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一种电阻型火灾探测/预警传感器与应用

阅读：851发布：2021-03-02

IPRDB可以提供一种电阻型火灾探测/预警传感器与应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及功能材料领域，为解决目前传统的红外线火灾警报器和烟雾警报器在使用过程中存在的不足和缺陷本发明提出了一种新型的电阻型超灵敏火灾探测/预警传感器，由低压电源、警报灯、火灾预警复合材料、导线若干依次连接组成，其中所述的火灾预警复合材料由密胺泡沫、氧化石墨烯、含硅助剂制成，各组分的重量份为：密胺泡沫25~45，氧化石墨烯8~40，含硅助剂15~67，该工艺简单高效，原料价格低廉。本发明还提出了一种电阻型火灾探测/预警传感器的应用，用于监控和预防高火宅风险区域内的各类易燃材料，降低甚至避免火宅的产生及其造成的损失。，下面是一种电阻型火灾探测/预警传感器与应用专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，所述的电阻型火灾探测/预警传感器由低压电源、警报灯、火灾探测/预警复合材料、导线若干依次连接组成，其中所述的火灾探测/预警复合材料由密胺泡沫、氧化石墨烯、含硅助剂制成，各组分的重量份为：密胺泡沫

25 45，氧化石墨烯8 40，含硅助剂15 67。

~ ~ ~

2.根据权利要求1所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，所述的火灾探测/预警复合材料的制备方法为：将密胺泡沫浸入氧化石墨烯水溶液中，离心后在70-90℃烘0.5-5h，反复若干次后再浸入含硅助剂的溶液中，离心后70-90℃烘0.5-5h，反复若干次后，制得火灾探测/预警复合材料。

3.根据权利要求2所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，氧化石墨烯水溶液的体积浓度为0.5-5mg/ml。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，氧化石墨烯选自用石墨为原料制得的氧化石墨烯、用纳米碳管为原料制得的氧化石墨烯、用纳米碳纤维制得的氧化石墨烯中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，含硅助剂的溶液中溶剂选自四氢呋喃、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺中一种，体积浓度为0.3-4mg/ml。

6.根据权利要求1或2或5所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，含硅助剂选自超疏水的含硅助剂。

7.根据权利要求6所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，含硅助剂选自十三氟辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅、十三氟辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化钛、正辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅、十八烷基三乙氧基硅烷改性三氧化二锑、十八烷基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，含硅助剂由若干种不同尺度的纳米颗粒组成。

9.根据权利要求2所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器，其特征在于，离心的速率为500 5000rmp，离心时间为2 30分钟。

~ ~

10.一种如权利要求1所述的一种电阻型火灾探测/预警传感器在火灾探测/预警上的应用。

说明书全文

一种电阻型火灾探测/预警传感器与应用

技术领域

[0001] 本发明涉及功能材料领域，具体地涉及一种电阻型火灾探测/预警传感器与其作为火灾探测/预警的应用。

背景技术

[0002] 高分子等易燃材料是人们日常生活中不可缺少的材料；就建筑领域；就热塑性聚氨酯硬质泡沫塑料而言，在西欧、北美等发达国家，它一直是建筑保温隔热的主要材料。然而，这类易燃材料燃烧过程中会产生含有剧毒氰化氢的烟气，短时间内就会导致人窒息死亡。据公安部消防局官方微信公众号消息，2016年，全国共接报火灾31.2万起，1582人死亡，1065人受伤，造成的直接财产损失37.2亿元。面对每年如此频繁发生的火灾事故，如何预防和监控火灾的发生，从而降低人员的伤亡和财产损失将显得尤为重要。

[0003] 传统预防和监控火灾的方法按原理分主要有两种：红外线火灾警报器和烟雾警报器。这两类火灾警报器的原理是感应烟雾产物来达到火灾发生时警报，灵敏度较高，已在室内得到广泛的应用。但是，它们也有明显的缺点：红外线火灾警报器容易受各种热源的影响，穿透能力差；烟感警报器多用于室内环境，只有在火灾发生一段时间后并会产生大量烟雾时才能发生警报，不能对火灾发生前进行及时有效的探测/预警，且火宅发生后的报警响应时间大于100秒（Fire Technol., 2000, 36, 89）。然而，易燃材料燃烧时蔓延速度极快（80秒左右火焰蔓延高度大于8米，Fire Safety Journal, 2011, 46, 317），甚至10多秒内就会造成致命的伤害。因此，火宅燃烧后快速报警的新型火宅传感器实现火宅快速报警和燃烧前预警是迫切需求的。

发明内容

[0004] 为解决目前传统的红外线火灾警报器和烟雾警报器在使用过程中存在的不足和缺陷，本发明提出了一种新型的电阻型超灵敏火灾探测/预警传感器，该工艺简单高效，原料价格低廉。

[0005] 本发明还提出了一种电阻型火灾探测/预警传感器的应用。用于监控和预防高火宅风险区域内的各类易燃材料，降低甚至避免火宅的产生及其造成的损失。

[0006] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种电阻型火灾探测/预警传感器由低压电源、警报灯、火灾探测/预警复合材料、导线若干依次连接组成，其中所述的火灾探测/预警复合材料由密胺泡沫、氧化石墨烯、含硅助剂制成，各组分的重量份为：密胺泡沫25 45，氧~化石墨烯8 40，含硅助剂15 67。
~ ~

[0007] 作为优选，将低压电源为一组干电池，报警灯一个，火灾探测/预警复合材料通过导线连接，即可制得电阻型的火灾探测/预警传感器。这类电阻型火灾探测/预警传感器有别于烟感传感器，不仅可用于火灾发生后对火灾情况的监控，也可用于温度低于聚合物着火点时对火灾的早期探测/预警。此外，该类传感器具有较好的疏水性，可以满足室内外及恶劣气候条件下的使用。

[0008] 所述的火灾探测/预警复合材料的制备方法为：将密胺泡沫浸入氧化石墨烯水溶液中，离心后在70-90℃烘0.5-5h，反复若干次后再浸入含硅助剂的溶液中，离心后70-90℃烘0.5-5h，反复若干次后，制得火灾探测/预警复合材料。覆盖在密胺泡沫骨架上的绝缘氧化石墨烯遇明火将迅速的转化成高导电的石墨烯，实现超灵敏的火灾探测/预警。

[0009] 作为优选，氧化石墨烯水溶液的体积浓度为0.5-5mg/ml。氧化石墨烯选自用石墨为原料制得的氧化石墨烯、用纳米碳管为原料制得的氧化石墨烯、用纳米碳纤维制得的氧化石墨烯中的一种或几种。

[0010] 含硅助剂的溶液中溶剂选自四氢呋喃（THF）、二甲基亚砜（DMSO）、n-甲基吡咯烷酮（NMP）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中一种，体积浓度为0.3-4mg/ml。

[0011] 所述含硅助剂选自超疏水的含硅助剂。作为优选，含硅助剂选自十三氟辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅、十三氟辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化钛、正辛基三乙氧基硅烷改性纳米二氧化硅、十八烷基三乙氧基硅烷改性三氧化二锑、十八烷基三乙氧基硅烷改性的二氧化硅中的一种或几种。在复合材料表面涂覆上一层超疏水的含硅助剂的纳米颗粒后，复合材料的水接触角达到了150°以上。

[0012] 作为优选，含硅助剂由若干种不同尺度的纳米颗粒组成，例如20nm与400nm搭配，50nm与250nm搭配，10nm与500nm等等，更优选，颗粒尺度相差5 50倍。
~

[0013] 离心的速率为500 5000rmp，离心时间为2 30分钟。这样搭建的电阻型火灾探测/~ ~预警传感器中氧化石墨烯用量少。

[0014] 本发明一种电阻型火灾探测/预警传感器在火灾探测/预警上的应用，本发明基于绝缘的氧化石墨烯在一定温度下及火焰条件下能迅速被还原为超导电石墨烯的原理，利用简单工艺制备了氧化石墨烯包裹阻燃海绵材料，并与报警信号灯和低压电源连接，构筑了电阻型火灾传感器。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）制备方法简单，价格低廉易得；
（2）火灾探测/预警复合材料超轻质（密度约10 20kg/m3），火灾探测/预警复合材料超~
疏水；火灾探测/预警复合材料具有优秀压缩回复性能，抗外界的干扰性强（压缩形变60%，反复压缩100次依然可回复）；
（3）火灾探测/预警传感器具有超灵敏的火灾探测/预警性能。

附图说明

[0016] 图 1 为本发明一种电阻型火灾探测/预警传感器的示意图；图 2 为本发明制备得到的火灾探测/预警复合材料，通过SEM（扫描电子显微镜）对样品的表面形貌进行扫描得到的复合材料微观形貌图；
图 3 为本发明制备得到的火灾探测/预警复合材料放置在柔软的羽毛上的示意图；
图 4 为本发明制备得到的火灾探测/预警复合材料，用材料拉伸试验机对样品进行连续的压缩性能的测试得出的压缩强度与时间的关系图；
图 5 为本发明制备得到的火灾探测/预警复合材料，用接触角测试仪对样品进行水接触角的测试示意图；
图 6 为本发明制备的火灾探测/预警传感器迅速发生警报的模拟实验图；
图7为纯密胺泡沫在可燃物发生火灾时无火灾警报的实验图；
图8为本发明制备得到的火灾探测/预警传感器在可燃物发生火灾时，火灾探测/预警传感器迅速发生警报的实验图。

具体实施方式

[0017] 下面通过实施例对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料均可市购或采用常规方法制备。

[0018] 应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0019] 实施例1：将25mg密胺泡沫浸在1mg/ml以石墨为原料制得的氧化石墨烯水溶液中，取出3000rpm离心5分钟，然后80℃烘3h。如此重复实验多次，直至8mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入0.5mg/ml的正辛基三乙氧基硅烷改性的双尺度（10nm和200nm）纳米二氧化硅（质量比为1:1混合）的四氢呋喃分散液中3000rpm离心5分钟，然后80℃烘3h。如此反复多次，直至67mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，得到一种火灾探测/预警复合材料1。

[0020] 将干电池，警报灯，实施例1制备的火灾探测/预警复合材料1通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器1。

[0021] 实施例2：将45mg密胺泡沫浸在1mg/ml以碳纳米管为原料制得的氧化石墨烯水溶液中，取出
500rpm离心10分钟，然后80℃烘3h。如此重复实验多次，直至40mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入0.5mg/ml的正辛基三乙氧基硅烷改性的双尺度（10nm和200nm）纳米二氧化硅（质量比为1:1混合）的四氢呋喃分散液中500rpm离心10分钟，然后80℃烘3h。如此反复多次，直至15mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料2。

[0022] 将干电池，警报灯，实施例2制备的火灾探测/预警复合材料2通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器2。

[0023] 实施例3：将35mg密胺泡沫浸在1mg/ml以纳米碳纤维为原料制得的氧化石墨烯水溶液中，取出
5000rpm离心2分钟，然后80℃烘3h。如此重复实验多次，直至24mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入0.5mg/ml的正辛基三乙氧基硅烷改性的双尺度（25nm和500nm）纳米二氧化钛（质量比为1:1混合）的四氢呋喃分散液中5000rpm离心2分钟，然后80℃烘3h。如此反复多次，直至41mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料3。

[0024] 将干电池，警报灯，实施例3制备的火灾探测/预警复合材料3通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器3。

[0025] 实施例4：将30mg密胺泡沫浸在1mg/ml以石墨为原料制得的氧化石墨烯水溶液中，取出2000rpm离心8分钟，然后70℃烘5h。如此重复实验多次，直至10mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入0.5mg/ml的十八烷基三乙氧基硅烷改性的双尺度（25nm和500nm）纳米二氧化硅（质量比为1:1混合）的DMF分散液中2000rpm离心8分钟，然后70℃烘5h。如此反复多次，直至60mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料4。

[0026] 将干电池，警报灯，实施例4制备的火灾探测/预警复合材料4通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器4。

[0027] 实施例5：将30mg密胺泡沫浸在1mg/ml以纳米碳纤维为原料制得的氧化石墨烯水溶液中，取出
2000rpm离心8分钟，然后90℃烘0.5h。如此重复实验多次，直至10mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入0.5mg/ml的十三氟辛基三乙氧基硅烷改性的双尺度（50和
250nm）纳米三氧化二锑（质量比为1:1混合）的NMP分散液中2000rpm离心8分钟，然后90℃烘
0.5h。如此反复多次，直至60mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料5。

[0028] 将干电池，警报灯，实施例5制备的火灾探测/预警复合材料5通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器5。

[0029] 实施例6：将30mg密胺泡沫浸在1mg/ml的氧化石墨烯水溶液中，取出2500rpm离心6分钟，然后80℃烘2h。如此重复实验多次，直至10mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入
0.5mg/ml的十三氟辛基三乙氧基硅烷改性的500nm二氧化硅的DMSO分散液中2500rpm离心6分钟，然后80℃烘2h。如此反复多次，直至60mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料6。

[0030] 将干电池，警报灯，实施例6制备的火灾探测/预警复合材料6通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器6。

[0031] 实施例7：将45mg密胺泡沫浸在1mg/ml的氧化石墨烯水溶液中，取出4500rpm离心3分钟，然后90℃烘1h。如此重复实验多次，直至15mg的氧化石墨烯的量浸涂在密胺泡沫上。再将其浸入
0.5mg/ml的十八烷基三乙氧基硅烷改性的双尺度（10nm和500nm）纳米三氧化二锑（质量比为1:1混合）的四氢呋喃分散液中4500rpm离心3分钟，然后90℃烘1h。如此反复多次，直至
40mg的改性超疏水颗粒浸涂在氧化石墨烯/密胺泡沫复合材料上，一种火灾探测/预警复合材料7。

[0032] 将干电池，警报灯，实施例7制备的火灾探测/预警复合材料7通过导线连接，如图1所示，得到电阻型的火灾探测/预警传感器7。

[0033] 测试例1（1）对实施例1-7制备的火灾探测/预警复合材料表面形貌进行扫描得到的复合材料微观形貌图如图2所示，可以很清楚的看到整个样品的一个微观形貌，氧化石墨烯片层很贴合的附在密胺泡沫的骨架上，形成了一个很好的网络状结构，而在氧化石墨烯上面的白色颗粒为大颗粒改性超疏水双尺度纳米二氧化硅（附在上面的小颗粒二氧化硅因尺度小未能完整显现）。

[0034] （2）将实施例1-7制备的火灾探测/预警复合材料1-7放在随风可飘的羽毛上，如图3所示，羽毛的形状没有发生的变化，再在上面小心的叠加一块样品，也没有产生任何弯曲的现象。这充分的展现了我们发明的这种火灾探测/预警复合材料的超轻质性（密度为10~
20kg/m3）。

[0035] （3）将实施例1-7制备的火灾探测/预警复合材料1-7用材料拉伸试验机对样品进行连续的压缩性能的测试，如图4所示。在对样品压缩60%的量，循环往复100次，我们可以发现其依然保持了很好的形状可回复性。因此，我们发明的这种火灾探测/预警复合材料对外界表现出很强的力学干扰性。通常情况下不可避免的弯曲，压缩和撞击都将不会对其性能产生影响。

[0036] （4）将实施例1-7制备的火灾探测/预警复合材料1-7用接触角测试仪对样品进行疏水角度的测试，如图5所示。发现在包裹了密胺泡沫骨架的GO片层上覆盖一层双尺度改性的疏水纳米颗粒后，样品的疏水角达到了154.3°，已经达到了一个很好的超疏水值（疏水角150°及以上为超疏水）。这样将大大的拓宽了火灾探测/预警复合材料的应用范围，例如，可以放心的将其安装在经常会受雨水影响或湿度较大的环境。

[0037] 测试例2（1）将应用例制备的电阻型的火灾探测/预警传感器1-7分别放在火灾前350℃的危险温度下，如图6所示，火灾探测/预警复合材料被还原，电阻迅速降低，火灾探测/预警传感器报警。

[0038] （2）将应用例制备的电阻型的火灾探测/预警传感器1-7分别放在高聚物发生火灾时，如图8所示，火灾探测/预警复合材料被还原，电阻迅速降低，火灾探测/预警传感器报警。

[0039] 对比例通过导线将未经像实施例1-7处理过的纯密胺泡沫和干电池，火灾警报灯串联起来，如图7所示，在发生火灾时，警报灯不亮，说明纯泡沫不具有火灾警报性。

[0040] 实施例所制得的火灾探测/预警复合材料有着令人满意的超轻质，良好的可回复性，优秀的超疏水性，在火灾探测/预警传感器中拥有超灵敏的火灾探测/预警性。

标题	发布/更新时间	阅读量
火灾探测器-专利编号CN102982645A	2020-05-12	931
火灾探测器-专利编号CN103514705B	2020-05-13	475
火灾探测器-专利编号CN101276504A	2020-05-13	739
火灾探测器-专利编号CN110619730A	2020-05-11	1023
火灾探测器-专利编号CN101847306A	2020-05-12	416
火灾探测器-专利编号CN103514705A	2020-05-12	356
火灾探测器-专利编号CN105139573A	2020-05-11	650
火灾探测车-专利编号CN104248810A	2020-05-11	803
火灾探测-专利编号CN101297333A	2020-05-11	365
火灾探测器-专利编号CN101140293A	2020-05-13	895

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