一种D类干粉灭火剂、其制备方法及其应用

技术领域

本发明涉及粉体灭火剂领域，特别涉及一种D类干粉灭火剂、其制备方法及其应用。

背景技术

金属镁具有质量轻、耐腐蚀性佳、减震性好、耐冲击性好、尺寸安定性高等优势。镁及其合金材料应用广泛，尤其在交通运输(如飞机或汽车)、电子工业、医疗、军事工业等领域应用广泛。中国是镁产出和使用大国。然而，金属镁属于易燃易爆危险品，且其尺寸越小，危险性越大。尤其是包含镁切削、抛光工艺的工厂，切削产生的镁屑及抛光产生的镁粉较易燃，一定浓度的镁粉甚至会有导致粉尘爆炸的危险。

镁火灾是指镁金属或镁合金发生燃烧产生的火灾。镁在空气中可以燃烧。由于镁可以与二氧化碳反应，镁还能够在二氧化碳中继续燃烧。高活泼性的镁还能够和氮气发生反应生成氮化镁。因此使用二氧化碳或氮气等常规的惰性气体灭火的常用方法对镁火灾不再适用。金属镁还可以与水发生反应，生成氢气，使火灾加剧，严重时甚至引发爆炸，造成更为严重的事故后果。现阶段通常采用D类干粉灭火剂应对镁火灾。

现有的D类干粉灭火剂主要分为三种，对应的基材分别为氯化钠、石墨和碳酸钠。应对镁金属或其合金火灾使用较广泛的是氯化钠作为基材的干粉灭火剂。例如，公开号为CN104069610A的发明申请公开了一种D类干粉灭火剂，以重量百分比计，包括：氯化钠45～50％，氯化钾30～35％，白土2～4％，云母4～6％，氮化硼5～8％，白炭黑4～5％，高沸硅油2～5％。但是在实际使用过程中发现：该D类干粉灭火剂的附壁性能较差，对于与水平面呈一定角度的壁面，特别是垂直壁面的镁火灾的灭火效果较差。而在飞机的支架结构、汽车的仪表盘、座椅框等位置多采用镁合金材料且具有较多垂直壁面。这些位置一旦发生火灾，很难快速熄灭火灾。

发明内容

针对现有的D类干粉灭火剂存在附壁效果较差，对于与水平面呈一定角度的壁面，特别是垂直壁面的镁火灾的灭火效果较差等技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种D类干粉灭火剂。该D类干粉灭火剂，以重量百分比计，包括如下组分：氯化钠58～63％；无机非金属粉末25～35％；助流剂4～10％；防潮剂1～4％；其中，所述无机非金属粉末的制备方法包括：将重量百分比为19～25％的二氧化硅、18～22％的三氧化二硼和57～63％的氧化铅混合，熔融混匀，水淬，干燥和球磨，得到所述无机非金属粉末。

进一步地，所述无机非金属粉末的重量百分比为30～32％。

进一步地，所述无机非金属粉末，以重量百分比计，包括如下组分：二氧化硅20％、三氧化二硼20％和氧化铅60％。

进一步地，所述助流剂包括二硫化钼、硬脂酸镁、滑石粉、白炭黑或氮化硼中的至少一种。

进一步地，所述助流剂，以占D类干粉灭火剂的重量百分比计，包括如下组分：二硫化钼3～5％和硬脂酸镁1～5％。

进一步地，所述防潮剂包括硅油或高沸硅油。

另一方面，提供一种D类干粉灭火剂的制备方法。该方法包括如下步骤：

制备pH为1的饱和氯化钠水溶液：将占D类干粉灭火剂的重量百分比为58～63％的氯化钠在加热的条件下配置为饱和氯化钠水溶液，加酸以调节饱和氯化钠水溶液的pH至1，冷却至室温后，得到pH为1的饱和氯化钠水溶液；

制备无机非金属粉末的醇分散液：将占D类干粉灭火剂的重量百分比为25～35％的无机非金属粉末、无水乙醇和分散剂混合，超声震荡，以使所述无机非金属粉末均匀分散于无水乙醇中，得到无机非金属粉末的醇分散液；其中，所述无机非金属粉末的制备方法包括：将重量百分比为19～25％的二氧化硅、18～22％的三氧化二硼和57～63％的氧化铅混合，熔融混匀，水淬，干燥和球磨得到的粉末；

制备无机非金属粉末包覆氯化钠颗粒：将所述pH为1的饱和氯化钠水溶液快速滴入所述无机非金属粉末的醇分散液中，真空抽滤；将所得滤渣干燥，得到无机非金属粉末包覆氯化钠颗粒，记作A；

制备干粉灭火剂：将所述A、占D类干粉灭火剂的重量百分比为4～10％的助流剂和占D类干粉灭火剂的重量百分比为1～4％的防潮剂在加热的条件下混匀，烘干，冷却至室温后，得到D类干粉灭火剂。

进一步地，在制备无机非金属粉末的醇分散液的步骤中，所述分散剂为聚醚多元醇，所述聚醚多元醇占所述无机非金属粉末的质量百分比为5％。

进一步地，在制备pH为1的饱和氯化钠水溶液的步骤中，滴加浓盐酸以调节饱和氯化钠水溶液的pH至1。

进一步地，在制备pH为1的饱和氯化钠水溶液的步骤中，在加热至50℃的条件下配置饱和氯化钠水溶液。

进一步地，在制备无机非金属粉末包覆氯化钠颗粒的步骤中，滤渣干燥的条件为：120℃干燥6h。

进一步地，在制备干粉灭火剂的步骤中，将所述A和占D类干粉灭火剂的重量百分比为1～5％的硬脂酸镁混匀，加热至50℃；喷洒占D类干粉灭火剂的重量百分比为1～4％的硅油，混匀；再加入占D类干粉灭火剂的重量百分比为3～5％的二硫化钼，混匀；在50℃下烘干；冷却后，得到D类干粉灭火剂。

进一步地，在所述无机非金属粉末的制备方法中，熔融温度为1300℃，干燥温度为50℃，球磨后采用4000目筛网进行筛分，得到所述无机非金属粉末。。

又一方面，提供前述的D类干粉灭火剂或前述方法制得的D类干粉灭火剂在制备应对镁金属或镁合金火灾的灭火剂中的应用。

本发明的有益效果：

1、采用反溶剂法制备无机非金属粉末包覆氯化钠颗粒，有效地提高了D类干粉灭火剂的粉体流动性。

2、本发明创造性地利用二氧化硅、三氧化二硼和氧化铅制备无机非金属粉末，相较单独的二氧化硅，无机非金属粉末的熔点(在600℃以下)明显降低，有利于在灭火的过程中D类干粉灭火剂快速熔化；并且无机非金属粉末的熔融状态的粘度(约为108mpa.s)，相较氯化钠的熔融状态的粘度(约为1.4mpa.s)显著增大，能够有效增加D类干粉灭火剂的粘度，提高灭火过程中与可燃物作用后形成的外壳的致密性和硬度，从而提高D类干粉灭火剂的附壁效果，以更好地应对与水平面呈一定角度的壁面，特别是垂直壁面的镁火灾。

3、本发明的D类干粉灭火剂的灭火原理如下：在灭火过程中，包含无机非金属粉末包覆氯化钠颗粒结构的D类干粉灭火剂接触可燃物表面时，位于氯化钠的外层的无机非金属粉末由于其熔点较单独的二氧化硅更低能够迅速软化，由于其熔融后的粘度较高，能够快速包裹氯化钠并粘结在可燃物的表面，形成更为致密的外壳，外壳会由于温度降低快速形成硬壳，阻断可燃物的表面的氧气供应以抑制燃烧。由于硬壳的致密性和硬度较高，能够更好地防止熔融镁在达到沸点后冲破该硬壳与氧气接触燃烧，从而提升灭火效果和减少D类干粉灭火剂的使用量。另一方面，氯化钠及无机非金属粉末在前述过程中由于相变也会吸收大量的热量，从而有利于可燃物的冷却，以增强灭火的效果。

4、对于与水平面呈一定角度的壁面，特别是垂直壁面的镁火灾，本发明克服了传统D类干粉灭火剂附壁效果较差的缺点，能够实现对垂直壁面镁火灾的快速控制。

5、本发明的D类干粉灭火剂抗结块性，斥水性，流动性，耐高、低温性和腐蚀性优异，不易吸湿、流动性好，可以长时间保存，可以通过气力输送进行灭火，使用较为灵活。

附图说明

图1为本发明的实施例7中的正方体钢盘的结构示意图；

图2为实施例8中的实施例2制得的D类干粉灭火剂的灭火结束后镁带的外观图片；

图3为实施例8中的传统D类干粉灭火剂的灭火结束后镁带的外观图片；

图4为实施例8中的实施例2制得的D类干粉灭火剂的附壁效果照片；

图5为实施例8中的传统D类干粉灭火剂的附壁效果照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

在本发明的研究过程中发明人发现：D类干粉灭火剂的附壁效果与D类干粉灭火剂熔融后的粘度、熔点，以及灭火过程中与可燃物作用后形成的外壳的致密性和硬度等因素有关。

基于此，

本发明的D类干粉灭火剂的灭火原理如下：在灭火过程中，包含无机非金属粉末B包覆氯化钠颗粒结构的D类干粉灭火剂接触可燃物表面时，位于氯化钠的外层的无机非金属粉末B由于其熔点较单独的二氧化硅更低能够迅速软化，由于其熔融后的粘度较高(例如108mpa.s)，能够快速包裹氯化钠并粘结在可燃物的表面，形成致密的外壳，外壳会由于温度降低快速形成硬壳，阻断可燃物的表面的氧气供应以抑制燃烧。由于硬壳的致密性和硬度较高，能够更好地防止熔融镁在达到沸点后冲破该硬壳与氧气接触燃烧，从而提升灭火效果和减少D类干粉灭火剂的使用量。

实施例1

一种无机非金属粉末的制备方法，包括如下步骤：将重量百分比为20％的二氧化硅、20％的三氧化二硼和60％的氧化铅混合，熔融混匀，水淬，干燥和球磨得到的无机非金属粉末。其中的具体参数，举例如下：

熔融步骤在熔块炉中进行，熔融温度为1300℃；

干燥步骤在烘箱中进行，干燥条件为：50℃干燥2h；

球磨的时间为12h；球磨步骤之后过4000目筛网进行筛分，得到无机非金属粉末B。

经测试，实施例1制得的无机非金属粉末B的熔点在600℃以下，熔融后粘度约为108mpa.s。

实施例2

一种D类干粉灭火剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)

(2)

(3)

(4)

实施例3

一种D类干粉灭火剂的制备方法，参照实施例2，区别仅在于：

步骤(1)中的氯化钠占D类干粉灭火剂的重量百分比为60％；

步骤(2)中的实施例1制得的无机非金属粉末B占D类干粉灭火剂的重量百分比为31％；

步骤(4)中的硅油占D类干粉灭火剂的重量百分比为2％，二硫化钼占D类干粉灭火剂的重量百分比为4％。

实施例4

一种D类干粉灭火剂的制备方法，参照实施例2，区别仅在于：

步骤(1)中的氯化钠占D类干粉灭火剂的重量百分比为63％；

步骤(2)中的实施例1制得的无机非金属粉末B占D类干粉灭火剂的重量百分比为32％；

步骤(4)中的硬脂酸镁占D类干粉灭火剂的重量百分比为1％，硅油占D类干粉灭火剂的重量百分比为1％；二硫化钼占D类干粉灭火剂的重量百分比为3％。

实施例5

一种D类干粉灭火剂的制备方法，参照实施例2，区别仅在于：

步骤(2)中的实施例1制得的无机非金属粉末B占D类干粉灭火剂的重量百分比为35％；

步骤(4)中的硬脂酸镁占D类干粉灭火剂的重量百分比为2％，硅油占D类干粉灭火剂的重量百分比为2％；二硫化钼占D类干粉灭火剂的重量百分比为3％。

实施例6-D类干粉灭火剂的性能测试1

根据行业标准GA979—2012《D类干粉灭火剂》的方法分别对实施例2～5制得的D类干粉灭火剂进行含水率，抗结块性，斥水性，流动性，耐高、低温性和腐蚀性的测试，得到的结果如表1所示。

表1实施例2～5制得的D类干粉灭火剂的部分性能测试结果

由表1可知，实施例2～5制得的D类干粉灭火剂的抗结块性，斥水性，流动性，耐高、低温性和腐蚀性均符合行业标准GA979—2012《D类干粉灭火剂》中的技术要求。特别是实施例2～5制得的D类干粉灭火剂在抗结块性，流动性和耐高、低温性等方面表现优异：抗结块性为17.0～19.5mm，流动性为4.5～5.7s，耐高、低温性为3.0～3.4s。

实施例2～5制得的D类干粉灭火剂在通风、阴凉、干燥的保存环境中能够至少保存4年不变质。

实施例7-D类干粉灭火剂的灭火性能-扑灭标准镁火试验

根据标准GA979—2012《D类干粉灭火剂》进行灭火实验，其中：

在风速不大于3m/s，且无雨雪的场地进行，将边长L为600±10mm、高H为300±5mm、盘壁厚度d为2.5～3.0mm的正方体钢盘(如图1所示)置于水平地面，在正方形钢盘中按标准GA979—2012中的6.10.1.1中b)的规定加入镁屑，并使镁屑在钢盘中均匀分布。在推车式干粉灭火器中装入14kg的实施例2～5制得的D类干粉灭火剂，并充压至1.2MPa。使用点火棒在钢盘的中心位置点燃镁屑，点火在30s内完成。当燃烧进行到全部镁屑的表面时，开始使用前述的推车式干粉灭火器进行灭火。

实验结果显示，实施例2～5制得的D类干粉灭火剂成功灭火所需的喷射时间依次为160s、154s、145s和130s，并且喷射结束后，能够保持钢盘静置60min不发生复燃。

实施例8-本发明的D类干粉灭火剂与传统D类干粉灭火剂的灭火效果对比

1.形成的外壳的致密性和硬度

采用实施例7的方法进行灭火实验，区别仅在于，采用镁带替换镁屑作为燃料进行实验。其中，镁带厚度为0.25mm，镁带的用量为20g。分别在振动筛中装入100g的实施例2制得的D类干粉灭火剂、传统D类干粉灭火剂(其配方及制备方法参见公开号为CN104069610A的中国发明申请)。使用点火棒在钢盘的中心位置点燃镁带，点火在30s内完成。当燃烧进行20s时，开始启动振动筛，灭火剂从筛网落下进行灭火。

实验结果表明，实施例2制得的D类干粉灭火剂的灭火时间为20s，且静置60min不发生复燃。而传统D类干粉灭火剂的灭火时间为35s。图2和图3分别为实施例2制得的D类干粉灭火剂和传统D类干粉灭火剂的灭火结束后镁带的外观图片，由图2和图3可见，采用本发明中的D类干粉灭火剂进行灭火后，镁带的表面覆盖一层玻璃态的硬壳，该硬壳紧紧黏附在镁带的表面，该硬壳的最大厚度接近5mm，莫氏硬度约为5.5。而采用传统D类干粉灭火剂进行灭火后，在镁带的表面仅形成一层薄薄的外壳(最大厚度小于2mm)，且该外壳的质地较脆，莫氏硬度仅为3.5。

2.附壁效果

测试方法：将镁金属构件竖直放置，以喷枪加热5min，然后在其表面喷射10g的本发明(实施例2～5)制得的D类干粉灭火剂，以及传统D类干粉灭火剂(其配方及制备方法参见公开号为CN104069610A的中国发明申请)，5min后对比两者的附壁效果。

实验结果如图4和图5所示，本发明中的D类干粉灭火剂的附壁效果较传统D类干粉灭火剂提升明显：本发明的D类干粉灭火剂5min后的成功附着率为5％～10％，而传统D类干粉灭火剂5min后的成功附着率不足2％。

实施例9

实施例2～5制得的D类干粉灭火剂在制备应对镁金属或镁合金火灾的灭火剂中的应用。

根据前述性能测试结果可知，基于实施例2～5制得的D类干粉灭火剂制得的应对镁金属或镁合金火灾的灭火剂含水率，抗结块性，斥水性，流动性，耐高、低温性和腐蚀性优异，同时灭火过程能够形成致密性较高、硬度较高的外壳，对于与水平面呈一定角度的壁面，特别是垂直壁面的附壁性能优异，能够快速扑灭垂直壁面的镁金属或镁合金火灾。