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      可膨脹石墨在膨脹型鋼結構防火涂料中的應用研究

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      可膨脹石墨在膨脹型鋼結構防火涂料中的應用研究
      王國建1, 2, 紀振鵬2   ( 1. 先進土木工程材料教育部重點實驗室,上海200092; 2. 同濟大學材料科學與工程學院, 上海200092)

      0  引  言
      可膨脹石墨在受到150 ℃ 以上高溫時, 其層間的H2 SO4與石墨發生氧化還原反應釋放出氣體, 而使石墨膨脹, 體積可增大100倍左右。膨脹后的石墨由" 鱗片" 狀變成密度很低的" 蠕蟲"狀, 能夠形成非常良好的絕熱層, 有效隔熱。炭為膨脹后的主要成分, 能夠耐700℃ 的高溫, 而且反應產生的煙氣少, 在阻燃材料和環保材料中具有廣闊應用前景 。膨脹型鋼結構防火涂料遇火即膨脹炭化, 形成一個比原涂層厚十幾倍乃至幾十倍的多孔發泡層, 導熱系數低, 可隔絕火焰對鋼材的直接作用, 顯著降低熱通量, 使鋼結構溫度在2 h內不超過臨界溫度540℃ , 從而有足夠的時間滅火, 防止鋼結構建筑坍塌 。但是, 發泡產生的氣孔大小不均勻或膨脹高度過高會使發泡層蓬松, 在火焰氣浪的沖刷下往往受力不均或強度不夠而出現開裂、脫落的現象, 從而失去防火效果。因而, 發泡層結構的不穩定將直接導致鋼結構耐火極限的下降。本研究將可膨脹石墨應用到鋼結構防火涂料中, 利用其膨脹后成"蠕蟲“狀穿插于發泡層中, 起到增強纖維的作用, 使發泡層氣孔更細小均勻, 結構更致密, 從而防止其開裂和脫落, 提高其耐火極限。
       
      1  實驗部分
      1. 1  原  料
      硅丙乳液( SD- 528): 工業級, 南通生達化工有限公司生產; 聚磷酸銨( DP= 1 000): 工業級, 山東壽光衛東化工有限公司; 三聚氰胺: 化學純, 上;瘜W試劑公司; 季戊四醇: 化學純,上;瘜W試劑公司; 可膨脹石墨: 工業純, 保定市艾可森碳素制品有限公司?膳蛎浭唧w技術參數參見表1。
      可膨脹石墨技術參數
      1. 2  防火涂料的制備
      1. 2. 1  防火涂料的配制
      按表2給出的配方在容器里加入相應比例的防火助劑( 聚磷酸銨、季戊四醇、三聚氰胺)、可膨脹石墨與適量水, 用高速攪拌機( 轉速800 r/m in左右) 在常溫下攪拌20 m in, 使其分散混合均勻。將漿液在三輥機上研磨兩次, 使填料和防火助劑顆粒達到一定的細度。將乳液加入制得的漿液中, 然后加入適量成膜助劑, 用玻璃棒稍微攪拌均勻后, 用高速攪拌機( 轉速400 r/m in左右) 常溫下攪拌5 m in, 得到防火涂料。
      防火涂料的基本配方
      1.2.2  樣板的制備
      參照鋼結構防火涂料GB14907- 2002《鋼結構防火涂料》的規定, 將制得的涂料涂刷于鋼板( 150 mm x 70 mm x 1 mm ),并水平放置自然晾干, 經過24 h待表面干燥后先用砂紙輕微打磨涂層表面, 然后再次涂刷一遍。重復涂刷10 ~ 12 次, 直至涂層厚度達到2 mm。涂刷好的樣板放置養護7天后, 即可進行性能測試。
      1. 3  性能測試
      1. 3. 1  涂料耐火極限的測定
      防火涂料的耐火極限采用如圖1所示的試驗裝置測定。鋼板涂層面距火焰氧化層高度為10 cm。鋼板背面用熱電偶測溫, 并通過數據記錄器(臺灣群特有限公司Center 305型)記錄并繪制曲線。
      簡易耐火實驗裝置
      1. 3. 2  涂料的熱性能測試
      將制備好的樣板表面涂層刮下并研磨成細度約為100 um的粉末。取三種試樣各10 mg, 采用TG /DSC 綜合熱分析系統(德國NETZSCH STA449C )在空氣氣氛下測定3組試樣的熱失質量( TG) 與差熱掃描量熱圖( DSC) 曲線。升溫范圍: 20 ~1 000℃ , 升溫速度: 10℃ /m in。
       
      2  結果與討論
      2. 1  可膨脹石墨用量對涂料防火性能的影響
      為了考察可膨脹石墨對于涂料防火性能的影響, 按照表2配方分別配制可膨脹石墨( 牌號0807)含量不同的7種涂料,編號為F0、F1、F2、F3、F4、F5、F6, 涂層厚度為2 mm, 養護7天后進行耐火性能測試, 結果如表3所示。
      表3 可膨脹石墨用量對涂料防火性能的影響
      表3 可膨脹石墨用量對涂料防火性能的影響
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