返回顶部
返回首页
返回首页
欢迎访问  中国牛涂网   | 今天是   
中国牛涂网全新改版进行中!
室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律,中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站
home 您现在的位置: 首页 >五金配件>产品资讯 > 详细信息
室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律
2019年12月11日    阅读量:7873    新闻来源:中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站  |  投稿

1 前言

经济和社会的迅速发展推动了建筑材料的不断升级和换代,钢材作为主要承重构件在建筑中已得到了大量应用。钢材虽在常温下具有优异的物理和力学性能,但其耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构要差。


当钢材达到临界温度(540 °C)后,便失去承载能力涂料在线coatingol.com。而通常在建筑火灾中,10 min 之内火场的温度即可达到700 °C 以上。在这样的火场下,只要几分钟裸露钢材的温度就会达到临界值,其承载能力急剧下降,导致建筑物坍塌。


因此,钢结构的防火十分必要。钢结构的防火方式有疏导法和截流法。目前,疏导法的应用仅有充水冷却保护法,而截流法的应用较多,主要有耐火材料包封法、屏蔽法、水喷淋法、防火涂料法。综合各方面因素,在钢构件上直接喷涂防火涂料是最理想、最可靠、最经济实用的方法。


钢结构防火涂料有厚涂型(8 ~ 50 mm)、薄涂型(3 ~ 7 mm)和超薄型(≤3 mm)之分。其中超薄型防火涂料是近年来研究的热点,其用量已占到全部防火涂料的90%,年使用量在15 000 t 以上[1]。该涂料一般由天然或合成高分子、发泡剂、助发泡剂、炭源、颜填料等组分构成,利用各组分间的协同关系形成完整、致密坚硬的膨胀泡沫层[2-5]。


目前,国内超薄型钢结构防火涂料的研究及生产单位主要有:四川消防研究所、北京航空材料研究所、福建福日特种材料有限公司等。与国外发达国家同类技术相比,我国的涂料性能还存在一定的差距[6-8],而且所研发的防火涂料均为室内型,室外防火涂料研究成果不多,不能满足日益增长的工业(如石化企业)和民用(如上海世博会)建设的需求。因此,研制耐候性优良、装饰性好的室外超薄钢结构防火涂料已成当务之急[9-10]。

 

2 实验

2. 1 原材料

丙烯酸树脂(BD801、AC80、AC5G),环氧有机硅树脂,甲醚化氨基树脂,丁醚化氨基树脂,多聚磷酸(AP422),季戊四醇,双季戊四醇三聚氰胺,可膨胀石墨,氯化石蜡,氯化橡胶。所用原材料均为工业级。2. 2 防火涂料基础配方丙烯酸树脂BD801,28%;氯化石蜡,7%;氨基树脂582-2,6.0%;多聚磷酸盐,24.7%;季戊四醇,16.5%;三聚氰胺,9.8%;石墨,4%;有机彭润土,4%。

2. 3 涂料配制

先将树脂加入溶剂中,利用分散头在2 500 r/min转速下剪切分散溶解,然后逐渐加入各种粉料(成炭剂、脱水成炭催化剂、发泡剂和颜填料等),继续搅拌分散10 min 左右。加入适量的玻璃珠或者陶瓷珠,利用研磨头在3 000 r/min 转速下进行研磨。研磨时间视具体情况而定,一般为1 ~ 4 h。用刮板细度计检测涂料细度,若达到要求则停止研磨,用滤网过滤,分离研磨珠和涂料,将涂料保存入罐。

2. 4 涂料性能测试

在涂覆了防锈底漆的Q235 钢板(150 mm × 70 mm ×6 mm)上涂刷试样涂料4 ~ 5 次,以达到规定的厚度,即(1.5 ± 0.2) mm。涂好的试板涂层面向上,干燥养护21 d 左右。同时进行干燥时间、初期开裂性、黏结强度、耐水性、耐碱性和耐冷热循环性等基本涂料性能的测试,检测方法按GB 14907–2002《钢结构防火涂料》进行。防火性能的国标测定方法中,选用的是工字型钢梁,测试费用高,所需场地大,一般实验室不具备这个条件。所以选用了小板燃烧法来评价涂层的防火性能。具体过程如下:在涂好防锈底漆的钢板(180 mm ×140 mm × 1 mm)上涂覆试样涂料3 ~ 5 遍,在上一层表干后涂覆下一层,使涂层厚度为1.5 ~ 2.0 mm。每个试样涂料涂刷2 块钢板。涂好的试板涂层面向上,进行适当的修边处理后,放置在实验台上干燥养护一个月,然后进行防火性能测试。小板燃烧装置如图1 所示。在火焰的上方有一根热电偶,用以记录正火温度,在钢板的背面有一热电偶丝,用以记录背火温度。将钢板放在设备的指定位置,打开自动温度火焰控制仪,打开燃气,点火,启动升温程序,每一分钟记录下背火温度(钢板背面的温度),直到背火温度达到500 °C时停止实验。

 

图1 小板燃烧装置实物照片

Figure 1 Photo of small panel combustion apparatus

3 结果与讨论

3. 1 树脂组成对涂料防火性能的影响

不同防火涂料配方中的树脂组成见表1。

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

表1 不同防火涂料配方中的树脂组成

不同防火涂料配方中的树脂组成

为了比较有机硅树脂08 和氨基树脂582-2 对涂料防火性能的影响,对配方SF-11 和SF-17 涂料的防火性能进行了研究,测得其背火温度–时间关系如图2 所示(每个试样做了2 块样板,一条曲线代表一个样板的结果)。图2 表明,SF-17 的初始升温速率快于SF-11,但在第8 min 后,升温速率变得缓慢,甚至出现了大幅度的降温(SF17-1)。SF-17 的发泡高度只有2.5 cm 和1.8 cm,远低于SF-11 的9.0 cm 和8.5 cm。虽然发泡高度上相差很大,但两者防火时间并没有明显差异。这主要是SF-17 所形成的发泡炭层致密,弥补了高度上的欠缺。因此,有机硅树脂08 和氨基树脂582-2 在防火涂料中各有优点。

涂料SF-11 和SF-17 的背火温度–时间曲线图

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

按配方SF-9、SF-10 和SF-43,比较了具有良好防腐功能的环氧有机硅树脂与2 种氨基树脂的防火性能,结果见表2。从表2 可见,SF-9 的防火时间明显长于SF-10 和SF-43。

SF-9、SF-10 和SF-43 防火性能比较

3 种配方所得涂料的剩余膨胀炭层外观见图3。

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

SF-9、SF-10 和SF-43 剩余膨胀炭层的外观



对燃烧后的剩余膨胀层进行检查后发现,SF-9 层间结合比较紧密,三维炭骨架也比较致密,表明甲醚化氨基树脂可以有效提高防火涂料炭化层的强度和致密度,但该涂料涂覆过程中流平性比较差,外观装饰效果不及SF-10 和SF-43,而且在检测结束时,2 个样板的膨胀层都发生了严重剥落,而SF-10 和SF-43 的膨胀层剥落不明显,尤其是含环氧有机硅树脂的SF-43,膨胀层高度控制在比较好的范围内。


因此,最终通过使用适量甲醚化氨基树脂,调整各种树脂配比来实现涂层的防火性能。另外,笔者比较了不同生产厂家的树脂原料,发现法国伊立欧丙烯酸树脂的性能优于上海新大丙烯酸树脂;因此,在后续的研究中,都采用了法国伊立欧树脂。


3. 2 P–C–N 阻燃体系的影响

分别以多聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺为脱水成炭催化剂、成炭剂和发泡剂,组成P–C–N 阻燃体系,并根据现有技术资料[11-14],按原料比3.34∶1∶1 和7.5∶5∶3 优化设计了2 个配方,考察了相应涂层的防火性能。


结果发现,前者配比的涂层防火性能较好。分别选取了德国克莱恩(涂料SF-1)、杭州阻燃剂厂(涂料SF-2)、青岛海大(涂料SF-4)等3 家厂家的聚磷酸铵原料来配制防火涂料,涂层的小板燃烧法测试结果见表3。由表3 可见,无论是防火时间还是发泡高度,SF-1 都要明显好于SF-2 和SF-4。所以不同厂家生产的聚磷酸铵对涂料的影响较大。

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

SF-1、SF-2 和SF-4 的厚度、防火时间和发泡高度

本实验室也比较了发泡剂三聚氰胺和双氰胺的防火性能效果。实验表明,无论是防火时间还是发泡高度,三聚氰胺的性能要好于双氰胺。


3. 3 颜填料种类的影响

可膨胀石墨经高温加热,由磷片状变成蠕虫状,体积可膨胀100 ~ 400 倍,同时,由于石墨本质就是炭,它的加入可以有效提高膨胀层中的炭含量,使炭骨架的构建效果更好。


可膨胀石墨是一种新型的超薄膨胀防火涂料填料[15-17]。为此,设计了2 个可膨胀石墨用量,即2%(SF-12)和4%(SF-18),同时从配方中除去了钛白粉。防火性能测试结果见表4。从实验结果可见,SF-12 的效果要略好于SF-18。


另外,两者在燃烧中都没有发生大面积膨胀层脱落,表明可膨胀石墨的加入提高了膨胀层强度。石墨加入的缺点是使涂料过滤相对困难,涂刷后涂料流平性变差。

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

不同石墨用量对防火性能的影响

另外,在涂料中引入了有机膨润土(用量4.0%),考察了其对防火性能的影响,检测结果显示,加入有机膨润土后,防火时间从83 min 提高到了103 min,而且膨胀层无吹落现象,说明有机膨润土也能提高膨胀层的强度。


3. 4 复合防火层的性能

前述通过配方优化获得的防火涂料虽然具有较好的防火时间,高温基材附着力也非常好,但是当正火温度升至1 000 °C 以上时,炭层表面会变成白色疏松,鼓风时易被吹开,使钢材露出,以致内部温度急剧上升。为了解决以上问题,自主开发了无机防火面漆,涂覆在防火涂料表面,构成复合防火涂层。其与单层防火涂层(即未涂覆无机防火面漆)的防火性能比较见表5。


虽然两者防火时间相差不大,但是在小板燃烧试验过程中,复合防火涂层表面形成了一层致密的保护层,炭层在整个测试过程中始终没有被吹开;相比之下,没有涂面漆的涂层在试验结束时部分被吹开,所以复合涂层应该具有较好的防火抗风性能,可大大拓宽超薄钢结构防火涂料的适用范围。


将上述研制的防火涂料送国家防火建筑材料质量监督检验中心检验。结果表明,该防火涂料在涂层厚度1.5 mm(含防锈漆厚度0.08 mm)时耐火性能试验时间为96 min,符合规定的耐火时间要求,其余各项技术指标均为合格。

室外用超薄钢结构防火涂料的研制,以小板燃烧法为评价方法,考察了不同树脂体系、P–C–N 阻燃体系、防火颜填料等因素对涂层防火性能的影响规律 中国牛涂网-涂料,化工,机械,建材,行业资讯门户网站

防火面漆对涂层防火性能的影响

4 结论

通过一系列试验,确定了伊立欧树脂作为防火涂料的基料树脂,并以有机硅树脂、甲醚化氨基树脂按一定比例复配,再结合合适的P–C–N 阻燃体系、少量膨胀石墨以及有机膨润土填料,可获得防火时间长、膨胀层结构强度高的室外用钢结构防火涂料。


若在涂层表面再涂覆无机面漆,则防火膨胀涂层的抗风吹能力大大增强,有利于扩大防火涂料的使用范围。本文所研制的超薄钢结构防火涂料经国家防火建材质量监督检验中心检验,各项指标均符合产品要求,涂层厚度1.5 mm 时耐火性能试验时间达96 min。


彭勃,周树学,武利民*,游波,顾广新

(复旦大学材料科学系,教育部先进涂料工程研究中心,上海 200433)


标签:行业资讯原料动态建材百科产品资讯建材应用市场评论技术中心家装材料成品材料建筑基材水电五金涂料油漆建筑材料金属材料管材管件五金配件
免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国建材网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571
相关文章HOT
今日头条Show更多
    热点排行Hot
      微信关注WeChat
      扫描二维码,获取手机版最新资讯 中国牛涂网 您还可以直接微信扫描打开
      全站地图

      深圳网络警察报警平台 深圳网络警
      察报警平台

      公共信息安全网络监察 公共信息安
      全网络监察

      经营性网站备案信息 经营性网站
      备案信息

      中国互联网举报中心 中国互联网
      举报中心

      中国文明网传播文明 中国文明网
      传播文明

      深圳市市场监督管理局企业主体身份公示 工商网监
      电子标识