論發泡劑在鋼結構防火塗料性能中影響2G
近年來，現代化廠房、機場候機樓、影劇院、體育館、大型超市等大跨度建築物廣泛采用鋼結構。鋼材作為主要結構材料，具有跨度大、自重輕、可預製加工等諸多優點。由於鋼材自身不燃，因此鋼結構的防火隔熱保護問題曾一度被人們所忽視；據國內外相關資料報道和專業機構的試驗結果顯示，鋼結構建築的耐火v安全生產性能遠比磚石結構和鋼筋混凝土結構差。鋼材的力學性能是溫度的函數，機械強度隨溫度的升高而降低；鋼材失去承載能力時的溫度，定義為鋼材失效的臨界溫度；通常建築用鋼材的臨界失效溫度為540℃。對於建築火災，溫度大多在800～1200℃之間。國際標準火災升溫曲線公式為：
T-TO=3451g(8t+1)
式中T-火場溫度(℃)，TO-火災前室溫(℃)，t-時間(min)
由上式可知，在火災發生的10分鍾內，火場溫度可高達700℃以上。
對於裸露的鋼構件，隻需幾分鍾，溫度就可達到臨界值，在縱向壓力和橫向拉力作用下，鋼結構扭曲變形、跨塌毀壞。由此可見，不作防火保護的鋼結構，遭遇火災時的危險性是非常大的。
鋼結構防火塗料是塗覆於鋼結構建築物或構築物表麵的一種塗料，具有一定的裝飾作用，遇火災時能迅速膨脹形成耐火絕熱保護層，以滿足建築設計防火規範的要求。
發泡劑是防火塗料在高溫火焰作用下形成海綿狀或蜂窩狀阻燃隔熱膨脹炭化層的重要組分。發泡劑含量以及複合發泡劑配比的不同，直接影響著防火塗料的阻燃隔熱性能，含量過高、過低或配比不恰當都不利於形成優質的炭化層。本篇文章主要討論了發泡劑含量以及複合發泡劑配比對防火塗料性能的影響。
一、發泡劑含量對防火塗料性能的影響
1、 防火塗料的製備及其理化性能
在其他組分確定的條件下，探討發泡劑對膨脹型防火塗料性能的影響。取發泡劑樣品，其配方變化量見表1。從表2可以看出，該係列防火塗料的理化性能均能符合膨脹型防火塗料的國家標準《鋼結構防火塗料通用技術條件》(GB14907-94)。
2、燃燒實驗結果
(1)鋼板背部溫度
經塗覆防火塗料的鋼板背部溫度隨發泡劑含量的變化關係見圖1。當發泡劑含量為13%～14%時(R 1、R 2、R 3)，隨發泡劑含量的增加，塗覆鋼板的背部溫度逐漸降低(當發泡劑含量為13.56%時，鋼板背部溫度最低，低於150℃)；當發泡劑含量超過14%時，隨發泡劑含量增加，塗覆鋼板的背部溫度逐漸升高，防火阻燃隔熱安全生產性能下降。
圖2顯示了塗層膨脹倍數隨發泡劑含量的變化關係。可知，在發泡劑含量為13%～14%時(R1、R2、R3)，隨發泡劑含量的增加，防火塗料的膨脹倍數逐漸增加； R3的膨脹倍數最高，達到22.77倍；當發泡劑含量超過14%時，隨發泡劑含量增加，膨脹倍數卻逐漸降低。結合燃燒實驗結果可以看出，發泡劑在防火塗料中的含量僅在很小的範圍內變化，當其含量與催化劑、成炭劑含量相匹配時，能得到膨脹倍數較高，結構優良的膨脹炭層。
二、 複合發泡劑配比對防火塗料性能的影響
含氯發泡劑(發泡劑2)在高溫下分解產生氯化氫(HCl)，其密度比空氣大，沉積在燃燒物外層，稀釋或隔絕了新鮮空氣,使被燃物無氧窒息，HCl迅速捕捉燃燒產生的自由基，減緩了高聚物的燃燒速度，減少可燃性氣體的生成，從而使火焰減小以至熄滅，發泡劑2的分解溫度較低，有利於塗層遇火時的軟化熔融，為塗層的成安全生產炭提供有利的條件，隨後脫水成炭催化劑催化成炭劑成炭；分解溫度較高的不含氯發泡劑(發泡劑1)分解釋放出 NH3、CO2、H2O等氣體使塗層膨脹，由於發泡劑1產生的氣體量大且危害性小，作為主發泡劑；發泡劑2在防火塗料中兼具增塑劑功能，可提升塗料的理化性能，但其用量過多會導致塗膜不易實幹，因此應當適量。為得到理化性能與防火性能均優異的膨脹型鋼結構防火塗料，本節研究了兩種發泡劑配比對防火塗料性能的影響。
1、防火塗料的製備及其理化性能
在固定其它原料含量的基礎上，通過改變複合發泡劑的配比(見表3)，研究防火塗料的防火阻燃性能。
經測試，該係列防火塗料的理化性能均達到國家標準。
2、燃燒實驗結果
(1)鋼板背部溫度
含不同複合發泡劑防火塗料塗覆的鋼板，在燃燒試驗中鋼板背部所達最高溫度見圖3 。
由圖可以看出，在發泡劑1與發泡劑2配比小於3:1時，鋼板背部溫度相差不大，當其配比為2.12:1時(X2)，鋼板背部溫度最低(
由圖可看出，塗層的膨脹倍數按X2、X3、X1、X4順序遞減，該結果與鋼板背麵溫度的變化情況相符合。
綜合以上實驗結果可以看出，複合發泡劑配比影響防火塗料的膨脹性能及炭層質量，從而影響到防火塗料的防火阻燃隔熱性能。遇火時，發泡劑2分解放出氣體，使已軟化、熔融的塗層膨脹發泡，體積增大；與此同時脫水成炭催化劑分解釋放出遊離酸，催化成炭劑脫水炭化；隨後發泡劑1 分解放出氣體，促使膨脹炭層的最終形成。該過程中各原料組分的分解溫度要協調、用量需相互匹配。防火塗料在高溫下形成熔體的粘彈性決定了膨脹泡孔的結構；膨脹的初始階段，體係粘度大，有利於形成小氣泡，膨脹後期，氣體的擴散速度對膨脹程度起決定作用。因此，要獲得優良的發泡體(炭化層)，必須使熔體中同時存在大量的氣泡核和過飽和氣體。發泡劑2含量適當時，在遇火初始階段軟化熔融塗層體係的粘度較大，利於孔徑均一、致密炭層的形成；膨脹後期發泡劑1分解產生的氣體量對膨脹高度起到關鍵作用，所以發泡劑1含量也需適量，過多則會吹毀已形成的膨脹炭層，過少則膨脹不完全。經過實驗，認為發泡劑1:發泡劑2＝2.12:1時(X2)，能夠獲得膨脹性能優異，呈蜂窩狀結構的膨脹炭層，獲得優良的防火阻燃隔熱性能。
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