專利名稱：帶有可破壞部件的擋火裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及擋火裝置，具體是涉及包括裝有膨脹材料的柔性包殼，其作用是在出現火情時形成阻燃屏障。
發明的背景火焰可從建筑物的一個房間蔓延到另一個房間的機理是火焰穿過樓板或墻壁上的通道或開口，這種通道或開口常稱作貫通孔。這種開口舉例來說包括讓通信和電力電纜穿過的電纜檢查孔。
目前防止火焰通過這種通道蔓延和防止煙氣通過這種通道擴散的常用方法有剪裁兩塊膨脹材料片包住通道中電纜的周邊，沿每張片的四周涂抹上一串可模塑膨脹性封泥。雖然這種技術一般能夠滿足阻止火焰或煙氣從一個房間蔓延和擴散到另一個房間的需要，但施工時勞動強度大而且費時。此外，用這種方式制成的擋火物無法讓其自身重新塞入通道。
貫通孔擋火技術過去已有之。授權給Robertson等人的美國專利5,155,957公開了用于封閉穿透墻壁或樓板的孔的擋火裝置，它包括一段導管，一個距導管外表面一定距離的杯狀護圈用來形成環形空隙，其中填有膨脹材料，還包括位于膨脹材料下面的浮隔板。出現火情時，該浮隔板將向內移動，占據原先導管部分所占據的內部空間。
授權給Navarro等人的美國專利5,887,395公開了一種擋火套管，它包括帶有一層膨脹復合材料，形成可模制的封泥，它具有一阻制層包裹在穿過樓板等物體的管道的周圍，還包括用來嵌入包裹層中的幾個可彎曲的翼片，便于在安裝過程中將阻制層固定在位。
授權給Bailey的美國專利5,031,447公開了一種用于建筑結構的阻燃材料，它是個三明治結構第一和第二外層是耐高溫金屬波紋板，至少一層阻燃纖維材料的中間層，外層波紋板的波紋排列能使該阻燃材料在垂直于波紋方向上折疊。
此外，市場還供應貫通孔阻燃用的各種袋式裝置。但是，上述這些裝置或技術都有某些缺點或不足。因此工業上需要有用于貫通孔擋火的預制擋火裝置，它的擋火性能獲得改善、成本低、效率高、安裝方便。
發明概述本發明提供一種擋火裝置，它包括包殼和可受熱破壞部件形成一個內腔，內腔中裝有膨脹填充材料。包殼用阻燃材料制成，它在可破壞部件斷裂后能夠保持住膨脹物。此外，可受熱破壞部件破壞時受到的作用力小于膨脹材料達到活化溫度后所產生的膨脹力。這樣，當達到活化溫度后，膨脹物產生比可受熱破壞部件強度大的膨脹力，從而使該部件斷裂。因此，可受熱破壞部件使膨脹以受控的方式發生。
一方面，本發明的可受熱破壞部件在一定斷裂溫度下斷裂，而膨脹填充材料在活化溫度下膨脹，該斷裂溫度低于該活化溫度。另一方面，包殼有條接縫，而可受熱破壞部件是將接縫連接在一起的接合裝置。接合裝置可以是粘合劑、縫合線、機械接合裝置或其他常規接合件。
包殼可包括相互獨立的頂層和底層，其頂層和底層相鄰的邊連接在一起形成接縫。
頂層和底層可以采用相同或不同的阻燃材料，在一個實施方式中，頂層和底層是用膨脹材料制成的布，可以用層壓方法罩上一層外層，將膨脹布封閉和密封起來，以此來提高裝置的操作性能。
本發明的另一方面是包殼有相對的頂、底主表面，可受熱破壞部件構成頂表面的一部分。本發明還有一個方面，是可破壞部件是裝在包殼頂表面上的接縫。在又一方面，可破壞部件形成包殼的整個頂表面。
本發明的又一個特征是，擋火裝置包括一片紅外輻射屏蔽材料或吸熱材料，位于緊靠內腔的包殼內表面上。在本發明一個實施方式中，擋火裝置既包括一片紅外線屏蔽材料，也包括一片吸熱材料。吸熱材料放在紅外輻射屏蔽材料的內表面上。在又一實施方式中，擋火裝置還包括一片緊靠紅外輻射屏蔽材料的膨脹材料。
本發明還有的一個方面是，膨脹填充材料包含許多分散顆粒。膨脹填充材料可以是膨脹材料、絕熱材料和吸熱材料的混合物，該充填材料也可以是可模塑的膨脹材料封泥。
附圖簡要說明本發明將結合下列附圖進一步說明之
圖1是本發明一個擋火裝置的透視圖；圖2為沿圖1中線段2-2的截面圖；圖3為本發明第二個實施方式的透視圖；圖4為本發明第三個實施方式的透視圖。
圖5為在實施例中接受測試的擋火裝置的截面圖。
發明的詳細說明本發明中使用下列術語“活化溫度”是指膨脹化合物開始膨脹的溫度，或吸熱化合物開始發生相變、分解或反應從而吸熱的溫度。
“吸熱化合物”指是那些通過釋放水合水、發生相變(即由液體變為氣體)或通過必須凈吸熱發生反應的其他化學變化而吸熱的化合物。
“膨脹化合物”是指那些加熱到一般著火情形下所遇到的溫度時，體積膨脹到至少其原來體積1.5倍的化合物。
現在試看附圖，所有圖中相同的數字所指的是類似或對應的部分。
圖1和圖2所示為擋火裝置2，包括帶有可破壞部件6的包殼4，它們一起構成一個內腔8，內腔8中填有膨脹填充材料。
在暴露于類似著火的條件之前，包殼4的作用是將膨脹充填材料10包封起來，而可破壞部件6的作用是將包殼4密封或封閉起來。但是在著火或類似著火的條件下，當達到膨脹填充材料10的活化溫度時，膨脹填充材料10就發生膨脹，對包殼4和可破壞部件6施加稱為膨脹力的作用力。根據本發明的特征，可破壞部件6的設計要具有其強度小于達到膨脹填充材料10活化溫度時該膨脹充填材料10的膨脹力。可破壞部件6就以這樣的方式控制膨脹填充材料10的膨脹。
包殼4包括具有相鄰邊的頂層12a和底層12b，相鄰邊形成接縫5，由可破壞部件6將接縫5縫合在一起。頂層12a和底層12b是用柔性可貼合的阻燃材料制成的。本發明另一特征，是阻燃層12a和12b在可破壞部件6斷裂后能夠保持住內腔8中的膨脹填充材料10。根據擋火裝置2的最終用途以及其在貫通孔中安裝的情況，可以發現，在可破壞部件6斷裂后為了將內腔8中的膨脹填充材料10保持住，頂層12a和底層12b中只需一塊采用阻燃材料制成。但是，為了簡化結構和方便使用，頂層和底層最好采相同的材料。
適用的阻燃材料包括3M FIRE BARRIER FS-195+膨脹條、INTERAM G-MAT膨脹片或3M NEXTELaF-10機織物，所有這些材料可以從明尼蘇達州圣保羅的3M公司(以下稱3M公司)購得。理想的阻燃材料為雙面都用阻燃聚酯罩布層壓的INTERRAM G-MAT，所用的罩布例如為REEMAY紡粘織物#2016 306a’，306a”，306b’，306b”，可從俄亥俄州Westchester的Snow filtration公司購得。
可破壞部件6是用來將頂層和底層12a和12b的周邊連接起來的一條縫合線，因此其作用是將包殼4封閉起來。適用的可破壞部件為紗包的聚酯縫合線，如紗芯紡60/36聚酯線，可以從明尼蘇達州圣保羅的Easten Woolen Company(EWC)購得。另一種適用的縫合線為同樣可從EWC購得的耐綸粘結69黑線。可破壞部件也可以是常規的膠粘劑(如熱熔膠)或密封劑(如可從3M公司購得的Fire Barrier2000 PLUS密封劑)。
本發明擋火裝置結構中，往往最好包括一層紅外輻射阻隔層。在發生火災時，大量的熱量以紅外輻射的方式傳遞進入擋火裝置，因此，能對紅外輻射進行阻隔的擋火裝置可使熱量的傳遞最小，否則就必須采用絕熱、吸熱或其他手段來達到此目的。
為了減少通過貫通孔傳遞的熱量，提高擋火裝置2的擋火性能，包殼4中最好包括一片紅外幅射阻隔材料14，裝在鄰近頂層12a和底層12b的位置。
金屬箔一直被用作能將大量紅外線反射出去的紅外線阻隔材料。在使用這些材料時，要考慮金屬的熔點，使得在火場中它們不會熔化，從而使紅外輻射到達擋火裝置的其余部件上。因此最好使用高熔點金屬。另一種紅外輻射阻隔材料是NEXTEL FLAME STOPPING DOT PAPER(NEXTEL點狀圖案阻燃紙)，可從3M公司處購得。這種材料和其他玻璃質材料可以反射紅外光譜中的大部分紅外線，因而可以用做紅外輻射阻隔材料。某些阻隔材料還有另一個優點，即它們的熔點高于大部分已知的火災發生時的溫度。此外，它們的柔性和懸垂性也比大多數金屬箔都高。
包殼4中最好包含一塊吸熱材料16，放置在鄰近紅外線阻隔材料位置。應該認識到，包殼4的結構中可以不用吸熱材料16，或著，將其位置與紅外線阻隔材料14互換。在此使用的吸熱化合物吸熱方式的特征是因釋放水合物中的水而吸熱，或因發生相變(即液體到氣體)而吸熱，或通過凈吸收熱量才能發生反應的(如從MgNH4PO4中釋放NH3)其他化學變化而吸熱。
適用的吸熱化合物包括能熱分解的化合物，其特征是熱分解后釋放出一種或幾種小分子，如氨、二氧化碳，和/或水。這些小分子或蒸發，或者與阻燃材料或環境中的一種或多種其他化合物發生反應，產生凈吸收系統中的熱能的作用。在包括吸熱化合物中小分子的釋放以及組分蒸發在內的情況下，阻燃材料和被阻燃材料保護的物體中的部分熱量會被帶走。固體的吸熱化合物對溶解熱、熱容、蒸發熱和以熾熱氣體的方式從阻燃材料上帶走的熱能等各個因素都有貢獻。最為理想的是，由吸熱化合物產生的任何氣體都不會燃燒。
適用的吸熱化合物包括在194～2732F·(90～1500℃)溫度能夠發生吸熱反應或相變而不發生放熱性分解或燃燒的無機化合物。舉例來說有三水合鋁(ATH)、Al(OH3)、水合硼酸鋅(ZnB2O4·6H2O)、硫酸鈣(CaSO4·2H2O，也叫石膏)、磷酸鎂銨(MgNH4PO4·6H2O)、氫氧化錳、以及夾帶的水。理想的吸熱化合物有六水合磷酸鎂銨、MgO3B2O3·9H2O、石膏和MgHPO4·3 H2O。
膨脹填充材料包括許多個分散顆粒10a、10b和10c。膨脹填充材料包括膨脹化合物，也可包括絕熱材料、吸熱化合物或它們的混合物。如上所述，膨脹化合物是指加熱后體積擴大到原體積1.5倍的化合物。擋火裝置2中膨脹化合物的數量取決于具體的最終用途、要進行阻燃的貫通孔的尺寸和內腔8的尺寸。不過，膨脹化合物的數量應足以使可破壞部件破壞，足以起到有效的擋火屏障的作用。
舉例來說，膨脹化合物包括膨脹石墨，如嵌入型石墨、酸處理過的石墨、堿金屬硅酸鹽水合物、蛭石、珍珠巖、NaBSi、在玻璃顆粒中摻有帶CO2鼓泡劑的火山巖玻璃、云母以及上述材料的混合物。膨脹化合物最好呈分散顆粒形式，其制造方式舉例來說是將一塊膨脹材料敲碎成較小的碎片。
理想的膨脹石墨包括酸嵌入型的石墨，由俄亥俄州克里夫蘭的UCAR Carbon公司以GRAFGUARD160和GRAFGUARD220為商標名提供。另一種理想的膨脹化合物是的水合堿金屬硅酸鹽膨脹化合物顆粒，商標名為EXPENTROL 4BW PLUS，由3M公司提供，還有粗碎的INTERAM ULTRA GS膨脹和吸熱化合物，同樣由3M公司提供。
3M公司提供的商標名為EXPENTROL 4BW PLUS水合堿金屬硅酸鹽膨脹化合物顆粒的密度很大，具有很強的膨脹性。膨脹石墨具有優異的膨脹性能，與EXPENTROL4BW PLUS和INTERRAM ULTRA GS相比密度較低。
還有些適用的膨脹化合物在授權給Langer的美國專利5,869,010、授權給Welna的美國專利5,746,891、授權給Landin的美國專利5,830,319、授權給Langer的美國專利6,153,674和授權給Gastner的美國專利6,153,688中都有描述。
現在來看圖3。如圖3所示，擋火裝置102具有包殼104，其頂表面為118，底表面為120，可破壞部件106形成包殼104的頂表面118的一部分，或者可破壞部件106可以形成包殼104的整個頂表面118。包殼104用上述阻燃材料制成。可破壞部件是破壞強度小于膨脹填充材料膨脹力的片狀材料。因此在膨脹填充材料膨脹過程中，可破壞部件106會爆裂或破壞直至包殼104破壞。此時膨脹填充材料會通過可破壞部件106上的開口繼續膨脹。適合用于可破壞部件100的材料包括牛皮紙、非織造布或聚合物片狀材料。
如圖4所示，擋火裝置202具有包殼204，有一個含接縫222的頂表面218和底表面220。，包殼204的相鄰兩邊被可破壞部件206縫合起來形成接縫222。
包殼204的兩個相對面226和228被線230、232縫合起來，從而將包殼204的所有邊都封閉起來。所用縫合線的材質可以與可破壞部件相同，也可不同。可破壞部件可以是粘合劑或傳統的機械接合裝置，如就圖1和圖2所述。
實踐中可以使用各種常規的支撐結構，用來在擋火裝置暴露于烈火之前將其固定在貫通孔內。由于這類支撐結構和使用為專業人員所熟知，在此不作進一步說明。
實施例一種擋火裝置302的結構如圖5所示，取購自3M公司的兩片1/4英寸的INTERRAM G-MAT膨脹布304a、304b，這兩片膨脹布的雙面都分別縫合以從SnowFiltrationg公司購得的REEMAY STYLE#2016 FR黑色罩布306a’、306a”、306b’、306b”的，形成頂外層308a和底外層308b。這頂外層308a和底外層308b都是以膨脹布304a、304b為芯層，分別夾在阻燃聚酯罩布306a’、306a”和306b’、306b”之間。將購自3M公司的NEXTEL FLAME STOPPING DOT PAPER紅外線阻隔層310置于底外層308b的內表面312上。已經發現，阻燃紙的層310可以明顯提高整個擋火裝置的擋火性能。從頂部看到底部，膨脹布304a、304b、網布306a’、306a”和306b’、306b”以及擋火紙310一起形成了大致矩形的包殼314，然后用FireBarrier Silicone 2000 PLUS密封膠316將包殼314的三條邊封閉，該密封膠可從3M公司購得，在包殼內填滿膨脹填充材料316。然后用Fire Barrier Silicone2000 PLUS密封膠將第四條邊密封。膨脹填充材料為從3M公司購得的INTERAMUltraGS粗碎膨脹材料。如箭頭所示，將擋火裝置中具有FLAME STOPPING PAO、PAPER DOT310的那一面暴露于熱源中。
在按照ASTM-814對擋火裝置進行測試時，測試方法的溫度范圍滿足時間長于2小時時的規定。
顯然，對于本領域專業人員，在不違背以上所闡明的發明原理的情況下，可以對擋火裝置加以改變和改進。因此，本發明的范圍并不限定在本次申請所述的范圍內，而僅僅限定在本發明權利要求所表述的結構和其等同結構的范圍內。
權利要求
1.一種擋火裝置包括a.一個用阻燃材料制成的包殼；b.一個用來封閉所述包殼的可破壞部件，該可破壞部件具有一定斷裂強度，所述包殼和所述可破壞部件將構成一個內腔，c.一種放置在所述內腔中具有一定活化溫度的膨脹填充材料，所述膨脹材料達到所述活化溫度時產生一定膨脹力，所述的可破壞部件破壞后，所述阻燃材料能夠將所述膨脹材料保持住，所述可破壞部件的斷裂強度小于所述膨脹材料在達到其活化溫度時產生的膨脹力。
2.如權利要求1所述的擋火裝置，其中所述的包殼包括一條接縫，所述可破壞部件是用來將所述接縫封閉起來的接合裝置。
3.如權利要求2中所述的擋火裝置，其中所述的接合裝置是粘合劑。
4.如權利要求2所述的擋火裝置，其中所述的接合裝置是機械接合件。
5.如權利要求2所述的擋火裝置，其中所述包殼包括一個頂層和一個底層，它們相鄰的周邊用所述接合裝置連接起來，形成所述接縫。
6.如權利要求5所述的擋火裝置，其中所述的頂層和底層是用相同的阻燃材料制成的。
7.如權利要求1所述的擋火裝置，其中所述的包殼包括相對的頂部主表面和底部主表面，所述可破壞部件形成所述頂表面的一部分。
8.如權利要求7所述的擋火裝置，其中所述可破壞部件形成所述頂表面的整個部分。
9.如權利要求1所述的擋火裝置中，所述接縫位于頂表面上。
10.如權利要求1所述的擋火裝置，其中所述的包殼中還包括紅外線阻隔材料，緊靠于所述內腔壁上。
11.如權利要求10所述的擋火裝置，其中所述的包殼中還包括一片吸熱材料，緊靠于所述紅外線阻隔材料。
12.如權利要求11所述的擋火裝置，其中所述的包殼中還包括一片膨脹材料，緊靠于所述紅外線阻隔材料。
13.如權利要求1所述的擋火裝置，其中所述的膨脹填充材料包含許多分散的膨脹材料顆粒。
14.如權利要求13所述的擋火裝置，其中所述的膨脹填充材料還包含絕熱材料。
15.如權利要求14所述的擋火裝置，其中所述的膨脹填充材料還包含吸熱材料。
全文摘要
一種擋火裝置，包括帶有可受熱破壞部件(6)的包殼(4)和放置在包殼內的膨脹填充材料(10)。包殼用阻燃材料制成，在可破壞部件斷裂后能保持住膨脹填充材料。此外，可受熱破壞部件在受到比膨脹填充材料的膨脹力小的作用力時斷裂。這樣，當膨脹填充材料達到其活化溫度時發生膨脹，產生大于可破壞部件強度的作用力，由此導致可破壞部件斷裂，從而通過可破壞部件使膨脹以受控的方式發生。
文檔編號A62C2/06GK1471417SQ01818091
公開日2004年1月28日 申請日期2001年3月5日 優先權日2000年10月31日
發明者M·G·德赫弗, M G 德赫弗 申請人:3M創新有限公司