CN101120199A - 用于管道防火的管道包裹物和方法 - Google Patents

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CN101120199A CNA2006800047800A CN200680004780A CN101120199A CN 101120199 A CN101120199 A CN 101120199A CN A2006800047800 A CNA2006800047800 A CN A2006800047800A CN 200680004780 A CN200680004780 A CN 200680004780A CN 101120199 A CN101120199 A CN 101120199A
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fire
layer
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pipeline
goods
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CNA2006800047800A
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乔治·W·弗罗斯特
约翰·T·布雷迪
布兰登·L·科茨
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3M Innovative Properties Co
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Abstract

一种用于管道防火的制品，包括：由第一材料形成的第一层，包括不燃纤维材料；以及由第二材料形成的第二层，包括膨胀型材料。第一层与第二层相邻。该制品是非自支撑的，并具有第一敷设条件时小于大约3英寸的初始厚度、以及第二受热条件时的膨胀厚度。膨胀厚度大于初始厚度。在膨胀厚度下，制品符合如International Council of Building Officials(ICBO－ES)于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节。

Description

用于管道防火的管道包裹物和方法
技术领域
本发明涉及用于管道防火的制品和方法。更具体地，本发明涉及一种用于耐火级管道防火的制品，该制品包含膨胀型材料，而且，该制品在第一敷设条件时具有小于大约3英寸的初始厚度，以及在第二受热条件时具有膨胀厚度，膨胀厚度大于初始厚度。
背景技术
耐火级管道出现在许多商业、工业和住宅应用中，包括：厨用油脂管道，化学废弃物排放管道，供暖、通风和空调管道，以及任何一种通用供排管道。可以用防火、不燃材料缠绕耐火级管道，以在管道周围建立耐火屏障。如果火焰在管道内部燃起，耐火屏障有助于将火遏制在管道内，使得火不会蔓延至管道周围的结构体。防火材料通常称为“防火包裹物”、“管道包裹物”、“防火片材”、“防火毯”，或者统称为“防火制品”。
用于管道的常规防火制品使用多个纤维层，诸如玻璃纤维、矿物纤维或陶瓷纤维，或者其混合物。采用常规的防火制品，需要两层各厚大约2英寸的防火制品，以使管道保护性能通过现行防火测试。防火制品必须通过的最严格的测试之一是用于油脂管道封装组件的AC101验收规范(AC101 Acceptance Criteria for Grease DuctEnclosure Assemblies)，2001年4月由International Council of BuildingOfficials(ICBO，现为ICC Evaluation Service，Inc.的一部分)拟定。在AC101规范的第5.5节，将防火制品的样品暴露于大约2000温度的炉膛大约30分钟。防火制品样品必须能经受2000的温度。也就是说，防火制品样品不得燃烧，且在防火制品最外部(防火制品中离炉膛最远的部分)基于环境温度测得的温度不得超过325。在AC101规范的第5.4节，使防火制品样品暴露于以大约500温度的炉膛大约4个小时。在防火制品最外部(防火制品中离炉膛最远的部分，也称之为“冷侧”)测得的温度基于环境温度不得超过117。已经发现，采用常规防火制品的情况下，需要两层防火制品(总计近4英寸的防火制品)，来保证防火制品最外部的温度基于环境温度在第5.5节的测试中保持于或低于大约325、在第5.4节的测试中保持于或低于大约117。
防火制品经常安装在管道与周围结构体之间。管道与周围结构体之间的空间通常只够将常规防火制品配合于其中。因为操作空间局促，所以，常规防火制品的安装很困难。此外，当使用两层常规防火制品时，安装过程会比较困难。
发明内容
在第一方面，本发明是一种用于管道防火的制品，该制品包括：由第一材料形成的第一层，包括不燃纤维材料；和由第二材料形成的第二层，包括膨胀型材料。第一层与第二层相邻。制品是非自支撑的，并具有第一敷设条件时小于大约3英寸的初始厚度，以及在第二受热条件时的膨胀、反应厚度。膨胀厚度大于初始厚度。在膨胀厚度下，制品符合International Council of Building Officials于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节。
在第二方面，本发明是一种用于管道防火的非自支撑片材，该片材包括不燃纤维材料和遍布于不燃纤维材料的膨胀型材料。片材具有第一敷设条件时小于大约3英寸的初始厚度，以及，具有第二受热条件时大于初始厚度的反应厚度。
在第三方面，本发明是一种用于形成防火制品的材料，其中该材料包括重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比为大约0％至大约70％的陶瓷纤维、以及重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。玻璃纤维、陶瓷纤维、以及石墨形成一层该材料。该材料具有小于大约3英寸的安装厚度，以及，一旦加热至大约500至大约1200的温度范围，该材料具有大于安装厚度的膨胀厚度。
在第四方面，本发明是一种用于管道防火的非自支撑制品，其中该非自支撑制品包括：由第一不燃纤维材料形成的第一层，以及由散布有膨胀型材料的第二不燃纤维材料形成的第二层。第一层与第二层相邻。非自支撑制品在环境温度时具有小于大约3英寸的第一厚度，而在大约500至大约1200的范围的温度时具有大于初始厚度的第二厚度。
在第五方面，本发明是一种由不燃纤维材料层形成的管道包裹物，单层管道包裹物具有小于大约3英寸的安装厚度，并且符合International Council of Building Officials于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范第5.4节和第5.5节。
在第六方面，本发明是一种包括膨胀型材料的管道包裹物，单层管道包裹物重量小于大约2.2磅每平方英尺，并且具有大于等于约3.5英寸的有效热厚度。
在第七方面，本发明是一种管道组件，包括管道和装配在管道周围的非自支撑防火制品。该制品包括不燃纤维材料和膨胀型材料。制品在第一敷设条件时具有小于大约3英寸的初始厚度，而在第二受热条件时具有大于初始厚度的反应厚度。
在第八方面，本发明是一种管道防火的方法。该方法包括：以厚度小于大约3英寸的单层方式，在管道周围装配防火制品；并将防火制品固定于管道。防火制品包括不燃纤维材料和散布于纤维材料中的膨胀型材料。单层防火材料符合International Council of BuildingOfficials于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.4节和第5.5节。
在第九方面，本发明是一种用于管道防火的制品的形成方法。该方法包括：设置具有第一厚度的不燃纤维材料层；在纤维材料上施加粘结剂，将膨胀型材料散布于纤维材料和粘结剂上；以及，对纤维材料和膨胀型材料进行针刺，以形成具有小于等于大约半英寸的第二厚度的层。
上述发明概述并不打算描述各披露的实施方式或本发明的每一种实现方式。下文的附图和详细描述更侧重于示例性说明实施方式。
附图说明
下面参照下列附图对本发明进行进一步的说明，其中类似的结构在几个图中用相同标号指代。
图1A图示本发明防火制品结构的实例；
图1B图示用于在管道周围缠绕本发明防火制品的过程的实例；
图1C图示根据本发明的膨胀的防火制品；
图2图示本发明的第一示例性实施方式；
图3图示本发明的第二示例性实施方式；以及
图4图示本发明的第三示例性实施方式。
尽管上述附图给出了本发明的几个实施方式，但是，正如讨论中所提及的，还涉及了其他的实施方式。在所有情况下，本披露以代表性而非限制性的方式给出本发明的说明。应当理解，本领域技术人员容易做出其他改进和实施方式，所有这些其他改动及实施方式均在本发明权利要求的范围内。
具体实施方式
本发明是一种用于耐火级管道防火的制品，以及本发明涉及一种使用该制品的管道防火方法，该制品包括不燃纤维材料和膨胀型材料。该制品在第一敷设条件时具有小于大约3英寸的初始厚度，以及在第二受热条件时具有膨胀厚度，其中膨胀厚度大于初始厚度。优选地，初始厚度为大约1英寸至大约2英寸，而膨胀厚度大于等于大约3.5英寸。更优选地，膨胀厚度在大约3.5英寸至大约5英寸之间。膨胀型材料受到剧烈加热而膨胀，这使防火制品能响应于管道的受热条件而膨胀。膨胀的防火制品占据较大体积的空间，在此空间中防火制品可以阻隔热量，提高其隔热能力。有了提高的隔热能力，膨胀的防火制品能有助于降低热传导，即减慢从制品一侧至另一侧(也就是，从防火制品的“热侧”至“冷侧”)的热传导。当在管道上使用时，如果火焰或者其他高热出现在管道内部，防火制品可有助于避免管道周围的结构体过热而着火的情况。
防火制品的初始(也称为“敷设”或“安装”)厚度小于大约3英寸，优选为大约1英寸至大约2英寸，防火制品从初始厚度膨胀到大于初始厚度的膨胀的“有效”(或“反应”)厚度，使制品能具有这样的优点，即以比常规防火制品薄的层进行敷设，但又具有与常规情况大致相同的防火能力。优选的是，根据本发明的防火制品重量低于大约2.2磅每平方英尺，同时具有大于等于大约3.5英寸的有效热厚度。有些情况下，诸如管道与其周围结构体之间只有较小间隙的情况下，期望的是只有一层防火制品。此外，如果只需要一层防火制品，就可以缩短安装时间。只具有一层防火制品的其他优点包括：使安装人员减少暴露于可能有刺激作用的纤维，以及由于使用较少的防火制品而降低成本。
除了用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.4节和第5.5节之外，同样优选的是，单层防火制品符合下述标准的要求：美国安全检测实验室(UL，Underwriters Laboratories)标准2221(2003年拟定)、UL标准1978的第12节(第二版，2002年6月25日拟定)、美国检验与材料协会(“ASTM”，American Society for Testingand Materials)E84-04(2004年拟定)、ASTM E119(2000年拟定)、ASTM E136-04(2004年拟定)、ASTM E814-02(2002年拟定)、ASTM E2336(2004年拟定)、以及国际标准化组织(“ISO”，International Organization for Standardization)6944(第一版，1985年12月拟定)。上述要求限制了不同类型管道包裹物的可燃性、表面燃烧性、以及烟雾发生性(smoke generation potential)。上述要求的清单并非穷举性的。
UL标准1978和2221是内部油脂管道防火测试，其设定关于油脂管道封装组件耐火性的规范。UL标准与AC101规范的第5.4节和第5.5节相似，其中在预定时间周期内使油脂管道封装组件经受标准的内部和外部火焰暴露，并且测量与油脂管道有一定间隔的防火制品表面上或附近(“冷侧”)的温度。在UL标准1978中，使样品(例如，防火制品)暴露于施加500热度的炉膛大约4个小时。基于环境温度，样品的冷侧不得超过117。在UL 1978中，样品不得燃烧。
ASTM E84-04是适用于表面燃烧特性的标准，以及，可用于暴露的表面(诸如墙壁和天花板)，并测试材料的相对燃烧性能。使样品在天花板位置，被评估的表面向下暴露朝向热源，实施ASTME84-04。在测试期间，材料、产品、或者组件应当能够安装于测试位置，因此，样品应当是下述类型的任意一种：由其自身的结构质量自支撑，沿测试表面用附加的支撑物保持就位，或者从后侧固定。ASTM E119适用于构成已完工建筑物的永久性整体部分的结构单元。ASTM E119用于测量和描述材料、产品、或组件在受控条件下对热度及火焰的反应。在ASTM E119标准中，将样品暴露于高达1850的温度(“暴露于火焰”)达2个小时。基于环境温度，样品的冷侧不得超过325，且样品不得燃烧。此外，在ASTM E119标准中，使副本样品面对火焰暴露大约1个小时，然后，使样品立即承受30磅每平方英寸(psi)的软管射流，射流首先指向其中间，然后在预定的时间周期内指向暴露面的所有部分。软管射流测试的目的是：确定样品在火焰持续期间是否能经受住来自跌落碎片的横向冲击。
ASTM E136-04是另外一种防火测试响应标准，用于测量并描述材料及产品组件在受控条件下对热度和火焰的响应。在ASTME136-04标准中，研究样品在以750加热的立管状炉膛中的状况。ASTM E814-02适用于要用在耐火墙壁和地板的开口中的渗透性防火物。ASTM E814-02测量防火物对外力的耐受力。与AC101规范的第5.5节和ASTM E119类似，将样品暴露于高达1850的温度达2小时，以及，基于环境温度，样品冷侧的温度不得超过325，且样品不得燃烧。ASTM E814-02标准也使用类似于ASTM E119标准的软管射流测试。ASTM E2336测试油脂管道密封系统和材料的不燃性、耐火性、耐久性、内燃、以及对渗透性防火物的火焰卷吸作用。
ISO 6944提出在标准燃烧条件下关于立式管道和横式管道的规范。ISO 6944的总体目的，对于在没有灭焰器帮助的情况下，测量通风管道阻止火焰从一个着火室蔓延至另一个室的能力。
图1A图示本发明防火制品10总体结构的实例。防火制品10是一种用于管道防火的柔性非自支撑材料层或片材，并且包括不燃纤维材料和膨胀型材料。如图1B所示，防火制品10足够柔软以能够缠绕在管道12的周围。非自支撑制品是一种缺少对其自身进行支撑的刚性的制品，并因此需要某种形式的单独支撑框架。防火制品10是非自支撑的，因为要使其与独立的支撑框架(如图1B的管道12)相符合；防火制品10还需要固定机构，诸如绑带或销钉，以将其保持于适当位置。作为非自支撑制品，防火制品10可以用在许多不同的应用中，诸如具有不同尺寸的管道。防火制品10可以是用来使耐火级管道防火的任意制品，并且可公知为“防火包裹物”、“管道包裹物”、“防火板”、或者“防火毯”。
如前文所述，图1B图示在管道12周围缠绕本发明防火制品10的过程的实例。防火制品10装配在管道12周围，并且用绑带14固定。绑带14可以由不锈钢或者任何具有高熔点的材料形成，因而，如果火焰或其他高热在管道12内部，各绑带14在达到其高熔点之前都不会开始失效，并且，与绑带14具有较低熔点的情况相比，这种防火制品10更长久地保持固定于管道12。固定机构的类型并非本发明的要点，本领域的技术人员可以选择可替代的固定机构诸如钢销钉，将防火制品10固定于管道12。
管道12可以是任何类型的需要防火的管道，也就是，如果火焰或其他形式的高热在管道12内部，火焰或热被遏制在管道12内，而不会向周围结构体15蔓延。如果高热从管道12蔓延至结构体15，周围结构体15可能着火。反之，如果外部火焰从外部吞没了管道12，期望防火制品10有助于阻止火焰到达管道12内部。可以用防火制品10来防火的管道实例包括(但不限于)：厨用油脂管道，化学废弃物排放管道，供暖、通风和空调管道，以及任何一种通用供排管道。
如图1B所示，优选的是，防火制品10基本围绕管道12装配，使得管道12的大部或全部被防火制品10覆盖。本领域技术人员可以更改在管道12周围缠绕防火制品10的方式。例如，也可以使用“方格图案式(checkerboard)”缠绕方法。防火制品10安装成厚度小于大约3英寸、且优选为大约1英寸至大约2英寸。在如图1A所示的方向t测量厚度。所安装防火制品10的所需厚度取决于防火制品10的导热系数而不同。导热系数(瓦特/米摄氏度)是一种材料性能，表示在整个材料上存在一定的温度梯度(摄氏度/米)时流过材料的热通量(瓦特/平方米)。本质上，导热系数值表示热量传递通过防火制品10有多快，这取决于防火制品10所暴露的温度、以及用来形成防火制品10的材料类型(下文参照图2至图4更详细地进行讨论)。较低的导热系数是所期望的。导热系数在高温下越高，应当形成越厚的防火制品10。
防火制品10可以安装在管道12与周围结构体15之间。周围结构体15示于图1B中，只围住管道12的一部分，但周围结构体15也可以围绕管道12的大部或全部。比常规管道包裹物小的安装厚度，可以使防火制品10易于安装。管道12与周围结构体15之间的间隙g经常只够装配常规防火制品。在这种有限操作空间的情况下，更薄的防火制品10是优选的，因为这样能允许安装人员有更大的空间进行操作。同样优选地，根据本发明的防火制品安装成使其具有膨胀空间的配置。如果防火制品安装成与两个固定的表面邻接，防火制品很可能只有很小的空间甚至没有空间进行膨胀。对于单层防火制品10而言，要求其膨胀厚度符合在油脂管道封装组件AC101验收规范的第5.5节、UL标准2221和1978、ASTM E84-04、ASTM E119、ASTME136-04、ASTM 814-02、ASTM E2336、IMO A754、以及ISO 6944中提出的多种标准。
尽管可以将一层以上的防火制品10用于防火管道12，但优选的是，只使用一层防火制品10。如果只使用一层，则可以缩短安装时间，并且因为可以使用较少的产品而可以降低防火管道12的成本。采用本发明的防火制品10，可以使防火管道12只用一层防火制品10，这是因为防火制品10膨胀从而其“有效”热厚度大于其安装厚度。“有效”热厚度是在受热条件下防火制品10基本完全膨胀之后的厚度。优选地，使防火制品10暴露于大约500至大约1200范围内的温度，作为受热条件。更优选地，在使防火制品10暴露于高于大约500的温度之后，防火制品10尽快达到其有效厚度。“有效”厚度也可以大致等于这样的厚度，即现有技术的防火制品通过现有技术的严格防火测试所必须的厚度。例如，采用可从位于美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司购买的3M防火屏障管道包裹物，目前需要大约两层各厚2英寸的现有防火制品，以符合严格防火测试和标准。有效厚度也可以称之为“反应”厚度或“膨胀”厚度。有效厚度、反应厚度、或膨胀厚度大于初始厚度。敷设厚度或初始厚度是使防火制品10暴露于高热之前的厚度。
有效厚度是重要尺度，因为防火制品10必须足够厚，以将防火制品10的A侧(“冷侧”)(离管道12内部最远一侧)的温度维持为足够低，从而通过一定的防火测试，诸如油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节。只有火焰(或其他热源)在管道12内时A侧才是“冷侧”。如果外部火焰从外部吞没管道12，那么，B侧就视为“冷侧”。如先前所述，在AC101第5.5节的测试中，将防火制品10的样品暴露于大约2000温度的炉膛大约30分钟。防火制品10的样品必须能经受住2000的温度。也就是，防火制品10的样品不得燃烧，并且，基于环境温度在防火制品10的A侧测得的温度不得超过325。已经发现，采用常规的防火制品，为了使防火制品最外部的温度维持在基于环境温度为325或更低，需要两层制品(管道外部总计近4英寸的防火制品)。
在本发明中，通过AC101第5.4节和第5.5节的测试只需要一层防火制品10(其一层小于约3英寸厚)，这里，单层具有小于约3英寸的敷设(或初始)厚度。只需要厚度小于3英寸的一层是因为，防火制品10中的膨胀型材料响应于受热条件而体积膨胀，因此，防火制品10的厚度膨胀，使得一层防火制品10具有大于敷设厚度的有效(或膨胀或反应)厚度。具体而言，优选地，防火制品10在其约小于3英寸的初始厚度时符合AC101第5.4节的测试，且在其膨胀厚度时符合AC101第5.5节的测试。
管道12可由多个段在纵向固定起来而成，因而，在各段之间有横向延伸的接缝。如果管道12由于管道12内部的火焰或其他形式的热度而翘曲，管道12各段之间的接缝可能分开。这是危险的，因为分开的接缝会为遏制在管道12内的火焰或其他热源提供通道，从而向周围结构体15蔓延。如果防火制品10响应于火焰或其他热源开始膨胀，防火制品可以填充由管道12中分开的接缝所形成的空隙。
如图1B所示，根据本发明管道防火的方法包括，首先在管道周围以厚度小于大约3英寸的单层形式装配防火制品10。然后，使用不锈钢绑带1 4或其他固定机构(诸如覆铜销钉)，将防火制品10固定于管道。本领域的技术人员可以更改固定机构的类型。防火制品11处于中间缠绕位置，并且图示如何将防火制品11缠绕在管道12的周围。管道12可以被周围结构体15完全或局部围住。
图1C图示根据本发明的膨胀的防火制品16。膨胀的防火制品16是暴露于高温之后的图1B所示防火制品10。具体而言，管道12的内部升至高温，这导致膨胀型材料体积膨胀，因此使防火制品10膨胀。取决于所使用的膨胀型材料26的类型，“高温”(或“高热”)膨胀型材料26在一定温度开始膨胀。优选的是，在大约700至大约1200范围的温度时，防火制品10内部的膨胀型材料膨胀至其最大体积。膨胀的防火制品16的厚度是防火制品10的有效厚度。如上所述，有效厚度大于敷设厚度，且最好大于等于约3.5英寸。在被绑带14固定于管道12的地方，膨胀的防火制品16并没有完全膨胀。在固定于绑带14下面的地方也可以层叠防火制品16，以在防火制品16可能不完全膨胀的地方获得更高等级的防火性能。然而，膨胀的防火制品16在固定于管道12的地方也可能完全膨胀，这取决于所使用固定机构的类型，诸如销针卡子组合。
图2图示本发明的第一示例性实施方式。防火制品20由4个层22构成，各层约为半英寸厚。在图2中箭头21所示的方向，测量厚度。尽管图2所示的第一示例性实施方式示出防火制品20具有4个层22，但是，只要防火制品20的总初始厚度少于大约3英寸，而且，只要防火制品20符合早先讨论的各UL、ASTM、ICBO、以及ISO规范和标准，根据本发明的防火制品也可以具有任意数量的具有任意厚度的层。此外，各层22不必具有相同的厚度。层22由不燃纤维材料24和膨胀型材料26构成。
膨胀型材料26遍布于纤维材料24。在图2中，使膨胀型材料26在各层22中遍布于纤维材料24。可以使膨胀型材料26均匀或者不均匀地分散。然而，在本发明中，膨胀型材料26也可以成梯度方式分布，其中各层可以具有不同量的膨胀型材料26，或者，其中使膨胀型材料26在各层内成梯度分散(也就是，在各个层内，膨胀型材料26的量不同)。膨胀型材料26也可以形成于独立层中(其中不使膨胀型材料26遍布于纤维材料，而是集中于一层)。下面参照图3和图4讨论这些可选的示例性实施方式。可优选地，使膨胀型材料26遍布于纤维材料24，以使防火制品20具有更高等级的整体性。也就是，当使膨胀型材料26遍布于纤维材料24且膨胀型材料26膨胀时，各层22中纤维材料24的纤维会伸长分离，因而使纤维材料24膨胀。
所有层22中纤维材料24可以是相同的纤维材料，或者，各层22可以使用不同的纤维材料24。纤维材料24可以是任意的不燃纤维材料，其中“不燃”意味着该材料符合ASTM E136-04和/或ASTME84-04和/或ASTM E176的规范。同样优选的是，纤维材料24具有大于等于600的熔点。纤维材料24可以是有机物、无机物、或者其混合物。根据本发明可以使用的纤维材料24的实例包括(但不限于)矿物纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维、或者其混合物。优选但并非必须的是，根据本发明的纤维材料在对应温度下具有以下导热系数值：
温度 导热系数(瓦特/米摄氏度)
  500     0.2-0.3
  1000     0.5-0.6
  1500     1.4-1.7
  2000     2.9-3.6
表1：用于纤维材料的优选导热系数值
膨胀型材料26可以是任意的耐火材料，当暴露于高于环境温度的一定温度时，这种耐火材料的体积膨胀。在本发明中，优选的是，膨胀型材料26在大约320至大约500范围的温度(“开始温度”)开始膨胀，并且在大约500至大约1200范围的温度具有完全膨胀的体积。当暴露于高热时，膨胀型材料26应当膨胀并炭化，但并不燃烧。当膨胀型材料26完全膨胀时，防火制品20具有最大的隔热能力。如果将防火制品20用作油脂管道包裹物，其必须符合油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节(除了上述其他标准之外)，因此，对于油脂管道应用而言，优选的是，在使防火制品20暴露于500热4个小时之后，使防火制品20尽可能快地开始获得其完全膨胀体积。
优选地，防火制品20包括重量百分比为至少约20％至约80％的膨胀型材料26。更优选地，防火制品20包括重量百分比为至少约25％至约45％的膨胀型材料26。在防火制品20中应当使用的膨胀型材料26的量取决于所使用膨胀型材料类型的膨胀能力和所期望的膨胀量。根据本发明可以使用的膨胀型材料26的实例包括(但不限于)石墨、硅酸钠、蛭石及其混合物。可以用于本发明的石墨具体实例是美国特拉华州Wilmington的GrafTech International Limited以商标Grafguard销售的产品。与其他膨胀型材料相比，石墨因为其相对高的熔点、相对轻的重量、以及相对更好的膨胀，石墨使优选的膨胀型材料。
当膨胀型材料26在最好为大约320至大约500范围的温度下开始炭化并体积膨胀时，防火制品20开始从其敷设厚度向其有效厚度膨胀。膨胀型材料26开始炭化和膨胀的温度根据所使用膨胀型材料26的类型而不同。例如，如果使用Grafguard 160C，膨胀型材料26将在大约320至大约428范围的温度下开始炭化和膨胀。防火制品20的膨胀占据更大体积的空间，在该空间中，防火制品20可以阻隔热量，提高其隔热能力。如早先所述，优选的是，在大约500至大约1200范围的温度下，膨胀型材料26达到其最大体积，从而，防火制品20达到其有效厚度。
根据本发明的防火制品可以通过先形成单独的层来形成，将单独的层缝合起来以形成防火制品。例如，对于图2的防火制品20，其中各层22是相同的，可以通过先混合用于不燃纤维材料24的矿物纤维和玻璃纤维，形成防火制品20的层22。可以使用任何其他合适的纤维混合物或单种类的不燃纤维。然后，将纤维材料24敷设于聚丙烯稀松布，接着加重至期望的量。也可以使用本领域公知的任何其他类型的稀松布。稀松布的尺寸取决于防火制品20的优选尺寸。例如，如果防火制品优选的是2英尺×4英尺，那么，可以使用具有相似尺寸的稀松布。稀松布并非是必须使用的，也可以使用平坦表面，诸如生产过程中的连续辊压带或载送垫。
然后，向纤维材料施加粘结剂。粘结剂可以是有机物、无机物、或其混合物。可以使用的有机粘结剂的一种实例是3M公司的Spray77粘合剂，可从美国明尼苏达州圣保罗市的3M公司购买。在施加粘合剂之后，将膨胀型材料26散布于纤维材料24和粘合剂上。粘合剂起到将膨胀型材料26与纤维材料24粘合的作用。粘合剂可以为纤维形式，但不是必须的。然后，可以使纤维材料24不规则化以改变各个纤维的方向。最后，使用本领域公知的针刺法对纤维材料24和膨胀型材料26进行针刺，以形成图2的层22。在针刺接合处理之后，可以去掉聚丙烯稀松布。使用该稀松布以在针刺过程期间将材料保持在一起。对于根据此方法所得到的层，可以使用本领域公知的针脚接合处理方法接合起来。在一种适当的实施方式中，防火制品20包括重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比为大约0％至大约70％的矿物纤维、以及重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。在另一适当的实施方式中，防火制品20包括重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比为大约0％至大约70％的陶瓷纤维、以及重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。
图3图示本发明的第二示例性实施方式。防火制品30由4个层32、34、36和38形成，这些层各自最好为大约半英寸厚。尽管图3所示的防火制品30具有4个层32、34、36和38，但根据本发明的防火制品30可以具有任意数量的具有任意厚度的层，只要防火制品30的总初始厚度小于大约3英寸，且只要防火制品30符合相关的标准和规范。此外，各层32、34、36和38不必具有相同的厚度。
层32、34、36和38由不燃纤维材料40和膨胀型材料42构成。膨胀型材料42遍布于纤维材料40。纤维材料40与图2的纤维材料24类似，以及，膨胀型材料42与图2的膨胀型材料26类似。然而，防火制品30不同于防火制品20，因为各层32、34、36和38的膨胀型材料42不是具有基本相同的量。在本实施方式中，使膨胀型材料42在防火制品30的厚度上成梯度方式分布，其中各层32、34、36和38具有不同量的膨胀型材料42。具体而言，第一层32的膨胀型材料42比第二层34的少，而第二层34的膨胀型材料42比第三层36的少，以及，第三层36的膨胀型材料42比第四层38的少。只要层32与层38没有包含相同量的膨胀型材料42，就可以认为膨胀型材料42是成梯度方式散布的。因此，在可选实施方式中，层34和36可以含有相同量的膨胀型材料。优选的是，第四层38定位成最靠近管道或其他热源，而第一层32离管道或其他热源最远。
挨着第一层32可以放置可任选的纤维材料层(未示出)，这里附加的纤维材料40的层不包含膨胀型材料42。附加纤维材料40的层可以提供额外的热防护，而不需要应对非常高的温度，诸如第四层38会经受的温度。与采用防火制品20一样，防火制品30具有小于约3英寸的敷设厚度、以及暴露于大约500至大约1200之间的适宜温度时发生膨胀使厚度超过初始厚度。
可以使用与用于防火制品20的方法类似的方法，形成图3的防火制品30。然而，仅有的区别在于各层32、34、36和38不包含相同数量的膨胀型材料42，但第一层32含有的膨胀型材料42比第四层38的少，使得膨胀型材料42在所得到的防火制品30的厚度上成梯度方式分布。在一种适当的实施方式中，防火制品30包括重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比为大约0％至大约70％的矿物纤维、以及重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。在另一适当的实施方式中，防火制品30包括重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比为大约0％至大约70％的陶瓷纤维、以及重量百分比大约为30％至大约50％的石墨。
图4图示本发明的第三示例性实施方式。防火制品50由5个层52、54、56、58和60形成，这些层各自厚大约0.4英寸。尽管图4所示的防火制品50具有5个层52、54、56、58和60，但根据本发明的防火制品50可以具有任意数量的具有任意厚度的层，只要防火制品50的总初始厚度小于大约3英寸，且只要防火制品50符合相关的标准和规范。此外，各层52、54、56、58和60不必需具有相同的厚度。
层52、54、58和60由不燃纤维材料62构成。层56是由膨胀型材料64构成的独立层。纤维材料62与图2的纤维材料24类似，以及，膨胀型材料64与图2的膨胀型材料26类似。然而，防火制品50不同于防火制品20，因为膨胀型材料64并不遍布于纤维材料62，而是包含在独立层56中。也就是，膨胀型材料64包含于不含纤维材料62的层中。膨胀型材料64还可以包含在一个以上的独立层56中。此外，尽管图4示出膨胀型材料64的独立层56在防火制品50的中间，但层56也可以在防火制品50的任何位置。例如，优选地，将层56布置为更靠近防火制品50中最靠近火焰或其他热源的一侧，使得膨胀型材料64可以暴露于较高的温度且更早开始膨胀。独立层56也可以与上述其他实施方式的任何一种结合使用。
与采用防火制品20和防火制品30一样，防火制品50具有小于约3英寸的敷设厚度、以及暴露于大约500至大约1200之间的适宜温度时大于初始厚度的膨胀厚度。即使膨胀型材料布置在独立层56中而不是遍布于纤维材料中，但防火制品50也还具有较高程度的整体性，因为如果将膨胀型材料的独立层56放置在两层纤维材料(例如层54和层58)之间，当膨胀型材料膨胀时，纤维材料62的相邻层中的纤维也能伸展分开，从而使防火制品50膨胀。
可以通过先混合用于不燃纤维材料的期望纤维，形成不燃纤维层52、54、58和60。再一次讲，并非必须使用纤维混合物，也可以使用单种纤维。然后，将纤维或纤维混合物施加在聚丙烯稀松布上，并加重至期望量。也可以使用本领域公知的任何其他类型的稀松布，并且也可以使用任何其他的平坦表面。膨胀型材料的独立层56可以这样形成，先敷设一层不燃纤维材料，然后敷设膨胀型材料56。然后对不燃纤维材料层和膨胀型材料56进行针刺。最后得到的膨胀型材料56的独立层形成在不燃纤维材料层上。用于形成膨胀型材料独立层56的不燃纤维材料层的厚度可以改变。膨胀型材料独立层56的厚度由防火制品50应当包含的膨胀型材料量确定，而防火制品50应当包含的膨胀型材料量则由所使用膨胀型材料类型的膨胀能力决定。例如，如果选择石墨作为膨胀材料的类型，应当使用的优选的膨胀型材料量应为重量百分比大约30％至大约50％。最后，将层52、54、56、58和60根据情况进行布置(即，可将膨胀型材料层56置于层52、54、58和60的中间或其他位置)，然后使用本领域公知的方法缝合起来。在一种适当的实施方式中，防火制品50由重量百分比大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比大约0％至大约70％的矿物纤维、以及重量百分比大约30％至大约50％的石墨形成。在另一适当的实施方式中，防火制品50包括重量百分比大约0％至大约70％的玻璃纤维、重量百分比大约0％至大约70％的陶瓷纤维、以及重量百分比大约30％至大约50％的石墨。
虽然本发明根据其特定的具体实施方式加以描述，但是对于本领域技术人员来说，可以容易地对上述实施方式进行多种修改和改进而不偏离本发明的目的、精神和范围。

Claims (22)

1.一种用于管道防火的制品，包括：
由第一材料形成的第一层，包括不燃纤维材料；以及
由第二材料形成的第二层，包括膨胀型材料，其中所述第一层与所述第二层相邻；
其中所述制品是非自支撑的，并且具有第一敷设条件时小于大约3英寸的初始厚度，以及具有第二受热条件时的膨胀、反应厚度，其中所述膨胀厚度大于所述初始厚度，以及，其中在所述膨胀厚度下，所述制品符合International Council of Building Officials于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节。
2.根据权利要求1所述的制品，其中所述初始厚度为大约1英寸至大约2英寸。
3.根据权利要求1所述的制品，其中所述膨胀厚度大于等于大约3.5英寸。
4.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一层进一步包括遍布于所述纤维材料的所述膨胀型材料。
5.根据权利要求4所述的制品，其中，与所述第一层相比，所述第二层包括更多的所述膨胀型材料。
6.根据权利要求1所述的制品，其中所述第一材料和所述第二材料是基本相似的。
7.根据权利要求1所述的制品，其中所述不燃纤维材料选自由矿物纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维及其混合物组成的组。
8.根据权利要求1所述的制品，其中所述不燃纤维材料具有的熔点大于等于600。
9.根据权利要求1所述的制品，其中所述膨胀型材料选自由石墨、硅酸钠、蛭石及其混合物组成的组。
10.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品包括重量百分比为大约20％至大约80％的所述膨胀型材料。
11.根据权利要求10所述的制品，其中所述制品包括重量百分比为大约25％至大约45％的所述膨胀型材料。
12.根据权利要求10所述的制品，其中所述制品包括：
重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维；
重量百分比为大约0％至大约70％的矿物纤维；以及
重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。
13.根据权利要求10所述的制品，其中所述制品包括：
重量百分比为大约0％至大约70％的玻璃纤维；
重量百分比为大约0％至大约70％的陶瓷纤维；以及
重量百分比为大约30％至大约50％的石墨。
14.根据权利要求1所述的制品，其中所述制品装配在管道周围，作为耐火级管道组件的一部分。
15.根据权利要求14所述的制品，其中所述管道选自由油脂管道、化学废弃物排放管道、以及供暖管道、通风管道和空调管道组成的组。
16.一种用于管道防火的非自支撑片材，所述片材包括：
不燃纤维材料；以及
膨胀型材料，遍布于所述不燃纤维材料，
其中所述片材具有第一敷设条件时小于大约3英寸的初始厚度，以及，具有第二受热条件时大于所述初始厚度的反应厚度。
17.根据权利要求16所述的非自支撑片材，其中所述反应厚度大于等于大约3.5英寸。
18.根据权利要求16所述的非自支撑片材，其中所述片材包括重量百分比为大约20％至大约80％的所述膨胀型材料。
19.根据权利要求16所述的非自支撑片材，其中所述片材由多层所述不燃纤维材料形成，所述多层包括第一层和第二层，其中，与所述第二层相比，所述第一层具有较少的膨胀型材料。
20.一种管道防火的方法，包括：
以厚度小于大约3英寸的层的方式，将非自支撑防火制品装配在所述管道周围，其中所述防火制品包括不燃纤维材料和膨胀型材料，以及，其中所述防火制品的层符合International Council ofBuilding Officials于2001年4月拟定的用于油脂管道封装组件的AC101验收规范的第5.5节；以及
将所述防火制品固定于所述管道。
21.根据权利要求20所述的管道防火的方法，其中所述防火制品由多层散布有所述膨胀型材料的所述不燃纤维材料形成，所述多层包括第一层和第二层，其中，与所述第二层相比，所述第一层具有较少的膨胀型材料。
22.根据权利要求20所述的管道防火的方法，其中将所述不燃纤维材料布置成层，并且将所述膨胀型材料布置成与所述纤维材料层相邻的膨胀型材料独立层。
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