一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺

本发明涉及消防安全
技术领域：
，尤其涉及一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺。
背景技术：
：近年来，锂离子电池由于其能量密度高、循环寿命长等优点，在便携式产品、备用电源、电动汽车等领域得到了广泛的应用。然而，在长期使用和储存过程中，锂离子电池不可避免地面临挤压、击穿、温度冲击、过充等问题，从而发生短路等损坏，进而引起燃烧甚至爆炸，导致设备损坏、人员伤亡等事故的发生。因此，在锂离子电池的大规模应用中，解决消防安全问题非常重要。为了保证锂离子电池的使用安全，除了对电池内部材料进行优化，降低其起火的可能性外，还有必要建立有效的外部保护机制，通过检测锂离子电池热失控引起的温度变化或电压变化来判断火灾，然后喷洒灭火剂扑灭锂离子电池火灾，及时阻断火灾的蔓延。然而，由于锂离子电池是一种高能材料，具有燃烧强烈、热扩散快、毒性强等特点，传统的灭火剂对其灭火效果有限，只能扑灭明火，不能从根本上抑制火灾的发生。并且，预警系统、喷雾、储存装置等一系列灭火装置的外部保护会增加锂离子电池应用时的重量和体积，不仅影响了锂离子电池的应用，在热滥用的情况下也并不是绝对可靠的。因此，如何选择合适的灭火剂，并设计一种新型的灭火装置，对于锂离子电池的大规模应用是一项非常有意义的研究工作。公开号为cn109420281a的专利提供了一种微胶囊自动灭火剂，该专利以三聚氰胺和/或脲醛与甲醛反应而成的树脂壳体作为包覆材料，对主灭火材料进行包裹，形成微胶囊；并将微胶囊与高分子树脂、纤维、无机填料等辅助材料混合，形成集探测、控制、启动、灭火单元于一体的灭火剂。然而，该专利中选用的主灭火材料并非针对锂离子电池火灾设计的，这类主灭火材料虽然能够阻灭一般电气类的火灾，但不具备冷却和灭火的双重功能，难以有效抑制锂电池火灾的复燃。有鉴于此，当前仍有必要针对锂离子电池的消防安全对现有的灭火剂进行改进，并设计相应的防护策略，保障锂离子电池的使用安全，以解决上述问题。技术实现要素：针对上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺。通过以三聚氰胺脲醛树脂为壳材，以全氟己酮和七氟环戊烷为芯材，制备了核壳结构的高效灭火剂；并通过将制备的高效灭火剂负载于锂离子电池的外表面，为锂离子电池提供了有效的安全防护，在锂离子电池热失控时及时起到阻燃和灭火的双重作用，以保障锂离子电池的使用安全。为实现上述目的，本发明提供了一种消防安全灭火工艺，包括如下步骤：s1、制备三聚氰胺脲醛树脂预聚物；s2、配制蒙脱土悬浮液；并将所述蒙脱土悬浮液与灭火材料、消泡剂以及步骤s1得到的所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物按照预设的比例充分混合，经过滤、干燥后，得到高效灭火剂；s3、将步骤s2得到的所述高效灭火剂均匀负载于锂离子电池铝塑薄膜的外表面。作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述灭火材料由全氟己酮和七氟环戊烷按照预设比例混合而成。作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述全氟己酮和所述七氟环戊烷的质量比为(0.5～2):1。作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的制备具体包括如下步骤：将三聚氰胺、尿素、甲醛溶液和水按照预设摩尔比混合均匀后，调节其ph至8.5～9.0，加热搅拌使其充分反应后，再加入冰水快速降温，稀释后得到预定浓度的三聚氰胺脲醛树脂预聚物。作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，所述三聚氰胺、尿素和甲醛的摩尔比为1:(1～3):(2～9)。作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，制备的所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的浓度为1～50wt％。作为本发明的进一步改进，所述高效灭火剂的粒径为50～100μm。作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述蒙脱土悬浮液、灭火材料和所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的体积比为(1～4):1:(2～6)；所述蒙脱土悬浮液的浓度为0.1～1wt％。作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述蒙脱土悬浮液由天然蒙脱土在蒸馏水中经超声剥落得到；所述超声剥落过程的功率为10～50khz，时间为1～2h。作为本发明的进一步改进，在步骤s2中，所述消泡剂包括但不限于七氟辛烷磺酸钾、十二烷基苯磺酸钠、聚二甲基硅氧烷、正辛醇中的一种或多种混合。为实现上述目的，本发明还提供了一种高效灭火剂，该灭火剂根据上述技术方案中步骤s1～s2提供的方法制备得到，包括作为壳材的三聚氰胺脲醛树脂和作为芯材的灭火材料；所述灭火材料包括全氟己酮和七氟环戊烷。本发明的有益效果是：(1)本发明以三聚氰胺脲醛树脂为壳材，以全氟己酮和七氟环戊烷为芯材，制备了核壳结构的高效灭火剂，将液体灭火剂改为固体微胶囊，突破了传统的外部保护机制，实现了对阻燃材料和灭火剂的微观精确控制。同时，本发明通过将制备的高效灭火剂负载于锂离子电池铝塑薄膜的外表面，能够为锂离子电池提供有效的安全防护，在锂离子电池热失控时及时起到阻燃和灭火的双重作用，以保障锂离子电池的使用安全。(2)本发明通过将全氟己酮和七氟环戊烷按照一定的比例混合，制备了针对锂离子电池的复合灭火材料，并将其作为高效灭火剂的芯材，不仅能够利用全氟己酮优异的灭火性能有效扑灭锂离子电池的明火，还能够利用七氟环戊烷的汽化和吸热作用达到优异的冷却效果。在此基础上，本发明通过对全氟己酮和七氟环戊烷的比例进行调控，能够使得到的芯材具有适宜的沸点以及较高的汽化热和比热，从而在兼顾降温能力的同时保证灭火效果，使锂离子电池火灾能够在该复合灭火材料的作用下快速扑灭并冷却，有效防止锂离子电池复燃。(3)基于灭火材料中使用的全氟己酮具有沸点低、蒸气压高的特点，本发明以三聚氰胺、尿素和甲醛为原料，制备了三聚氰胺脲醛树脂作为壳体材料。该壳体材料具有交联密度较高、致密性好、机械强度高等优点，其阻燃作用还能够有效防止锂离子电池发生火灾时火势蔓延。在使用过程中，该壳体材料容易开裂，使包裹的灭火剂释放，以扑灭早期火源，实现阻燃材料和灭火的双重作用。同时，本发明在制备高效灭火剂时通过加入蒙脱土对三聚氰胺脲醛树脂壳体材料进行改性，能够提高灭火剂的表面粗糙度，从而进一步提高其导热性和稳定性，使作为芯材的液体灭火剂能够在三聚氰胺脲醛树脂壳材的包覆下稳定储存。在此基础上，本发明还通过加入消泡剂有效去除反应溶液中的气体泡沫，从而确保灭火剂成型后壁材完整，且内部包裹的液体灭火剂中不存在泡沫，进一步提高了高效灭火剂的稳定性及灭火效果。(4)本发明通过将制备的高效灭火剂直接负载于锂离子电池表面，能够有效突破传统的外部保护机制，在不影响锂离子电池使用的同时简便有效地为其建立安全防护。当锂离子电池内部热量失控并达到一定温度时，负载于锂离子电池表面的高效灭火剂自动发生破裂，从而释放出灭火材料，迅速阻断锂离子电池的热失控过程，并扑灭早期火源，防止其蔓延，同时达到对锂离子电池的冷却效果，避免发生复燃，以保证锂离子电池的使用安全。附图说明图1为本发明提供的一种消防安全灭火工艺的流程示意图。图2为本发明提供的灭火工艺中高效灭火剂在锂离子电池软包中的覆盖位置示意图。图3为本发明提供的灭火工艺中制备的高效灭火剂在破裂前后的x射线能谱图。图4为本发明实施例1制备的高效灭火剂对锂离子电池火灾的灭火效果图。图5为按照本发明实施例1提供的灭火工艺处理后的锂离子电池的应用测试图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。本发明提供了一种消防安全灭火工艺，包括如下步骤：s1、制备三聚氰胺脲醛树脂预聚物；s2、配制蒙脱土悬浮液；并将所述蒙脱土悬浮液与灭火材料、消泡剂以及步骤s1得到的所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物按照预设的比例充分混合，经过滤、干燥后，得到高效灭火剂；s3、将步骤s2得到的所述高效灭火剂均匀负载于锂离子电池铝塑薄膜的外表面。在步骤s1中，所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的制备具体包括如下步骤：将三聚氰胺、尿素、甲醛溶液和水按照预设摩尔比混合均匀后，调节其ph至8.5～9.0，加热搅拌使其充分反应后，再加入冰水快速降温，稀释后得到预定浓度的三聚氰胺脲醛树脂预聚物；所述三聚氰胺、尿素和甲醛的摩尔比为1:(1～3):(2～9)；制备的所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的浓度为1～50wt％。在步骤s2中，所述蒙脱土悬浮液由天然蒙脱土在蒸馏水中经超声剥落得到；所述超声剥落过程的功率为10～50khz，时间为1～2h；所述灭火材料由全氟己酮和七氟环戊烷按照预设比例混合而成；所述全氟己酮和所述七氟环戊烷的质量比为(0.5～2):1。所述蒙脱土悬浮液、灭火材料和所述三聚氰胺脲醛树脂预聚物的体积比为(1～4):1:(2～6)；所述蒙脱土悬浮液的浓度为0.1～1wt％；所述高效灭火剂的粒径为50～100μm；所述消泡剂包括但不限于七氟辛烷磺酸钾、十二烷基苯磺酸钠、聚二甲基硅氧烷、正辛醇中的一种或多种混合。下面结合具体的实施例对本发明提供的一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺进行说明。实施例1本实施例提供了一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺，其工艺流程示意图如图1所示，具体包括如下步骤：s1、制备三聚氰胺脲醛树脂预聚物向三口烧瓶中加入7.76g三聚氰胺、7.40g尿素、29.98g甲醛溶液(浓度为37wt％)和30g蒸馏水，用无水碳酸钠调节其ph至8.5～9.0，然后，在水浴中加热三口烧瓶，以2.5℃/min的速率将水浴温度从30℃逐渐升高到70℃，搅拌1h后，加入冰水迅速降低到40℃以下。然后用375g蒸馏水稀释，得到浓度为10wt％的三聚氰胺脲醛树脂(muf)预聚物。s2、制备高效灭火剂将0.06g天然蒙脱土粉体加入32ml蒸馏水中，在20khz下的超声波浴中剥落1.5h，得到透明、轻度乳白的蒙脱土悬浮液；然后将该蒙脱土悬浮液与5ml全氟己酮、5ml七氟环戊烷、0.3g七氟辛烷磺酸钾以及步骤s1制备的50ml10wt％的muf预聚物混合，并以500r/min的转速搅拌6h，然后将得到的溶液放置至少6h，经过滤、干燥后，得到平均粒径为80μm的高效灭火剂。s3、锂离子电池防护将步骤s2得到的所述高效灭火剂均匀涂覆于锂离子软包电池(3.7v，2000ma)铝塑薄膜中部的外表面，高效灭火剂的覆盖位置如图2所示。为分析本实施例制备的灭火剂的成分，对破裂前后的灭火剂分别进行能谱测试，结果如图3所示。在图3中，上图表示完整的灭火剂的元素分布情况，下图表示释放灭火剂后破裂的灭火剂的元素分布情况，其具体元素重量如表1所示。表1完整的灭火剂和释放灭火剂后破裂的灭火剂中不同元素的重量对比cnof完整的灭火剂26.6718.127.9447.27破裂的灭火剂40.5436.2014.179.09结合图3和表1可以看出，完整的灭火剂中c、n和o元素均匀分布在整个微胶囊结构中，但f元素集中在灭火剂的中间，证明灭火材料全氟己酮和七氟环戊烷被包裹在微胶囊结构中。当灭火剂破裂并释放灭火材料后，f元素含量明显降低且则呈现出较为均匀的分布状态，表明灭火材料得到了充分释放。为检验本实施例制备的高效灭火剂对锂离子电池火灾的灭火能力，按照图5所示的方式对其进行测试：先利用加热棒模拟过热失控，并在防爆箱内点燃6节32650电池(23.12wh×3.6v)，待电池着火后，逐步喷洒本实施例制备的高效灭火剂500g。经试验，灭火剂喷洒10s即灭火成功，灭火剂连续喷洒20s进一步冷却电池后，电池内部反应逐渐停止，电池表面温度和内部温度降至室温，电池没有再燃烧。结果表明，本实施例制备的高效灭火剂的对锂离子电池火灾有较好的灭火效果，并能够达到降温效果，有效防止复燃。为研究本实施例提供的消防安全灭火工艺的灭火效果，对步骤s3得到的负载有高效灭火剂的锂离子软包电池进行灭火试验。如图5所示，将锂离子软包电池点火后，火势开始迅速蔓延，当火势达到高效灭火剂覆盖部分时火势迅速减弱，15s后明火完全熄灭，电池表面温度降至室温。表明温度升高后高效灭火剂的壳层被破坏，灭火材料全氟己酮和七氟环戊烷被释放出来，迅速扑灭了锂离子电池火灾，并起到降温效果。进一步观察表明，该电池无复燃现象，表明本实施例提供的灭火工艺具有快速扑灭锂离子电池明火的能力，且15s内锂离子电池的温度可以由800℃迅速下降至30℃，达到显著的降温效果，有效避免电池的复燃。实施例2～9及对比例1～3实施例2～9及对比例1～3分别提供了一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺，与实施例1相比，不同之处在于调整了步骤s1、s2中的部分制备参数，各实施例及对比例的相应参数如表2所示，其余步骤及参数均与实施例1一致，在此不再赘述。表2实施例2～9及对比例1～3的相关工艺参数按照实施例2～9及对比例1～3提供的工艺参数制备相应的灭火剂，并按照实施例1中步骤s3的方式将其负载于锂离子电池铝塑薄膜的外表面，然后对各实施例及对比例的灭火效果进行检测。经测试，实施例2～9提供的工艺均能够有效对锂离子电池进行防护，对锂离子电池火灾均具有较好的灭火效果。对比例1提供的灭火剂中芯材只有七氟环戊烷，对比例2提供的灭火剂中芯材只有全氟己酮，与本发明各实施例中制备的同时含有七氟环戊烷和全氟己酮的高效灭火剂相比，对比例1和2中单一的灭火剂成分难以同时实现灭火及降温效果，从而导致灭火效果差、容易复燃的问题。对比例3在制备灭火剂的过程中未添加蒙脱土，与本发明各实施例相比，其制备的灭火剂稳定性相对更差，在储存过程中易于受损，导致在实际应用时灭火效果减弱。因此，本发明提供的高效灭火剂及消防安全灭火工艺通过设计适用于锂离子电池的复合灭火剂，并将其用三聚氰胺脲醛树脂包覆后，利用蒙脱土改性后，制备了灭火效果优异且具有较高稳定性的高效灭火剂，为锂离子电池提供了有效的外部保护机制。综上所述，本发明提供了一种高效灭火剂及消防安全灭火工艺。本发明通过制备三聚氰胺脲醛树脂预聚物，并将其与蒙脱土、消泡剂以及作为灭火材料的全氟己酮和七氟环戊烷混合，制备了以三聚氰胺脲醛树脂为壳材，以全氟己酮和七氟环戊烷为芯材的核壳结构高效灭火剂；并通过将制备的高效灭火剂负载于锂离子电池的外表面，为锂离子电池提供了有效的安全防护。通过上述方式，本发明提供的灭火工艺能够在锂离子电池热失控时使高效灭火剂破裂，释放灭火材料，及时起到阻燃和灭火的双重作用，并在兼顾降温能力的同时保证灭火效果，使锂离子电池火灾能够快速扑灭并冷却，有效防止锂离子电池复燃，以保障锂离子电池的使用安全。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。当前第1页12