專利名稱：用于防火電引出口和開關(guān)的防火蓋板的制作方法
發(fā)明的領域本發(fā)明大體上涉及防火裝置，更具體地說，涉及用于電引出口、開關(guān)等的蓋板，它包括放在蓋板的內(nèi)表面上在著火的情況下用于形成擋火層(firebarrier)的防火墊。
發(fā)明的背景一種火可以從結(jié)構(gòu)體的一室擴散到另一室的作用機理是通過墻壁中的通道。這種通道或貫穿通道(through-penetrations)包括電引出口、電開關(guān)等。目前用于防止火焰蔓延和煙通過這種通道的方法包括在引出口或開關(guān)盒的外面，或者在盒后壁的內(nèi)表面上放置膨脹化合物。
盡管在引出口或開關(guān)盒的外面放置膨脹化合物對于阻止火焰蔓延并防止煙從一室傳到另一室來說通常是令人滿意的，但這種方法具有某些缺點。例如，為了將膨脹化合物放在盒的外面，必須在建造建筑物時放置化合物，因為在盒的外面后放膨脹化合物是困難的、費用高并且需要破開的墻壁結(jié)構(gòu)。在盒背面的內(nèi)部放置膨脹化合物也有某些缺點和不足之處，最值得注意的是膨脹化合物必須由得到許可的電工來放置。
另外，在面板的內(nèi)表面上放置膨脹墊使電氣盒如電引出口、開關(guān)等快速并容易地得到檢查，從而確定電氣盒是否已完全防火。
使電引出口絕緣的方法在已有技術(shù)中是已知的。例如Tricca的美國專利No.4,293,173披露了一種用于電引出口的絕熱系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括固定在引出口面板后面的大的絕熱板、放在電引出口插口上面的較小的絕熱板和用于密封插口縫隙并將小的絕熱板固定就位的假插頭。絕熱板由絕熱材料如具有低的熱導率和好的壓縮性和彈性的彈性閉孔泡沫材料構(gòu)成。
Slosberg等的美國專利No.4,447,484披露了一種用作電引出口和開關(guān)盒中的隔風屏蔽的阻燃聚氯乙烯泡沫墊片材料。該墊片材料包含一層適用作墊片材料的軟質(zhì)聚氯乙烯泡沫片材和整體放置并且固定在泡沫層中的尺寸穩(wěn)定的玻璃-纖維織物片材。
然而，在這些專利中描述的絕緣制品只用于防止空氣透過電引出口和開關(guān)，從而保存能量并提高建筑物的熱效率。當它們遇到火時不會膨脹并且不用于產(chǎn)生擋火層。
因此，在工業(yè)上仍然需要一種防火墊，它可以放置在適于安裝到能阻止火焰通過電氣盒蔓延的電氣盒上的面板的內(nèi)表面上。因而，希望提供一種用于電引出口或開關(guān)盒的面板，它包括能阻止火焰通過引出口或開關(guān)盒蔓延的防火墊。
發(fā)明的概述本發(fā)明提供一種用于電氣盒的防火面板組件，所述電氣盒包含具有內(nèi)表面的面板和放在靠近面板內(nèi)表面的防火墊。防火墊提供一種活性系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過提供能膨脹而產(chǎn)生附加絕緣性能的膨脹化合物在與火焰相反一側(cè)的墻壁上形成能阻止溫度過分升高的擋火層，并且所述系統(tǒng)通過提供能從系統(tǒng)吸收熱量的吸熱化合物以其它方式阻止火焰蔓延、煙和熱氣的擴散，或者兩者兼而有之。所謂的活性系統(tǒng)是指防火墊暴露在火焰狀條件下時發(fā)生物理變化，該物理變化會提高防火墊的熱特性，從而使其更有效地阻止火焰蔓延并防止在與火焰相反一側(cè)的墻壁上的溫度升高。按本發(fā)明的一個方面，防火墊的活化溫度不高于365°F(185℃)。
防火墊可以包括膨脹化合物、吸熱化合物，或者膨脹化合物和吸熱化合物。或者，防火墊可以包含與面板整體形成的一層或可以作為涂層施涂到面板上。另外，防火墊可以包括一層例如由金屬或陶瓷纖維材料制成的阻擋紅外線的材料。防火墊的厚度較好不大于約3/16英寸，使其能放置在用于覆蓋常規(guī)電引出口和開關(guān)的面板中。
按本發(fā)明的另一個方面，防火面板組件提供防火性能，使得在按ASTM E119中所述的防止貫穿火焰的火焰試驗的測試方法進行測試時，裝有含防火面板組件的電氣盒的墻壁能達到耐火焰和溫度的等級，足以通過時間至少為1小時的試驗。
在特定的實施方案中，本發(fā)明提供一種適于覆蓋安裝在墻壁上的電氣盒的防火面板組件。該組件包括具有內(nèi)表面的面板和放在靠近面板的內(nèi)表面、活化溫度不高于365°F(185℃)的防火墊。防火面板可以包括由多層組成的防火墊。所述多層可以包括一層膨脹化合物、一層吸熱化合物和一層放在靠近所述面板內(nèi)表面的阻擋紅外線的材料。在一個實施方案中，阻擋紅外線的材料由陶瓷纖維材料制成。在本發(fā)明的特定實施方案中，阻擋紅外線的材料層放在靠近面板的內(nèi)表面，吸熱化合物層放在靠近阻擋紅外線的材料層，膨脹化合物層放在靠近吸熱化合物層。
在再一個實施方案中，防火面板包括防火墊，該防火墊包括可以含膨脹化合物的可模塑的油灰。
防火墊在其預發(fā)泡狀態(tài)時的密度通常至少約為30lbs/ft3，也就是說，在暴露在火焰狀條件下之前，其密度較好至少約為40lbs/ft3，更好至少約為50lbs/ft3，最好至少約為60lbs/ft3。
在另一個實施方案中，面板用金屬制成，該面板能提供防火性，所述防火性能使裝有帶金屬防火面板的電氣盒的墻壁通過ASTM E119中所述的防止貫穿火焰的火焰試驗的測試方法，達至少2小時的時間。
在另一個實施方案中，面板用合成聚合物材料制成，該面板能提供防火性，所述防火性能使裝有帶合成聚合物防火面板的電氣盒的墻壁通過ASTM E119中所述的防止貫穿火焰的火焰試驗的測試方法，達至少1小時的時間。
按另一個方面，本發(fā)明提供一種用于對安裝在墻壁中的引出口或開關(guān)進行防火的防火面板組件，其中防火面板組件包括具有內(nèi)表面的面板和放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊，防火墊具有足夠低的活化溫度，使裝有帶防火面板的電氣盒的墻壁通過ASTM E119中所述的防止貫穿火焰的火焰試驗的測試方法，達至少1小時的時間。
按再一個方面，本發(fā)明提供一種可以安裝在電氣盒面板內(nèi)表面上的防火墊，其中該防火墊包括膨脹化合物和吸熱化合物中的至少一種并能提供防火性能，該防火性能足以通過ASTM E119中所述的防止貫穿火焰的火焰試驗的測試方法，達至少1小時的時間。防火墊可以包括膨脹化合物、吸熱化合物和阻擋紅外線輻射的材料。
按另一個方面，本發(fā)明提供一種在裝有帶面板的電氣盒的墻壁中防止火焰貫穿的方法，該方法包括在面板的內(nèi)表面上放置防火墊的步驟。防火墊可以包括阻擋紅外線的材料，以及膨脹化合物和吸熱化合物中的至少一種。另外，防火墊的活化溫度不高于365°F(185℃)，其厚度不大于3/16英寸。
以下將參考附圖對本發(fā)明作進一步說明，在所述附圖中

圖1是包含本發(fā)明面板組件的電引出口的分解透視圖。
圖2是適用于開關(guān)面板的防火墊的透視圖。
圖3是含防火墊的面板的截面圖。
圖4是本發(fā)明第二個實施方案的截面圖。
圖5是本發(fā)明第三個實施方案的截面圖。
圖6是本發(fā)明第四個實施方案的截面圖。
圖7是本發(fā)明第五個實施方案的截面圖。
圖8是用于評價本發(fā)明防火性能的試驗裝置的部分切掉的正視圖。
圖9是用于評價本發(fā)明防火性能的試驗裝置的頂視圖。
詳細描述對于本發(fā)明，在本文中使用下述術(shù)語“防火墊”是指這樣一種制品，當暴露在著火所遇到的典型溫度下時，其防火性能會提高，從而形成能阻止火焰和煙擴散的擋火層。
“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變相、分解或反應而吸收熱量的溫度；“吸熱化合物”是指一般通過下述方式吸收熱量的材料，所述方式是釋放水合的水，發(fā)生能吸收熱量的相變(即液體變成氣體)，或進行其中的反應要求有凈熱量吸收的其它化學變化。
“膨脹化合物”是指在加熱到火焰狀條件通常所遇到的溫度時，膨脹至其初始體積的至少約1.5倍的化合物。
現(xiàn)在參考附圖，其中在幾張圖中同樣的附圖標記代表同樣的或相應的部件。圖1圖示了一張分解透視圖，其中常規(guī)的墻壁電引出口2安裝在墻壁4中，常規(guī)的面板6適于固定在引出口2上，防火墊8適于放置在引出口2和面板6之間。墻壁電引出口2在墻壁4中形成開口，通過它火焰可以從一個建筑物室蔓延到另一室。引出口2包括電氣盒10和放在電氣盒10中的一對插座12、14。在電氣盒10和面板6之間也可以放置泥渣環(huán)(mud ring)(未圖示)，以延長電氣盒10的深度，從而易于安裝。電氣盒10和/或泥渣環(huán)可以用金屬或非金屬制成。合適的非金屬例如包括陶瓷材料和合成聚合物材料如PVC和酚醛塑料。面板6包括一對分別與插座12、14的形狀相對應的開口16、18，當面板6安裝在引出口2上時，所述插座通過所述開口凸出。面板6可以用任何合適的材料(包括合成塑料如PVC塑料或金屬)制成。
按本發(fā)明的特征，防火墊8放在面板6的內(nèi)表面20上，提供阻止火焰通過墻壁4經(jīng)墻壁上引出口2形成的開口蔓延的擋火層。防火墊8包括一對分別與插座12、14的形狀相對應的開口22、24，當面板6和防火墊8安裝在引出口2上時，所述插座通過所述開口凸出。
圖2是適合用在常規(guī)電開關(guān)的面板上的防火墊26的透視圖。防火墊26包含開口28，電開關(guān)通過所述開口凸出。
圖3-7是說明包括本發(fā)明各種防火墊30的結(jié)構(gòu)的面板6的截面?zhèn)纫晥D。在圖3中，防火墊30包含單層防火材料30a。材料層30a可以是一層膨脹化合物、一層吸熱化合物或?qū)⑴蛎浕衔锖臀鼰峄衔锘旌铣删鶆蛭镔|(zhì)而形成的一層(混合層)。這些化合物中的每一種都將在下面作更詳細的描述。另外，防火墊30可以以壓在面板6的內(nèi)表面20上形成的片材料或柔軟油灰狀材料的形式提供。油灰狀材料可以包括膨脹化合物、吸熱化合物或這兩種化合物。合適的油灰狀擋火層化合物披露于Welna的美國專利No.5,578,671和Gestner等的美國專利No.5,175,197中。較好的油灰以商品名3M Fire Barrier MoldablePutty購自Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota，其活化溫度為225°F(107℃)，密度為60-82lbs/ft3。
在圖4中，防火墊30包括一層放在靠近面板6的內(nèi)表面20的吸熱化合物30b和一層分開的放在靠近吸熱化合物30b的膨脹化合物30c?；蛘撸鼰峄衔锖团蛎浕衔锏奈恢每梢曰Q，將膨脹化合物30c放在靠近面板的內(nèi)表面20。
在圖5中，防火墊30包括一層放在靠近面板6的內(nèi)表面20的阻擋紅外線的材料30d和一層放在靠近阻擋紅外線的材料層30d的材料30a。阻擋紅外線的材料30d將在下面作更詳細的描述。參照圖3，層30a可以包括所述膨脹化合物、吸熱化合物或它們的混合物。或者，阻擋紅外線的材料30d和材料層30a的位置可以互換，將層30a放在靠近面板6的內(nèi)表面20。
在圖6中，防火墊30包括一層放在靠近面板6的內(nèi)表面20的阻擋紅外線的材料30d、一層放在靠近阻擋紅外線的材料層30d的吸熱化合物30b和一層放在靠近吸熱化合物層30b的膨脹化合物30c。盡管應明白的是吸熱層30b、膨脹層30c和阻擋紅外線層30d的排列可以變化，但所列舉的排列是較好的并且業(yè)已發(fā)現(xiàn)它們能提供最佳的防火性能。
在圖7中，防火墊30包括一層放在靠近面板6的內(nèi)表面20的阻擋紅外線的材料30d、一層放在靠近阻擋紅外線的材料層30d的吸熱化合物30b和一層放在靠近吸熱化合物層30b的膨脹油灰30e。同樣，盡管應明白的是阻擋紅外線層30d、吸熱化合物30b和膨脹油灰30e的排列可以變化，但發(fā)現(xiàn)所列舉的排列能提供最佳的防火性能。
在圖3-7所圖示的各個實施方案中，防火墊30的厚度通常不大于約1/4英寸，較好不大于約3/16英寸，這樣就能將防火墊安裝在電氣盒和面板組件之間可利用的空間中。另外，發(fā)現(xiàn)當防火墊的活化溫度低于約392°F(200℃)，較好低于約365°F(185℃)，更好低于約338°F(170℃)時，防火面板的性能會提高。
如上面所提到的，用作防火材料的兩種突出的熱反應性材料包括膨脹化合物和吸熱化合物。防火材料是通過將膨脹化合物、吸熱化合物或它們的混合物分散在防火材料中制成的。使用膨脹化合物使防火材料膨脹，從而減少熱量、煙、火焰和/或蒸氣的通過。使用吸熱化合物延緩熱量通過防火材料傳遞，從而控制防火材料中的溫度升高。
對膨脹劑和吸熱劑的選擇通?；谙率鲆恍┮蛩?，例如成本、膨脹(發(fā)泡)的程度、吸熱容量、水溶性、焦化強度和老化性質(zhì)。然而，一個重要并且先前未意識到的控制防火材料在電氣盒防火中的性能的因素是膨脹劑和吸熱劑的活化溫度。
例如，膨脹劑活化時的溫度會顯著影響材料的防火性能。膨脹劑活化時的溫度主要決定了防火材料在加熱過程中活化的時間。一般來說，膨脹劑活化得越快，轉(zhuǎn)移到擋火層未著火一側(cè)的熱量、煙、火焰和/或蒸氣就越少。按本發(fā)明的特征，使用低溫膨脹化合物能達到非常好的ASTM E119等級，因為該膨脹化合物在較低的溫度下活化，因而在試驗過程中較早活化。盡管不想受理論限制，但認為性能是提高了，因為在試驗過程中，在墻壁的著火一側(cè)，膨脹化合物較早地用于減少熱量和熱氣傳遞到墻壁的內(nèi)腔中。而后墻壁內(nèi)腔加熱墻壁的未著火一側(cè)，導致試驗失敗。在電氣盒的防火過程中，常見失敗的方式包括在墻壁空腔內(nèi)加熱氣體，在插座或開關(guān)的開口上出現(xiàn)泄漏。在電氣盒內(nèi)各組件被加熱到足以使已有技術(shù)常用的防火材料活化之前，發(fā)生泄漏。
認為有幾種方式可以改變膨脹化合物的活化溫度。膨脹化合物通常包括膨脹劑和耐火基體。在膨脹劑活化時，該膨脹劑對耐火基體施加作用力，從而導致防火材料膨脹(或脹開)。有三種手段可以降低防火材料的活化溫度，它們包括(1)將膨脹劑代入本來就降低活化溫度的制劑中；(2)替換在較低溫度時能產(chǎn)生較大膨脹力的膨脹劑；或(3)減小耐火基體的內(nèi)強度。
膨脹劑的活化溫度視該劑的化學性質(zhì)或膨脹劑的級別而不同。例如，可以使用各種蛭石材料，其活化溫度接近600°F(316℃)，從而使防火材料的活化溫度大約為665°F(352℃)。然而，值得注意的是包含膨脹劑或吸熱劑的防火材料的活化溫度高于膨脹劑或吸熱劑本身的活化溫度。較好的膨脹劑是粒狀、水合的堿金屬硅酸鹽膨脹組合物，其以商品名“EXPANTROL 4BW”購自MinnesotaMining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota，其在392-1000°F(200-538℃)的溫度范圍內(nèi)膨脹。另一種較好的膨脹劑是interacallated石墨。視嵌入式石墨(intercalated graphite)的性質(zhì)，活化溫度可以從320到428°F(160到220℃)，從而使防火材料的活化溫度為360-450°F(182-232℃)。這樣，通過選擇各膨脹劑或其混合物，就可以獲得膨脹化合物的活化溫度。
除了防火材料中使用的膨脹劑的活化溫度外，通過所用膨脹劑的膨脹曲線(profile)來確定防火材料的活化溫度。例如，不同的膨脹劑可以組合起來，在開始活化時產(chǎn)生顯著的膨脹，但活化后不久膨脹就終止了?；蛘撸梢詫ε蛎泟┘右赃x擇，剛活化時產(chǎn)生適度的膨脹，但該過程后來發(fā)生顯著的膨脹。這樣，防火材料的活化溫度和膨脹曲線就可以通過選擇合適的膨脹劑而加以控制。以這種方式，就可使特定防火材料的防火特性適于符合特定的防火需要和最終用途。
膨脹劑產(chǎn)生的力，通常稱為“膨脹壓力”也會影響活化溫度。例如發(fā)現(xiàn)某些級別的嵌入式石墨能產(chǎn)生比另一些嵌入式石墨明顯更大的力。這樣，視石墨的壓力和活化溫度曲線，可以控制防火材料的活化溫度。這樣，若耐火基體保持不變，則在任何給定溫度下的膨脹量將與石墨產(chǎn)生的力成比例。另外，希望選擇玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于膨脹劑活化溫度的粘合劑材料，以便于防火材料的膨脹。
另一種控制防火材料活化溫度的方法是降低耐火基體對內(nèi)力的耐受性。在許多同樣的方法中，即提高膨脹劑如石墨在給定溫度下產(chǎn)生的力將會提高膨脹的程度，降低在任何給定溫度下基體的內(nèi)力也會提高膨脹化合物的膨脹程度。
可以采用多種方式來改變防火材料對內(nèi)力的耐受性。一種方式是提高粘合劑在組合物中的濃度。在防火材料中通常包括粘合劑，以獲得在實際使用時足夠完整的防火材料。提高濃度將會提高材料對內(nèi)力的耐受性，并抑制膨脹。降低粘合劑的濃度將有相反的效果。而且，在橡膠組合物中，交聯(lián)度會影響基體材料對內(nèi)力的耐受性，從而影響膨脹。
同樣重要的是考慮對內(nèi)力的耐受性隨溫度而變的情況。所述耐受性將取決于溫度和材料暴露在升高溫度下的時間長短。例如，通常希望在基體中包括有機材料。有機材料在升高的溫度下會降解，從而降低在這些溫度下對基體內(nèi)力的耐受性。耐火材料是其它的基體常用組分。這樣，改變有機材料與耐火組分之比會影響基體材料對內(nèi)力的耐受性。而且，有機材料的熱分解會發(fā)生很大的變化，這就意味著通過選擇有機材料可以進一步改變材料對內(nèi)力的耐受性。
除了膨脹劑的活化溫度外，吸熱劑的活化溫度也會顯著地影響防火材料的性能。在實踐中，在防火過程中溫度升高是重要的，因為它決定了ASTM E119試驗中的溫度或“T”等級部分。使用吸熱劑能吸收來自火焰的熱量或已有技術(shù)中已知的其它熱源。然而，目前使用的大部分吸熱劑如ATH(三氫氧化鋁)和硼酸鋅在高于約400°F(204℃)的ASTM E119失敗溫度的溫度時發(fā)生活化，因此其利用價值有限。
因此，非常希望使用在低于400°F(204℃)時能吸收熱量的吸熱劑。用這種吸熱劑制成的防火材料可以放在防火和吸熱的未著火一側(cè)，從而防止冷的一側(cè)的溫度達到400°F(204℃)。這樣就能保護冷的一側(cè)上的易燃材料，并防止火焰在燃燒的建筑物中從一個房間蔓延到另一個房間。較好的吸熱劑和其活化溫度包括MgNH4PO4·6H2O 185°F(85℃)、CaSO4·4H2O 300°F(149℃)和磷酸鎂MgHPO4·3H2O 230°F(110℃)。
膨脹化合物在加熱的過程中，膨脹化合物在物理力的作用下使本發(fā)明的擋火層材料膨脹并產(chǎn)生氣體。膨脹化合物通過增加擋火層材料的總體積并在面板和電氣盒的周圍或之間形成一個通常緊密的密封而促進擋火層材料的絕熱能力。與其開始時未著火的狀態(tài)相比，這種體積的變化將使材料變得更為絕熱。另外，在此膨脹過程中對某些熱能的吸熱吸收將促進整體上抑制著火過程中的熱量傳遞。
如上所述，膨脹化合物是一種在加熱時膨脹至其初始體積的至少約1.5倍的化合物。膨脹化合物提供本發(fā)明的擋火層材料，在未受限的狀態(tài)下，當暴露在火焰狀條件下時其膨脹至材料初始厚度的至少約1.5倍，較好膨脹至其初始厚度的至少約3倍，更好膨脹至其初始厚度的4倍。對于某些應用，較好是使擋火層材料膨脹至其初始厚度的至少約9倍。
典型膨脹劑的化學組成有變化，但應明白的是由于化學變化而發(fā)生溶脹、起泡或以其它方式增加尺寸的性能會使膨脹化合物各顆粒結(jié)構(gòu)中發(fā)生物理變化。通過提高溫度(即能量或熱量)而使這種變化活化。
例舉的膨脹化合物包括膨脹石墨如嵌入式石墨和酸處理過的石墨、水合堿金屬硅酸鹽、蛭石、珍珠巖、NaBSi、在玻璃顆粒中含有加入的CO2發(fā)泡劑的火山玻璃、云母和它們的混合物。
較好的膨脹石墨材料包括酸嵌入式石墨，它以商品名“GRAFGUARD 160”和“GRAFGUARD 220”購自UCAR Carbon of Cleveland，Ohio。另一種較好的膨脹劑是粒狀、水合的堿金屬硅酸鹽膨脹組合物，它以商品名“EXPANTROL 4BW”購自Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota。
以商品名“EXPANTROL 4BW”購自Minnesota Mining and ManufacturingCompany，St.Paul，Minnesota的粒狀、水合的堿金屬硅酸鹽膨脹化合物是非常致密的并且具有良好的膨脹性能。與先前兩種材料相比，膨脹石墨具有優(yōu)良的膨脹性能和較低的密度。
膨脹化合物通過增加暴露在熱量下的擋火層的總厚度而促進擋火層材料的絕熱能力，促進擋火層材料在著火過程中吸收熱能的能力，并促進擋火層材料在結(jié)構(gòu)元件的周圍產(chǎn)生通常緊密密封的能力。
膨脹化合物在Langer的美國專利No.5,869,010、Welna的美國專利No.5,476,89、Landin的美國專利No.5,830,319和Langer的美國專利No.5,523,059中有描述。合適的膨脹化合物在Landin的未審定美國專利申請序號09/016,876和Gestner的未審定美國專利申請序號09/016,879中也有描述?；罨瘻囟葹?65°F(185℃)的較好膨脹材料的組成列于下表中。
表I
石墨GRAFGUARD 160是購自UCAR Carbon of Cleveland，Ohio的膨脹石墨，其活化溫度為320°F(160℃)。所用GRAFGUARD 160的特定級別是80N。SOLEMSB36是購自J.M.Huber Corp.，Solem Div.，of Norcross，Georgia的吸熱材料。AIRFLEX 600BP是購自Air Products and Chemicals Inc.of Allentown，Pennsylvania的丙烯酸酯-乙酸乙烯酯-乙烯乳液粘合劑，它能提供具有改進彈性的膨脹化合物。SANTICIZER 141是購自Monsanto of St.Louis，Missouri的增塑劑，它用作由RAYON纖維形成焦炭的磷酸酯源。Microfiber 106/475是購自Schuller International，Defiance，Ohio的玻璃纖維填料。RAYON是促進焦化材料暴露在熱源下之后的結(jié)構(gòu)完整性的纖維素纖維，它購自MiniFiber，Inc.of Johnson City，Tennessee。TAMOL 850是購自Rohm & Haas ofPhiladelphia，Pennsyivania的表面活性劑，它促進AIRFLEX和SANTICIZER 141的混合。
吸熱化合物本文所用的吸熱化合物是一種一般通過下述方式吸收熱量的化合物，所述方式是釋放水合的水，發(fā)生能吸收熱量的相變(即液體變成氣體)，或進行其中的反應要求有凈熱量吸收的其它化學變化(例如從MgNH4PO4中釋放出NH3)。
合適的吸熱化合物包括熱分解化合物，它一般放出一種或多種小分子如氨、二氧化碳和/或水，這些小分子揮發(fā)或與一種或多種存在于擋火層材料或周圍氣氛中的其它化合物以提供系統(tǒng)凈熱能吸收的方式進行反應。在包括小分子釋放或吸熱化合物組分基本上揮發(fā)的情況下，可以從擋火層材料和受擋火層材料保護的物品中帶走某些熱量。當熱氣離開擋火層材料時，固體吸熱化合物可以提供從熔化熱、熱容、蒸發(fā)熱和熱能損失各個分開的作用。較好是由吸熱化合物產(chǎn)生的任何揮發(fā)性氣體是不可燃的。
合適的吸熱化合物包括能提供吸熱反應或相變并在194-2732°F(90-1500℃)的溫度下不發(fā)生放熱分解或燃燒的無機材料。例舉的化合物包括三水合鋁(ATH)，Al(OH)3，水合的硼酸鋅(ZnB2O4·6H2O)，也稱為石膏的硫酸鈣(CaSO4·2H2O)，磷酸鎂銨(MgNH4PO4·6H2O)，氫氧化鎂(Mg(OH)2)和所包封的H2O。較好的吸熱劑包括磷酸鎂銨六水合物MgO·2B2O3·9H2O、石膏和MgHPO4·3H2O。
較好吸熱材料的組成列于下表中表II
AIRFLEX 600BP是購自Air Products and Chemicals Inc.of Allentown，Pennsylvania的丙烯酸酯-乙酸乙烯酯-乙烯乳液粘合劑，它能提供具有改進彈性的膨脹化合物。SANTICIZER 141是購自Monsanto of St.Louis，Missouri的含磷阻燃增塑劑。HOSTAFLAM 462是購自Hoescht Celanese of Dallas，Texas的包封聚磷酸銨。BUDIT 370是購自Cometals，Inc.of New York，New York的磷酸鎂銨六水合物。Microfiber 106/475是購自Schu11er International，Defiance，Ohio的玻璃纖維填料。RAYON小纖維(minifibers)是購自MiniFiber，Inc.of Johnson City，Tennessee的纖維素纖維。FIBERFRAX 7000M是購自Carborundum of Niagara Falls，New York的陶瓷纖維填料。具有表II所列組成的吸熱材料的活化溫度約為194°F(90℃)。
阻擋紅外線的材料在設計本發(fā)明的防火墊時，通常希望包括阻擋紅外線的層。在火焰中，大部分轉(zhuǎn)移到和通過防火(墊)的熱量起源于紅外輻射。這樣，阻擋紅外輻射的防火(墊)將使須被絕熱、吸熱吸收或其它方式延緩的傳熱降至最小。
業(yè)已使用金屬箔作為阻擋紅外線的材料來反射大量的紅外輻射。當使用這些材料時，金屬的熔點必須加以考慮，使其在著火的過程中不會熔化，從而使紅外輻射達到防火(墊)的其余組分。這樣，熔點高的金屬是優(yōu)選的。較好的材料是購自Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota的NEXTEL Flamestopping Dot Paper。這種材料和其它玻璃質(zhì)材料能反射大部分紅外光譜中的輻射，所以它可用作紅外輻射的阻擋物。某些例子具有熔點高于大部分纖維的熔點溫度的進一步優(yōu)點。而且，它們的柔韌性/懸垂性(drapability)比許多金屬箔好。
粘合劑如上所述，本發(fā)明中可以使用粘合劑。粘合劑一般包含聚合物材料，它可以以水乳液(也稱為“膠乳”)、水溶液、非水溶液或有機溶膠的形式存在。術(shù)語“溶液”是指溶解在液體介質(zhì)如水或有機液體如丙酮或甲苯中的聚合物材料。合適的粘合劑包括可以是熱塑性或熱固性的聚合物材料。粘合劑較好具有顯著的彈性，即橡膠狀性質(zhì)如貼合性和拉伸性。
“熱塑性”材料一般具有長的聚合物鏈和(若有的話)很少的用于使鏈發(fā)生交聯(lián)的化學鍵。在加熱時，熱塑性材料通常變成軟的和可模塑的，而在冷卻時變回其原來的狀態(tài)。隨后的再加熱使所述材料再軟化。熱塑性材料的例子包括基本上線型的聚合物如丙烯酸酯聚合物、天然橡膠、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚異戊二烯、聚丁二烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和這些聚合物的組合物和混合物。關(guān)于這些材料所用的術(shù)語“基本上線型的”是指在每條聚合物鏈上優(yōu)選平均不多于三個或四個支鏈，較好是一個或二個支鏈，最好是沒有支鏈。
“熱固性”材料是指一般在加熱時會發(fā)生交聯(lián)反應，從而固化或“凝結(jié)”的聚合物。若交聯(lián)足夠高，則材料往往會變得硬、不可熔和不可溶的。若加熱的話，這種材料一般隨后不能永久地變化。兩種或多種液體組分可以反應形成熱固性聚合物，例如多官能胺和多官能環(huán)氧可以反應形成環(huán)氧體系。合適的熱固性材料的例子包括環(huán)氧類、聚氨酯類、聚酰亞胺類等。另外，合適的熱固性材料包括加入交聯(lián)劑后能發(fā)生交聯(lián)的熱塑性材料，例如天然橡膠、聚氯丁二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物和聚丁二烯。
粘合劑較好是膠乳的形式，即聚合物在水中的膠體懸浮液，通過pH值突然改變或其它使膠體結(jié)構(gòu)的離子電荷遭受破壞的方式，所述聚合物可以從懸浮液中凝固或沉淀出來。膠乳更好能提高擋火層材料的阻燃性。合適的膠乳(lattices)包括鹵化和非鹵化的膠乳。一般來說，這些膠乳可以水性分散體的形式購得。合適的聚合物例如包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯聚合物和共聚物、聚丁二烯和聚丁二烯-丙烯酸酯、天然橡膠、苯乙烯-丁二烯共聚物、丁二烯-丙烯腈共聚物、聚氨酯彈性體、聚偏二氟乙烯、硅氧烷、聚酰胺、聚異戊二烯、聚氯丁二烯和聚丁二烯。較好的膠乳粘合劑包括以商品名“RHOPLEX HA-8”購自Rohm and Haas Co.of Philadelphia，PA的丙烯酸酯聚合物，和以商品名“AIRFLEX 600BP”購自Air Products and Chemicals，Inc.of Allentown，PA的乙烯/乙酸乙烯酯/丙烯酸酯三元共聚物。
任選的添加劑可以包括任選的添加劑，用來增加或提高擋火層材料的性質(zhì)，所述添加劑可以包括填料、顏料、阻燃劑、防腐材料如殺真菌劑和殺菌劑以及加工助劑。
可以包括填料，以便在暴露在熱和火焰下之前或之后增強擋火層材料的強度，調(diào)節(jié)其剛性，改變其處置性(handleability)或產(chǎn)生其它需要的特性。例舉的填料包括煅制二氧化硅、粘土、飛灰、珍珠巖、蛭石、玻璃粉或玻璃料、鋁酸鈉、硼酸鋅和氧化硼。這些耐火材料中的某些材料(即氧化物、硼酸鹽和玻璃和陶瓷材料)能促進擋火層材料的擋火或阻燃性；這種材料就是較好的填料。
顏料可用作產(chǎn)品的識別助劑。例舉的顏料和著色劑包括氧化鐵、二氧化鈦(例如金紅石)、炭黑和合成有機顏料和染料(例如FD&C Blue #1)。
實施例為了更完整地理解在此描述的本發(fā)明，用下述實施例加以闡明。應明白的是這些實施例僅用于例舉的目的，它們不能視為以任何方式來限制本發(fā)明。
為了評價本發(fā)明防火面板的防火性能，采用在ASTM E 119“建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的標準測試方法”(Standard Test Methods for Fire Tests ofBuilding Construction and Materials)中所述的方法進行試驗。參看圖8和9，它們圖示了進行試驗所用的典型的試驗裝置。試驗裝置包括由下述元件構(gòu)成的墻壁組件50，分別在前和在后的墻板元件52、54，外垂直支撐螺柱56a、56b，內(nèi)垂直支撐螺柱58a、58b，外水平支撐螺柱60a、60b，和在墻板元件52、54、上部水平框架元件64a和下部水平框架元件66a之間延伸的內(nèi)水平支撐螺柱62a、62b。包含插孔69的引出口電氣盒68安裝在墻壁50中，并通過三根導體電纜72與4×4×3英寸的盒70相連。試驗裝置和過程的其它細節(jié)可以參見ASTM測試方法ASTM E119“建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的標準測試方法”。在測試過程中，后墻板元件54暴露在用箭頭標出的熱源H下。
實施例1對裝有金屬面板的4×4×3英寸U.L列出的金屬電氣盒進行測試。按照裝有木螺柱和一層5/8英寸X型耐火級的(fire rated)石膏的U300等級的墻壁組件，構(gòu)造墻壁。用與下述尺寸對應的字母A、B和C標出各組件的排列情況A＝12英寸，B＝16英寸和C＝6英寸。面板包括放在面板內(nèi)表面(即面對電氣盒的表面)上的防火墊。防火墊由1/8英寸厚的購自Minnesota Mining andManufacturing Company，St.Paul，Minnesota的Interam Graphite Mat(UltraGS)膨脹化合物層制成。Interam Graphite Mat(Ultra GS)膨脹化合物的活化溫度為455°F(235℃)，密度為70lbs/ft3。然后按ASTM測試方法ASTME119，采用上述試驗裝置對電氣盒組件進行測試，評價其防火性能。這種電氣盒組件能達到多于60分鐘的耐火焰和溫度的等級(ratings)。
實施例2對裝有金屬面板的4×4×3英寸U.L列出的金屬電氣盒進行測試。按照裝有鋼螺柱和二層5/8英寸X型耐火級的石膏的U400等級的墻壁組件，構(gòu)造墻壁。用與下述尺寸對應的字母A、B和C標出各組件的排列情況A＝12英寸，B＝24英寸和C＝6英寸。面板包括放在面板內(nèi)表面(即面對電氣盒的表面)上的防火墊。防火墊由1/8英寸厚的具有表I所列組成的膨脹化合物層制成。該組合物的活化溫度為365°F(185℃)，密度為70lbs/ft3。這種電氣盒組件能達到多于100分鐘的耐火焰和溫度的等級。
實施例3對裝有金屬面板的4×4×3英寸U.L列出的金屬電氣盒進行測試。按照裝有鋼螺柱和二層5/8英寸X型耐火級的石膏的U400等級的墻壁組件，構(gòu)造墻壁。用與下述尺寸對應的字母A、B和C標出各組件的排列情況A＝12英寸，B＝24英寸和C＝6英寸。面板包括放在面板內(nèi)表面(即面對電氣盒的表面)上的防火墊。防火墊包括用購自Minnesota Mining and Manufacturing Company，St.Paul，Minnesota的NEXTEL Flamestopping Dot Paper制成的放在靠近面板的阻擋紅外線的層，具有表II所列組成、放在靠近阻擋紅外線層的1/16英寸厚的吸熱材料層和具有表I所列組成、放在靠近吸熱層的1/8英寸厚的膨脹層。這種電氣盒組件能達到多于120分鐘的耐火焰和溫度的等級。
實施例4對裝有塑料面板的4×4×3英寸U.L列出的金屬電氣盒進行測試。按照裝有鋼螺柱和二層5/8英寸X型耐火級的石膏的U400等級的墻壁組件，構(gòu)造墻壁。用與下述尺寸對應的字母A、B和C標出各組件的排列情況A＝12英寸，B＝24英寸和C＝6英寸。面板包括放在面板內(nèi)表面(即面對電氣盒的表面)上的防火墊。防火墊包括用NEXTEL Flamestopping Dot Paper制成的放在靠近面板的阻擋紅外線的層，具有表II所列組成、放在靠近阻擋紅外線層的1/16英寸厚的吸熱材料層和放在靠近吸熱層的1/8英寸厚的3M擋火可模塑的油灰(FireBarrier Moldable Putty)層。這種電氣盒組件能達到多于120分鐘的耐火焰和溫度的等級。
實施例5對裝有金屬面板的4×4×3英寸酚醛類電氣盒進行測試。按照裝有鋼螺柱和二層5/8英寸X型耐火級的石膏的U400等級的墻壁組件，構(gòu)造墻壁。用與下述尺寸對應的字母A、B和C標出各組件的排列情況A＝12英寸，B＝24英寸和C＝6英寸。面板包括放在面板內(nèi)表面(即面對電氣盒的表面)上的防火墊。防火墊包括用NEXTEL Flamestopping Dot Paper制成的放在靠近面板的阻擋紅外線的層，具有表II所列組成、放在靠近阻擋紅外線層的1/16英寸厚的吸熱材料層和放在靠近吸熱層的1/8英寸厚的3M擋火可模塑的油灰層。這種電氣盒組件能達到多于110分鐘的耐火焰和溫度的等級。
對本領域的普通技術(shù)人員來說顯而易見的是，在不偏離上述發(fā)明概念的情況下，可以作出各種改變和改進。這樣，本發(fā)明的范圍不應局限于本申請所描述的結(jié)構(gòu)，但僅受權(quán)利要求書語言所描述的結(jié)構(gòu)和這些結(jié)構(gòu)的等同結(jié)構(gòu)的限制。
權(quán)利要求
1.一種用于電氣盒的防火面板組件，它包含(1)具有內(nèi)表面的面板；和(2)放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊。
2.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊的活化溫度不高于365°F(185℃)。
3.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊包括膨脹化合物。
4.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊包括吸熱化合物。
5.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊包括吸熱化合物和一層阻擋紅外線的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊包括膨脹化合物和一層阻擋紅外線的材料。
7.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊包括膨脹化合物、吸熱化合物和一層阻擋紅外線的材料。
8.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中所述防火墊的厚度不大于3/16英寸。
9.如權(quán)利要求1所述的防火面板組件，其中裝有帶所述防火面板組件的電氣盒的墻壁組件能通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少1小時的時間。
10.一種適于覆蓋安裝在墻壁上的電氣盒的防火面板組件，它包含(1)具有內(nèi)表面的面板；(b)放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊，所述防火墊的活化溫度不高于365°F(185℃)。
11.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述防火墊包含多層。
12.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述層中的一層包含放在靠近所述面板內(nèi)表面的阻擋紅外線的材料。
13.如權(quán)利要求12所述的防火面板，其中所述阻擋紅外線的材料用陶瓷纖維材料制成。
14.如權(quán)利要求13所述的防火面板，其中所述層中的一層包含一層放在靠近所述阻擋紅外線材料的吸熱化合物。
15.如權(quán)利要求14所述的防火面板，其中所述層中的一層包含一層放在靠近所述吸熱化合物層的膨脹化合物。
16.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述防火墊包含含膨脹化合物的可模塑的油灰。
17.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述防火墊的密度至少約為40lbs/ft3。
18.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述防火墊的厚度不大于約3/16英寸。
19.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述面板由金屬制成，裝有帶所述金屬防火面板的電氣盒的墻壁能通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少2小時的時間。
20.如權(quán)利要求10所述的防火面板，其中所述面板由合成聚合物材料制成，裝有帶所述防火面板的電氣盒的墻壁能通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少1小時的時間。
21.一種用在電氣盒面板內(nèi)表面上的防火墊，所述墊包含膨脹化合物和吸熱化合物中的至少一種，所述墊具有防火性能，足以通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少1小時的時間。
22.如權(quán)利要求21所述的防火墊，它的活化溫度不高于365°F(185℃)。
23.如權(quán)利要求21所述的防火墊，它包含膨脹化合物、吸熱化合物和一層阻擋紅外線的材料。
24.如權(quán)利要求21所述的防火墊，它的厚度不大于3/16英寸。
25.一種用于對安裝在墻壁中的引出口或開關(guān)進行防火的防火面板組件，它包含(a)具有內(nèi)表面的面板；和(b)放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊，所述防火墊具有足夠低的活化溫度，使裝有帶所述防火面板的電氣盒的墻壁通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少1小時的時間。
26.一種用于對安裝在墻壁中的引出口或開關(guān)進行防火的防火面板，它包含(a)由金屬制成的面板，所述面板具有內(nèi)表面，所述面板適于安裝在墻壁上；和(b)放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊，所述防火墊的厚度不大于約3/16英寸，所述防火墊包含(1)一層放在靠近所述面板內(nèi)表面的阻擋紅外線的材料；(2)一層放在靠近所述阻擋紅外線材料層的吸熱化合物；和(3)一層放在靠近所述吸熱化合物層的膨脹化合物；裝有帶所述防火面板的電氣盒的墻壁組件能通過ASTM E119中所述的建筑結(jié)構(gòu)和材料的火焰試驗的測試方法達至少2小時的時間。
27.一種對裝有帶面板的電氣盒的耐火級的墻壁組件進行防火的方法，它包括在所述面板的內(nèi)表面上放置防火墊的步驟。
28.如權(quán)利要求27所述的對耐火級的墻壁組件進行防火的方法，其中所述防火墊包含阻擋紅外線的材料，以及膨脹化合物和吸熱化合物中的至少一種。
29.如權(quán)利要求27所述的對耐火級的墻壁組件進行防火的方法，其中所述防火墊的活化溫度不高于365°F(185℃)，厚度不大于3/16英寸。
全文摘要
一種用于電氣盒的防火面板組件，它包含具有內(nèi)表面的面板和放在靠近所述面板內(nèi)表面的防火墊。防火墊提供一種活性系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過提供能吸收熱量的吸熱材料和/或由膨脹產(chǎn)生附加絕緣性能和以其它方式阻止火焰蔓延而形成能防止在與火焰相反一側(cè)的墻壁上的溫度升高的擋火層。防火墊可以包含膨脹化合物、吸熱化合物，或膨脹化合物和吸熱化合物。防火墊也可以包括一層例如由金屬或陶瓷纖維材料制成的阻擋紅外線的材料。
文檔編號H01R13/502GK1449593SQ01814629
公開日2003年10月15日 申請日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月25日
發(fā)明者M·G·戴克霍夫, R·J·博羅斯, D·M·哈什巴格 申請人:3M創(chuàng)新有限公司