膨胀阻燃体系三组分的比例对涂料的防火性能影响很大,只有当三组分比例协调时,才能形成致密多孔的“蜂窝状”炭质层,有效地起到防火隔热效果。由表4 和图4 可以看出,当APP/MEL/PER 的质量比为4∶ 3∶ 3时,涂层膨胀倍率高,燃烧形成的炭质层致密、强度高、与钢板粘附性好,涂料的耐火极限最长达到了2 832 s。
当APP/MEL/PER 质量比为5∶ 4∶ 1和4∶ 4∶ 2时,形成的炭质层较软,与钢板发生脱离或被吹起,这是由于三聚氰胺含量太高,分解产生较多的气体,致使炭质层疏松,甚至脱落; 当APP/MEL/PER 质量比为6∶ 2∶ 2和5∶ 3∶ 2时,由于聚磷酸铵的含量过高,成炭剂季戊四醇的含量相对减少,导致聚磷酸铵与季戊四醇、三聚氰胺的协同效果较差,耐火时间短中国机械网okmao.com。因此膨胀阻燃体系APP/MEL/PER 质量比为4∶ 3∶ 3时耐火性能最好。为了进一步研究阻燃体系配比对膨胀炭质层结构的影响,对燃烧后的炭质层进行SEM 测试,测试结果如图5。
从图5 可以看出,当APP/MEL/PER 质量比为5∶ 4∶ 1时,形成的炭质层疏松,孔洞较大,炭质层结合不够紧密; 当APP/MEL/PER 质量比为4∶ 4∶ 2时,孔洞多但彼此之间相互贯通; 当APP/MEL/PER 质量比为6∶ 2∶ 2与5∶ 3∶ 2时,泡孔较少且分布不均匀; 当APP/MEL/PER 质量比4∶ 3∶ 3时,涂料燃烧后形成的膨胀炭质层内部有较多分布均匀的密闭孔洞,炭质层为“蜂窝状”结构。这是由于在此比例下,聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇相互协调性能好,形成了均匀致密,强度高的“蜂窝状”膨胀炭质层,能够有效地阻止热量的传递。
2. 4 可膨胀石墨与绢云母的比例对钢结构防火涂料的影响
在确定合理基体、膨胀体系的基础上,研究填料对钢结构防火涂料的影响。表5 为不同配比EG 与绢云母对涂料防火性能的影响,图6 为不同配比EG 与绢云母对钢板背温的影响。
表5 EG 与绢云母不同配比对涂料防火性能的影响
结合表5 和图6 可以看出,当EG 与绢云母质量比为6∶ 2时,由于EG 含量太高形成的膨胀炭质层疏松,强度低,与钢板发生脱离; 质量比为5∶ 3时,涂层燃烧后膨胀倍率为5. 68 倍,而且强度较高、与钢板粘结性好,耐火极限达到了2 997 s; 继续增加绢云母的比例导致炭质层膨胀高度降低,耐火极限下降。这是由于当EG 与绢云母质量比为5∶ 3时,两者协同效果最佳,EG 受热膨胀后,形成的“蠕虫”状结构穿插于膨胀炭质层中,起到增强纤维的作用,同时绢云母增强涂层的耐热、防腐和综合机械性能的作用也得到了充分的体现,因此当EG 与绢云母按5∶ 3混合时,能有效地起到防火隔热效果。
3 结语
( 1) 单纯采用氯偏乳液为基体时,形成的膨胀炭质层与钢板粘附性差,采用氯偏乳液与其他乳液拼合做基体,制备的涂料与钢板粘附性得到改善,当氯偏乳液与纯丙AC261P 乳液按22∶ 3的质量比混合做基体时,制备的防火涂料既具有较好的粘附性,又具有较好的耐火性能。
( 2) 当膨胀阻燃体系APP/MEL/PER 的质量比为4 ∶ 3 ∶ 3时,三组分的协调配合性好,制备的涂料受热后形成的膨胀炭质层内部有较多分布均匀密闭的孔洞,炭质层为“蜂窝状”结构,能有效地降低热量向钢板的传播速度,减缓钢板的升温。
( 3) 选用可膨胀石墨与绢云母为填料,当可膨胀石墨与绢云母的质量比为5∶ 3时,防火涂料燃烧后涂层膨胀倍率高,形成的炭质层均匀致密、强度较高,而且炭质层与钢板具有较好的粘结作用,能有效地阻止热量的传递,最终耐火极限达到了2 997 s,较好地起到了防火作用。
( 4) 当氯偏乳液与纯丙AC261P 乳液质量比为22∶ 3; 膨胀阻燃体系APP/MEL/PER 的质量比为4∶ 3∶ 3; 可膨胀石墨与绢云母的质量比为5∶ 3时,制备得到了水性钢结构防火涂料,该防火涂料的耐火极限为2 997 s,与钢板粘附性好、不脱落。