0 前 言
火灾历来是船舶的多发事故之一，据国际海难救助协会的调查，近20年来，各国船舶火灾、爆炸所造成的海难事故的比例逐年上升，年均增幅1个百分点，船舶吨位年均损失60万t以上[1]。为减少船舶火灾造成的危害，保护人民生命和财产的安全，多年来，有关部门和航运企业的不断努力，通过改善船舶的消防设施和使用各种新型的防火材料对船舶进行防火保护。
20世纪70年代膨胀型防火涂料的开发立即引起了研究人员和业界的重视[2,5]中国机械网okmao.com。这种材料在受到火焰高温辐射时，能迅速膨胀形成具有隔热作用的炭化层，从而在火焰和被保护基体之间筑成一道热屏障，防止基材和背火面在火灾中迅速升温。目前美国、英国、日本及澳大利亚等国都选用了不同种类的防火涂料对其船舶进行防护[3-4]，并已经研制出能够达到A级和N级防火隔热标准的防火涂料[6]。
由于国内防火涂料的研究起步较晚，技术水平相对落后，在船舶防火涂料的应用方面与国外有一定差距，更没有能够达到船舶防火A级防火隔热标准的防火涂料问世[7]。为弥补国内在这一领域的空白，我们多年来一直致力于船舶防火涂料的研究开发，目前已经研制出一种能够达到A-30级舱壁防火隔热要求的防火涂料。
1 试验部分
1.1 原料
聚磷酸铵(APP)，季戊四醇(PER)，三聚氰胺(MEL)，金红石型钛白粉(TiO2)，溶剂(200#汽油)，树脂，隔热材料，补强材料，助剂。
1.2 船舶用A-30级防火涂料的制备
配方采用膨胀型防火涂料传统的膨胀阻燃体系，以聚磷酸铵为脱水成炭催化剂，季戊四醇为成炭剂，选取三聚氰胺为发泡剂，加入特殊隔热材料和补强材料提高涂料的阻燃隔热性能。
1.3 船舶用A-30级防火涂料理化性能的测试
理化性能测试包括:柔韧性(测试方法依据GB/T1731-1993);附着力(测试方法依据GB/T5210-2006);耐盐水性(24 h，测试方法依据GB/T9274-1988);耐湿热性(48 h，测试方法依据GB/T1740-1989);耐油性(20#机油24 h，测试方法依据GB/T9274-1988);抗震性(频率54.8 Hz、振动加速度25 m/s2)。
1.4 船舶用A-30级防火涂料防火隔热性能的测试
1.4.1 测试试样的结构
(1)舱壁构芯为宽3 020 mm、高2 480 mm，厚度5mm的钢板(远东防火测试中心提供)。
(2)隔热材料为防火涂料，名义密度1.4 g/cm2，钢板涂层名义总厚度为4 mm(包括防锈底漆1道)。
(3)向火面为涂料层。试样安装与结构见图1。
1.4.2 试验设备与程序
本试验采用的标准为国际海事组织(IMO)《国际耐火试验程序应用规则(FTPC)》(以下简称“《规则》”)附件1第3部分。通过试验，如果该试样经60 min的标准耐火试验，无烟及火焰穿透，且结构完整;在第30 min末，试样背火面的平均温度较初始温度的升高不超过140 ℃，试样背火面任一点的温度较初始温度的升高不超过180 ℃。则试样的隔热性和完整性就被认为符合《规则》附件1第3部分有关A-30级舱壁的要求[8-10]。
2 结果与讨论
2.1 船舶用A-30级防火涂料理化性能
船舶用A-30级防火涂料使用环境多为密闭、高湿环境。因此要求涂层具有更好的附着力、耐水性能、耐湿热性能等。经测试研制的A-30级防火涂料理化性能如表1所示。
理化性能测试结果表明，防火涂料涂层具有良好的附着力和柔韧性，涂层柔韧性达到了3 mm。传统的膨胀型防火涂料柔韧性一般为50 mm，由于柔韧性较差，在使用厚度较大时将常出现龟裂、脱落等情况，严重影响涂层整体的防火效率，不能满足结构耐火分隔要求。新研制的船舶用A-30级防火涂料通过对配方的改进，特别是自制的柔性树脂的加入，解决了这一问题，显著提高了防火涂层的柔韧性，能够满足结构耐火分隔要求的涂装厚度要求。
由于防火涂料涂层具有良好的附着力和柔韧性，经测试涂层能够满足船舶在航行过程中长期的疲劳震动的要求。同时涂层具有良好的耐湿热性能及耐淡水、盐水和机油等介质的性能，适合长期在海洋环境下使用。
2.2 船舶用A-30级防火涂料防火隔热性能
2.2.1 防火涂料隔热性
2.2.1.1 火焰温度
试验过程共持续61 min，根据标准炉温曲线，点火1 min时炉温达到349 ℃，在第一个5 min末，炉温达到576 ℃;在15 min末，炉温达到738 ℃;炉温持续上升，至30 min时炉温842 ℃;60 min时炉温945 ℃。
表2列出了各点的实际炉温和标准炉温，图2为实际炉温/时间相对于标准温度/时间的曲线图。计算试验过程中各点的实际炉温与标准温度的误差，均符合《规则》规定[7]的范围。
2.2.1.2 试样背火面温度
试样背火面温度的升高值是防火涂料隔热性能的判定依据，根据试验要求试样背火面的构芯表面共布置了7个热电偶，其中第1～5号热电偶分别位于舱壁试样4个1/4区域的中心和整个试样的中心位置上，第6 、7号分别位于两根扶强材3/4高度处。试验过程中每只热电偶每1～2 min采集一次温度值，图3为试样背火面平均及最高温升记录曲线，防火涂料试样背面各热电偶温升及平均温升如表2所示。试样经60 min的标准耐火试验，在30 min末时，试样背火面的平均温度较初始温度的升高为126 ℃，5个测温点中1号点温度最高，为143 ℃，其余4个点的温升分别为83 ℃、136 ℃、132 ℃、139 ℃。这表明防火涂料的隔热性能达到了A-30级舱壁的要求。并且根据《规则》附件1第3部分要求的温升范围，试样的实际隔热性达到36 min。
研制的船舶用A-30级防火涂料在涂层厚度4mm时就达到了36 min的隔热性能，其使用厚度仅为普通纤维毯、防火板材等防火材料的10 %。因此防火涂料用于A-30级耐火分隔材料时具有更优良的防火隔热效果。
2.2.2 防火涂料完整性
“A”级分隔的防火隔热材料除了对其隔热性能的要求外，还要求在整个60 min的燃烧测试中试样保持结构完整性。普通的膨胀型防火涂料进行此项测试时，炭化层在15 min左右就开始大面积白化、剥落，无法达到试样完整性的指标。这是由于炭化层形成后长时间处于持续高温的环境下，极易失去强度造成的。针对这一问题我们进行了大量的试验研究得出，某些无机隔热材料的添加对炭化层的补强效果十分明显，因此在船舶用A-30级防火涂料的配方中，我们加入了特殊的无机隔热材料对其炭化层进行补强。试验结束后观察试样向火面防火涂料炭化层的状态:试样向火面涂料炭化层均匀覆盖舱壁构芯，附着情况良好，表面基本平整，浅表裂纹数条;涂层明显膨胀增厚，炭化层致密，无剥落现象。图4和图5分别为试验开始前和试验结束后试样的向火面状态。由此可见，加入的无机隔热材料炭化层的补强作用明显，能够解决炭化层长期在高温环境下发生剥落的问题。
在整个试验持续61 min后，进行了试样完整性的相关测试，测试结果表明试验完成后防火涂料试样背火面无裂缝、开口和火焰等情况出现。用Φ6 mm量规进行了间隙测量测试，测试结果Φ6 mm量规不能伸入和穿透试样。图6～图8分别为试验开始时试样背火面状态、试验至30 min时试样背火面状态及试验至60 min时试样背火面状态。并对试样背火面进行了棉垫点火试验，试验结果为棉垫未点燃，也无阴燃现象。因此按照《规则》要求，防火涂料试样的完整性达到了60 min。
3 结 论
研制的船舶用A-30级防火涂料按照国际海事组织(IMO)《国际耐火试验程序应用规则》附件1第3部分的要求在远东防火测试中心进行了耐火试验，试验结果:以4 mm防火涂料涂层保护的“A”级舱壁试样，隔热性能达到了36 min，完整性60 min。其隔热性和完整性均达到了船舶A-30级舱壁的规定，可以用于A-30级耐火分隔。这种A-30级防火涂料涂层
具有良好的附着力和柔韧性，并能够满足船舶在航行过程中长期的疲劳震动性。同时涂层具有良好的耐湿热性能和耐介质性能，适合长期在海洋环境下使用。
防火涂料作为船舶结构耐火分隔材料具有使用厚度小，施工维护方便等优点。该防火涂料除可以广泛应于船舶A-30级的舱壁和甲板外，也可用于舱室内可燃性装饰材料的防火保护，以及船舶上电缆、管子、围阱、导管等的防火保护，特别是对于穿越防火隔墙两侧的电缆、管子、导管及其他构件，涂刷一段距离的防火涂料是一种非常有效的防护方式。