高分子材料与工程毕业设计-2.7万字防火材料.docx

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1、目录第1章弓I言31 .防火涂料的发展史32 .基本概况3第2章防火涂料的探究41 .防火涂料的防火机理42 .防火涂料的分类方法及特点42.1. 防火涂料的分类42.2. 防火涂料的特点53 .防火涂料的防火性能评价84 .防火涂料在实际应用中存在的问题及解决方法85 .防火涂料施工的技术要求9第3章钢结构防火涂料的研究现状与发展趋势U1 .钢结构防火涂料防火原理及组成112 .国内外钢结构防火涂料的研究现状H2.1. 钢结构建筑火灾的特点112.2. 钢结构建筑采用的保护措施122.3. 钢结构防火涂料使用中存在的问题123 .钢结构防火涂料的研究现状143.1. 国外钢结构防火涂料143

2、.2. 国内钢结构防火涂料154 .钢结构防火涂料膨胀性能的研究154.1. 测试样品及方法151 .超薄型钢结构防火涂料162 .薄型钢结构防火涂料163 .2膨胀性能的不同之处174 .3结论17第4章纳米材料在超薄膨胀型防火涂料中的应用181 .无机阻燃材料的纳米化181.1. 纳米无机阻燃剂合成方法1812纳米无机阻燃剂的应用211.3. 纳米无机阻燃剂的阻燃机理241.4. 纳米阻燃剂的特性262 .纳米阻燃剂测试方法272.1. 阻火性能测试272.2. 耐腐蚀性测试2723烟密度测试273 .结果与讨论273.1. 纳米氢氧化铝阻燃材料的加入对防火涂料防火性能的影响283.2.

3、氢氧化铝加入量对涂料防火隔热性能的影响283.3. 纳米氢氧化铝阻燃材料的加入对防火涂料防腐性能的影响.294 .结论29第五章防火涂料现状与前景29参考文献32第1章引言随着高分子材料在各种场合的广泛应用，火灾的潜在危险也在增加，许多建筑物构件在高温下失去荷载能力导致建筑物坍塌，给人们生命财产造成巨大损失。防火涂料涂覆于物体表面，在遇火时涂膜本身难燃或不燃，对基材有较好的保护作用，为灭火和人员撤离赢得了时间。因此对它的研究和应用已引起了世界各国的高度重视。1 防火涂料的发展史自1837年LoUiSP研制出第一个防火涂料配方以来，防火涂料不断发展，而且性能也得到了很大改善。随着阻燃技术的发展及

4、对防火材料性能要求的提高，出现了膨胀型防火涂料。1937年出现了以磷酸二钱为催化剂，二氧二胺为膨胀发泡剂，甲醛为碳化剂的膨胀型防火涂料。1853年，有了含磷酸蜜胺的膨胀型防火涂料。1965年，美国开始将聚磷酸钱（APP）引入防火涂料配方中。美国最早生产保护钢结构的膨胀防火涂料有FIameControlCoatingS公司的50钢结构的防火涂料，美国WRGreCe的MOnOkote钢结构防火喷浆。具有代表性的卤系、磷系防火涂料处于不断发展中，但卤系中一些浪类防火涂料因环保问题而备受争议。接着又出现了以炭源（三季戊四醇），膨胀剂（多磷酸筱）和发泡剂（三聚鼠铉）的典型膨胀防火材料。目前，膨胀型防火涂

5、料的防火性能及理化性能都有了很大的提高，防火助剂的品种、性能也日趋完善，还研制出自膨胀化合物，如硝基苯胺硫酸盐和磺胺等。低温等离子表面处理技术使得防火性能大大提高。我国的防火涂料研究起步较晚，但发展速度很快。20世纪70年代末，公安部消防研究所开始研究防火涂料，首先研究出膨胀型过氯乙烯防火涂料，后来又研究出膨胀型丙烯酸乳胶防火涂料。从20世纪80年代中期开始，公安部消防科学研究所率先研制成LG钢结构防火涂料，研制成LB钢结构膨胀型防火涂料。目前，全国有70多家防火涂料的科研生产单位，共开发了80多个品种的产品，累计涂料产量L5X10%上。2 .基本概况防火涂料是用于可燃性基材表面，能降低被涂材

6、料表面的可燃性、阻滞火灾的迅速蔓延，用以提高被涂材料耐火极限的一种特种涂料。防火涂料涂覆在基材表面，除具有阻燃作用以外，还具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热以及涂层坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等性能。第2章防火涂料的探究1.防火涂料的防火机理燃烧是一种快速的有火焰发生的剧烈的氧化反应，反应非常复杂，燃烧的产生和进行必须同时具备三个条件，即可燃物质、助燃剂（如空气、氧气或氧化剂）和火源（如高温或火焰）。为了阻止燃烧的进行，必须切断燃烧过程中的三要素中的任何一个，例如降低温度、隔绝空气或可燃物。防火涂料的防火机理大致可归纳为以下五点：防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与

7、空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。（2）防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。（3）防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度戒慢。含氮的防火涂料受热分解出N0、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降C2.防火涂料的分类方法及特点防火涂料的分类方法较多。按阻燃形式分有阻燃涂料、烧蚀涂料、玻璃状熔融。依其防火机理不同可分为非膨胀型与膨胀型

8、两类。按分散介质不同可分为溶剂型防火涂料和水性防火涂料两大类。按用途分为木结构防火涂料、电缆防火涂料、钢结构防火涂料以及预应力混凝土楼板防火涂料。依其涂层厚度可分为厚型、薄型以及超薄型3类。若以添加阻燃剂方式来划分，可分为添加型防火涂料和反应型防火涂料。按使用范围可分为室内防火涂料和室外防火涂料。防火涂料的分类1.卤系防火涂料卤系防火涂料目前产量大，使用量大，缺点是受热分解卤化氢具有强腐蚀性，但因其阻燃效果好，价格适中，未来产量仍会继续增加。2 .有机硅氧烷防火涂料有机硅氧烷防火涂料的优点是无卤素、低烟、低毒、燃烧生成炭-硅阻隔层。如日本MitsubishiGasChemical公司在使用羟苯

9、基烷基封端的聚二甲基硅氧烷制备阻燃剂中作了大量研究，申请了多项专利，是主要发展趋势之一。3 .聚氨酯涂料聚氨酯涂料具有优异的长效性、户外耐久性、化学稳定性，被大量用于军事装备的防护。4 .环氧酚醛树脂涂料环氧酚醛树脂涂料本身为可燃性材料，通过添加阻燃材料，可降低可燃性。5 .含氯树脂涂料美海军选用的水性偏二氯乙烯防火涂料及六氯四氢邻苯二甲酸酊基氯化醇酸树脂作为军舰内部防火涂料，具有很好的防火性能。6 .丙烯酸类涂料丙烯酸类涂料分为丙烯酸乳胶漆和溶剂型丙烯酸涂料两类。丙烯酸树脂具有较高的可燃性，加入含磷成分使其具有很高的氧指数。7 .2防火涂料的特点无机阻燃材料阻燃剂是防火涂料不可缺少的助剂。代

10、表性的有铝系、镁系、锦系、硼系、钥系涂料,无机涂料是突出的无烟防火涂料。1.含有碱金属硅酸盐或硼酸盐阻燃剂的涂料该类涂料在受热时形成玻璃状熔融物，从而在空气和底材间形成隔离膜，并能耐900C。高温，缺点是硅酸盐的脆性和水敏性。目前，无机涂料中都含有膨胀成分如：水合盐、矿物质、有机制剂等，其中硅酸盐膨胀型防火涂料是一种很有发展前途的防火涂料。具有受热时不产生毒性气体和烟雾、发泡层强度高、能有效抵抗火焰热流的冲击、成本低等特点。8 .含有铝系和镁系阻燃剂的涂料无机阻燃剂的氢氧化铝和氢氧化镁占整个阻燃市场的50%,而且呈明显增长之势。其优点是稳定性高，不易挥发，烟气毒性低，成本低。缺点是填充量大，与

11、聚合物结合力小，相容性差，对聚合物的加工以及力学性能影响大。为解决这些缺点，主要通过如下方法进行改性：通过控制粒径和粒径分布，使固体颗粒超细化，增加表面积；采用偶联剂(硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、长链脂肪酸及盐、疏水性润湿处理剂)对表面进行改性处理后可以增强粒子对基材的亲和力，确保耐冲击强度。另外，膨胀型石墨阻燃剂(EG)是近期发展起来的无卤无机膨胀型阻燃剂，它资源丰富，制造简单，与其他协效剂共同使用，阻燃效果良好。钢结构防火涂料建筑物的钢结构是防火涂料使用最多的地方，钢结构防火涂料在防火涂料中占有重要的地位。对于建筑火灾，火场温度大多在8001200C。，在火灾发生的IOmin内，火场温度即达

12、到700C。以上。对于裸露钢材，只要几分钟就可达到钢材临界温度。911事件后，钢结构的防火问题更加弓I起各国政府的重视。钢结构防火涂料有厚涂型和超薄型之分，其厚度分别为850mm,37mm和小于3mm,耐火时间为0.52.5h。目前主要代表性产品有英国NUIlfireTS605和P20,日本FR系列室内外钢结构防火涂料，美国50号MOnOkOte、Albi-clad钢结构防火涂料，加拿大A/Dfirefilm,德国HerbertS38320、38091系列,法国FON钢结构防火涂料。捷克以P-N-C体系为基础，加入氯乙烯聚合物开发出新型膨胀型防火涂料。芬兰研制出以磷酸盐、高炉渣等为主要成分的无

13、机膨胀型钢结构防火涂料。日本开发出钢结构丙烯酸聚氨酯防火涂料。俄罗斯最近开发出一种防火涂料，该涂料最长可使建筑结构在1OooC。高温下保持3060min,这种防火涂料在塑胶板上的厚度为2.02.5mm,可以在超过200C。的高温下，使建筑结构保持15mino这个时间比其他国家的同类产品最高温的耐受时间多30%o将耐火材料的厚度加大到58mm,则可使建筑物在1OOoC。高温下保持3060min。我国对钢结构防火涂料的研究起步较晚，但发展较快。1984年公安部消防研究所研制出我国第一种钢结构防火涂料一LG钢结构防火涂料，1994年推出的SCB超薄型防火涂料耐火极限达到2h以上。目前，该研究所和中国

14、建筑学研究院也在进行水基超薄型干旱结构防火涂料的研究，而北京航空材料研究院的防火涂料已实现2.94mm、109min的耐火极限。新型防火涂料随着对环境污染的日益重视，挥发性有机物(VOC)含量很高的溶剂型涂料的使用受到越来越严格的控制。环境友好型涂料主要有水性涂料、粉末涂料、光固化涂料等，其中水性防火涂料和无溶剂型防火涂料具有广阔的发展前景。此外，高固体分防火涂料(固含量超过60%)及液体无溶剂涂料都是具有发展前景的环保防火涂料。我国市场上目前溶剂型防火涂料约占55%,水性涂料约占41%,其他约占4%,与西方发达国家差距较大。2002年俄罗斯科学院生化物理研究所发明一种新工艺，用含淀粉的植物性

15、废料加工成一种无色的糊状物。该物质可用来制作混凝土和石膏的缓凝剂、胶木板粘合剂和防火涂料。当火灾发生时，这种涂料会转变成黑色的焦炭状覆盖层，长时间隔离火和楼板，从而起到防火的作用。当火被及时扑灭后，只需除去焦炭状覆盖层，便可对楼板进行重新粉刷。近年来，由于纳米技术的不断发展，使阻燃剂的填充性能得以提高，提高了无机阻燃剂与有机防火涂料的相容性，使防火涂料的理化性能得以提高。GraceC等研制了纳米级有机黏土和磷的阻燃剂。在这种阻燃剂中，黏土与磷存在协同效应，两者共同使用比单一使用某种材料防火性能有很大提高。刘国钦等人在研究纳米材料改性的钢结构防火涂料过程中，采用经硅氧烷偶联剂改性的纳米粒子钢结构

16、防火涂料，解决无机纳米粒子在有机涂料中的分散问题，提高了涂料的耐火极限。在常用的纳米Tio2、纳米Si2和纳米B23几种材料中，发现纳米Si2的效果最好，经改性后防火涂料耐火极限可提高6min,防火性能提高17.9%。北京首创纳米科技有限公司承担了国家863计划纳米专项研究，使用纳米材料对防火阻燃涂料的三个最重要的成分进行改性和优选，获得了优异的阻燃涂料。为了使涂料具有更好的装饰性能，近几年透明防火涂料的发展较快。OICeSeT等人研究了几种不同的透明粒子（化学组成不同的改性硅酸硼）在溶剂型膨胀防火涂料和水基膨胀防火涂料中对膨胀炭质层及涂料防火性能的影响，研究表明，某种粘结基料与适当的透明粒子

17、配合能显著提高防火性能，同时增加膨胀炭质层的强度、增强其耐燃气冲刷的能力。透明粒子的应用还可减少涂料燃烧时产生的烟雾量、降低毒气生成能力。我国在透明涂料方面以异丙醇改性的部分酸化三聚氟眠醛树脂为基料，自制的酸式磷酸氯乙基酯为脱水催化剂，制成膨胀型透明防火涂料。另外，国外还推出一种油基不燃涂料，发泡时没有毒气及烟尘产生，并具有较好的粘结性能，耐酸、碱及海水的腐蚀。3防火涂料的防火性能评价通常用模拟防火涂料的失效来评价其防火性能。防火性能的评价方法大体可分为3类：小型试验法、模拟试验法、中型试验法。其中小型试验法包括：氧指数测定法、水平燃烧及垂直燃烧性能试验、发烟性试验。常用的有大板燃烧法、隧道燃

18、烧法、小室燃烧法。我国防火涂料按GB/T2441规定进行理化性能测试，按GB/T15442.2的规定进行耐燃时间测试，按GB/T15442.3的规定进行传播比值测试，按GB/T15442.4的规定进行阻燃性能测试。4防火涂料在实际应用中存在的问题及解决方法1 .安全性问题涂料遇火时产生的有毒气体问题，其解决方法是在体系中加入吸收有毒气体的组分。2 .耐久性问题涂层与基材的粘结力即防火涂料是否容易随时间的延长而出现剥落、粉化等现象以及涂层的防火性能是否能够持久。3 .测试方法存在的问题在耐火试验中，构件所加载荷和升温曲线是试验的两个重要条件。相同构件，施加同样载荷，若采用不同的升温曲线所测得的耐

19、火极限是不同的。我国耐火试验的升温曲线是按ISO834时间温度标准曲线进行的。试验以木质纤维为燃烧介质（标准火），而实际石化企业是以油、气为燃烧介质的烧类火。因此，应补充、完善、细化现有耐火极限测试方法。4 .阻燃效率有待进一步提高防火涂料实际应用中要使树脂与阻燃剂组合恰当，才能得到阻燃效率高的阻燃体系，可从以下6个方面着手解决：提高气相自由基捕获效率，降低火焰温度；固相自由基的捕获效率，使固体的分解温度上升；使树脂分解温度与阻燃剂的分解温度近似；提高炭化膜形成效率、形成速度及稳定性；用阻燃剂表面偏析提高阻燃剂添加效率；利用在同一分子内存在两种阻燃元素的协同效应。5 防火涂料施工的技术要求一般

20、规定钢结构防火喷涂保护应由经过培训合格的专业施工队施工。施工中的安全技术和劳动保护等要求，应按国家现行有关规定执行。当钢结构安装就位，与其相连的吊杆、马道、管架及其他相关连的构件安装完毕，并经验收合格后，方可进行防火涂料施工。施工前，钢结构表面应除锈，并根据使用要求确定防锈处理。除锈和防锈处理应符合现行钢结构工程施工与验收规范中有关规定。钢结构表面的杂物应清除干净，其连接处的缝隙应用防火涂料或其他防火材料填补堵平后方可施工。施工防火涂料应在室内装修之前和不被后继工程所损坏的条件下进行。施工时，对不需作防火保护的部位和其他物件应进行遮蔽保护，刚施工的涂层，应防止脏液污染和机械撞击。施工过程中和涂

21、层干燥固化前，环境温度宜保持在538C。，相对湿度不宜大于90%,空气应流通。当风速大于5ms,或雨天和构件表面有结露时，不宜作业。质量要求用于保护钢结构的防火涂料必须有国家检测机构的耐火极限检测报告和理化性能检测报告，必须有防火监督部门核发的生产许可证和生产厂方的产品合格证。钢结构防火涂料出厂时，产品质量应符合有关标准的规定。并应附有涂料品种名称、技术性能、制造批号、贮存期限和使用说明。防火涂料中的底层和面层涂料应相互配套，底层涂料不得锈蚀钢材。在同一工程中，每使用100t薄涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次粘结强度；每使用500t厚涂型钢结构防火涂料应抽样检测一次粘结强度和抗压强度。薄涂型钢

22、结构防火涂料施工薄涂型钢结构防火涂料的底涂层（或主涂层）宜采用重力式喷枪喷涂，其压力约0.4MPa。为局部修补和小面积施工，可用手工抹涂。面层装饰涂料可刚涂、喷涂或滚涂。双组份装的涂料，应按说明书规定在现场调配；单组份装的涂料也应充分搅拌。喷涂后，不应发生流淌和下坠。底涂层施工应满足下列要求：一、当钢基材表面除锈和防锈处理符合要求，尘土等杂物清除干净后方可施工。二、底层一般喷23遍，每遍喷涂厚度不应超过2.5mm,必须在前一遍干燥后，再喷涂后一遍。三、喷涂时应确保涂层完全闭合，轮廓清晰。四、操作者要携带测厚针检测涂层厚度，并确保喷涂达到设计规定的厚度。五、当设计要求涂层表面要平整光滑时，应对最

23、后一遍涂层作抹平处理，确保外表面均匀平整。面涂层施工应满足下列要求：一、当底层厚度符合设计规定，并基本干燥后，方可施工面层。二、面层一般涂饰12次，并应全部覆盖底层。涂料用量为05lkgH三、面层应颜色均匀，接槎平整。厚涂型钢结构防火涂料施工厚涂型钢结构防火涂料宜采用压送式喷涂机喷涂,空气压力为0.40.6Mpa,喷枪口直径宜为610mm。配料时应严格按配合比加料或加稀释剂，并使稠度适宜，边配边用。喷涂施工应分遍完成每遍喷涂厚度宜为5-IOmm1必须在前一遍基本干燥或固化后，再喷涂后一遍。喷涂保护方式，喷涂遍数与涂层厚度应根据施工设计要求确定。施工过程中，操作者应采用测厚针检测涂层厚度，直到符

24、合设计规定的厚度，方可停止喷涂。喷涂后的涂层，应剔除乳突，确保均匀平整。当防火涂层出现下列情况之一时，应重喷：一、涂层干燥固化不好，粘结不牢或粉化、空鼓、脱落时。二、钢结构的接头，转角处的涂层有明显凹陷时。三、涂层表面有浮浆或裂缝宽度大于LOmm时。四、涂层厚度小于设计规定厚度的85%时，或涂层厚度虽大于设计规定厚度的85%,但未达到规定厚度的涂层之连续面积的长度超过Im时。第3章钢结构防火涂料的研究现状与发展趋势钢结构是主要建筑结构之一，因其强度高、自重轻、制造简便、施工速度快、塑韧性好等特点,在我国工业、民用建筑中广泛采用。但是,钢结构材料虽然属于不燃烧材料,但它极易导热,高温下会迅速受热

25、失去强度而变形。当受热温度达到250C。以上时强度下降很快,当受热达到600C。时,强度仅剩下1/3,而一般火场温度可高达700C。以上。作为建筑材料,钢材的耐火极限仅为15min,因而在火灾高温作用下,钢结构很快会因达到其耐火极限而丧失承载能力而失效,导致建筑物一部分或全部垮塌毁坏。因此,必须采取措施,对钢结构进行防火保护,在实际工程中应用最广泛且最经济有效的方法是涂装钢结构防火涂料。钢结构防火保护的目的在于将钢结构的耐火极限由025h升高到防火设计规范规定的耐火极限，防止钢结构在火灾中迅速升温产生变形以至倒塌,从而为灭火和人员安全疏散赢得宝贵时间,避免或减少火灾损失。1钢结构防火涂料防火原

26、理及组成钢结构防火保护的原理是采用绝热或吸热的材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量向钢材传递的速度，推迟钢结构温升和强度减弱的时间。根据钢结构防火涂料(GB149072002),钢结构防火涂料定义为施涂于建筑物及构筑的钢结构表面，能形成耐火隔热保护层以提高钢结构耐火极限的涂料。目前，国内外钢结构防火涂料主要有基体树脂、催化剂、成碳剂、发泡剂等组成。1.基体树脂基体树脂与其它组分配伍，既保证了涂料在正常条件下具有各种使用功能，又能在火焰灼烧或高温条件下具有难燃性和优良的膨胀发泡性能。通常情况下，丙烯酸树脂防火涂料的炭化层质量较高，故通常采用丙烯酸树脂作为主成膜物，并对其进行改性，以提高涂料的整体

27、效果。2催化剂催化剂是一种能在一定条件下分解出磷酸的物质，分解出的酸使多元醇脱水，从而使之形成不易燃的三维空间结构的炭化层。通常，磷酸三聚富胺的水溶性较聚磷酸胺小,且兼具催化和发泡双重功效，目前主要选用磷酸三聚氨胺为催化剂。3 .成碳剂成碳剂是涂层在高温下形成不易燃三维空间结构的泡沫碳化层的物质基础，对泡沫炭化层起骨架作用。成碳剂在分解温度上要和催化剂相匹配，当采用聚磷酸胺作催化剂时就应用热稳定性高的含高碳多羟基化合物作成碳剂，如季戊四醇、二戊季醇超薄型防火涂料用于广东大亚湾核电站裸露厂房屋架上已达十几年之久，仍可正常使用。但其缺点是施工时气味大、涂层易老化，淀粉等。使用淀粉做成碳剂，涂层的耐

28、水性问题不易解决，而二季戊四醇由于其价格原因，在国内也很少使用，目前国内普遍采用季戊四醇作为防火涂料的成碳剂。4 .发泡剂膨胀型防火涂料只有在发泡剂的作用下，才能在高温火焰下产生膨胀层。发泡剂遇火分解并释放出氨、水、二氧化碳、卤化氢等不燃性气体，使涂层在到达软化点的情况下发泡膨胀，形成海绵状结构。2国内外钢结构防火涂料的研究现状1 .1钢结构建筑火灾的特点钢结构本身虽为不燃烧材料，但钢结构具有耐火性能差的致命弱点。在火灾高温作用下，其力学性能如屈服弹性、弹性模量、荷载能力等都会随温度的升高而降低。结构温度达到300400C。时，其强度就会下降50%,温度达到600C。时，钢结构基本丧失全部强度

29、刚度。而一般火场的温度或达到8001000C。在这样高的温度下，裸露的钢结构会很快出现塑性变形，产生局部破坏，造成钢结构建筑的整体在15min左右就会丧失城中能力而垮塌。2 .2钢结构建筑采用的保护措施因此钢结构建筑必须采用一些相应的防火措施，来提高钢结构的耐火极限，满足防火设计规范规定的要求，防止钢结构在火灾中因迅速升温达到临街温度而产生大变形以至倒塌，从而为人员安全逃生和灭火赢得宝贵时间、减少火灾损失。目前世界各国采取了很多防火保护方法，其中喷涂防火涂料的方法是最常见的方法。.3钢结构防火涂料使用中存在的问题1.防火涂料本身还存在技术的缺憾根据国外发达国家的同类技术经验和我国广大用户不断提

30、出的更高要求，防火涂料的开发与应用中还存在一些差距和问题。如多数企业的生产规模都不大，工艺流程自动化水平不高，不少产品的配方工艺大同小异，缺乏专用于膨胀型防火涂料的树脂；防火涂料生产与施工的设备还不配套；同时耐久性和耐候性一直是钢结构防火涂料未能很好解决的技术难题，目前生产的防火涂料基本上都是用于保护室内钢结构，缺少保护室外钢结构的防火涂料。3 .对防火涂料涂层缺少科学的设计理论目前工程设计中防火涂料涂层的厚度是根据防火涂料涂敷在36b工字钢钢梁上耐火实验得出的耐火极限数据以及防火规范规定的耐火极限要求来确定的。对于钢柱等构件的涂层厚度的计算，虽然钢结构防火涂料应用技术规范中提供了美国的实验室

31、提出的计算公式并作了简化，使之从只能折算钢梁的涂层厚度，扩大到可以折算钢柱的涂层厚度。但实际工程中采用的钢结构构件与试件的规格不可能完全相符C同时工程实际中一般在防火涂料产品的说明书中只列出耐火极限和相应的涂层厚度，只有在耐火极限的实验报告中，才能看出耐火实验时所用的型钢规格及涂层厚度。因此用这种方法来确定钢梁上防火涂料涂层厚度还有一定不足的。4 .设计单位不按规范设计有些工程设计人员，不按国家有关防火规范的要求进行设计，对生产、储存的火灾危险性不能正确定性，擅自降低建筑的耐火等级。有的设计单位更是为了迎合建筑单位的心理，按规范本应设计防火保护的钢结构而不予设计，造成防火工程质量不佳，隐患较大

32、。5 .不正确选用防火涂料品种目前，在防火涂料的生产过程中，少数厂家为了减少成本，降低原材料的等级，改变配方，减少有效成分，甚至掺假，市场销售环节又缺少监管，生产出来的产品打着合格产品的牌子违法流入了市场。6 .施工技术落后，质量难以保证目前，对钢结构施工单位资质认证武市场准入制度，只要有钢结构职工许可证便可以承接钢结构防火涂料工程。施工质量差主要表现在：一是涂料层太薄，根本达不到防火要求；二是养护环境温度和适度、时间很难达到要求；三是选型不当，往往把技术性能技能满足室内的膨胀型防火涂料用于室外、失去防火效果。7 .缺少科学的保养措施和测绘手段钢结构防火涂料技术发展很快，但它的相关保养措施没有

33、跟上其发展步伐。实际检查中发现，一般都是钢结构在喷涂防火涂料后，就处于不闻、不问、不管的状态。同时现在的对钢结构防火涂料的检测上、依旧停留在“经验时代”，用眼看、用手摸、用打火机烧的直观认识上或施工单位自我介绍，而不能对其加以分析和衡量,缺乏现代化的检测手段。3钢结构防火涂料的研究现状7.1 国外钢结构防火涂料国外对于钢结构防火涂料的研究起步比我国早20年左右,其中厚涂型品种较多。目前,薄涂型也越来越多并得以推广应用。钢结构防火涂料的研究多以P-C-N为阻燃体系,采用热固性树脂（如环氧树脂）与热塑性树脂（如醛、酮树脂）相结合作为基料,辅以助剂,利用增塑剂、分散剂等按一定工艺制作而成。所得的钢结

34、构防火涂料耐火性高、粘结性好,施工方便,兼有良好的装饰作用。同时,工艺配方尽可能减少钢结构防火涂料组分中挥发性毒性有机化合物的排放量,减少对环境的污染。国外钢结构防火涂料的生产厂家,主要分布在美国、英国、德国、韩国、加拿大以及日本等国家,代表性的厂家有英国NullfireTS605和P20,日本FR系列室内外钢结构防火涂料,美国50号、Mono2kotesAlbi-clad钢结构防火涂料,加拿大ADfire2film,德国Herberts38320,38091系歹J,法国FOH钢结构防火涂料。捷克以PNC体系为基础,加入氯乙烯聚合物开发出新型膨胀型防火涂料。芬兰研制出以磷酸盐、高炉渣等为主要成

35、分的无机膨胀型钢结构防火涂料，日本开发出钢结构丙烯酸聚氨酯防火涂料。32国内钢结构防火涂料20世纪80年代初，国内开始研制钢结构防火涂料。1984年四川消防研究所研制出第一种钢结构防火涂料一LG钢结构防火涂料。90年代以来,我国钢结构防火涂料的研制发展迅速,产品类型由最初的厚涂型发展到薄涂型、超薄型,相应的新产品不断涌现。比较典型的有四川消防研究所推出的适用于保护钢结构和预期应力钢筋混凝土楼板的SGL水性膨胀型防火涂料,以及适用于室外钢结构的薄层SWB膨胀型防火涂料;总后建筑工程研究院采用复合涂层技术研制出的无机膨胀型钢结构防火涂料;广州白云山雷威化工厂开发出的GWB室外钢结构防火涂料;扬州金

36、陵特种涂料厂推出的BSC-A钢结构防火涂料等。到目前为止,已有许多性能优良的产品应用于工程建设中,钢结构防火涂料体系已发展到跨行业研究。国内钢结构防火涂料的市场需求每年2万吨以上,生产和施工体系,涉及到的单位2000多家，多数集中在大城市和经济发达的地区,如北京、上海、江苏、山东、辽宁、四川、广东、福建,安徽等省市。4钢结构防火涂料膨胀性能的研究4.1 测试样品及方法测试样品测试样品从全国各地的企业产品中随机抽取,研究对象是超薄型钢结构防火涂料和饰面型乳胶防火涂料。其相应耐火极限以同批次产品经国家质量监督检测中心按GB14907-2005抽检或检查结果为准。钢结构防火涂料涂层厚度为37mm,由

37、专用燃气喷枪测试其膨胀倍数。所有测试样品的制作、养护均按相应产品标准要求进行。测试方法在已施工的涂料构件上,随机选取3个不同的涂层部位,用磁性测厚仪测量其厚度l,然后点燃专用燃气喷枪分别对准前面选定的三个位置,喷灯外焰应充分接触涂层,供火时间不低于15min0停止供火后用游标卡尺测量其发泡层厚度2o膨胀倍数按式(1)求得,结果以三个测试值的平均值表示。K=2/1(1)式中:K为膨胀倍数；为试验前涂层厚度，mm；62为试验后涂料发泡层厚度，mm。1.超薄型钢结构防火涂料已知,耐火极限与超薄型防火涂料膨胀倍数的变化趋势关系式近似为式：y=-610-10x6+10-7X5+10-5X4-0.0048

38、X3+0.4233X2-14.144x+164.74(2)式中：y为涂层膨胀倍数；X为耐火极限，mino其相关系数为：0.9412。当耐火极限为2066min时,耐火极限与超薄型防火涂料膨胀倍数呈正比变化关系；耐火极限为66-116min时,超薄型防火涂料膨胀倍数却降低了，膨胀倍数与耐火极限呈反比例变化关系；而耐火极限为116140min时,两者变化呈无规律状态,不能判断出耐火时间与膨胀倍数之间的对应关系，因此在该区间不能用该膨胀倍数测试法来衡量防火涂料的质量好坏。这一点可用膨胀理论来解释。超薄型防火涂料发泡倍数较大时,会在膨胀层内出现空心、大泡,泡层会变得疏松、无强度,使耐火性能变差。根据随

39、机发泡的机率,形成大泡的随机时间不同而会出现不同的膨胀倍数，因此表现出不规则变化关系。1.1 型钢结构防火涂料已知,耐火极限与薄型防火涂料膨胀倍数的变化趋势关系式,见式：y=-610-8X6+210-5X5-0.003X3+0.1902x2-5.3238X+55.603(3)式中：y为涂层膨胀倍数；X为耐火极限，min0其相关系数为：0.9869。当耐火极限为3057min时,耐火极限与薄型防火涂料膨胀倍数呈正比变化关系,低于40min耐火极限的薄型防火涂料膨胀倍数低于4倍；耐火极限为5761min时,薄型防火涂料膨胀倍数却有小幅度降低,膨胀倍数与耐火极限呈反比例变化关系,膨胀倍数最小值仍大于

40、7倍；耐火极限为61122min时,耐火极限与薄型防火涂料膨胀倍数又呈正比变化关系；而耐火极限大于122min时，薄型防火涂料膨胀倍数却开始降低了。这一点与膨胀发泡机理也是一致的,对于钢结构防火涂料,涂层不可能无限制膨胀,发泡质密、强度高、层高度相对较低的炭层,可形成石墨化程度较好的结构,而能抵制更高温度的侵袭,因此可得到更高耐火极限。其最佳膨胀倍数就是25倍,一般不会高于此倍数。1.2 膨胀性能的不同之处在对涂料采用进行耐火性能测试中，随着温度的升高,涂料性能发生物理化学变化,开始由表及里形成炭化泡状层。有的部分涂层由于发泡膨胀组分分布不均匀的缘故,发泡不同步或膨胀不均匀,使形成的保护层厚度

41、不够平均。对于钢结构防火涂料而言,采用“专用燃气喷枪燃烧的方法”来衡量防火涂料的质量存在有一定的局限性。根据GB14907-2002钢结构防火涂料规定，当超薄型防火涂料膨胀倍数大于35倍时,其耐火极限可以基本断定为大于60min,也就是达到合格级；低于35倍时,可以作为疑似不合格。，当薄型钢结构防火涂料膨胀倍数大于10倍时,可以判断其耐火极限大于60Inin,质量合格；反之可以定为疑似不合格产品。在采用喷枪烧制情况下,烧制距离、喷枪火焰大小、喷枪口径、燃烧时间等都能直接影响膨胀发泡情况,膨胀型涂料在受火状态未膨胀或膨胀不够充分的状况会直接影响结果的对比性。影响钢结构耐火性能的因素较多,对钢结构

42、防火涂料而言,涂料是否能均匀膨胀发泡及膨胀发泡后的涂料是否有合适的密度、足够的附着力,是涂料能否起到保护作用的关键。涂料组分配比的准确性、搅拌的均匀性、施工工艺的合理性、养护环境的控制,均能直接影响涂料膨胀的起始温度、层次、密度、附着力、热传导系数及整个膨胀过程的时间长短。1.3 结论(1)当耐火极限为20-66min时,耐火极限与超薄型防火涂料膨胀倍数呈正比变化关系；耐火极限为66116min时,超薄型防火涂料膨胀倍数与耐火极限呈反比例变化关系；而耐火极限为116140min时,两者变化呈无规律状态。(2)当耐火极限为30-57min时,耐火极限与薄型防火涂料膨胀倍数呈正比变化关系；耐火极限

43、为5761min时,薄型防火涂料膨胀倍数与耐火极限呈反比例变化关系；耐火极限为61122min时,耐火极限与薄型防火涂料膨胀倍数又呈正比变化关系；而耐火极限大于122min时,薄型防火涂料膨胀倍数却开始降低了。薄型防火涂料最佳膨胀倍数是25倍。(3)超薄型防火涂料膨胀倍数大于35倍达到合格级；薄型钢结构防火涂料膨胀倍数大于10倍时，可以判断其质量合格；反之可以定为疑似不合格产品。第4章纳米材料在超薄膨胀型防火涂料中的应用在超薄膨胀型钢结构防火涂料的研究中,纳米阻燃剂不仅用量少就具有良好的阻燃效果,且无毒,燃烧时不产生浓烟和毒气,对环境无污染,是一种绿色环保型阻燃剂,可以提高材料的物理机械性能、

44、耐候性和热稳定性等。因此,采用纳米氢氧化铝阻燃材料对超薄膨胀型钢结构防火涂料防火性能和防腐性能的影响进行分析研究。1.无机阻燃材料的纳米化纳米阻燃剂是由颗粒尺寸为11OOnm的超微阻燃粒子凝聚成的块体、薄膜、多层膜和纤维,通过将传统的无机阻燃材料超细化,利用纳米微粒本身所具有的量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应来增强界面作用，改善无机物和聚合物基体的相容性,达到减少用量和提高阻燃性的目的。纳米技术在传统的阻燃材料中的应用为阻燃技术开辟了一个新的领域,纳米无机阻燃复合材料为发展阻燃剂聚合材料提供了一条崭新途径,它的出现将导致无机阻燃行业的一次历史性变革。1.I.纳米无机阻燃剂合成方法目前已开发的

45、纳米无机阻燃剂有:纳米三氧化二锌阻燃剂,纳米氢氧化铝阻燃剂，纳米氢氧化镁阻燃剂,纳米层状双氢氧化物阻燃剂、纳米五氧化二睇阻燃剂以及纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等。但纳米碳酸钙、纳米二氧化钛、纳米氧化锌等阻燃性能较低,一般仅作为填料使用，纳米五氧化二季阻燃剂应用较少,本文主要以超细化三氧化二锦、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁及纳米层状化合物等为主进行讨论。1.纳米三氧化二睇纳米Sb2O3的颗粒多为斜长矩形体,与其它阻燃剂、消烟剂并用,可产生协同效应。它的合成方法有：(1)沉淀法SbCl3粉晶在浓盐酸中沉淀形成纳米颗粒；(2)低压蒸发将Sb2O3粉放入密封加热容器内压实,抽真空,使其真空度维持

46、在30Pa,并使温度上升到610-630Co,可制得Sb2O3超细粉,魏名坤等：用该法合成了纳米三氧化二锌,粒度达4313nm;(3)火法生产工艺精锦在高温条件下熔化成锦液,镁液与空气中的氧气接触,锦被氧化成Sb2O3而挥发,控制结晶与冷却条件,可得到不同粒度的Sb2O3白色粉末,可用此法合成粒度可控的纳米颗粒；(4)电弧法采用锡金属极和碳电极之间由电能产生弧光放电,高温下可生成Sb2O3蒸气,再将蒸气冷凝成细微粒子,然后捕获,得到0101m以下胶状细粉末,但用此法合纳米级产品较难；(5)等离子法使用锡矿在高频等离子反应釜中反应，能有效地抑制铅等金属氧化物的生成,又能使气化了的三氧化二镁被等离

47、子体所激发、离子化,从而形成了大量的活性基团，减少高价锌的含量，由此而得到纯度高”的Sb2O3;也可采用共沉淀法生成纳米Sb2O32SiO2复合阻燃剂:。2 .纳米氢氧化铝合成方法主要是液相共沉淀法。陈建峰I与英宏等也分别研究并提出了采用AI(NO3)3和氨水变速滴加混合法可得到颗粒尺寸小于5nm的Al(OH)3沉淀。而且在该反应液中加入一定量表面活性剂,还可合成出粒径细小、尺寸分布范围窄的纳米产品。1993年YaaCob川等先用阳离子十六2三甲基2甲苯磺酸铁与阴离子十二苯磺酸钠表面活性剂混合可得到一系列微泡,加入氯化铝溶液后,氯化铝立即被上述微泡包裹形成微胶囊化,在胶囊中铝离子渐渐被钠。离子

48、所取代。同时也加入氢氧化钠,0H-通过囊泡渗透入胶囊内，立即与A13+反应生成氢氧化铝,可生成约80nm的产品。2001年Rosenholm等徊用铝酸钠溶液为原料,在草酸溶液中进行中和和稀释可制得200-300nm的氢氧化铝,而使用聚乙烯基毗咯烷酮为表面活性剂加入反应液中时,可制得80-300nm的产品,但使用聚乙烯醇为表面活性剂加入反应液中时,却制得200nm-112mm的产品。超重力反应沉淀法。陈建峰等利用该法制得了粒度可控(153Onln)、粒度分布窄的纳米Al(OH)3；还采用了全返混爆式成核技术成功地制备出氢氧化铝等纳米粉体,合成的产品粒度分布在20-25nm之间，制成产品可广泛添加在各种防火涂料,聚合物材料之中。3 .纳米氢氧化镁纳米氢氧化镁的合成工艺有多种,但多以氯化镁(通常是六水氯化镁)或制盐矿产的卤水