通道或开口，这种通道或开口常称作贯通孔。这种开口举例来说包括让通信和电力电缆穿过的电缆检查孔。

目前防止火焰通过这种通道蔓延和防止烟气通过这种通道扩散的常用方法有：剪裁两块膨胀材料片包住通道中电缆的周边，沿每张片的四周涂抹上一串可模塑膨胀性封泥。虽然这种技术一般能够满足阻止火焰或烟气从一个房间蔓延和扩散到另一个房间的需要，但施工时劳动强度大而且费时。此外，用这种方式制成的挡火物无法让其自身重新塞入通道。

贯通孔挡火技术过去已有之。授权给Robertson等人的美国专利5,155,957公开了用于封闭穿透墙壁或楼板的孔的挡火装置，它包括一段导管，一个距导管外表面一定距离的杯状护圈用来形成环形空隙，其中填有膨胀材料，还包括位于膨胀材料下面的浮隔板。出现火情时，该浮隔板将向内移动，占据原先导管部分所占据的内部空间。

授权给Navarro等人的美国专利5,887,395公开了一种挡火套管，它包括带有一层膨胀复合材料，形成可模制的封泥，它具有一阻制层包裹在穿过楼板等物体的管道的周围，还包括用来嵌入包裹层中的几个可弯曲的翼片，便于在安装过程中将阻制层固定在位。

授权给Bailey的美国专利5,031,447公开了一种用于建筑结构的阻燃材料，它是个三明治结构：第一和第二外层是耐高温金属波纹板，至少一层阻燃纤维材料的中间层，外层波纹板的波纹排列能使该阻燃材料在垂直于波纹方向上折叠。

此外，市场还供应贯通孔阻燃用的各种袋式装置。但是，上述这些装置或技术都有某些缺点或不足。因此工业上需要有用于贯通孔挡火的预制挡火装置，它的挡火性能获得改善、成本低、效率高、安装方便。

发明概述

本发明提供一种挡火装置，它包括包壳和可受热破坏部件形成一个内腔，内腔中装有膨胀填充材料。包壳用阻燃材料制成，它在可破坏部件断裂后能够保持住膨胀物。此外，可受热破坏部件破坏时受到的作用力小于膨胀材料达到活化温度后所产生的膨胀力。这样，当达到活化温度后，膨胀物产生比可受热破坏部件强度大的膨胀力，从而使该部件断裂。因此，可受热破坏部件使膨胀以受控的方式发生。

一方面，本发明的可受热破坏部件在一定断裂温度下断裂，而膨胀填充材料在活化温度下膨胀，该断裂温度低于该活化温度。另一方面，包壳有条接缝，而可受热破坏部件是将接缝连接在一起的接合装置。接合装置可以是粘合剂、缝合线、机械接合装置或其他常规接合件。

包壳可包括相互独立的顶层和底层，其顶层和底层相邻的边连接在一起形成接缝。

顶层和底层可以采用相同或不同的阻燃材料，在一个实施方式中，顶层和底层是用膨胀材料制成的布，可以用层压方法罩上一层外层，将膨胀布封闭和密封起来，以此来提高装置的操作性能。

本发明的另一方面是：包壳有相对的顶、底主表面，可受热破坏部件构成顶表面的一部分。本发明还有一个方面，是可破坏部件是装在包壳顶表面上的接缝。在又一方面，可破坏部件形成包壳的整个顶表面。

本发明的又一个特征是，挡火装置包括一片红外辐射屏蔽材料或吸热材料，位于紧靠内腔的包壳内表面上。在本发明一个实施方式中，挡火装置既包括一片红外线屏蔽材料，也包括一片吸热材料。吸热材料放在红外辐射屏蔽材料的内表面上。在又一实施方式中，挡火装置还包括一片紧靠红外辐射屏蔽材料的膨胀材料。

本发明还有的一个方面是，膨胀填充材料包含许多分散颗粒。膨胀填充材料可以是膨胀材料、绝热材料和吸热材料的混合物，该充填材料也可以是可模塑的膨胀材料封泥。

附图简要说明

本发明将结合下列附图进一步说明之：

图1是本发明一个挡火装置的透视图；

图2为沿图1中线段2-2的截面图；

图3为本发明第二个实施方式的透视图；

图4为本发明第三个实施方式的透视图。

图5为在实施例中接受测试的挡火装置的截面图。

发明的详细说明

本发明中使用下列术语：

“活化温度”是指膨胀化合物开始膨胀的温度，或吸热化合物开始发生相变、分解或反应从而吸热的温度。

“吸热化合物”指是那些通过释放水合水、发生相变(即由液体变为气体)或通过必须净吸热发生反应的其他化学变化而吸热的化合物。

“膨胀化合物”是指那些加热到一般着火情形下所遇到的温度时，体积膨胀到至少其原来体积1.5倍的化合物。

现在试看附图，所有图中相同的数字所指的是类似或对应的部分。

图1和图2所示为挡火装置2，包括带有可破坏部件6的包壳4，它们一起构成一个内腔8，内腔8中填有膨胀填充材料。

在暴露于类似着火的条件之前，包壳4的作用是将膨胀充填材料10包封起来，而可破坏部件6的作用是将包壳4密封或封闭起来。但是在着火或类似着火的条件下，当达到膨胀填充材料10的活化温度时，膨胀填充材料10就发生膨胀，对包壳4和可破坏部件6施加称为膨胀力的作用力。根据本发明的特征，可破坏部件6的设计要具有其强度小于达到膨胀填充材料10活化温度时该膨胀充填材料10的膨胀力。可破坏部件6就以这样的方式控制膨胀填充材料10的膨胀。

包壳4包括具有相邻边的顶层12a和底层12b，相邻边形成接缝5，由可破坏部件6将接缝5缝合在一起。顶层12a和底层12b是用柔性可贴合的阻燃材料制成的。本发明另一特征，是阻燃层12a和12b在可破坏部件6断裂后能够保持住内腔8中的膨胀填充材料10。根据挡火装置2的最终用途以及其在贯通孔中安装的情况，可以发现，在可破坏部件6断裂后为了将内腔8中的膨胀填充材料10保持住，顶层12a和底层12b中只需一块采用阻燃材料制成。但是，为了简化结构和方便使用，顶层和底层最好采相同的材料。

适用的阻燃材料包括3M FIRE BARRIER FS-195+膨胀条、INTERAM G-MAT膨胀片或3M NEXTELaF-10机织物，所有这些材料可以从明尼苏达州圣保罗的3M公司(以下称3M公司)购得。理想的阻燃材料为双面都用阻燃聚酯罩布层压的INTERRAM G-MAT，所用的罩布例如为REEMAY纺粘织物#2016 306a’，306a”，306b’，306b”，可从俄亥俄州Westchester的Snow filtration公司购得。

可破坏部件6是用来将顶层和底层12a和12b的周边连接起来的一条缝合线，因此其作用是将包壳4封闭起来。适用的可破坏部件为纱包的聚酯缝合线，如纱芯纺60/36聚酯线，可以从明尼苏达州圣保罗的Easten Woolen Company(EWC)购得。另一种适用的缝合线为同样可从EWC购得的耐纶粘结69黑线。可破坏部件也可以是常规的胶粘剂(如热熔胶)或密封剂(如可从3M公司购得的Fire Barrier2000 PLUS密封剂)。

本发明挡火装置结构中，往往最好包括一层红外辐射阻隔层。在发生火灾时，大量的热量以红外辐射的方式传递进入挡火装置，因此，能对红外辐射进行阻隔的挡火装置可使热量的传递最小，否则就必须采用绝热、吸热或其他手段来达到此目的。

为了减少通过贯通孔传递的热量，提高挡火装置2的挡火性能，包壳4中最好包括一片红外幅射阻隔材料14，装在邻近顶层12a和底层12b的位置。

金属箔一直被用作能将大量红外线反射出去的红外线阻隔材料。在使用这些材料时，要考虑金属的熔点，使得在火场中它们不会熔化，从而使红外辐射到达挡火装置的其余部件上。因此最好使用高熔点金属。另一种红外辐射阻隔材料是NEXTEL FLAME STOPPING DOT PAPER(NEXTEL点状图案阻燃纸)，可从3M公司处购得。这种材料和其他玻璃质材料可以反射红外光谱中的大部分红外线，因而可以用做红外辐射阻隔材料。某些阻隔材料还有另一个优点，即它们的熔点高于大部分已知的火灾发生时的温度。此外，它们的柔性和悬垂性也比大多数金属箔都高。

包壳4中最好包含一块吸热材料16，放置在邻近红外线阻隔材料位置。应该认识到，包壳4的结构中可以不用吸热材料16，或着，将其位置与红外线阻隔材料14互换。在此使用的吸热化合物吸热方式的特征是因释放水合物中的水而吸热，或因发生相变(即液体到气体)而吸热，或通过净吸收热量才能发生反应的(如从MgNH₄PO₄中释放NH₃)其他化学变化而吸热。

适用的吸热化合物包括能热分解的化合物，其特征是热分解后释放出一种或几种小分子，如氨、二氧化碳，和/或水。这些小分子或蒸发，或者与阻燃材料或环境中的一种或多种其他化合物发生反应，产生净吸收系统中的热能的作用。在包括吸热化合物中小分子的释放以及组分蒸发在内的情况下，阻燃材料和被阻燃材料保护的物体中的部分热量会被带走。固体的吸热化合物对溶解热、热容、蒸发热和以炽热气体的方式从阻燃材料上带走的热能等各个因素都有贡献。最为理想的是，由吸热化合物产生的任何气体都不会燃烧。

适用的吸热化合物包括在194～2732F·(90～1500℃)温度能够发生吸热反应或相变而不发生放热性分解或燃烧的无机化合物。举例来说有：三水合铝(ATH)、Al(OH₃)、水合硼酸锌(ZnB₂O₄·6H₂O)、硫酸钙(CaSO₄·2H₂O，也叫石膏)、磷酸镁铵(MgNH₄PO₄·6H₂O)、氢氧化锰、以及夹带的水。理想的吸热化合物有六水合磷酸镁铵、MgO₃B₂O₃·9H₂O、石膏和MgHPO₄·3 H₂O。

膨胀填充材料包括许多个分散颗粒10a、10b和10c。膨胀填充材料包括膨胀化合物，也可包括绝热材料、吸热化合物或它们的混合物。如上所述，膨胀化合物是指加热后体积扩大到原体积1.5倍的化合物。挡火装置2中膨胀化合物的数量取决于具体的最终用途、要进行阻燃的贯通孔的尺寸和内腔8的尺寸。不过，膨胀化合物的数量应足以使可破坏部件破坏，足以起到有效的挡火屏障的作用。

举例来说，膨胀化合物包括膨胀石墨，如嵌入型石墨、酸处理过的石墨、碱金属硅酸盐水合物、蛭石、珍珠岩、NaBSi、在玻璃颗粒中掺有带CO₂鼓泡剂的火山岩玻璃、云母以及上述材料的混合物。膨胀化合物最好呈分散颗粒形式，其制造方式举例来说是将一块膨胀材料敲碎成较小的碎片。

理想的膨胀石墨包括酸嵌入型的石墨，由俄亥俄州克里夫兰的UCAR Carbon公司以GRAFGUARD160和GRAFGUARD220为商标名提供。另一种理想的膨胀化合物是的水合碱金属硅酸盐膨胀化合物颗粒，商标名为EXPENTROL 4BW PLUS，由3M公司提供，还有粗碎的INTERAM ULTRA GS膨胀和吸热化合物，同样由3M公司提供。

3M公司提供的商标名为EXPENTROL 4BW PLUS水合碱金属硅酸盐膨胀化合物颗粒的密度很大，具有很强的膨胀性。膨胀石墨具有优异的膨胀性能，与EXPENTROL4BW PLUS和INTERRAM ULTRA GS相比密度较低。

还有些适用的膨胀化合物在授权给Langer的美国专利5,869,010、授权给Welna的美国专利5,746,891、授权给Landin的美国专利5,830,319、授权给Langer的美国专利6,153,674和授权给Gastner的美国专利6,153,688中都有描述。

现在来看图3。如图3所示，挡火装置102具有包壳104，其顶表面为118，底表面为120，可破坏部件106形成包壳104的顶表面118的一部分，或者可破坏部件106可以形成包壳104的整个顶表面118。包壳104用上述阻燃材料制成。可破坏部件是破坏强度小于膨胀填充材料膨胀力的片状材料。因此在膨胀填充材料膨胀过程中，可破坏部件106会爆裂或破坏直至包壳104破坏。此时膨胀填充材料会通过可破坏部件106上的开口继续膨胀。适合用于可破坏部件100的材料包括牛皮纸、非织造布或聚合物片状材料。

如图4所示，挡火装置202具有包壳204，有一个含接缝222的顶表面218和底表面220。，包壳204的相邻两边被可破坏部件206缝合起来形成接缝222。

包壳204的两个相对面226和228被线230、232缝合起来，从而将包壳204的所有边都封闭起来。所用缝合线的材质可以与可破坏部件相同，也可不同。可破坏部件可以是粘合剂或传统的机械接合装置，如就图1和图2所述。

实践中可以使用各种常规的支撑结构，用来在挡火装置暴露于烈火之前将其固定在贯通孔内。由于这类支撑结构和使用为专业人员所熟知，在此不作进一步说明。

实施例

一种挡火装置302的结构如图5所示，取购自3M公司的两片1/4英寸的INTERRAM G-MAT膨胀布304a、304b，这两片膨胀布的双面都分别缝合以从SnowFiltrationg公司购得的REEMAY STYLE#2016 FR黑色罩布306a’、306a”、306b’、306b”的，形成顶外层308a和底外层308b。这顶外层308a和底外层308b都是以膨胀布304a、304b为芯层，分别夹在阻燃聚酯罩布306a’、306a”和306b’、306b”之间。将购自3M公司的NEXTEL FLAME STOPPING DOT PAPER红外线阻隔层310置于底外层308b的内表面312上。已经发现，阻燃纸的层310可以明显提高整个挡火装置的挡火性能。从顶部看到底部，膨胀布304a、304b、网布306a’、306a”和306b’、306b”以及挡火纸310一起形成了大致矩形的包壳314，然后用FireBarrier Silicone 2000 PLUS密封胶316将包壳314的三条边封闭，该密封胶可从3M公司购得，在包壳内填满膨胀填充材料316。然后用Fire Barrier Silicone2000 PLUS密封胶将第四条边密封。膨胀填充材料为从3M公司购得的INTERAMUltraGS粗碎膨胀材料。如箭头所示，将挡火装置中具有FLAME STOPPING PAO、PAPER DOT310的那一面暴露于热源中。

在按照ASTM-814对挡火装置进行测试时，测试方法的温度范围满足时间长于2小时时的规定。

显然，对于本领域专业人员，在不违背以上所阐明的发明原理的情况下，可以对挡火装置加以改变和改进。因此，本发明的范围并不限定在本次申请所述的范围内，而仅仅限定在本发明权利要求所表述的结构和其等同结构的范围内。

Claims (15)

1.一种挡火装置包括：

a.一个用阻燃材料制成的包壳；

b.一个用来封闭所述包壳的可破坏部件，该可破坏部件具有一定断裂强度，所述包壳和所述可破坏部件将构成一个内腔，

c.一种放置在所述内腔中具有一定活化温度的膨胀填充材料，所述膨胀材料达到所述活化温度时产生一定膨胀力，

所述的可破坏部件破坏后，所述阻燃材料能够将所述膨胀材料保持住，所述可破坏部件的断裂强度小于所述膨胀材料在达到其活化温度时产生的膨胀力。

2.如权利要求1所述的挡火装置，其中所述的包壳包括一条接缝，所述可破坏部件是用来将所述接缝封闭起来的接合装置。

3.如权利要求2中所述的挡火装置，其中所述的接合装置是粘合剂。

4.如权利要求2所述的挡火装置，其中所述的接合装置是机械接合件。

5.如权利要求2所述的挡火装置，其中所述包壳包括一个顶层和一个底层，它们相邻的周边用所述接合装置连接起来，形成所述接缝。

6.如权利要求5所述的挡火装置，其中所述的顶层和底层是用相同的阻燃材料制成的。

7.如权利要求1所述的挡火装置，其中所述的包壳包括相对的顶部主表面和底部主表面，所述可破坏部件形成所述顶表面的一部分。

8.如权利要求7所述的挡火装置，其中所述可破坏部件形成所述顶表面的整个部分。

9.如权利要求1所述的挡火装置中，所述接缝位于顶表面上。

10.如权利要求1所述的挡火装置，其中所述的包壳中还包括红外线阻隔材料，紧靠于所述内腔壁上。

11.如权利要求10所述的挡火装置，其中所述的包壳中还包括一片吸热材料，紧靠于所述红外线阻隔材料。

12.如权利要求11所述的挡火装置，其中所述的包壳中还包括一片膨胀材料，紧靠于所述红外线阻隔材料。

13.如权利要求1所述的挡火装置，其中所述的膨胀填充材料包含许多分散的膨胀材料颗粒。

14.如权利要求13所述的挡火装置，其中所述的膨胀填充材料还包含绝热材料。

15.如权利要求14所述的挡火装置，其中所述的膨胀填充材料还包含吸热材料。

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