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可膨胀石墨在膨胀型防火涂料中的应用
2013/12/4      Read:697
摘要: 膨胀型防火涂料是防火涂料中的主要类型,具有低烟、少毒、无卤化的特点,受热时发生膨胀,生成导热系数较小的炭质层.延缓热量向基材的蔓延,呈高效的阻燃效果,为灭火赢得宝贵的时间,是实现阻燃剂无卤化的很有希望的途径之一,近年来已经被广泛用于建筑结构的防火处理。
  
  关键词:防火涂料;膨胀型;石墨;阻燃
  
  石墨是一种无机物质,属六方晶系,晶体呈六方板状和片状,集合体为鳞片状,化学性质不活泼,具有耐腐蚀性。石墨具有层状结构,碱金属、卤素金属卤化物、强氧化性含氧酸等都可嵌入层间,形成层间化合物,在受到高温时,由于吸留在层形点阵中的化合物的分解,石墨层间的化合物急剧分解、气化、膨胀,最终体积可以达到初始时的3~4倍,从而制得密度极低的蠕虫状石墨,它是一种结构疏松、柔软、富有韧性的物质,被称膨胀石墨(ExpandedGraphite,EG)。可膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料,经化学或电化学处理而得到的一种石墨产品,早在19世纪60年代初,Brodie将天然石墨与硫酸和硝酸等化学试剂作用后加热,发现了一种内部具有大量独特的网络状微孔结构的新型原子、分子尺度上的碳素材料。近20年来,众多国家相继展开了膨胀石墨的研究和开发,取得了重大的科研突破。研究表明,将可膨胀石墨(EG)加入到防火涂料中,可膨胀石墨在高温下受热迅速膨胀,形成蠕虫状稳定的炭层且无毒,作为典型的物理膨胀阻燃剂已成为阻燃领域研究的热点,对其膨胀阻燃体系进行改性,可有效改善膨胀炭层的微观结构,降低炭层的导热系数,使涂料的热稳定性得到大幅度提高[1-4]。
  
  可膨胀石墨在加热达到其起始膨胀温度后发生膨胀变化并吸收大量热,可显著降低体系温度,因此其添加量的多少对防火涂料的防火性能有影响。图1为1#、2#两种可膨胀石墨添加量与阻燃时间的关系的试验结果,其中养护时间均为9d。
  
  可知,可膨胀石墨添加量少于6%时,两种可膨胀石墨对提高防火涂料的阻燃效果明显,基本呈线性增加。但当可膨胀石墨添加量多于6%时,阻燃时间增加缓慢,甚至不增加,因此该类防火涂料中可膨胀石墨的最适宜添加量为6%。
  
  2EG粒度对阻燃性能的影响
  
  可膨胀石墨粒度是表征其基本性能的一项重要指标,其粒度大小与其协同阻燃性能密切相关,故本试验将研究可膨胀石墨粒度对防火涂料阻燃性能的影响。试验条件如表2所示,试验结果绘制的曲线图如图2。
  
  可膨胀石墨的粒度越小,防火涂层耐火时间长,阻燃性能越好。这可能因为粒径较小的可膨胀石墨在涂料体系中分散更加均匀,相同添加量的情况下膨胀作用更有效;二是因为可膨胀石墨的尺寸减小时,被封闭在石墨片层之间的氧化剂在受到热冲击时更容易从片层之间脱离,增加了膨胀倍率。因此,粒径小的可膨胀石墨防火性能更佳。
  
  养护时间对阻燃性能的影响
  
  试样养护时间对防火涂料阻燃防火性能有影响。图3为当在可膨胀石墨的添加量为6%,100目,涂层厚度为0.2mm的试验条件下的试验结果。
  
  由图3可知,试样1养护时间少于5d时,随养护时间的延长阻燃时间逐渐延长,且增加速度较快。随养护时间的延长,涂料干燥时间亦延长,涂料中易挥发成分剩余量减少,即涂料中易燃成分减少,阻燃耐火时间延长。当养护时间多于5d时,涂料中易挥发易燃成分已挥发殆尽,剩余养护时间对试验结果无明显影响,随养护时间的延长,涂料的阻燃耐火时间改变较小。研究表明养护时间取决于涂料本身性质,与可膨胀石墨自身性质无关,实际应用中使用防火涂料时一定的养护时间是必要的,若钢件涂刷防火涂料后养护时间不够充足会影响其固有的防火阻燃性能,使防火性能下降,造成严重后果。
  
  结语
  
  可膨胀石墨作为一种物理性膨胀填料,在加热达到其起始膨胀温度后发生膨胀变化并吸收大量热,可显著降低体系温度,明显改善防火涂料的防火性能。添加可膨胀石墨后的防火涂料经火焰灼烧出现膨胀炭化层,并且膨胀过程中生成的气味和烟雾较普通防火涂料少;客户的使用经验是可膨胀石墨的最适宜添加量为6%; 添加粒度小的可膨胀石墨能更有效地提高涂料的防火性能;实际应用可膨胀石墨防火涂料时,涂料涂刷后需要有必要的养护时间。
 
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