用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球及使用方法
阅读说明：本技术 用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球及使用方法 (Connecting type temperature control cell-coating inhibition ball for forest and grassland fire prevention and use method ) 是由 蒋曙光 尹辰辰 吴征艳 刘津 邵昊 赵逸赟 奚弦 郭朝伟 王辉 于 2021-09-27 设计创作，主要内容包括：本发明提出一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球及使用方法,适用于森林或草原防火灭火使用。包括阻燃小球及芳纶线,所述阻燃小球由胞衣外壳和内部阻化液组成,所述胞衣外壳包含相变材料及增强体材料,熔融混合成型后可在一定温度范围内由固态转为液态,释放出内部封存的阻化液,所述阻化液一般为20％的氯化钙溶液,所述芳纶线为耐高温高强型、超细柔韧型特种纤维。本装置将阻化球与芳纶线相结合,利用芳纶线的牵引作用有目的的限制阻化球的滚动区域,使阻化球在抛洒过程中更为集中,降低抛洒地势对阻燃小球作用的影响,从而提高阻化球的利用率,更高效的发挥阻燃作用。(The invention provides a connected temperature control cell coat inhibition ball for forest and grassland fire prevention and a using method thereof, which are suitable for forest and grassland fire prevention and extinguishment. The flame-retardant fabric comprises flame-retardant pellets and aramid yarns, wherein the flame-retardant pellets are composed of a garment shell and an internal inhibition liquid, the garment shell contains a phase-change material and a reinforcement material, the phase-change material and the reinforcement material can be converted from a solid state to a liquid state within a certain temperature range after melting, mixing and molding, the inhibition liquid sealed inside is released, the inhibition liquid is a 20% calcium chloride solution generally, and the aramid yarns are high-temperature-resistant high-strength superfine flexible special fibers. This device will hinder and become ball and aramid fiber line and combine together, utilize the rolling region of the purposeful restriction of the traction of aramid fiber line to hinder and become the ball, make and hinder and become the ball more concentrated at the throwing in-process, reduce the influence of throwing the topography to fire-retardant bobble effect to improve the utilization ratio of hindering and become the ball, more efficient performance fire-retardant effect.)
技术领域
本发明涉及一种温控胞衣阻化球及使用方法，尤其适用于森林、草原火灾防护使用的一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球及使用方法。
背景技术
随着社会的不断进步和发展，人们在对追求先进技术的同时，环保意识也在不断增强，因此，森林、草原火灾的防护成为了各个国家及地区工作的重点和难点，为此，政府陆续出台了各种防护措施及相应的技术手段，最终目的是促成防火隔离带的形成，如提前消除可燃物，避免火势进一步扩大。有关学者分析了大量的森林火灾案例后发现，森林周边的杂草往往是引发森林火灾的主要原因。由于杂草较多，气候干燥，杂草具有更高的易燃性，在遭遇明火的时候会出现火势蔓延的现象，容易将小火发展成大火，造成大面积的森林火灾。草原火灾更是如此，因此人们使用化学制剂断根杂草或对周边杂草进行大面积的燃烧，形成相应的防火隔离带。另一方面，营造生物防火林带，再有就是运用无人机等智能装备和系统，确定防火带最佳位置以及快速建立起防火隔离带。阻燃剂是一种赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，现已广泛应用于煤矿、建筑、塑料制品等方面，但鲜少用于森林草原的防火，一方面是阻燃材料本身的形态及使用方式限制了使用范围，另一方面是部分材料本身或其反应产物可能会造成环境污染。考虑到运输及抛洒的方便，本发明所涉及的阻化剂形态为球体，考虑到地势对阻化剂抛洒的聚集性，本发明选取芳纶线对阻化剂小球起部分牵引作用，使阻化剂更好地发挥阻燃作用。
发明内容
技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种设置简单，生产成本低，使用效果好，适合广泛推广的用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球及使用方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明的一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球，它包括多个温控胞衣小球，温控胞衣小球包括遇到高温迅速融化的球状外壳，外壳内部添加有灭火核心的，多个温控胞衣小球之间通过连接线连接彼此；所述遇到高温迅速融化的外壳的配方质量比为聚乙二醇的质量百分比为30％～36％，石蜡的质量百分比为20％～24％，硬脂酸的质量百分比为10％～12％，氢氧化铝的质量百分比为12％～17％，3.5水硼酸锌的质量百分比为12％～17％，短切玻璃纤维粉末的质量百分比为4％～6％配置而成，所述连接线为阻燃材料。
所述的灭火核心为20％的氯化钙溶液冷冻后制成。
所述的连接线为芳纶线。
一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的制造方法，其步骤：根据需要选择制作温控胞衣小球的灭火核心料的多个球形磨具，根据需要截取适宜长度的芳纶线，将芳纶线的部分放入多个球形磨具中，之后在球形磨具中注入20％的氯化钙溶液，将芳纶线和多个球形磨具进行低温冷冻从而使20％的氯化钙溶液冻结凝固成球状的灭火核心；之后调配温控胞衣外壳材料，并将温控胞衣外壳材料放入80℃的恒温水浴锅中加热熔融，在冻结凝固的两个球状的灭火核心外侧包裹融化的温控胞衣外壳材料，然后迅速降温使外壳材料凝固从而制备完成一组用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球。
所述灭火核心间隔设置在一根芳纶线上，或者利用芳纶线编织成芳纶线网，在芳纶线网的交叉节点上冷冻制作球形灭火核心，之后在所有球形灭火核心外层包裹温控胞衣外壳材料即可组成温控胞衣阻化球网。
一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的使用方法，其包括：
利用飞行器对需要灭火的区域进行抛洒温控胞衣阻化球，由于温控胞衣阻化球包括两个通过连接线连接的两个温控胞衣小球，其在落地后移动范围小聚集度提高，因此从高空抛洒后能形成比较集中形成阻燃防火带；
从坡顶向下方抛撒，由于连接线和两个温控胞衣小球的组成结构，连接式温控胞衣阻化球更容易被地表的植被或是石块阻挡，从而使大量的连接式温控胞衣阻化球留在边坡面上，降低了阻化小球在抛洒过程中地势的影响，提高了阻化剂在地势高凸及半坡位置的覆盖率。
将制备的温控胞衣阻化球网铺设防火带，从而迅速隔绝火灾的发展；从坡顶向下方坡面铺设温控胞衣阻化球网技能达到快速铺设的效果，同时也能保证铺设后温控胞衣小球的分布密度的合理性，保证灭火效果。
有益效果：本发明中，芳纶线的存在有目的的限制了小球的滚动区域，减少了温控胞衣球在使用地势方面的影响，即小球在地势低洼区域集中聚集，而高凸区域低覆盖的问题。此外，解决部分防火隔离带为公路，小球抛洒过程中滚动区域较大的问题。温控胞衣小球的原材料以及芳纶线均为市场上较易购置且价格低廉的材料，有助于以后产品的批量化生产和使用；且所有材料及热产物均无毒无害，对生产使用人员和环境无危害。
附图说明
图1为本发明用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球结构示意图。
图2为本发明用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的实验数据折线图。
图3为本发明用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的实验数据折线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施过程作进一步的说明：
如图1所示，本发明的一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球，它包括多个温控胞衣小球，温控胞衣小球包括遇到高温迅速融化的球状外壳，外壳内部添加有灭火核心的，多个温控胞衣小球之间通过连接线连接彼此；所述遇到高温迅速融化的外壳的配方质量比为聚乙二醇的质量百分比为30％～36％，石蜡的质量百分比为20％～24％，硬脂酸的质量百分比为10％～12％，氢氧化铝的质量百分比为12％～17％，3.5水硼酸锌的质量百分比为12％～17％，短切玻璃纤维粉末的质量百分比为4％～6％配置而成，所述连接线为阻燃材料。
所述的灭火核心为20％的氯化钙溶液冷冻后制成。
所述的连接线为芳纶线。
一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的制造方法，其步骤：根据需要选择制作温控胞衣小球的灭火核心料的多个球形磨具，根据需要截取适宜长度的芳纶线，将芳纶线的部分放入多个球形磨具中，之后在球形磨具中注入20％的氯化钙溶液，将芳纶线和多个球形磨具进行低温冷冻从而使20％的氯化钙溶液冻结凝固成球状的灭火核心；之后调配温控胞衣外壳材料，并将温控胞衣外壳材料放入80℃的恒温水浴锅中加热熔融，在冻结凝固的两个球状的灭火核心外侧包裹融化的温控胞衣外壳材料，然后迅速降温使外壳材料凝固从而制备完成一组用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球。
所述灭火核心间隔设置在一根芳纶线上，或者利用芳纶线编织成芳纶线网，在芳纶线网的交叉节点上冷冻制作球形灭火核心，之后在所有球形灭火核心外层包裹温控胞衣外壳材料即可组成温控胞衣阻化球网。
一种用于森林、草原防火的连接式温控胞衣阻化球的使用方法，其包括：
利用飞行器对需要灭火的区域进行抛洒温控胞衣阻化球，由于温控胞衣阻化球包括两个通过连接线连接的两个温控胞衣小球，其在落地后移动范围小聚集度提高，因此从高空抛洒后能形成比较集中形成阻燃防火带；
从坡顶向下方抛撒，由于连接线和两个温控胞衣小球的组成结构，连接式温控胞衣阻化球更容易被地表的植被或是石块阻挡，从而使大量的连接式温控胞衣阻化球留在边坡面上，降低了阻化小球在抛洒过程中地势的影响，提高了阻化剂在地势高凸及半坡位置的覆盖率。
将制备的温控胞衣阻化球网铺设防火带，从而迅速隔绝火灾的发展；从坡顶向下方坡面铺设温控胞衣阻化球网技能达到快速铺设的效果，同时也能保证铺设后温控胞衣小球的分布密度的合理性，保证灭火效果。
本发明针对阻燃小球抛洒过程中，因小球滚动致使阻燃剂区域着陆率低、发散性强、阻燃力度小及受抛洒地势影响大等缺点，提出一种连接式温控胞衣阻燃剂，阻燃剂中的各个成分及受热反应后的产物均为无毒无害物质，安全环保。为实现上述目的，本发明在本团队之前研究的温控胞衣阻化小球的基础上加以改进，以芳纶线连接两个或两个以上的小球，利用细线的牵引作用一定程度上限制小球的滚动。所述阻化剂胞衣材料的相变材料为聚乙二醇、石蜡及硬脂酸，增强体材料为氢氧化铝、3.5水硼酸锌、氯化石蜡及玻璃纤维粉末，相应比例及各材料性质见另一申请专利，有毒有害检测报告由南京医科大学卫生分析检测中心出具，报告编号为bg-21NYQT-WT177。所述芳纶线(防火线)，采用耐高温高强型、超细柔韧型特种纤维，经特殊工艺加工而成，具有优良的阻燃性能和杰出的高强力，常用于耐高温织物缝制，如消防服、阻燃工作服等。其耐高温温度范围为200℃-1000℃，燃烧等级为A级-不燃，且强度高、耐腐蚀、耐老化、耐气候性、耐磨损，不会因绳线两端力的拉伸及运输过程中绳线的磨损而断裂。考虑到部分防火隔离带为生物防火带，如杨梅等经济阔叶树种的防林带或如土豆等经济作物防火隔离带，阻燃小球的抛洒区域可以为隔离带偏向森林或草原的边界范围处，在火灾到达隔离带之前先一步降低火势，为后续隔离带的调整和布设争取宝贵时间。
此外，将芳纶线编织成的芳纶网与温控胞衣小球相结合，棋盘式组合的温控胞衣小球与芳纶线可用于地面坡度较大的区域，解决小球在地势低洼区域集中聚集，而高凸区域低覆盖的问题，还可用于高空抛洒，使其挂在树枝或树干上发挥一定的阻火作用。
实施例一、
两球一线：两个温控胞衣小球之间由芳纶线连接，在1：4的坡度上进行抛洒实验，坡度光滑，地面光滑。具体实验方法如下：
1)截取适宜长度的玻璃纤维线，芳纶线吸水性小、收缩率低，为了使连接更为牢固，将其两端放入两个球形模具中；
2)配置20％的氯化钙溶液，用胶头滴管滴入含芳纶线的模具中，后放入冰箱或液氮冷冻；
3)将温控胞衣外壳材料按相应比例称量放入烧杯，烧杯放入温度为80℃的恒温水浴锅中加热熔融；
4)将2)中冻好的冰球两两连接)裹上熔融的外壳材料，待其固化。
经抛洒实验结果如图2所示，未经束缚的小球滚动距离均超过100cm,且最近与最远距离在140cm左右，分布较为分散，“两球一线”的滚动距离大都在50cm以内，最近与最远距离在75cm左右，极大的提高了小球的聚集度，使小球更高效的发挥阻火作用，适用于地面。
实施例二、
两球一线：两个温控胞衣小球之间由芳纶线连接，在2：3的坡度上进行抛洒实验，坡度光滑，地面光滑。具体实验方法如下：
1)截取适宜长度的玻璃纤维线，芳纶线吸水性小、收缩率低，为了使连接更为牢固，将其两端放入两个球形模具中；
2)配置20％的氯化钙溶液，用胶头滴管滴入含芳纶线的模具中，后放入冰箱或液氮冷冻；
3)将温控胞衣外壳材料按相应比例称量放入烧杯，烧杯放入温度为80℃的恒温水浴锅中加热熔融；
4)将2)中冻好的冰球两两连接)裹上熔融的外壳材料，待其固化。
经抛洒实验结果如图3所示，未经束缚的小球滚动距离均超过250cm，分布极为分散，未在图中体现，“两球一线”的滚动距离大都在80cm以内，最近与最远距离在110cm左右，与同角度单球抛洒结果相比，小球的聚集度提高，阻火作用更高效，适用于地面。
实施例三、
两球一线：两个温控胞衣小球之间由芳纶线连接，在室外地势复杂的草地上进行抛洒实验。具体实验方法如下：
1)截取适宜长度的玻璃纤维线，芳纶线吸水性小、收缩率低，为了使连接更为牢固，将其两端放入两个球形模具中；
2)配置20％的氯化钙溶液，用胶头滴管滴入含芳纶线的模具中，后放入冰箱或液氮冷冻；
3)将温控胞衣外壳材料按相应比例称量放入烧杯，烧杯放入温度为80℃的恒温水浴锅中加热熔融；
4)将2)中冻好的冰球两两连接)裹上熔融的外壳材料，待其固化。
实验小球由坡顶上方30cm处抛洒，一次10组小球，5次抛洒后试验结果如下表：
单球
两球一线
高凸位置
10％
24％
半坡位置
38％
46％
坡脚位置
52％
30％
由上述实验结果可知，“两球一线”连接式胞衣小球，降低了阻化小球在抛洒过程中地势的影响，提高了阻化剂在地势高凸及半坡位置的覆盖率，具有一定的可行性。
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