作为通孔防火材的复合层状物及其制造和使用方法

摘要

本发明公开了一种用作通孔防火材的复合层状物，包括：耐高温金属层；至少一个柔性防火毯材料的中间层；和金属丝网层，其中，在安装时，所述金属层面朝外，所述金属层和金属丝网层粘接到所述中间层上，基于ASTM测试E 814的测评标准，所述复合层状物能够在900℃至1100℃的温度下经受一至三小时的耐火测评，并随后在30psi水压下经受一至三小时的软管水流测评，而不会分解。本发明还公开了制造和使用该复合通孔防火材层状物的方法。

权利要求

1.一种作为通孔防火材的复合层状物，包括：(a)耐高温金属层；

(b)至少一个柔性防火毯材料的中间层；和(c)金属丝网层，

其中，在安装时，所述金属层面朝外，所述金属层和金属丝网层粘接到所述中间层上，基于ASTM测试E 814的测评标准，所述复合层状物能够在900℃至1100℃的温度下经受一至三小时的耐火测评，并随后在30psi水压下经受一至三小时的软管水流测评，而不会分解。

2.如权利要求1所述的复合层状物，还包括粘接到所述金属丝网层上的铝箔层。

3.如权利要求1或2所述的复合层状物，其特征在于，所述柔性防火毯材料选自于由陶瓷纤维垫或织物、矿物纤维垫、膨胀型防火毯材料和吸热型防火毯材料组成的群组。

4.如权利要求3所述的复合层状物，其特征在于，所述膨胀型防火毯材料包括硅酸盐、膨胀石墨和蛭石。

5.如权利要求4所述的复合层状物，其特征在于，膨胀型防火毯材料是除去铝箔层的

3M INTERAM I-10A垫。

6.如权利要求5所述的复合层状物，其特征在于，复合层状物包括两层除去铝箔层的

3M INTERAM I-10A垫。

7.如权利要求3所述的复合层状物，其特征在于，所述柔性防火毯材料是吸热型防火毯材料。

8.如权利要求7所述的复合层状物，其特征在于，所述吸热型防火毯材料是3M INTERAM MAT E-5。

9.如权利要求1或2所述的复合层状物，其特征在于，耐高温金属层选自于由镀锌钢、铝合金、不锈钢和铜组成的群组。

10.如权利要求9所述的复合层状物，其特征在于，所述耐高温金属层是厚度为0.125至0.625毫米的镀锌钢层。

11.如权利要求1或2所述的复合层状物，其特征在于，所述金属丝网选自于由镀锌钢、铝合金、不锈钢和铜组成的群组。

12.如权利要求11所述的复合层状物，其特征在于，所述金属丝网是厚度为0.125至

0.625毫米的钢丝网。

13.一种制造如权利要求1所述的复合层状物的方法，包括以下步骤：(a)提供耐高温金属层；

(b)将至少一层柔性防火毯材料粘接到所述金属层上；以及(c)将金属丝网层粘接到所述防火毯材料层上；

其中，安装时，所述金属层面朝外。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括将铝箔层粘接到所述金属丝网层上的步骤。

15.一种根据权利要求1所述的复合层状物的应用，所述复合层状物与其它阻火材料一起用于密封穿过耐火墙和地板的贯穿物并用于电缆槽盒、电缆管和大空白处。

说明书

作为通孔防火材的复合层状物及其制造和使用方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及一种作为通孔防火材的复合层状物，该层状物是用于阻止在多层建筑起火时可能发生的火、烟和烟雾的蔓延。本发明还涉及制造和使用作为通孔防火材的复合层状物的方法。

背景技术

[0002] 在封闭空间中，比如在多层建筑中，火、烟和烟雾会危及生命。通常，如果从这种结构的地板和天花板之间的空间开始着火，火以及产生的烟和烟雾会逐渐向该建筑中的其它开放空间中蔓延，尤其是位于起火点上方的开放空间。

[0003] 有多种理由可以解释这种火、烟和烟雾向高处空间的蔓延。介于导管、管道或类似物与它们穿过其中的地板/天花板之间的区域称为“通孔”。如果没有防火材料，通孔产生了对火、烟和烟雾的低抵抗区，并且实质上成为“烟囱”。

[0004] 这些区域可以填充市场上可以买到的阻燃剂和膨胀型防火泥、凝固型防火泥、防火包覆或防火垫，它们在本领域称为“防火材”。代表性的防火材产品在美国明尼苏达州保罗街的3M公司序号为98-0701-3508-6(1990年出版)的产品册中公开。该3M产品目前以下面商品名称所熟知：“CP 25WB+”和“Firedam”(凝固型防火泥)；“MPP-4S”和“MPS-2”(非凝固型防火泥)；“FS-195+”(防火带)和“CS-195+”(防火板)；和“Interam”和“Interam E-5”(防火垫)。这些产品在受让人的美国专利Nos.3,916,057；4,273,879；4,305,992；4,364,210；4,433,732；和4,467,577中有广泛地描述。

[0005] 在这些市场上可以买到的防火材产品中，3M CS-195+产品称为三明治型通孔防火材，其具有一种主要由钢基层、阻燃剂材料和金属丝网构成的特殊结构，用于密封贯穿物比如电缆、电缆槽盒、导线管、输送管和管道以及其穿过防火墙和地板的支撑装置周围的开口，并且用于电缆槽盒、电缆导管和大空白处以阻止火的蔓延。尽管这种产品具有令人满意的阻火性质，但是由于所使用的阻燃剂材料，其生产成本高、笨重、难于弯曲，且当切割以与贯穿物的外形相贴合时易于分解。

[0006] 因此，仍需要一种三明治型通孔防火材，它更轻、更易于生产且生产成本更低，并且同时满足在ASTM E814标准方法中关于通孔防火材的防火测试所列的要求。本发明正是为满足这个要求而提出的。

发明内容

[0007] 本发明提供一种作为通孔防火材的复合层状物，它比现有技术的产品更轻、更易于生产且生产成本更低，并且具有等效或更好的防火性能。

[0008] 具体而言，本发明提供一种作为通孔防火材的复合层状物，其包括：

[0009] (a)耐高温金属层；

[0010] (b)至少一个柔性防火毯材料的中间层；和

[0011] (c)金属丝网层，其中，在安装时所述金属层面朝外，所述金属层和金属丝网层粘接到所述中间层上，基于ASTM测试E814的测评标准，所述复合层状物能够在900℃至1100℃的温度下经受一至三小时的耐火测评，并随后在30psi的水压下经受一至三小时的软管水流测评，而不会分解。

[0012] 本发明还提供一种制造本发明作为通孔防火材的复合层状物的方法。

[0013] 本发明进一步提供本发明作为通孔防火材的复合层状物的应用，与其它阻火材料一起用于密封穿过防火墙和地板的贯穿物并用于电缆槽盒、电缆管和大空白处。

附图说明

[0014] 图1是根据本发明作为通孔防火材的复合层状物的一种实施方式的透视图。

[0015] 图2是根据本发明作为通孔防火材的复合层状物的另一种实施方式的横截面图。

[0016] 图3示出了利用本发明作为通孔防火材的复合层状物来密封防火墙、地板、隔板或天花板上的空白开口(没有贯穿物)的应用。

[0017] 图4示出了利用本发明作为通孔防火材的复合层状物来密封防火墙、地板、隔板或天花板上具有贯穿物的大开口的应用。

[0018] 图5和6分别是测试前后使用作为通孔防火材的复合层状物的混凝土楼板系统的照片。

[0019] 图7和8分别是测试前后使用作为通孔防火材的复合层状物的石膏墙板系统的照片。

具体实施方式

[0020] 参照图1，本发明作为通孔防火材的复合层状物10包括一层柔性防火毯材料11。将耐高温金属层12层压到所述防火毯材料层11的一个表面，并将金属丝网层13粘接到该防火毯材料层11的另一个表面。

[0021] 所述柔性防火毯材料在市场上可以买得到，其表现出良好的绝热性能，并且在高温下能够保持稳定。通常，防火毯用于覆盖在火上，通过使该火缺氧而熄灭，从而避免危险，或者包裹住衣服起火的人。防火毯的另一种具体应用是用于密封建筑物接缝，比如在本专利受让人的US 5,765,332中所描述的防火毯材料的应用。

[0022] 在本发明的申请中，防火毯的厚度和密度自然会随所选择的材料以及需要的绝热和耐热程度而变化。

[0023] 柔性防火毯材料的一种实施方式可以由耐高温材料，比如陶瓷纤维垫或织物(例如，玻璃纤维垫和非纺织的陶瓷纤维垫)、矿物纤维(也称为矿物棉)垫以及膨胀型和吸热型防火毯材料构成。在纤维垫中可以存在有机或无机粘结剂。包含短切玻璃纤维(例如，硅铝酸镁玻璃纤维)的有用玻璃纤维在市场上可以买得到，例如由美国俄亥俄州Granville的欧文斯科宁(Owens-Corning)玻璃纤维公司生产的商品名称为“S2-玻璃”的玻璃纤维。合适的玻璃纤维垫(例如，石英纤维垫)在市场上可以买得到，例如由欧文斯科宁玻璃纤维公司生产的商品名称为“玻璃纤维”的玻璃纤维垫。适合用作本发明柔性防火毯材料层的其它陶瓷纤维材料包括陶瓷氧化物纤维(比如，在市场上可以买得到的小直径熔喷硅酸铝陶瓷纤维，例如由纽约尼亚加拉瀑布的金刚砂(CARBORUNDUM)公司生产的商品名称为“FIBERFRAXDURABACK BLANKET”的硅酸铝陶瓷纤维；在市场上可以买得到的硅酸铝纤维，例如由美国乔治亚州奥古斯塔的热陶瓷(ThermalCeramics)公司生产的商品名称为“蜂蜡棉”(“CERAWOOL”)和“高岭棉”(“KAOWOOL”)的硅酸铝纤维；和在市场上可以买得到的陶瓷氧化物纤维，例如由3M公司生产的商品名称为“NEXTEL”的陶瓷氧化物纤维(例如，在市场上可以买到的、商品名称为“NEXTEL440”的硅酸铝陶瓷氧化物纤维；在市场上可以买到的、商品名称为“NEXTEL312”的硼硅酸铝陶瓷氧化物纤维；和在市场上可以买到的、商品名称为“NEXTEL610”的氧化铝陶瓷纤维))。

[0024] 有用的矿物棉垫(比如来源于主要成分为二氧化硅、氧化钙、氧化铝和氧化镁的高炉熔渣的矿物棉)包括那些可以买到的矿物棉垫，例如由美国伊里诺斯州芝加哥的美国石膏(Gypsum)公司生产的商品名称为“THERMOFIBER”的矿物棉垫。

[0025] 柔性防火毯材料可以由膨胀型防火毯材料或者吸热型防火毯材料构成。吸热材料吸收热量并用来保护建筑构件使其免受高温影响。有用的吸热型防火毯材料是可以买到的，例如由3M公司生产的商品名称为“INTERAM MAT E-5”的吸热型防火毯材料。

[0026] 优选地，柔性防火毯材料是当暴露于超过约200℃的温度时其膨胀成低密度绝热毯的膨胀型防火毯材料。可用于本发明的实施方式的膨胀型防火毯材料包括聚合物粘结剂、填料和膨胀颗粒。有用的膨胀颗粒包括硅酸盐、膨胀石墨和蛭石。一般，这些颗粒与足量添加剂混合，以制作具有合适膨胀特性和柔性的薄片。当该膨胀片材遭受热或火焰时，其膨胀并充当热、烟和火焰的屏障。一种合适的膨胀型毯材料在美国专利第4,305,992中进行了更加全面的描述，其以引用的方式合并于此。

[0027] 有用的膨胀型防火毯材料在市场上可以买得到，例如，由3M公司生产的商品名称为“INTERAM I-10A”的防火毯材料。这个3M公司的产品是0.5厘米厚的膨胀型防火垫，该膨胀型防火垫具有层叠在其上的0.076毫米(3密耳)厚的铝箔。当在本发明中应用时，3M公司生产的铝箔层被除去，剩下的膨胀型防火垫部分用于通孔防火材的复合层状物的柔性防火毯材料层。

[0028] 根据本发明，粘接到防火毯材料层的一个表面上的金属层用于向复合层状物提供支撑强度，其中复合层状物用作通孔防火材，粘接到防火毯材料层的另一表面上的金属丝网层进一步用于保持防火毯材料层的形状而不分解。而且，由于金属层和金属丝网层的物理性质，本发明作为通孔防火材的复合层状物在实际应用中可以弯曲成需要的形状，比如C-槽形接合构件，直角槽形接合构件或U形弯曲构件。

[0029] 金属层和金属丝网层都可以是技术工人已知的且常用的耐高温金属，比如(但不限于)各种不同等级的镀锌钢、铝合金、不锈钢和铜。它们的厚度取决于所选择的金属种类、成本、支撑强度和在安装位置进行切割的方便程度的平衡。在本发明的一种实施方式中，该耐高温金属层是具有0.125至0.625毫米厚的镀锌钢层，例如具有0.399毫米厚的30号规格(30gauge)镀锌钢片，金属丝网层是具有0.125至0.625毫米厚的钢丝网，例如具有30号规格厚的镀锌钢丝。

[0030] 尽管已经发现具有0.125至0.625毫米厚的镀锌钢片和具有0.125至0.625毫米厚的钢丝提供了可靠的特性，应该理解，适用于本发明的耐高温金属层和金属丝网层可以根据实际应用而改变，并且不应该只限于上文的具体实施方式。

[0031] 根据本发明，作为通孔防火材的复合层状物可以延伸为包括一层以上的柔性防火毯材料的多层结构。而且，出于美感和商业考虑，本发明作为通孔防火材的复合层状物还可以包括具有0.05至0.125毫米厚的铝箔层，该铝箔层粘接到所述金属丝网层上。

[0032] 因此，本发明作为通孔防火材的复合层状物的另一种实施方式示于图2中。参照图2，复合层状物20包括两层柔性防火毯材料21，其夹在耐高温金属层22和金属丝网层23之间。然后将铝箔层24粘接到金属丝网层23上，从而生产出复合层状物20。

[0033] 本发明作为通孔防火材的这种新型复合层状物的优点是，与现有技术的产品相比，它更轻、更易于生产且生产成本更低，而且具有相同的或者更好的防火性能。

[0034] 本发明还提供了一种制造本发明复合层状物的方法，该方法包括以下步骤：

[0035] (a)提供耐高温金属层；

[0036] (b)将至少一层柔性防火毯材料粘接到所述金属层上；以及

[0037] (c)将金属丝网层粘接到所述防火毯材料层上。

[0038] 在本发明更普遍的意义中，粘结剂可以用于生产本发明作为通孔防火材的复合层状物，并且用于使复合层状物形成一整体形式的粘结剂的种类没有具体限制。合适的粘结剂包括(但不限于)Naopao105粘结剂、Higer bond5108粘结剂、3M#76粘结剂、3M#90粘结剂。在本发明的一种实施方式中，所有的金属层、柔性防火毯材料层和金属丝网层都由3M8088粘结剂层压。

[0039] 与其它的市售通孔防火材类似，本发明的复合层状物可以与其它阻火材料比如凝固型防火泥、非凝固型防火泥或防火包覆一起用来密封穿过耐火墙和地板的贯穿物，并且用于电缆槽盒、电缆导管和大空白处。

[0040] 图3和4没有对本发明作任何限制，只是举例说明了本发明作为通孔防火材的复合层状物的两种代表性应用。

[0041] 图3示出了利用本发明作为通孔防火材的复合层状物来密封防火墙、地板、隔板或天花板上的空白开口(无贯穿物)的应用。参照图3，本发明作为通孔防火材的复合层状物30被切割成合适尺寸的最小为2英寸的盖板32，以覆盖混凝土楼板31上的空白开口，并且被安装成使复合层状物的耐高温金属层面朝外(露出)。然后，利用砖石紧固件33或类似物将复合层状物30固定到空白开口上。其它的阻火材料34，比如3M阻火CP25WB+凝固型防火泥(Caulk)、非凝固型防火泥(Moldable Putty+)或FS-195+防火包覆带(Wrap Strip)，进一步用来密封本发明作为通孔防火材的复合层状物30。

[0042] 图4示出了利用本发明作为通孔防火材复合层状物来密封具有贯穿物比如电缆、电缆槽盒、导线管、输送管、管道和穿过其中的类似物的防火墙、地板、隔板或天花板的应用。参照图4，在混凝土地板41上具有贯穿物的大开口被本发明作为通孔防火材的复合层状物40所覆盖，该复合层状物被切割成最小2英寸刚好适合地装配在贯穿物45周围并覆盖开口，并且以复合层状物的耐高温金属层面朝外(露出)的方式安装。然后，利用砖石紧固件43或类似物将复合层状物40固定到开口上。其它的阻火材料44，比如3M阻火CP25WB+凝固型防火泥、非凝固型防火泥或FS-195+防火包覆带，还用于密封本发明作为通孔防火材的复合层状物40。

[0043] 因此，本发明还涉及本发明作为通孔防火材的复合层状物的应用，与其它的阻火材料一起用于密封穿过防火墙和地板的贯穿物并且用于电缆槽盒、电缆导管和大空白处。

[0044] 应该相信，在没有进一步描述的情况下，本领域的技术人员能够基于上面公开的内容和下面描述的例子将本发明应用到它最完美的程度。下面的例子仅仅是说明本领域的技术人员可以如何实施所要求的发明的示例性例子，而不以任何方式限制本公开的其它部分。因此，本发明的范围不应该限制于在本应用中所描述的结构，而仅限制于通过权利要求的语言来描述的结构及这些结构的等同物。

[0045] 例子

[0046] 作为通孔防火材的复合层状物的结构如图2中所示。作为通孔防火材的复合层状物由以下方式构成：两个5.02毫米厚的膨胀型柔性防火毯材料内层21夹在0.5毫米厚、30号规格镀锌钢外层22和0.5毫米厚、30号规格钢丝网23的外层之间，薄铝24箔粘接在钢丝网上，其中所述膨胀型柔性防火毯材料可从美国明尼苏达州保罗街的3M公司生产的商品名称为INTERAM I-10A购得。每一层都用从美国明尼苏达州保罗街的3M公司可购得的8088粘结剂粘接在一起。

[0047] 作为通孔防火材的复合层状物依照用于通孔防火材的ASTME814标准方法进行防火测试。ASTM E814标准方法包括将通孔防火材暴露于标准ASTM E119温度-时间火焰中以及随后应用到软管水流中。如下面表明的，利用复合层状物作为通孔防火材的混凝土楼板系统或石膏墙板系统成功地通过ASTM E814测试，持续两小时。

[0048] 例子1：混凝土楼板测试

[0049] 如图5所示，在测试之前将混凝土楼板系统构造成具有12英寸×30英寸的长方形开口和8英寸直径的圆开口。该圆开口被在例子1中所提供的12英寸×12英寸的本发明作为通孔防火材的复合层状物覆盖，该开口包括具有3M CCS的4英寸直径PVC管和具有RC-1套圈的4层Ultra GS。该长方形开口被在例子1中所提供的16英寸×34英寸的本发明作为通孔防火材的复合层状物覆盖，该开口包括：4英寸×6英寸的镀锌电缆槽盒，在该槽盒周围环绕有3M FS195+防火包覆带；3英寸直径的EMT(金属电子管)管，在该管周围环绕有3M FS195+防火包覆带，并且3M CCS位于其中心；以及5英寸×5英寸的汇流通道，其中放有1/2英寸直径的铜管，在该铜管周围环绕有3M FS195+防火包覆带，并且3M CCS位于其中心。所有这些贯穿物的单侧顶端都用3M防火泥作为烟密封被安装在位。

[0050] 依照用于通孔防火材的ASTM E814标准方法对该混凝土楼板系统进行防火测试。该混凝土系统，包括覆盖该长方形开口的复合层状物的边缘和中心、炉子和贯穿物，该混凝土系统的温度在两小时的防火测试中进行测量。在该测试中获得的数值在表1中示出。

[0051] 表1

[0052]

[0053] 随后，该混凝土楼板系统在30psi水压下经受软管水流测试，持续两小时。在该测试之后，检查作为通孔防火材的复合层状物，并且没有观察到任何裂缝或断裂，如图6所示。获得了两小时的强效保护。

[0054] 例子2：石膏墙板测试

[0055] 如图7所示，在测试之前该石膏墙板系统构造为具有18英寸×30英寸的长方形开口。

[0056] 该长方形开口被例子1中所提供的22英寸×34英寸的本发明作为通孔防火材的复合层状物覆盖，该开口包括：4英寸×6英寸镀锌电缆槽盒，在该槽盒周围环绕有3M FS195+防火包覆带；3英寸直径的EMT管，在该管周围环绕有3M FS195+防火包覆带，并且3MCCS位于其中心；5英寸×5英寸汇流通道，其中放有1/2英寸直径的铜管，在该铜管周围环绕有3M FS195+防火包覆带，并且3M CCS位于其中心；以及具有3M CCS的4英寸直径的PVC管和具有RC-1套圈的4层Ultra GS。所有这些贯穿物的单侧顶端都用3M防火泥作为烟密封被安装在位。

[0057] 依照用于通孔防火材的ASTM E814标准方法对该石膏墙板系统进行防火测试。该石膏墙板系统包括复合层状物的边缘和中心、炉子和贯穿物，该石膏墙板系统的温度在两小时的防火测试中进行测量。在该测试中获得的数值在表2中示出。

[0058] 表2

[0059]

[0060] 随后，该石膏墙板系统在30psi水压下经受水流测试，持续两小时。在该测试之后，检查作为通孔防火材的复合层状物，并且没有观察到任何裂缝或断裂，如图8所示。获得了两小时的强效保护。

[0061] 显然，在上述公开内容的启发下，本领域的技术人员可以预见并对本发明进行各种修改。这些修改均应落在本发明的保护范围内。