聚合物护套材料中具有阻燃剂的绳与聚合物护套组件的制作方法

专利名称：聚合物护套材料中具有阻燃剂的绳与聚合物护套组件的制作方法
聚合物护套材料中具有阻燃剂的绳与聚合物护套组件有很多对伸长的柔性组件(例如对电梯承载部件或绳索布置)的使用，例如，用于 诸如自动人行道这样的机械的传动皮带以及用于自动人行道的扶手。这样的组件可被设计 带有多个被聚氨酯护套覆盖的绳。例如，美国专利No. 6，295，799和No. 6，739，433展示了 用于悬吊电梯系统中的电梯轿厢与对重装置的带。在美国专利No. 4，982，829中展示了一 示例性自动人行道扶手构造。在美国专利No. 6，540，060中展示了一示例性自动人行道传 动皮带。这样的组件的一个方面在于，当该护套处于可引起燃烧的环境中(例如暴露到火 焰)时可能燃烧。提供用以阻止或减少该护套的任何燃烧的能力将是有用的。当考虑制造 这样的耐火护套时，一个挑战在于，保持该护套材料所需的质量。上面所提到的示例全都需 要一定的柔性，以便当该组件在使用中时遵从某一运动路径。还需要具有合适的表面特性， 以用于该组件的预期用途。聚氨酯组合物阻燃剂已被提出。例如，美国专利No. 4，542，170使用喷替盐与磷酸 盐的组合来提供阻燃性。并非所有的阻燃剂都与上面所提到的示例性组件的要求一致。MM示例性组件包括至少一个伸长的受拉部件。护套覆盖该受拉部件的至少一些。该 护套包括聚合物材料。该组件包括从包括无商三聚氰胺基发泡剂或填充聚合物的组中所选 择的阻燃剂，该填充聚合物具有化学键合至基质相的纳米级填充物。—种制造具有至少一个至少部分地被护套覆盖的伸长的受拉部件的组件的示例 性方法包括，提供阻燃剂和聚合物材料。形成护套包括将聚合物材料涂覆到该受拉部件上， 以便形成所需形状的护套。在该组件中包括该阻燃剂。对本领域技术人员而言，所公开示例的各种特征和优点从下述详细描述中将变得 显而易见。伴随该详细描述的附图可简要描述如下。附图的简要描述

图1示意性显示了根据本发明的一个实施例所设计的包括承载部件的电梯系统 的选定部分。图2是示意性显示了一示例性电梯承载部件组件的端视图。图3是示意性显示了另一示例性电梯承载组件的端视图。图4图解地显示了根据本发明的一个实施例所设计的包括传动皮带与扶手的自 动人行道。图5示意性显示了一示例性传动皮带构造。图6示意性显示了一示例性扶手构造。图7示意性显示了一种制造根据本发明的一个实施例所设计的组件的示例性方法。详细描述根据本发明的实施例所设计的组件在聚合物护套材料中包括阻燃剂。如该描述中
4所使用的那样，“阻燃剂”意指抑制或阻止火蔓延。在一些情况下，该阻燃剂通过自熄灭而抑 制或阻止火蔓延。彻底阻止火的能力可能取决于暴露至焰源的量。在多数情况下，该阻燃 剂将至少形成一炭化表面，并在周围空气中稀释氧含量，从而限制或抑制与该护套燃烧另 外相关的任何的火蔓延。图1示意性显示了一示例性电梯系统20的选定部分。电梯轿厢22和对重装置M 由承载组件26悬吊。在一个示例中，承载组件沈包括多个平带。在另一示例中，承载组件 26包括多个圆绳索。其它电梯系统构件没有被显示或被描述，因为它们对于理解本发明所 公开的示例性实施例而言不是必需的。承载组件沈支承电梯轿厢22与对重装置M的重量，并通过沿着轮28和轮30运 动而有助于电梯轿厢22运动到所需的位置。其中一个轮将是曳引轮，该曳引轮以已知方式 由电梯机械推动，从而引起电梯轿厢22所需的运动和定位。该示例中的另一个轮是惰轮。 当组件沈响应于该曳引轮的运动而运动时，使承载组件沈挠曲并部分地缠绕住轮28和轮 30是必需的。图2是示意性显示了该示例性承载组件沈的一示例性平带构造的端视图。在该示 例中，该平带包括多个伸长的绳受拉部件32，以及接触着该受拉部件32的聚合物护套34。 在该示例中，护套34包住了受拉部件32。在另一示例性实施例中，护套34至少部分地覆盖 受拉部件32。在一个示例中，受拉部件32包括绕制的金属(例如钢)绳。在一个示例中， 聚合物护套34包括热塑性弹性体。在一个示例中，护套34包括热塑性聚氨酯。图3中示意性显示了另一示例。用来作为承载组件沈一部分的绳索的端视图包 括至少一个受拉部件32和聚合物护套34。在图3的示例中，可使用与上面所提到的那些相 同的材料。示例性承载组件沈上的负载由受拉部件32承受。例如，护套34与轮观、轮30之 间的相互作用要求所需量的摩擦，以便达到足够的曳引。保持所需的摩擦系数确保稳定的 系统性能。受拉部件32与护套34之间的对接还必须在界面具有足够的结合。足够的结合 有助于护套34与受拉部件32之间的负载传递。更强的结合会产生更强的承载能力。图4示意性显示了 一示例性自动人行道40。在该示例中，多个梯级42以已知的方 式运动，从而在层站44与层站46之间运送乘客。提供了扶手48用于乘客在自动道40上 行进时抓扶。如图6中所示，扶手48包括多个至少部分地被聚合物护套34覆盖的受拉部件 32(例如钢绳)。在该示例中，聚合物护套形成了抓握面，并且形成了扶手48的主体。图4的示例包括用于将梯级42沿所需方向推进的驱动装置50。马达52使驱动轮 M旋转，从而引起传动皮带56的运动。如图5中所示，示例性传动皮带56具有多个被护套 34覆盖的伸长的绳受拉部件32。该护套材料形成有与驱动轮M上相应表面相互作用的齿 57。梯级链58 (图4)被传动皮带56上的齿59所接合，以引起梯级42所需的运动。该护套的聚合物材料中的阻燃剂包括无卤三聚氰胺基发泡剂或填充聚合物的其 中一种，该填充聚合物具有化学键合至基质相的纳米级填充物。在该阻燃剂为无卤三聚氰胺基发泡剂的示例中，该阻燃剂包括三聚氰胺盐。一示 例性阻燃剂包括三聚氰胺氰尿酸盐。另一示例包括三聚氰胺磷酸盐。另一示例包括三聚氰 胺焦磷酸盐。另一示例包括三聚氰胺多聚磷酸盐。
这些示例性阻燃剂中每一种均具有与该聚合物护套材料的基体树脂良好的相容 性。这些示例性阻燃剂还具有良好的热稳定性、基于多功能抑制机制的高阻燃性以及与该 组件中的受拉部件32良好的相容性。另外，这些示例性阻燃剂具有与电梯系统中的其它构 件(例如曳引轮)良好的相容性。另外，这些示例性阻燃剂不干涉用于特定安装所要求的 该护套的柔性特征。该示例性阻燃剂通过干涉引起或支持燃烧的三个组分(即热、燃料和氧)的其中 之一而起作用。该示例性阻燃剂的作用机制包括如燃料稀释剂(因为阻燃剂释放惰性气 体)、去氧剂与阻热剂那样的组合的作用。在初始阶段，该无卤三聚氰胺基发泡剂示例可通 过引起热沉来抑制燃烧，在三聚氰胺盐的情况下，该热沉通过吸热性分解以及之后在大约 350°C的温度下该三聚氰胺自身的吸热性升华引起。另外甚至更大的热沉效果通过该三聚 氰胺蒸汽随后的分解而产生。三聚氰胺基发泡剂可被认为是用于燃烧的贫燃料，其具有的燃烧热大约仅仅是碳 氢化合物的燃烧热的40%。此外，燃烧所产生的氮作用为惰性稀释剂。惰性稀释剂的另一 来源是该三聚氰胺分解期间或未升华的三聚氰胺部分的自冷凝期间所释放的氨。三聚氰胺基发泡剂还具有这样的特征，该特征对发泡过程中炭化层的形成表现出 显著贡献。该炭化层作用为氧与聚合物分解气之间的阻挡。炭化稳定性通过三聚氰胺自冷 凝期间所形成的多环结构而增强。与磷增效剂结合，三聚氰胺可通过氮磷化物的形成进一 步增强炭化稳定性。另外，三聚氰胺可作用为用于该炭化物的起泡剂，从而增强该炭化层的 热阻挡功能。在上述包括磷酸盐组分的示例中，该磷酸盐是用于炭化物的良好的形成介质，该 炭化物提供燃料与热量的物理阻挡，用以阻止燃烧过程。因此，该示例性阻燃剂具有高效 率，但可相对简单地结合到该示例性组件中所使用的类型的聚合物护套材料中。由于该阻 燃剂与该护套材料混合，该示例性护套变得具有阻燃性。如下面所述的那样，在一些示例 中，该阻燃剂与该护套材料的基体树脂混合。不像需要多种阻燃剂的增效相互作用的其它 阻燃技术，如上面所提到的那些阻燃剂的一种组合在给予该护套材料以阻燃性时是有效 的。由于该示例性阻燃剂的化学组分，其具有与该护套材料的基体树脂良好的相容 性。该阻燃剂具有极性的富含氮与氧的化合物，该化合物与该护套树脂的那些化合物类似。 由于该聚合物基体树脂与该阻燃剂的化学结合是化学相容的(这会促进混合)，这提供了 效率与简易。该示例性阻燃剂的另一特征在于，因为其具有相对低的亲水性并具有低的水溶 性，所以具有良好的水解稳定性。另外，在工艺期间(例如用于形成该护套的过程期间)，该 示例性阻燃剂具有良好的热稳定性。其它示例包括具有填充聚合物的阻燃剂，该填充聚合物具有化学键合至基质相的 纳米级填充物。一个这样的示例包括多面体低聚倍半硅氧烷(P0SQ。这样的阻燃剂是适 合于为火、火焰或烟提供阻燃作用的硅基添加材料。POSS分子可被认为是可能制造的最小 颗粒的二氧化硅。然而，不像二氧化硅或改性粘土，每个POSS分子均包含适合于聚合或将 POSS单体移接到聚合物链上的共价结合的活性官能团，该聚合物链例如该护套材料中的那 些(例如TPU)。每个POSS分子均包含非活性的有机官能团，用于该POSS段和上面所提到
6的示例性组件中所使用的各种聚合物系统的溶解性和相容性。POSS技术的化学多样性很广 泛，并且目前很多POSS单体和聚合物可在液态或固态形式下得到。POSS单体在常规溶剂中 通常是可溶的。因此，POSS技术可在与常规有机物相同的方式下，以单体或聚合(即树脂) 形式被使用。包括POSS分子的阻燃剂易于使用，因为POSS化学原料可被添加至几乎所有的聚 合物类型，同时不引入制造复杂性。来自包括POSS段的聚合物的物理性质的提高是由于该 POSS控制聚合物链的运动而同时仍保持该基体树脂的可加工性与机械性质的能力。这是 POSS的纳观大小及其相对聚合物尺寸的关系的直接结果。与一些其它阻燃剂塑料相比，包含POSS添加剂的聚合物提供延迟的燃烧以及放 热的减少。将POSS添加剂添加到该护套材料中还具有增加对于成品的可用温度范围的效 果。使POSS系统与其它系统相比有利的一些特征包括P0SS颗粒大小、吸湿性、氧渗透性、 高温稳定性、化学活性、聚合物共混、界面性质、机械性质以及耐蚀性。如下面结合图7所描述的那样，该POSS基阻燃剂被添加到该护套材料的加工过程 中的合成流中。在一些示例中，成品护套材料中POSS组分的量少于10%的重量百分比。另一示例性阻燃剂包括碳纳米管。例如，碳纳米纤维或碳纳米管被认为可在纳米 粘土上提供优良的阻燃性能。碳纳米纤维还增加聚氨酯的机械强度，并可能提供摩擦方面 的益处。在一些示例中，在聚合物护套材料中具有仅仅0. 5 %重量百分比的碳纳米管会降 低热释放的量级，延长热释放的时间，或者这两者。换而言之，碳纳米管的存在提供了更阻 燃的材料。虽然上面描述了可在聚合物护套材料中单独使用的多种不同的阻燃剂，但是，可 能在单个配方中组合多于其中一种阻燃剂。当金属被用于任一示例性受拉部件32时，该金属材料可以是未涂覆的，涂覆的， 或用保护性金属镀过的。例如，基体黑色金属可用锌、锡或铜涂覆过或镀过。图7在60处示意性显示了一种制造例如电梯承载部件、自动人行道扶手或传动皮 带(例如用于自动人行道那样的传动皮带)的方法。阻燃剂62在母料混合器66中与基体 聚合物树脂64的供给混合。所选择的阻燃剂的量将部分地取决于阻燃剂材料的选择。在无卤三聚氰胺发泡剂 的情况下，该母料可包括大约介于大约20%与大约50%之间(按重量计)的所选择的阻燃 剂。在一些示例中，最后的护套材料在该护套材料中包括按重量计介于0. 2%与20%之间 的阻燃剂。在POSS基阻燃剂的情况下，在一些示例中，最终的护套材料包括按重量计小于 10%的阻燃剂。当碳纳米管被用作阻燃剂时，按重量计介于大约0. 5%与大约10%之间的 护套材料由该阻燃剂组成。参见图7，该护套材料在护套形成装置72 (例如模压装置)中形成，从而提供该护 套所需的几何形状。在所示的示例中，多个卷筒74将受拉部件32供给到护套形成装置72 上，该护套在那里被模压到受拉部件32的至少一个外表面上，从而得到所需的组件。在图 7的情况下，所得到的组件是电梯承载部件26。该阻燃剂的存在不干涉或不利地改变该护套材料的其它性质(例如基体聚合物材料的柔性)，从而使该护套作用为用于其特定应用所需的那样(例如，当该组件包括自动 人行道扶手时能遵从引导装置，当该组件包括驱动部件(例如带)时能传递足够的驱动力， 或者当该组件包括电梯承载部件时能缠绕住轮并达到足够的曳引，以用于移动电梯轿厢)。 另外，将该护套模压成所需的形状并保持护套34与受拉部件32之间良好粘合的能力没有 被损害。实际上，在一些示例中，通过护套材料中存在的该阻燃剂增强了护套34材料与受 拉部件32之间的粘合。带有该示例性阻燃剂，组件的该护套还具有良好的热稳定性、水解稳定性、低亲水 性，以及与其它构件(例如电梯的轮或自动人行道梯级链)相互作用的良好的相容性。在另一示例中，该阻燃剂材料被添加到该组件中，而非直接混合到该护套材料中。 在一个示例中，上述示例性阻燃剂材料的其中至少一种通过将该阻燃剂材料嵌入预成型护 套中的空隙中而被添加到该护套中。这可在宏观级或纳米级完成。在一个这样的示例中， 该阻燃剂材料被化学键合至预成型的护套材料。在另一示例中，该阻燃剂材料不是被化学 键合至该护套材料，而是通过它在该预成型护套中的合适空隙内的定位保持就位。在一些示例中，该预成型护套中的至少一个空隙沿着该组件的至少选定长度延 伸，并且填充有阻燃剂材料(例如上面所述的那些)。在一个这样的示例中，空隙沿着与该 受拉部件平行的该组件的长度延伸，并且填充有阻燃剂材料。前述的描述是示例性的，而不在本质上具有限制性。对于本领域技术人员而言，在 不一定脱离本发明的实质的情况下，对所公开示例的变型与修改可变得显而易见。本发明 所给出的合法保护范围仅可通过所附权利要求的教导而确定。
权利要求
1.一种组件，包括 至少一个伸长的绳受拉部件；护套，所述护套覆盖所述至少一个受拉部件的至少一些，所述护套包括聚合物材料；以及从包括无商三聚氰胺基发泡剂或填充聚合物的组中所选择的阻燃剂，所述填充聚合物 具有化学键合至基质相的纳米级填充物。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述阻燃剂包括三聚氰胺盐。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述阻燃剂包括三聚氰胺氰尿酸盐、三聚 氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐或三聚氰胺多聚磷酸盐的其中至少一种。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述阻燃剂包括多面体低聚倍半硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述阻燃剂包括碳纳米管。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括多个至少部分地被所述护 套覆盖的伸长的绳受拉部件。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括电梯承载部件。
8.根据权利要求7所述的组件，其特征在于，所述电梯承载部件包括平带或圆绳索。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件包括自动人行道驱动部件与自 动人行道扶手的其中一种。
10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，在所述护套材料中包括所述阻燃剂，并 且所述聚合物材料包括按重量计高达20%的所述阻燃剂。
11.根据权利要求10所述的组件，其特征在于，在所述护套材料中包括所述阻燃剂，并 且所述聚合物材料包括按重量计介于大约0. 2%与大约10%之间的所述阻燃剂。
12.一种制造具有至少部分地被护套覆盖的至少一个伸长的受拉部件的组件的方法， 所述方法包括下列步骤提供阻燃剂； 提供聚合物材料；以及将所述聚合物材料涂覆到所述受拉部件上，以便形成所需形状的护套，并且，其中，在 所述组件中包括所述阻燃剂。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括，将所述阻燃剂包括在所 述护套中，这通过以下方式实现将所述阻燃剂与聚合物基体树脂混合，以便提供混合材料的母料； 将所述混合材料与聚合物基体材料混合，以便提供一批护套材料； 其中，所述涂覆使用了所述护套材料。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括无卤三聚氰胺基发泡剂。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括三聚氰胺氰尿酸盐、三 聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐或三聚氰胺多聚磷酸盐的其中至少一种。
16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括填充聚合物，所述填充 聚合物具有化学键合至基质相的纳米级填充物。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括多面体低聚倍半硅氧
18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂包括碳纳米管。
19.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述护套材料中摩擦稳定剂的量按重 量计介于大约0. 2%与大约10%之间。
20.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法包括 形成所述护套，所述护套中包括至少一个空隙；和用所述阻燃剂至少部分地填充所述空隙。
全文摘要
一种示例性组件，该组件包括至少一个伸长的受拉部件。护套覆盖该受拉部件的至少一些。该护套包括聚合物材料。该组件包括从包括无卤三聚氰胺基发泡剂或填充聚合物的组中所选择的阻燃剂，该填充聚合物具有化学键合至基质相的纳米级填充物。
文档编号D07B1/16GK102124158SQ200880130806
公开日2011年7月13日 申请日期2008年8月15日 优先权日2008年8月15日
发明者G·R·克里什南, J·M·米尔顿-伯努瓦, J·P·维森, W·R·施米德特, 于小梅 申请人:奥蒂斯电梯公司