专利名称：使用可熔性无机共混纤维幅材的贯穿部阻火方法
使用可熔性无机共混纤维幅材的贯穿部阻火方法
背景技术：
一直以来，在阻止火势贯穿时使用多种材料(如，无机纤维等)作为填充材料。此类填充材料(也称为背衬材料、坝料、腔体填料、空隙填料等)用作空间填料，以在形成阻火贯穿部时增强阻火密封剂的功能。
发明内容
本发明公开了一种使用可熔性无机共混纤维幅材的贯穿阻火方法。可熔性无机共混纤维幅材可在不使用密封剂、膨胀材料等的情况下形成阻火贯穿部。可熔性无机共混纤维幅材可包含至少第一低熔融无机纤维和第二高熔融无机纤维的共混物。可熔性无机共混纤维幅材具有至少约7磅/立方英尺(0.112克/立方厘米)的堆密度。因此在一个方面，本文公开了一种在贯穿部阻火方法，该方法包括提供至少部分地在贯穿部内的可熔性无机共混纤维幅材，其中贯穿部不包括阻火密封剂。在以下具体实施方式
中，本发明的这些方面和其他方面将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求书限定，并且在审查期间可以进行修改。
图1示出了本文所公开的示例性可熔性无机共混纤维幅材的示意性侧视图。图2示出了用本文所公开的示例性可熔性无机共混纤维幅材使示例性贯穿部阻火的侧面剖视图。在多张图中，类似的参考标号表示类似的元件。除非另外指明，否则本文档中的所有图和附图均未按比例绘制，并且被选择用于示出本发明的不同实施例。具体地讲，除非另外指明，否则仅用示例性术语描述各种部件的尺寸，并且不应从附图推断各种部件的尺寸之间的关系。尽管本发明中可能使用了“顶部”、“底部”、“上部”、“下部”、“下方”、“上方”、“前部”、“背部”、“向外”、“向内”、“向上”和“向下”以及“第一”和“第二”等术语，但应当理解，除非另外指明，否则这些术语仅以它们的相对意义使用。
具体实施例方式图1中以示例性方式示出了可熔性无机共混纤维幅材5。可熔性无机共混纤维幅材在本文被定义为包含至少两类无机纤维的共混物的非织造幅材，其具有以下特性:在将幅材的至少一部分暴露于1550 0F (8430C )和2000 0F (1093°C )之间的温度时，幅材的高温暴露部分内的至少一些无机纤维熔合在一起形成堵头。熔合在一起形成堵头意指无机纤维(其初始作为非织造幅材提供，包含其间存在空隙空间的纤维)发生充分软化和/或熔融以熔合在一起而形成通常为固体的堵头，堵头不允许气体大量通过并且也足够强效，可以经受施加于幅材的大量外部力。不允许气体大量通过意指可熔性无机共混纤维幅材形成阻火贯穿部，在不使用阻火密封剂的情况下，根据ASTM E814-10标准测试方法进行测试时其可达到至少2小时的F等级。充分强效以经受施加于幅材的大量外部力意指可熔性无机共混纤维幅材形成阻火贯穿部，在不使用阻火密封剂的情况下可通过ASTM E814-10标准测试方法的软管流规程。因此概括地说，可熔性无机共混纤维幅材被定义为能够熔合形成堵头的幅材，使得利用可熔性无机共混纤维幅材阻火的贯穿部在根据ASTM E814-10标准测试方法进行测试时在不使用阻火密封剂的情况下可达到至少2小时的F等级。ASTM E814-10标准测试方法提供阻火系统通过阻火贯穿部阻止或最小化火焰和/或热气通过的能力的量度，以及提供阻火系统经受由软管流(即，例如来自消防软管的水的高压流)所激发外部力的能力的量度。此前，常规惯例是依赖阻火密封剂和/或膨胀型材料提供对火焰、热气等通过的初级屏障。一直以来，无机纤维幅材(如，矿棉等)仅用作填充材料，充当支承阻火密封剂的物理空间填料(如，阻火密封剂未占用的贯穿部的填充空间)。传统上认为，不具有阻火密封剂的单独的无机纤维幅材(如单独的矿棉幅材或单独的玻璃纤维幅材)可能无法达到上述的2小时F等级(例如，因为纤维幅材允许火焰和/或热气大量通过，和/或因为幅材在暴露于火中之后，强度不足以经受标准测试方法的软管流部分)。尽管并不希望受到理论或机制的限制，但令人吃惊的是，看起来可熔性无机共混纤维幅材在暴露于高温(例如标准测试方法中所遇到的温度)时可熔合以减小和/或消除纤维之间的空隙空间，和/或以使在暴露于高温时尽量避免可能以其他方式形成此类空隙空间。另外，看起来此类熔合不会引起熔融幅材收缩以在熔融幅材中产生微观或宏观贯穿裂缝。这些特性组合在一起看起来允许熔融幅材充当堵头，充分阻止或最小化火焰和/热气贯穿幅材的能力，从而在不使用阻火密封剂的情况下达到上述性能等级。另外，熔合可以充分保持或提高幅材的物理特性，从而可通过标准测试方法的软管流部分。本领域的普通技术人员将认识到，在熔合过程中可以不必消除可能初始存在于未熔合幅材的纤维之间的所有空隙空间。相反，可能仅需要充分消除和/或隔离此类空隙空间以及阻止或最小化任何新空隙空间的形成，使得任何剩余的空隙空间均以例如被隔离的孔或腔体的形式存在，这样的孔或腔体不允许存在此类穿过熔融幅材的火焰和/或热气通道，因为将导致无法达到上述性能等级。另外，本领域的普通技术人员将认识到，整个可熔性无机共混纤维幅材 可以无需熔合即提供该性能等级。事实上，通常仅仅暴露于例如1550 ° 至2000 °F的温度下的可熔性无机共混纤维幅材的部分可以发生此类熔合，如本文后面所述。如上所述，可熔性无机共混纤维幅材可在阻火贯穿部中不使用阻火密封剂的情况下达到上述等级。阻火密封剂意指任何可流动或可变形的阻火材料，该材料不包含其间具有空隙(如，用空气填充)空间的纤维。此类阻火密封剂包括常用的阻火填缝剂、油灰、糊剂、灰泥、膏剂、喷涂密封剂等。此类阻火密封剂的具体例子包括例如:可以商品名FlameSafeFS1900密封剂(FlameSafe FS1900Sealant)得自马里兰州哥伦比亚的格雷斯建材产品公司(Grace Construction Products (Columbia, MD))的阻火密封剂；可以商品名 CP25WB+得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company (St.Paul, MN))的阻火填缝剂,可以商品名3MMPS_2Moldable Putty Stix 得自明尼苏达州圣保罗市 3M 公司(3M Company (St.Paul, MN))的阻火油灰；可以商品名MetacaulkllOO阻火膏剂(MetacaulkllOOFirestop Mastic)得自德克萨斯州休斯顿市RectorSeal公司(RectorSeal (Houston, TX))的阻火膏剂；以及可以商品名B10ST0P750阻火喷雾剂(B10ST0P750Firestop Spray)得自德克萨斯州休斯顿市RectorSeal 公司(RectorSeal (Houston, TX))的阻火喷涂密封剂。此外，可熔性无机共混纤维幅材不依赖膨胀型材料即可达到上述等级。因此，虽然可存在特定量的膨胀型材料(即，与可熔性无机共混纤维幅材的无机纤维共混或混合)，但可熔性无机共混纤维幅材起作用所依据的主要机制为无机纤维熔合形成的上述堵头。即，任何膨胀型材料仅起到增强可熔性无机共混纤维幅材功能的作用，而其自身并不提供阻火系统达到上述等级所依据的主要机制。(事实上，膨胀型材料超过某一含量时可能会弱化熔合的幅材)。因此，根据定义，可熔性无机共混纤维幅材包含小于约5重量％的与幅材纤维共混的膨胀型材料添加剂(基于纤维幅材的总重量)。此外，根据定义，可熔性无机共混纤维幅材不包含例如散布在可熔性无机共混纤维幅材的层之间，或者部分或完全围绕包括可熔性无机共混纤维幅材的芯层的一层或多层膨胀型材料。因此，根据定义，可熔性无机共混纤维幅材不包括属于由可以商品名3M阻火屏蔽枕(3M Fire Barrier Pillow)得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company (St.Paul, MN))的产品以及可以商品名熄火保护袋(Flamesafe Bags)得自德克萨斯州休斯顿市 RectorSeal 公司(RectorSeal (Houston, TX))的产品举例说明类型的含膨胀型材料产品。在多个实施例中，可熔性无机共混纤维幅材可包含小于约3重量％、小于约I重量％或小于约0.5重量％的膨胀型材料。在特定实施例中，可熔性无机共混纤维幅材可基本上不包含膨胀型材料。本领域的普通技术人员将认识到，此处以及本文的其他上下文中所用的术语“基本上无”并不排除存在一些极少量(例如，0.1重量％或更小)的材料，这可能在(例如)使用受到惯常清洗工序的大规模生产设备时发生。如本文所公开，已经发现的是，无机纤维的某些共混物可形成可熔性无机共混纤维幅材。共混物意指纤维的物理混合物，使得纤维总体上彼此均匀混合。如图1所示，存在至少两种类型的纤维，即纤维I和纤维2，可通过熔点和/或软化点和/或超过特定温度范围时不存在而区别这两类纤维。考虑到并非所有无机纤维都一定具有易于观察到的熔点这一事实，提到了术语“软化点”。在此类情况下，可转而使用软化点。因此，虽然为了简便起见通常在本说明中使用术语“熔点”，但该术语应当被理解为意指熔点和/或软化点；如，以哪个最方便可用为准。第一纤维I为低熔点纤维。在多个实施例中，第一纤维I的熔点可在1300 0F (7040C )与2000 0F (1093°C )之间。在具体实施例中，第一纤维I的熔点可在1500 0F (8160C )与1800 0F (982°C )之间。第二纤维2为高熔点纤维，意指纤维2不显示具有与低熔点纤维I相同或更低的熔点。在一些实施例中，第二纤维2可能不显示具有高于第一纤维I的熔点至少200 0F (930C )、至少400 0F (204°C )或至少600 0F (316°C )以内的熔点。在一些实施例中，第二纤维2可能不显示具有可测量的熔点(或软化点),如本文后面所述。本领域的普通技术人员将认识到，一些无机纤维(如，衍生自天然源的纤维)可以具有一个熔点(和/或软化点)范围。在此类情况下，可以使用熔点和/或软化点平均值。然而，共混无机纤维的幅材通常可能最易于通过在ASTM E814-10标准测试方法中观察幅材在阻火贯穿部中的性能而表征为可熔性无机共混纤维幅材。虽然不希望受到理论或机制的限制，但理论上具有高熔点和低熔点的无机纤维共混物可提供本文所记录的特有行为。即，低熔点纤维I (如以玻璃纤维为例，据报道多种玻璃纤维具有在1500至1600 0F [816至871 °C ]范围内的熔点和/或软化点)在暴露于ASTME814-10标准测试方法中遇到的温度时可以至少部分软化、熔融等。然而，高熔点纤维2(如以矿棉纤维为例，据报道多种矿棉纤维具有在2100至2300 0F [1149至1260°C ]范围内的熔点和/或软化点)可以保持至少足够的物理强度(如，通过不熔融、分解、烧结或以其他方式丢失其物理完整性)以使软化和/或熔融纤维I熔融或从共混纤维幅材中滴出的任何趋势最小化。至少部分熔融和/或软化的纤维I可因此保留在适当位置，从而彼此熔合并且形成本文所公开的堵头。(也可能发生一定量的纤维I至纤维2的熔合)。基于传统上认为的低熔融纤维(例如玻璃纤维)在标准测试方法中遇到的温度下熔化这一事实，上述行为是特别意料不到的。基于传统上认为的高熔融纤维(例如矿棉)在此类温度下烧结和/或收缩这一事实，上述行为更加意料不到。因此令人吃惊的是，在不使用阻火密封剂的情况下可采用此类成功方式组合两种此类组分，在不具有阻火密封剂的情况下通常认为其中每一种均不合适。另外发现，令人吃惊的是，即使存在相对低百分比的低熔点纤维1，如从约10重
量％至约40重量％，亦可成功实现此类熔合。更进一步发现，即使纤维2为短纤维(如，通常长度小于Icm的矿棉纤维)并且共混纤维幅材不包含粘结剂(即，主要通过缠结的(如针刺的)长纤维I保持在一起)，亦可成功实现此类熔合。可以预期的是，在纤维I发生软化和/或熔融时，此类共混纤维幅材将失去物理完整性，而这一点是无法接受的。然而，如本文所记录，事实并非如此。据信，无机纤维(如设置贯穿部中)的最小堆密度有助于得到可熔性幅材。为此，可溶性无机共混纤维幅材在本文定义为具有至少约7磅/立方英尺(0.11克/立方厘米)的设置堆密度。在一些实施例中，此堆密度可通过以下方式获得:例如，提供低堆密度(即，小于7磅/立方英尺，如I至4磅/立方英尺)的可熔性无机纤维幅材或垫，随后在将纤维幅材或垫设置在贯穿部中时将纤维垫就地压缩(如手动压缩)为至少约7磅/立方英尺的堆密度。在其他实施例中，此堆密度可通过以下方式提供:以某种形式形成可熔性无机共混纤维幅材，其中在将其提供给最终使用者时已具有至少约7磅/立方英尺的堆密度。在此类实施例中，在贯穿部中设置可熔性无机共混纤维幅材时，可仅对幅材进行适度压缩，或者对幅材进行略微压缩或不进行压缩。在多个实施例中，制造的和/或设置在贯穿部中的可熔性无机共混纤维幅材可具有至少约8磅/立方英尺(0.128克/立方厘米)、至少约9磅/立方英尺(0.144克/立方厘米)或至少约11磅/立方英尺(0.176克/立方厘米)的堆密度。在另外的实施例中，制造的和/或设置在贯穿部中的可熔性无机共混纤维幅材可具有至多约14磅/立方英尺(0.22克/立方厘米)或至多约13磅/立方英尺(0.21克/立方厘米)的堆密度。参照图2，贯穿部11在进行阻火时，可熔性无机共混纤维幅材5可至少部分地插入贯穿部11 (如，在隔板10中，例如建筑物的墙壁或顶篷)。在特定实施例中，贯穿部11可被构造为适应一个或多个贯穿细长对象。在本发明的讨论中，管13用作示例性细长对象。然而，本领域的普通技术人员将认识到，贯穿部11可适应各种各样的细长对象。这些可包括例如管、配线管、线缆槽；细长对象(例如一组线缆或电线等)的集合。可熔性无机共混纤维幅材5可能特别适于与主要或完全由无机材料(如，金属管、玻璃或陶瓷纤维或导管)制成的贯穿对象一起使用。在一些情况下，贯穿部可不包含任何细长对象。可熔性无机共混纤维幅材5可有利地以细长形式提供，例如螺旋卷绕的幅材。随后可提供可熔性无机共混纤维幅材5的细长制品(如，通过从螺旋卷绕幅材的其余部分切掉或撕掉)并且可将其置于贯穿部11内，如置于限定贯穿部11穿过其中的隔板10的内表面14与细长对象13的外表面18之间的环形空间内。根据需要，这可在细长对象13插入贯穿部11内之前或之后进行。可熔性无机共混纤维幅材5的细长制品可螺旋卷绕到位(如，如图2所示)，但如果需要也可使用其他构型。例如，与图2中不同，贯穿对象13可在贯穿开口 11内偏心设置，在这种情况下可熔性无机共混纤维幅材5可手风琴样折叠以便最容易安装到位。在一些实施例中，可使用一段单独的连续可熔性无机共混纤维幅材5 ;或者可使用多个单独的片段。如果需要，可熔性无机共混纤维幅材5的细长制品(或，更一般地说，无论任何几何形式的包括可熔性无机共混纤维幅材5的任何数量单独制品)可通过所需量的压缩(即，体积压缩，计算方法为共混纤维幅材在安装时的堆密度减去其在接收时的堆密度，然后再除以接收时的堆密度)设置在贯穿部11内。此类压缩可有助于可熔性无机共混纤维幅材5(再次声明，无论是作为单个制品还是作为制品的集合提供)在设置时或在暴露于火和/或暴露于来自消防软管的水流时保持在贯穿部11内的适当位置。(这样的压缩还可进一步增大可熔性无机共混纤维幅材5超过其初始提供值的堆密度)。在多个实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可按照基本上不压缩、压缩至少10%或压缩至少20%进行设置。在另外的实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可按照压缩至多约40%、至多约30%或至多约25%进行设置。隔板10可具有热侧23 (例如，在ASTM E814-10标准测试方法过程中其上存在火)和冷侧24 (在ASTM E814-10标准测试方法过程中其上不存在火)。已经发现的是，已设置的可熔性无机共混纤维幅材5暴露于火时，最接近热侧23的可熔性无机共混纤维幅材5的最外侧部分15 (如最外侧的一英寸左右)可显示具有本文所记录的熔合现象，其中可熔性无机共混纤维幅材5的剩余部分看起来相对不受影响。已经发现的是，可熔性无机共混纤维幅材5像这样仅熔合一部分即足以实现本文所公开的结果。通常，隔板10可为混凝土 ；例如，大致水平的地板或顶篷。可熔性无机共混纤维幅材5可有利地作为宽度约4英寸(10.16cm)的螺旋卷绕卷筒提供，使得当一段可熔性无机共混纤维幅材5螺旋卷绕至贯穿部11内时，其4英寸的宽度占贯穿部11纵向长度的大部分。如果隔板的厚度大于可熔性无机共混纤维幅材5的制品的宽度，则可熔性无机共混纤维幅材5可设置在贯穿部11内，使得可熔性无机共混纤维幅材5的一个边缘16大约与隔板10的冷侧26 —样高，并且使得可熔性无机共混纤维幅材5的另一边缘17 —定程度地从隔板10的热侧27凹进(如图2所示)。如果隔板的厚度小于可熔性无机共混纤维幅材5的制品的宽度，则可根据需要修剪制品。如上文所公开，可熔性无机共混纤维幅材5包括至少低熔点纤维I和高熔点纤维2的共混物。在多个实施例中，低熔点纤维I可构成可熔性无机共混纤维幅材5的无机纤维的至少约10重量％、约15重量％或约20重量％。在另外的实施例中，纤维I可构成可熔性无机共混纤维幅材5的无机纤维的至多约40重量％、至多约30重量％或至多约25重量％。在多个实施例中，高熔点纤维2可构成可熔性无机共混纤维幅材5的无机纤维的至少约60重量％、约70重量％或约75重量％。在另外的实施例中，纤维2可构成可熔性无机共混纤维幅材5的无机纤维的至多约90重量％、至多约85重量％或至多约80重量％。纤维I可包括例如熟知类型的玻璃纤维中的任何一种。在特定实施例中，无机纤维可包括硅酸镁铝玻璃纤维。可使用的硅酸镁铝玻璃纤维的实例包括具有10重量％到30重量％的氧化招、52重量％到70重量％的氧化娃，以及I重量％到12重量％的氧化镁(基于Al2O3^SiO2和MgO的理论量)的玻璃纤维。还应当理解，硅酸镁铝玻璃纤维可含有额外的氧化物，例如，氧化钠或氧化钾、氧化硼和氧化钙。硅酸镁铝玻璃纤维的具体例子包括:E-玻璃纤维，其组成通常为约55%的SiO2' 15%的Al203、7%的B2O3' 19%的CaO,3%的MgO和1%的其他氧化物(全部按重量计)。可使用的其他玻璃纤维包括S和S-2、C以及R玻璃纤维。玻璃纤维通常通过使熔化的玻璃经受纺丝工艺而制成，并且因此通常按相当长的长度和/或作为连续纤维而制备。然而，在一些实施例中，本文所用的玻璃纤维可例如短切为有限和/或预定的长度。在一些实施例中，可使用经过热处理的纤维。可单独使用特定类型的玻璃纤维；或者可组合使用至少两种或更多种不同类型的玻璃纤维。高熔点纤维2可包括例如矿棉，也称为石棉或渣棉。矿棉可得自多种来源，例如，美国亚拉巴马州利兹(Leeds)的石棉制造公司(Rock Wool Manufacturing C0.)。此类材料可例如由岩石或再加工的矿渣制成，通常通过将熔化的岩石或矿渣射到高速转子的表面而制备，熔化的材料通过离心力从转子射出从而形成纤维。因此，矿棉通常以短纤维长度(如，一厘米或更小)提供。矿棉的主要化学组分可为例如25至50%的Si02、20至45%的CaO和3至18%的Mg0、9至14%的Al2O3以及O至15%的Fe2O3 (全部按重量计)。虽然上述讨论主要涉及依靠玻璃纤维(作为长的低熔点纤维I)和矿棉纤维(作为短的高熔点纤维2)的共混物的具体示例性实施例，但只要满足本文的条件(即提供如本文所定义的可熔性无机共混纤维幅材)就可使用任何合适纤维的共混物。如本文前面所讨论，纤维类型I和2的熔点不同。在多个实施例中，纤维2可不具有在高于纤维2的熔点至少约200 °F、至少约400 至少约600 °F以内的熔点。如此前所提到，不要求高熔点纤维2实际显示具有可测量的熔点。以200 °F为例，不要求“高熔点”纤维2在高于纤维I的熔点200 T的温度下实际显示具有可测量的熔点；唯一的要求是纤维2不显示具有在高于纤维I的熔点200 °F以内的熔点。因此，本实施例涵盖可烧结或分解而非熔融(或软化，如之前所说明)的纤维2。类似考量适用于其他熔点差值。在一些实施例中，低熔点纤维I可具有低于1600 T的熔点，高熔点纤维2可不具有低于2000 T的熔点(再一次声明，如果例如发生烧结或分解，纤维2不必实际显示具有高于2000 T的熔点)。纤维I和纤维2由于组成不同，因此熔点可不同。或者，纤维I和纤维2可具有类似或相似的组成，但可采用某种方式制造或处理以至于显示具有不同熔点。因此一般来讲，任何合适的无机纤维都可用于可熔性无机共混纤维幅材5中，例如取代上述矿棉和/或玻璃纤维的一部分或全部。在一些实施例中，无机纤维可包括通常通过熔融或挤出玄武岩以形成纤维来制成的玄武岩纤维。因为该纤维衍生自矿物，所以纤维的组成可以变化，但一般来说其组成为约45重量％到约55重量％的SiO2、约2重量％到约6重量％的碱、约0.5重量％到约2重量％的TiO2、约5重量％到约14重量％的FeOJS5重量％到约12重量％的MgO、至少约14重量％的Al2O3以及通常几乎约10重量％的CaO。纤维可制成大致连续的，和/或可短切成所需的长度。通常，此类纤维的长度足以使其可通过针刺进行加固。此类长玄武岩纤维可从(例如)得克萨斯州休斯顿市(Houston)的苏达格拉斯纤维技术公司(Sudaglass Fiber Technology)以及俄罗斯杜布纳(Dubna)的卡莫尼维克(Kamenny Vek)商购获得。 由于其长度，长玄武岩纤维可有利地通过针刺来促进加固。考虑到其高熔点，玄武岩纤维可例如与低熔点纤维I结合而例如用作纤维2。例如，玄武岩纤维可例如与玻璃纤维结合而取代矿棉纤维的一部分或全部来使用。在多个实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可包括含量为至少2、5、10或20重量％的玄武岩纤维。在另外的实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可包括含量不超过90、80、60或40重量％的玄武岩纤维。其他无机纤维只要没有不可接受地影响本文所述的功能，就可用于可熔性无机共混纤维幅材5。因此，在一些实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可包含含量不超过5、2、I或0.5重量％的陶瓷纤维。在一些实施例中，无机纤维可基本上不包含陶瓷纤维。在一些实施例中，无机纤维可包含含量不超过5、2、I或0.5重量％的生物可溶性纤维(也称为主体可溶性纤维)，如生物可溶性陶瓷纤维。在一些实施例中，无机纤维可基本上不包含生物可溶性纤维。在多个实施例中，无机纤维(S卩，纤维I和/或纤维2)的平均直径可为约I微米至约50微米、约2至约14微米或约4至约10微米。在多个实施例中，无机纤维的平均长度可为约0.0lmm至100cm、约Imm至约30cm或约0.5cm至约10cm。在特定实施例中，无机纤维中的至少一些可为长无机纤维，意指长度为至少约5cm。此类长无机纤维在需要通过针刺来至少部分加固无机纤维幅材时尤为有用。在一些实施例中，具有不同平均长度的纤维可以混合成共混物。在其中纤维I为玻璃纤维并且纤维2为矿棉纤维的上述示例性实施例中，玻璃纤维可为长纤维，矿棉纤维可为相对短纤维(与玻璃纤维相比)。然而，在一些实施例中，高熔点纤维2可与低熔点纤维I 一样长或比低熔点纤维I长(如，在其中纤维2包括玄武岩纤维的上述实施例中)。无机纤维可彼此(以及与可能存在的任何其他纤维和/或粒状添加剂，如本文后面所公开)物理地共混，如均匀地共混，以通过任何合适的物理共混工艺形成可熔性无机共混纤维幅材5。例如，可熔性无机共混纤维幅材5可通过所谓的气流成网工艺而制备。合适的气流成网工艺可包括例如在授予Nieminen的美国专利5，014, 396、授予Kunze的PCT公布专利申请W02009/048859以及授予Andersen的PCT公布专利申请W02005/044529中所述的工艺。此类沉积工艺可以可为低堆密度(如，I至4磅/立方英尺)的纤维垫形式沉积共混无机纤维，其中术语纤维垫表示不具有足够完整性(如，通过纤维彼此缠结和/或纤维彼此粘合)以成为自支承幅材的大量收集纤维。如此前所提到，在一些实施例中，此类共混无机纤维垫可提供给最终使用者，最终使用者可将共混纤维垫插入贯穿部内然后可将纤维垫压缩(如，手动压缩)为适用于本文所公开用途的密度(即，至少7磅/立方英尺的密度)。因此，在该特定上下文中，术语可熔性无机共混纤维幅材涵盖此类就地压缩的纤维垫。在此类情况下，可提供合适的辅助装置，如凸缘、夹具等等，以帮助将纤维垫压缩为所需密度以及使压缩垫在贯穿部内保持该密度。在其他实施例中，纤维垫可在提供给最终使用者之前加固成为自支承幅材。(本文中，术语被加固特别用于表示将包括相对松散的大量纤维转化为至少充分自支承的纤维幅材，可通过常规的幅材处理设备进行这种处理)。也可用相同工艺来压实纤维垫，其可起到同时增大堆密度(即，增大到至少7磅/立方英尺)以及减小垫中刚沉积厚度的厚度的作用。(在一些实施例中，可采用独立于加固工艺的工艺进行压实。)
纤维垫可通过任何合适的方法进行加固。在加固过程中同时也进行压实的一种此类方法为针刺(也称为针缝合)。针刺幅材是指其中存在纤维物理缠结的自支承幅材，缠结是通过多次全部或部分穿透(例如通过倒刺针)形成的。每个区域的针刺数可以有差别，尤其是考虑到在执行针刺工艺时需要的厚度减小。在多个实施例中，纤维垫可经受针刺，以提供约2至约2000针刺/cm2的针刺幅材。为了通过针刺来加固，至少纤维I和/或纤维2应当足够长(如，至少约5cm)以便成功进行针刺。在玻璃纤维作为纤维I和矿棉纤维作为纤维2的示例性实施例中，玻璃纤维可足够长以提供可针刺性。因此在本特定例子中，低熔点纤维足够长以有利于针刺。在其他实施例中，高熔点纤维可足够长以有利于针刺。在另外的实施例中，高熔点纤维和低熔点纤维均可足够长以有利于针刺。在另外的实施例(如，其中利用某种其他加固机制)中，高熔点纤维和低熔点纤维的长度可能均不足以有利于针刺。在一些实施例中，纤维垫可通过使用本领域已知技术的缝编法进行加固。例如，所述垫可用有机线，或者玻璃、陶瓷或金属(例如，不锈钢)等无机线进行缝编。可在例如除了针刺之外进行此类缝编。在一些实施例中，纤维垫可通过粘合工艺加固为自支承幅材，在粘合工艺中，纤维垫包含粘结剂，粘结剂被活化以将纤维的至少一些粘合在一起。此类粘结剂可采用固体形式(如，粉末、纤维等)、液体形式(如，溶液、分散体、悬浮液、乳胶等)等引入。粘结剂可以是有机的或无机的。如果要向幅材中引入一种或多种无机粒状添加剂(如，一种或多种膨胀添加剂、一种或多种吸热添加剂、一种或多种绝缘添加剂、或者它们的混合物，如本文所述)，则粘结剂可以用来在幅材中粘结无机粒状添加剂。在一些实施例中，加固可通过结合使用针刺和一种或多种粘结剂的活化来实现。加固可例如通过以下方式来实现:将采用粉末或纤维形式的有机聚合物粘结剂包括在垫中，并且对垫进行热处理，以使聚合物材料熔融或软化，从而将垫纤维中的至少一些彼此粘合以形成自支承幅材。例如，可使用双组分有机聚合物粘合纤维。只要此类有机粘结剂(如果存在)不影响本文所述的可熔性无机共混纤维幅材的功能，就可按任何合适的量使用此类有机粘结剂。在多个实施例中，基于可熔性无机共混纤维幅材5的总重量计，有机粘结剂的量可小于约5重量％、2重量％、I重量％或0.5重量％。在一些实施例中，有机粘结剂的量可以为至少0.2重量％、0.5重量％或1.0重量％。在一些实施例中，可熔性无机共混纤维幅材基本上不包含有机粘结剂。如果需要(如，取代上文提到的有机粘结剂或与该有机粘结剂结合)，可按任何合适的量使用无机粘结剂。合适的无机粘结剂可包括，例如，碱金属硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、粘土等。因此，合适的无机粘结剂可包括，例如，硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、硅磷酸盐、磷酸铝、磷酸、磷酸盐玻璃(例如，水溶性磷酸盐玻璃)、硼砂、硅溶胶、膨润土、锂蒙脱石等。此类粘结剂可根据需要单独使用、彼此结合使用，和/或与一种或多种有机粘结剂结合使用。在多个实施例中，无机粘结剂的量可为至少0.1重量％、0.5重量％或1.0重量％。在另外的实施例中，无机粘结剂的量可为至多20重量％、10重量％或5重量％。无论是有机的还是无机的，上述粘结剂通常将被活化，以便将无机纤维I和/或2的至少一些彼此粘合以形成自支承幅材，以及可任选地将一种或多种无机粒状添加剂粘结到幅材中。此类活化工艺可包括热曝露(例如，就双组分有机聚合物粘合纤维而言)。或者，此类活化工艺可包括去除液体，例如，溶剂(例如，就硅酸钠等无机粘结剂而言，去除水)。如果需要，此类通过去除溶剂实现的活化可由热曝露辅助。此类工艺的任何组合均属于在此所用的术语活化。如果使用热活化粘结剂，纤维垫可通过穿过活化装置(如，烘箱，或任何其他合适的热源，包括例如IR光等等)而加固为自支承幅材。如果需要，可利用压缩(如，通过可用来夹住和压缩垫/片材的一个或多个卷筒而实现)以至少暂时地压缩垫/片材。在某些情况下，例如其中到幅材被压缩时粘结剂尚未完全冷却并硬化，则垫/片材可能不完全回弹至其进入烘箱前的厚度。这样，即可设置加固过的可熔性无机共混纤维幅材的最终厚度和/或堆密度。加固的幅材无论为何种组成并且无论何时制备，均可进一步处理，例如将一段细长幅材分割成制品。此类制品可包括给定阻火应用所需的任何合适形状、尺寸或构型。可熔性无机共混纤维幅材5可有利地包括量值不超过I英寸(2.54cm)的厚度维度，并且可包括量值为至少4英寸(10.16cm)的至少一个其他维度。在特定实施例中，幅材可以纵向维度量值为至少I米的螺旋卷绕卷筒的形式提供。在具体实施例中，螺旋卷绕卷筒具有约0.5英寸(12.7mm)的厚度、约4英寸(101.6mm)的宽度和约20.5英尺(6.24m)的长度。此宽度可使得可熔性无机共混纤维幅材5特别适用于插入(如螺旋卷绕)建筑物的水平混凝土隔板(如，地板或顶篷)中的贯穿部内。在多个实施例中，可熔性无机共混纤维幅材5可包括一种或多种粒状无机添加齐U，如本文所公开。在多个实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种膨胀添加剂、一种或多种吸热添加剂、一种或多种绝缘添加剂，以及它们的混合物。已经提到(在膨胀添加剂的早前讨论中)，如本文所定义，可熔性无机共混纤维幅材为这样一种幅材，其在暴露于1550 0F (843°C)与2000 0F (1093°C )之间的温度时无机纤维的熔合是引起堵头形成的原因。因此，虽然允许存在例如粒状无机添加剂，但此类添加剂限于增强可熔性无机纤维执行其本文所公开功能的能力这一角色；它们不充当堵头的主要提供者。在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机膨胀添加剂，以小于5重量％存在，如此前所讨论。可用膨胀型材料包括但不限于可膨胀蛭石、处理过的可膨胀蛭石、部分脱水的可膨胀蛭石、可膨胀珍珠岩、可膨胀石墨、可膨胀的水合碱金属硅酸盐(例如，可膨胀的颗粒状硅酸钠，例如属于美国专利4，273，879中所述的一般类型，并且例如，可以商品名“EXPANTR0L”得自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company (St.Paul, MN))),以及它们的混合物。(在该上下文中，石墨被视为无机粒状添加剂)。在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机吸热添加剂。合适的吸热添加剂可包括，例如，能够在例如392 0F (200°C)与1112 0F (600°C )之间的温度下释出水(例如，水合作用)的任何无机化合物。因此，合适的吸热添加剂可以包括氧化铝三水合物、氢氧化镁等材料。在多个实施例中，吸热添加剂可按不超过10、5、2或0.5重量％的量存在。在一些实施例中，无机粒状添加剂可包括一种或多种无机绝缘添加剂。合适的绝缘添加剂可包括，例如，当存在于无机纤维幅材中时，能够提高幅材的绝热性质，例如，而不以不可接受方式增大幅材的重量或密度的任何无机化合物。包括相对较高孔隙度的无机粒状添加剂可以尤其适用于这些目的。合适的绝缘添加剂可包括热解法二氧化硅、沉淀二氧化硅、硅藻土、漂白土、膨胀珍珠岩、硅酸盐粘土和其他粘土、硅胶、玻璃泡、陶瓷微球、滑石粉等材料。(本领域中的普通技术人员将认识到，绝缘添加剂与(例如)某些吸热或膨胀添加剂之间可能没有明确的分界线)。在多个实施例中，绝缘添加剂可按不超过20、10、5或0.5重量％的量存在。SM工作实例产品以商品名PM-43填充材料(PM_4Packing Material)购自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M(St.Paul, MN))。材料包含大约20重量％的玻璃纤维(据信购自北卡罗来纳州林伍德市的福格森公司(Ferguson (Linwood, NC)),直径在约6至8微米范围内，被短切成长度为约2至8cm)，以及大约80重量％的矿棉纤维(据信以商品名Fibrox300购自加拿大魁北克塞特福德矿城的飞宝技术公司(Fibrox Technology (Thetford Mines, Quebec, CA)),长度为约4至8mm)。据信通过使用据信与授予Nieminen的美国专利5，014, 396中所概述类似的气流成网工艺，纤维已总体均匀地共混并且沉积为纤维垫，并且随后针刺为约0.5英寸(1.27cm)的最终厚度。产品以此厚度的螺旋卷绕卷筒形式提供，宽度为约4英寸(101.6mm)，长度为约20.5英尺(6.24m)。供应商报告的幅材的标称堆密度为8磅/立方英尺(0.13克/立方厘米)。遵从ASTM E814-10标准测试方法中所概述的工序进行阻火测试。取得水平取向的轻型混凝土隔板(厚片)，其大小为约56英寸X 70英寸(142cmX 178cm),厚度为约2.5英寸(6.4cm)。厚片包括四个内径为约9英寸(22.9cm)的通孔。第一对通孔在厚片的2.5英寸厚区域中；第二对通孔在已用混凝土构建成厚度为4.5英寸(11.4cm)的厚片的区域中。
2.5英寸厚区域中的一个通孔和4.5英寸厚区域中的一个通孔包括金属套管(由约26线规钢制成)，该套管紧靠混凝土通孔的内表面，套管的末端与混凝土厚片的上表面和下表面大约一样高。另外两个通孔不包括金属套管。使用垂直延伸、6英寸(15.2cm)标称内径(ID) >6.13英寸(15.6cm)外径(OD)的铜管作为每个通孔中的贯穿对象。铜管从混凝土厚片的下表面(热侧)延伸至少12英寸(30.5cm)，从混凝土厚片的上表面(冷侧)延伸至少36英寸(91.4cm)，并且铜管的下端加盖。在每个通孔中，铜管被布置成偏心，其中铜管的外表面紧贴通孔的内表面(即，混凝土或钢套管(如果存在)的内表面)。因此，在每个通孔中，铜管的外表面与贯穿部的内表面之间存在新月形的局部环状空间，两者之间的最大距离为约2.88英寸(7.3cm)。将一段PM-4置入每个通孔的局部环形空间内，其中PM-4的最长维度取向为相对于铜管为周向，PM-4的长度按需以手风琴样折叠(具有大致平行于MP-4的宽度而取向的折叠线)以便安装到局部环形空间内。这样，PM-4被手动紧密地塞进新月形局部环形空间内。据估计在该过程中，PM-4被轻轻压缩为约10%的估计体积压缩。将PM-4的某些部分(用刮刀)手动插入铜管与通孔内表面之间的狭窄环形空间，邻近铜管实际接触通孔内表面的点并且距接触点尽可能近。就4.5英寸厚混凝土区域中的两个通孔而言，将4英寸宽的一段PM-4布置成一个边缘与混凝土厚片的上表面大约一样高，并且另一边缘从混凝土厚片的下表面凹进约0.5英寸。就2.5英寸厚混凝土区域中的两个通孔而言，将PM-4修剪成约2.5英寸的宽度，使得PM-4的一个边缘与混凝土厚片的上表面大约一样高，并且另一边缘与混凝土厚板的下表面大约一样高。
未使用任何种类的阻火密封剂，系统中的任何位置也不存在任何膨胀型材料。因此，在单个混凝土隔板(2.5英寸混凝土 /无套管；2.5英寸混凝土 /有套管；2.5英寸混凝土 /无套管；2.5英寸混凝土 /有套管)中以这种方式构造四个阻火贯穿部。通过位于水平取向混凝土隔板下方的丙烷煤气炉，将具有阻火贯穿部的混凝土隔板暴露于火中。操作煤气炉，从而根据存在于ASTM E814-10标准测试方法(章节6.1)中的曲线得到时间温度曲线。在火中继续暴露两小时。两小时之后，终止火暴露，然后将阻火贯穿部暴露于根据标准测试方法的软管流中。全部四个阻火贯穿部均满足ASTM E814-10的2小时F等级的耐火性(时间温度暴露)要求。四个阻火贯穿部中的三个通过ASTM E814-10标准测试方法的后续软管流部分。在四个阻火贯穿部的其中一个中，PM-4的一部分被移出，因此该特定阻火贯穿部未能通过ASTM E814-10标准测试方法的软管流部分。PM-4的热侧部分的外观表示出现了用以形成堵头的上述纤维熔合中的至少一些。比较例混凝土厚片中的2.5英寸深贯穿部采用与针对上述工作实例所述的类似方式阻火，不同的是使用的材料为购自印第安纳州沃巴什赛尔玛公司(Thermafiber(Wabash, IN))的4磅/立方英尺矿棉。将矿棉设置为约25%的压缩率并且填充贯穿部的整个2.5英寸深度。不使用任何密封剂。采用与工作实例中所用类似的方式，根据ASTM E814-10标准测试方法测试阻火贯穿部。阻火贯穿部满足ASTM E814-10两小时的耐火性要求。然而，在后续暴露于软管流中时，全部矿棉基本上被立即移出，因此该阻火贯穿部未能通过ASTM E814-10标准测试方法的软管流部分。矿棉的外观不表示出现了用以形成堵头的上述纤维熔合中的任何一者。上述测试和测试结果仅旨在举例说明而并非预测，且测试工序的变型可预计得到不同的结果。实例部分中的所有定量值均应理解为根据所用工序中涉及的通常所知公差的近似值。给出上述详细说明及实例仅为清楚地理解本发明。这些说明和实例不应被理解成对本发明进行不必要的限制。本领域的技术人员将显而易见，本文所公开的具体示例性结构、特征、细节、配置等在许多实施例中可修改和/或组合。发明人所设想的所有此类变型和组合均在所构思的发明的范围内。因此，本发明的范围不应限于本文所述的具体说明性结构，而应由权利要求书的语言所描述的结构以及这些结构的等同形式来限定。如果在本说明书和通过引用而并入本文的任何文件中的公开内容之间存在冲突或矛盾之处，则以本说明书为准。
权利要求
1.一种在贯穿部阻火的方法，包括: 至少部分地在所述贯穿部内提供可熔性无机共混纤维幅材，其中所述贯穿部不包括阻火密封剂。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材包含约60重量％至约90重量％的矿棉纤维和约10重量％至约40重量％的玻璃纤维。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材包含约75重量％至约85重量％的矿棉纤维和约15重量％至约25重量％的玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述的方法，其中当所述可熔性无机共混纤维幅材至少部分地设置在所述贯穿部内时，具有约8磅/立方英尺至约14磅/立方英尺的堆密度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中当所述可熔性无机共混纤维幅材至少部分地设置在所述贯穿部内时，具有约9磅/立方英尺至约13磅/立方英尺的堆密度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材包含小于约2重量％的膨胀型材料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材基本上不包含膨胀型材料。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材包含小于约5重量％的有机粘结剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材为自支承针刺幅材。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材为由其得到所需细长长度的螺旋卷绕幅材，并且以螺旋卷绕构型被置于所述贯穿部内。
11.根据权利要求1所述的方法，其中将所述可熔性无机共混纤维幅材置于所述贯穿部内并且在所述贯穿部中以相对于其未压缩的初始状态为约10%至约30%的体积系数进行压缩，并且此后保持在所述压缩后的状态。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述贯穿部在混凝土隔板中。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述贯穿部为立柱墙中的贯穿式开口，并且其中至少部分地在布置于所述贯穿部中的套管内提供所述可熔性无机共混纤维幅材。
14.根据权利要求1所述的方法，其中经所述阻火后的贯穿部在根据ASTME814-10标准测试方法进行测试时达到至少2小时的F等级，包括通过所述ASTM E814-10标准测试方法的软管流部分。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述可熔性无机共混纤维幅材包含至少10重量％的玄武岩纤维。
全文摘要
本发明涉及一种使用可熔性无机共混纤维幅材的贯穿部阻火方法。所述可熔性无机共混纤维幅材可在不使用密封剂、膨胀型材料等等的情况下提供阻火贯穿部。所述可熔性无机共混纤维幅材可包含至少第一低熔点纤维和第二高熔点纤维的共混物。所述可熔性无机共混纤维幅材具有至少约7磅/立方英尺(0.112克/立方厘米)的堆密度。
文档编号D04H1/4382GK103168124SQ201180050001
公开日2013年6月19日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年10月26日
发明者布兰登·L·科茨, 乔治·W·弗罗斯特, 恩斯特·L·施密特 申请人:3M创新有限公司