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膨脹型防火涂料是防火涂料中的主要類型，具有低煙、少毒、無鹵化的特點(diǎn)，受熱時發(fā)生膨脹，生成導(dǎo)熱系數(shù)較小的炭質(zhì)層．延緩熱量向基材的蔓延，呈高效的阻燃效果，為滅火贏得寶貴的時間，是實(shí)現(xiàn)阻燃劑無鹵化的很有希望的途徑之一，近年來已經(jīng)被廣泛用于建筑結(jié)構(gòu)的防火處理。
石墨是一種無機(jī)物質(zhì)，屬六方晶系，晶體呈六方板狀和片狀，集合體為鱗片狀，化學(xué)性質(zhì)不活潑，具有耐腐蝕性。石墨具有層狀結(jié)構(gòu)，堿金屬、鹵素金屬鹵化物、強(qiáng)氧化性含氧酸等都可嵌入層間，形成層間化合物，在受到高溫時，由于吸留在層形點(diǎn)陣中的化合物的分解，石墨層間的化合物急劇分解、氣化、膨脹，最終體積可以達(dá)到初始時的3～4倍，從而制得密度極低的蠕蟲狀石墨，它是一種結(jié)構(gòu)疏松、柔軟、富有韌性的物質(zhì)，被稱膨脹石墨(ExpandedGraphite，EG)。可膨脹石墨是以天然鱗片石墨為原料，經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)處理而得到的一種石墨產(chǎn)品，早在19世紀(jì)60年代初，Brodie將天然石墨與硫酸和硝酸等化學(xué)試劑作用后加熱，發(fā)現(xiàn)了一種內(nèi)部具有大量獨(dú)特的網(wǎng)絡(luò)狀微孔結(jié)構(gòu)的新型原子、分子尺度上的碳素材料。近20年來，眾多國家相繼展開了膨脹石墨的研究和開發(fā)，取得了重大的科研突破。研究表明，將可膨脹石墨(EG)加入到防火涂料中，可膨脹石墨在高溫下受熱迅速膨脹，形成蠕蟲狀穩(wěn)定的炭層且無毒，作為典型的物理膨脹阻燃劑已成為阻燃領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，對其膨脹阻燃體系進(jìn)行改性，可有效改善膨脹炭層的微觀結(jié)構(gòu)，降低炭層的導(dǎo)熱系數(shù)，使涂料的熱穩(wěn)定性得到大幅度提高。
1·試驗(yàn)
1．1原料
1．2實(shí)驗(yàn)過程
按配方稱取防火助劑和無機(jī)填料，置燒杯中，加入蒸餾水，用高速電力攪拌機(jī)分散20min;加入環(huán)氧乳液、固化劑，用高速攪拌機(jī)攪拌15min，用電子天平稱量涂料份，每份5g，依據(jù)既定實(shí)驗(yàn)方案分別加入可膨脹石墨，用高速電力攪拌機(jī)攪拌5min，靜止后供涂刷使用。模擬鋼結(jié)構(gòu)防火涂料GBl4907—2002所規(guī)定的防火性能測試方法，鋼板除銹，將配置好的涂料涂刷，常溫自然晾干，干燥后重復(fù)涂刷至涂層厚度達(dá)到0．2mm。按實(shí)驗(yàn)要求放在恒溫干燥箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)規(guī)定天數(shù)。養(yǎng)護(hù)完畢后，取出試樣進(jìn)行測試。將試樣放置在酒精噴燈上，進(jìn)行灼燒實(shí)驗(yàn)，記錄時間。
2·實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
2．1EG添加量的影響
可膨脹石墨在加熱達(dá)到其起始膨脹溫度后發(fā)生膨脹變化并吸收大量熱，可顯著降低體系溫度，因此其添加量的多少對防火涂料的防火性能有影響。圖1為1#、2#兩種可膨脹石墨添加量與阻燃時間的關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果，其中養(yǎng)護(hù)時間均為9d。
由圖1可知，可膨脹石墨添加量少于6%時，兩種可膨脹石墨對提高防火涂料的阻燃效果明顯，基本呈線性增加。但當(dāng)可膨脹石墨添加量多于6%時，阻燃時間增加緩慢，甚至不增加，因此該類防火涂料中可膨脹石墨的最適宜添加量為6%。
2．2EG粒度對阻燃性能的影響
可膨脹石墨粒度是表征其基本性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，其粒度大小與其協(xié)同阻燃性能密切相關(guān)，故本試驗(yàn)將研究可膨脹石墨粒度對防火涂料阻燃性能的影響。試驗(yàn)條件如表2所示，試驗(yàn)結(jié)果繪制的曲線圖如圖2。
由圖2可知，可膨脹石墨的粒度越小，防火涂層耐火時間長，阻燃性能越好。這可能因?yàn)榱捷^小的可膨脹石墨在涂料體系中分散更加均勻，相同添加量的情況下膨脹作用更有效;二是因?yàn)榭膳蛎浭某叽鐪p小時，被封閉在石墨片層之間的氧化劑在受到熱沖擊時更容易從片層之間脫離，增加了膨脹倍率。因此，粒徑小的可膨脹石墨防火性能更佳。
2．3養(yǎng)護(hù)時間對阻燃性能的影響
試樣養(yǎng)護(hù)時間對防火涂料阻燃防火性能有影響。圖3為當(dāng)在可膨脹石墨的添加量為6%，100目，涂層厚度為0．2mm的試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)結(jié)果。
由圖3可知，試樣1養(yǎng)護(hù)時間少于5d時，隨養(yǎng)護(hù)時間的延長阻燃時間逐漸延長，且增加速度較快。隨養(yǎng)護(hù)時間的延長，涂料干燥時間亦延長，涂料中易揮發(fā)成分剩余量減少，即涂料中易燃成分減少，阻燃耐火時間延長。當(dāng)養(yǎng)護(hù)時間多于5d時，涂料中易揮發(fā)易燃成分已揮發(fā)殆盡，剩余養(yǎng)護(hù)時間對試驗(yàn)結(jié)果無明顯影響，隨養(yǎng)護(hù)時間的延長，涂料的阻燃耐火時間改變較小。研究表明養(yǎng)護(hù)時間取決于涂料本身性質(zhì)，與可膨脹石墨自身性質(zhì)無關(guān)，實(shí)際應(yīng)用中使用防火涂料時一定的養(yǎng)護(hù)時間是必要的，若鋼件涂刷防火涂料后養(yǎng)護(hù)時間不夠充足會影響其固有的防火阻燃性能，使防火性能下降，造成嚴(yán)重后果。
3·結(jié)語
可膨脹石墨作為一種物理性膨脹填料，在加熱達(dá)到其起始膨脹溫度后發(fā)生膨脹變化并吸收大量熱，可顯著降低體系溫度，明顯改善防火涂料的防火性能。添加可膨脹石墨后的防火涂料經(jīng)火焰灼燒出現(xiàn)膨脹炭化層，并且膨脹過程中生成的氣味和煙霧較普通防火涂料少;在本文的研究范圍內(nèi)，可知可膨脹石墨的最適宜添加量為6%;添加粒度小的可膨脹石墨能更有效地提高涂料的防火性能;實(shí)際應(yīng)用可膨脹石墨防火涂料時，涂料涂刷后需要有必要的養(yǎng)護(hù)時間。
