钢结构防火涂料性能中发泡剂的作用.docx

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近年来，现代化厂房、机场候机楼、影剧院、体育馆、大型超市等大跨度建筑物广泛承受钢构造。钢材作为主要构造材料，具有跨度大、自重轻、可预制加工等诸多优点。由于钢材自身不燃，因此钢构造的防火隔宠保护问题曾一度被人们所无视;据国内外相关资料报道和专业机构的试验结果显示，钢构造建筑的耐火性能远比砖石构造和钢筋混凝土构造差。钢材的力学性能是温度的函数，机械强度随温度的上升而降低;钢材失去承载力量时的温度，定义为钢材失效的临界温度;通常建筑用钢材的临界失效温度为 540℃。对于建筑火灾，温度大多在 800～1200℃之间。国际标准火灾升温曲线公式为：
T-TO=3451g(8t+1)
式中 T-火场温度(℃)，TO-火灾前室温(℃)，t-时间(min)
由上式可知，在火灾发生的 10 分钟内，火场温度可高达 700℃以上。
对于暴露的钢构件，只需几分钟，温度就可到达临界值，在纵向压力和横向拉力作用下，钢构造扭曲变形、跨塌毁坏。由此可见，不作防火保护的钢构造，患病火灾时的危急性是格外大的。
钢构造防火涂料是涂覆于钢构造建筑物或构筑物外表的一种涂料，具有肯定的装饰作用，遇火灾时能快速膨胀形成耐火绝宠保护层，以满足建筑设计防火标准的要求。
发泡剂是防火涂料在高温火焰作用下形成海绵状或蜂窝状阻燃隔热膨胀炭化层的重要组分。发泡剂含量以及复合发泡剂配比的不同，直接影响着防火涂料的阻燃隔热性能，含量过高、过低或配比不恰当都不利于形成优质的炭化 层。本篇文章主要争论了发泡剂含量以及复合发泡剂配比对防火涂料性能的影响。
一、发泡剂含量对防火涂料性能的影响
1、 防火涂料的制备及其理化性能
在其他组分确定的条件下，探讨发泡剂对膨胀型防火涂料性能的影响。取发泡剂样品，其配方变化量见表 1。从表 2 可以看出，该系列防火涂料的理化性能均能符合膨胀型防火涂料的国家标准《钢构造防火涂料通用技术条件》(GB14907-94)。
2、燃烧试验结果(1)钢板背部温度
经涂覆防火涂料的钢板背部温度随发泡剂含量的变化关系见图 1。当发泡剂含量为 13%～14%时(R 1、R 2、R 3)，随发泡剂含量的增加，涂覆钢板的背部温度渐渐降低(当发泡剂含量为 %时，钢板背部温度最低，低于 150℃); 当发泡剂含量超过 14%时，随发泡剂含量增加，涂覆钢板的背部温度渐渐升
高，防火阻燃隔热性能下降。
图 2 显示了涂层膨胀倍数随发泡剂含量的变化关系。可知，在发泡剂含量为 13%～14%时(R1、R2、R3)，随发泡剂含量的增加，防火涂料的膨胀倍数渐渐增加; R3 的膨胀倍数最高，到达 倍;当发泡剂含量超过 14%时，随发泡剂含量增加，膨胀倍数却渐渐降低。结合燃烧试验结果可以看出，发泡剂在防火涂料中的含量仅在很小的范围内变化，当其含量与催化剂、成炭剂含量相匹配时，能得到膨胀倍数较高，构造优良的膨胀炭层。
二、 复合发泡剂配比对防火涂料性能的影响
含氯发泡剂(发泡剂 2)在高温下分解产生氯化氢(HCl)，其密度比空气大， 沉积在燃烧物外层，稀释或隔绝了颖空气,使被燃物无氧窒息，HCl 快速捕获燃烧产生的自由基，减缓了高聚物的燃烧速度，削减可燃性气体的生成，从而使火焰减小以至熄灭，发泡剂 2 的分解温度较低，有利于涂层遇火时的软化熔融，为涂层的成炭供给有利的条件，随后脱水成炭催化剂催化成炭剂成炭;分解
温度较高的不含氯发泡剂(发泡剂 1)分解释放出 NH3、CO2、H2O 等气体使涂层膨胀，由于发泡剂 1 产生的气体量大且危害性小，作为主发泡剂;发泡剂 2 在防火涂料中兼具增塑剂功能，可提升涂料的理化性能，但其用量过多会导致涂膜不易实干，因此应当适量。为得到理化性能与防火性能均优异的膨胀型钢构造防火涂料，本节争论了两种发泡剂配比对防火涂料性能的影响。
1、防火涂料的制备及其理化性能
在固定其它原料含量的根底上，通过转变复合发泡剂的配比(见表 3)，争论防火涂料的防火阻燃性能。
经测试，该系列防火涂料的理化性能均到达国家标准。
2、燃烧试验结果(1)钢板背部温度
含不同复合发泡剂防火涂料涂覆的钢板，在燃烧试验中钢板背部所达最高温度见图 3 。
由图可以看出，在发泡剂 1 与发泡剂 2 配比小于 3:1 时，钢板背部温度相差不大，当其配比为 :1 时(X2)，钢板背部温度最低(
由图可看出，涂层的膨胀倍数按 X2、X3、X1、X4 挨次递减，该结果与钢板反面温度的变化状况相符合。
综合以上试验结果可以看出，复合发泡剂配比影响防火涂料的膨胀性能及炭层质量，从而影响到防火涂料的防火阻燃隔热性能。遇火时，发泡剂 2 分解放出气体，使已软化、熔融的涂层膨胀发泡，体积增大;与此同时脱水成炭催化剂分解释放出游离酸，催化成炭剂脱水炭化;随后发泡剂 1 分解放出气体，促使膨胀炭层的最终形成。该过程中各原料组分的分解温度要协调、用量需相互匹配。防火涂料在高温下形成熔体的粘弹性打算了膨胀泡孔的构造;膨胀的初始阶段，体系粘度大，有利于形成小气泡，膨胀后期，气体的集中速度对膨胀程度起打算作用。因此，要获得优良的发泡体(炭化层)，必需使熔体中同时存在大量的气泡核和过饱和气体。发泡剂 2 含量适当时，在遇火初始阶段软化熔融涂层体系的粘度较大，利于孔径均一、致密炭层的形成;膨胀后期发泡剂 1 分解产生的气体量对膨胀高度起到关键作用，所以发泡剂 1 含量也需适量，过多则会吹毁已形成的膨胀炭层，过少则膨胀不完全。经过试验，认为发泡剂 1:发泡剂 2=:1 时(X2)，能够获得膨胀性能优异，呈蜂窝状构造的膨胀炭层，获得优良的防火阻燃隔热性能。