发泡剂对膨胀型聚氨酯防火涂料
膨胀型防火涂料组合物
膨胀型防火涂料组合物在现代社会，火灾的防范至关重要。
膨胀型防火涂料作为一种有效的防火保护材料，其组合物的研究和开发具有重要意义。
膨胀型防火涂料是一种能够在火灾发生时迅速膨胀形成隔热炭层，从而延缓火势蔓延、保护基材的特种涂料。
它的防火性能主要取决于其独特的组合物。
膨胀型防火涂料的组合物通常包括以下几个主要成分：首先是成膜物质。
这是涂料的基础，一般为有机树脂，如丙烯酸树脂、环氧树脂、氨基树脂等。
成膜物质不仅能够将其他成分粘结在一起形成连续的涂膜，还能在一定程度上影响涂料的理化性能和防火性能。
然后是膨胀阻燃体系，这是膨胀型防火涂料的核心部分。
它通常由酸源、炭源和气源组成，也就是所谓的“三源”。
酸源在受热时能分解产生无机酸，促使炭源脱水成炭；炭源则在酸源的作用下形成多孔的炭层，起到隔热和阻止氧气进入的作用；气源在高温下分解产生不燃气体，使炭层膨胀，形成蓬松的结构，进一步增强隔热效果。
常见的酸源有聚磷酸铵等，炭源可以是季戊四醇等，气源则多为三聚氰胺等。
此外，还有颜填料。
颜填料不仅能够赋予涂料一定的颜色和遮盖力，还能改善涂料的某些性能。
例如，钛白粉可以提高涂料的白度和遮盖力，滑石粉能增加涂料的硬度和耐磨性，而一些特殊的颜填料，如蛭石、云母粉等，还能增强涂料的防火性能。
助剂也是膨胀型防火涂料组合物中不可或缺的一部分。
它们虽然用量相对较少，但却能显著改善涂料的施工性能、储存稳定性和其他性能。
例如，消泡剂可以消除涂料在生产和施工过程中产生的气泡，流平剂能使涂料在干燥过程中形成平整光滑的涂膜，分散剂有助于颜料和填料在涂料中的均匀分散。
膨胀型防火涂料的防火原理主要是通过其在受热时的膨胀和炭化反应来实现的。
当火灾发生时，涂料受热达到一定温度，膨胀阻燃体系开始发生作用。
酸源分解产生的无机酸促使炭源脱水成炭，同时气源分解产生的气体使炭层膨胀，形成厚厚的、多孔的、具有良好隔热性能的炭质泡沫层。
这层炭质泡沫层能够有效地阻隔热量传递和氧气进入，从而延缓基材的升温速度，为人员疏散和灭火争取宝贵的时间。
钢结构防火涂料性能中发泡剂的作用(图文).
钢结构防火涂料性能中发泡剂的作用(图文)近年来，现代化厂房、机场候机楼、影剧院、体育馆、大型超市等大跨度建筑物广泛采用钢结构。
钢材作为主要结构材料，具有跨度大、自重轻、可预制加工等诸多优点。
由于钢材自身不燃，因此钢结构的防火隔热保护问题曾一度被人们所忽视;据国内外相关资料报道和专业机构的试验结果显示，钢结构建筑的耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构差。
钢材的力学性能是温度的函数，机械强度随温度的升高而降低;钢材失去承载能力时的温度，定义为钢材失效的临界温度;通常建筑用钢材的临界失效温度为540℃。
对于建筑火灾，温度大多在800～1200℃之间。
国际标准火灾升温曲线公式为：T-TO=3451g(8t+1)式中T-火场温度(℃)，TO-火灾前室温(℃)，t-时间(min)由上式可知，在火灾发生的10分钟内，火场温度可高达700℃以上。
对于裸露的钢构件，只需几分钟，温度就可达到临界值，在纵向压力和横向拉力作用下，钢结构扭曲变形、跨塌毁坏。
由此可见，不作防火保护的钢结构，遭遇火灾时的危险性是非常大的。
钢结构防火涂料是涂覆于钢结构建筑物或构筑物表面的一种涂料，具有一定的装饰作用，遇火灾时能迅速膨胀形成耐火绝热保护层，以满足建筑设计防火规范的要求。
发泡剂是防火涂料在高温火焰作用下形成海绵状或蜂窝状阻燃隔热膨胀炭化层的重要组分。
发泡剂含量以及复合发泡剂配比的不同，直接影响着防火涂料的阻燃隔热性能，含量过高、过低或配比不恰当都不利于形成优质的炭化层。
本篇文章主要讨论了发泡剂含量以及复合发泡剂配比对防火涂料性能的影响。
一、发泡剂含量对防火涂料性能的影响1、防火涂料的制备及其理化性能在其他组分确定的条件下，探讨发泡剂对膨胀型防火涂料性能的影响。
取发泡剂样品，其配方变化量见表1。
从表2可以看出，该系列防火涂料的理化性能均能符合膨胀型防火涂料的国家标准《钢结构防火涂料通用技术条件》(GB14907-94)。
2、燃烧实验结果(1)钢板背部温度经涂覆防火涂料的钢板背部温度随发泡剂含量的变化关系见图1。
钢结构防火涂料膨胀型组分的选择
钢结构防火涂料膨胀型组分的选择要形成高效防火隔热炭化层，钢结构膨胀型防火涂料中有机树脂的熔融温度、发泡剂的分解温度及泡沫炭化的温度必须配合恰当。
当涂层受热时，首先是成膜物软化熔融，引起整个涂层软化、塑化，此时发泡剂达到分解温度，释放出非燃性气体，使涂层膨胀成泡沫层，同时成炭催化剂分解生成磷酸、聚磷酸，呈熔融的黏稠体作用于泡沫层，使涂层中的含羟基有机物发生脱水成炭反应。
当泡沫达到最大体积时，泡沫凝固炭化，使生成的多孔海绵状炭化层定形，泡沫的发泡效率取决于组分之间反应速度的协调配合。
1•钢结构膨胀型防火涂料组分的选择1.1成膜物的选择成膜物对膨胀型防火涂料的性能有重大影响，有时对涂料体系膨胀与否起决定性作用。
它与其它组分配用，既保证了涂层在正常工作条件下具有普通涂料的各种性能，又能在火焰或高温下使涂层具有难燃性和优异的膨胀效果。
（1）氨基树脂、氯化聚乙烯、过氯乙烯、高氯化聚乙烯、氯化橡胶涂膜附着力较好，发泡快但不均匀，发泡持续时间较短，泡沫层松软较致密，炭化较彻底，炭化物较多，炭化层厚度最高而炭化层硬度差，在强火焰和气流下容易被烧穿或吹落。
这几种成膜物制成的防火涂料不适用钢结构耐火极限大于30 min的场合，适用于饰面型防火涂料。
（2）醇酸树脂、聚氨酯树脂、酚醛树脂涂膜附着力较好，发泡较慢也不均匀，发泡持续时间短，泡沫层不致密，炭化不彻底，炭化物较少，炭化层厚度最低但硬度好。
这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够，防火隔热效果较差，也不适合做超薄型钢结构防火涂料的成膜物。
（3）苯丙乳液、纯丙乳液、硅丙乳液与钢结构的附着力较差，与钢结构表面的防锈漆附着力较好，发泡较慢且不均匀，发泡持续时间短，泡沫层不致密，炭化不彻底，炭化物较少，炭化层厚度较低但硬度好。
这几种成膜物制成的防火涂料发泡倍数不够，防火隔热效果不理想，也不适合做薄型钢结构防火涂料的成膜物。
（4）丙烯酸树脂、有机硅树脂、氯化橡胶改性环氧树脂，尤其是氯化橡胶改性环氧树脂与钢结构的附着力好，且与钢结构表面的防锈漆附着力较好，发泡较慢而均匀，发泡持续时间长且能够持续发泡，泡沫层较致密，炭化不彻底，有较多底层物，炭化层厚度较高且硬度好。
膨胀型防火涂料配方
膨胀型防火涂料配方膨胀型防火涂料是目前应用最为广泛的防火涂料种类，膨胀型防火涂料成膜后，在常温下是普通的漆膜，在火焰或高温作用下，涂层发生膨胀炭化，形成一个比原来厚度大几十倍甚至几百倍的不燃的蜂窝泡沫状炭质层，阻火模块可以切断外界火源对基材的加热，从而起到阻燃作用。
膨胀型防火涂料通常由下列组分组成：1、基料：成膜物质，要求这类成膜物质既有良好的常温使用性，又能在火焰的高温作用下使涂层具有难燃性和优良的发泡效果，这需要成膜聚合物能在需要的温度下熔化，以利于涂层的膨胀发泡，该温度一般低于发泡剂的发泡温度。
常用的合成树脂有聚丙烯酸乳液、聚醋酸乙烯乳液、环氧树脂、聚氨酯、环氧-聚硫等。
2、阻燃剂：膨胀型防火材料的阻燃剂是由成炭剂、脱水成碳催化剂和发泡剂组成，它式膨胀型防火涂料的关键组成部分。
（1）成碳剂：在高温及火焰作用下，能迅速碳化的物质称为成碳剂，他们是形成泡沫碳化层的物质基础，常用的含高碳的多羟基化合物，如淀粉、季戌四醇及含羟基的有机树脂等。
（2）脱水成碳催化剂：脱水成碳催化剂的主要功能是促进含羟基有机物脱水碳化形成不易燃烧的碳质层，这类物质主要有聚磷酸铵，磷酸二铵和有机磷酸酯等。
（3）发泡剂：发泡剂能在涂层受热时分解出大量灭火气体，使涂层发生膨胀形成海绵状细胞结构，这类物质有三聚氰胺、双氰胺、氯化石蜡、多聚磷酸铵、硼酸铵、双氰胺甲醛树脂等。
3、颜填料：选用难燃性良好的无机颜填料。
4、助剂：为了满足防火涂料的其他性能要求，还需要使用一些助剂，例如增塑剂、分散剂、消泡剂、成膜助剂等。
配方举例1、膨胀型丙烯酸防火涂料涂料成分用量/质量份聚磷酸铵21三聚氰胺10.5季戌四醇 3.5金红石型钛白粉6苯丙乳液2510%六偏磷酸钠4OP-10乳化剂0.540%羟甲基纤维素 3.5去离子水262、膨胀型乳胶防火涂料成分用量/质量份聚磷酸铵18.9季戌四醇 5.4三聚氰胺 5.7石棉16.2表面活性剂 4.6聚乙酸乙烯乳液（60%）18.7氯化石蜡3水27.5本品可用于钢铁表面。
什么是膨胀型防火涂料、膨胀型防火涂料的组分有哪些、其类型又有哪些、其防火机理是什么
什么是膨胀型防火涂料?膨胀型防火涂料的组分有哪些?其类型又有哪些?其防火机理是什么?膨胀型防火涂料是由难燃树脂、难燃剂及成碳剂、脱水成碳催化剂、发泡剂等组成的，涂层在火焰或高温作用下会发生膨胀，形成比原来涂层厚度大几十倍的泡沫碳质层，能有效地阻挡外部热源对底材的作用，从而起到能阻止燃烧发生的一种建筑防火特种涂料。
膨胀型防火涂料阻止燃烧的效果大于非膨胀型防火涂料。
膨胀型防火涂料的主要成膜物质常用合成树脂，有：聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液、醋酸乙烯-乙烯乳液、不饱和聚酯、环氧树脂、醇酸树脂、聚氨酯、环氧-聚硫等。
它们与有机难燃剂相结合，使涂层既具有良好的常温使用性，又具有良好的难燃性。
在高温及火焰作用下，能迅速碳化的物质称为成碳剂，它们是形成泡沫碳化层的物质基础。
常是含高碳的多羟基化合物，如淀粉、季戊四醇及含羟基的有机树脂等。
防火涂料组分中的脱水成碳催化剂的主要功能是促进含羟基有机物脱水碳化，形成不易燃烧的碳质层。
这类物质主要有聚磷酸铵、磷酸氢铵和有机磷酸酯等。
发泡剂是指能在涂层受热时分解出大量灭火性气体，使涂层发生膨胀形成海绵状细泡结构的一种助剂，这类物质有三聚氰胺、双氰胺、氧化石蜡、多聚磷酸铵、硼酸铵、双氰胺甲醛树脂等。
膨胀型防火涂料通常选用的难燃性良好的无机颜料与填料，基本上与非膨胀型防火涂料所采用的无机颜料与填料相同。
膨胀型防火涂料的特点是当涂层受热达到一定温度后即膨胀到10～100倍以上，这样在被涂面与火源之间形成海绵状碳化层，阻止热量向底材传导，同时产生不燃性气体，使可燃性底材的燃烧速度和燃烧温度明显降低，因此膨胀型防火涂料应具有下列性质：①涂料的成膜物质在需要的温度下熔化，以利于膨胀，该温度应低于发泡剂的活化温度;②应在膨胀时，产生稳定的泡沫;③涂料的基料应是不易燃烧的或者自身能熄灭的。
膨胀型防火涂料按分散介质的不同可分为溶剂型防火涂料，乳液型防火涂料，水溶液型防火涂料。
国内目前膨胀型防火涂料的主要品种是膨胀型丙烯酸酯乳胶防火涂料。
膨胀型防火涂料
膨胀型防火涂料产品简介：防火涂料是在主要成膜物质（漆基）中加入颜料、填料、防火填料、增塑剂、其他助剂、水或溶剂而组成的，可用于可燃性底材表面，能降低被涂底材表面的可燃性，阻挡火焰燃烧究竟材或对底材起到组织扩散、扩展作用，从而提高被涂底材耐火极限的一种功能型涂料，该类涂料已被广泛应用于建筑、交通工具、电器、军工、化工、纺织、古建及文物爱护等诸多方面。
防火涂料按机理分类：膨胀型防火涂料，非膨胀型防火涂料。
目前膨胀型防火涂料又分为有机型和无机型。
市场中目前应用比较广泛的是水性有机防火涂料。
膨胀型防火涂料在正常的状况下，受火时可膨胀并形成匀称而致密的蜂窝状或海绵状的碳质泡沫层，使火焰和物体隔绝开来，阻挡或延缓燃烧，以达到灭火的目的，对可燃基材具有良好的爱护作用。
防火涂料一般由人.1：合成的不燃烧或难燃烧有机高分子树脂为主体，该有机高分子树脂经特殊的基团改性，树脂本身即可带有肯定量阻燃基团和能发泡的基团，再适当加入少量的阻燃剂、发泡剂、碳源等组成防火体系。
同时，防火涂料所用的颜料，常用睇白、钛白、云母以及石棉等，因为这些颜料具有很高的散发热量的效能，也有利于防火作用，其中睇白粉对红外线的反射实力较强，遇火焰能反射热量，在防火涂料中广泛运用。
防火机理：1 .防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被爱护基材不干脆和空气接触而延迟物体着火或减小燃烧的速度；2 .防火涂料除本身具有不燃性或难燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被爱护基材的传递；3 .防火涂料受热分解出不燃的惰性气体，冲淡被爱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减慢；4 .含氮的防火涂料受热分解放出NO、NHZZ3等基团，和有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度；5 .膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层，封闭被爱护的物体，延迟热量向基材的传递，阻挡物体着火燃烧或因温度上升而造成的强度下降。
发泡机理：膨胀型防火效果主要是由以下几点因素所限制：绝热效果，利用膨胀碳层，阻挡热量传递；膨胀吸热，涂膜在高温下发生软化熔融蒸发膨胀及碳源的分解汲取了大量的热；隔绝氧气，膨胀炭层形成覆盖作用；稀释空气中的氧气的浓度，不燃气体释出°有机膨胀型防火涂料的作用机理：涂料组分性能要求材料举例基料能溶化、有阻燃性、遇火可分解出不燃或难燃的气体（基料假如没有阻燃性则涂料配方中要运用阻燃剂）聚丙烯酸酯乳液、聚醋酸乙烯乳液、环氧树脂、聚氨酯、环氧一聚硫等。
膨胀型防火涂料组合物
膨胀型防火涂料组合物一、膨胀型防火涂料的主要成分1、基料基料是膨胀型防火涂料的成膜物质，通常为水性或溶剂型树脂，如丙烯酸树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等。
基料的作用是将其他成分粘结在一起，并在基材表面形成连续的涂层。
2、脱水成炭催化剂脱水成炭催化剂是膨胀型防火涂料中的关键成分之一，常见的有聚磷酸铵（APP）、磷酸三聚氰胺（MPP）等。
在火灾发生时，催化剂能够促进涂层中的有机物质脱水炭化，形成不易燃烧的炭质层。
3、成炭剂成炭剂在高温下能够发生脱水、分解和聚合反应，形成炭质层。
常用的成炭剂有季戊四醇（PER）、双季戊四醇（DPER）、淀粉等。
4、发泡剂发泡剂在受热时会分解产生气体，使涂层膨胀形成泡沫状结构。
常见的发泡剂有三聚氰胺（MEL）、尿素等。
5、颜填料颜填料主要用于改善涂料的外观和性能，如增加涂层的遮盖力、提高耐候性等。
常用的颜填料有钛白粉、滑石粉、碳酸钙等。
6、助剂助剂包括消泡剂、流平剂、分散剂等，用于改善涂料的施工性能和涂层质量。
二、膨胀型防火涂料的作用原理膨胀型防火涂料的防火作用主要基于以下几个阶段：1、升温阶段当火灾发生时，涂层受热温度逐渐升高。
2、脱水炭化阶段在一定温度下，脱水成炭催化剂促使成炭剂脱水炭化，形成炭质骨架。
3、发泡膨胀阶段随着温度的进一步升高，发泡剂分解产生大量气体，使炭质层膨胀形成泡沫状结构。
4、隔热隔氧阶段膨胀后的泡沫状炭质层具有良好的隔热和隔氧性能，能够有效地阻止火焰和热量向基材传递，从而保护基材不被烧毁。
三、膨胀型防火涂料的性能特点1、防火性能优异能够在较短的时间内形成有效的防火隔热层，大大延长基材的耐火时间。
2、装饰性能较好可以根据需要调配出各种颜色，满足不同建筑和工业设施的装饰要求。
3、施工方便可以采用刷涂、喷涂等多种施工方法，适应不同的施工环境和基材表面。
4、环保性能良好水性膨胀型防火涂料以水为溶剂，减少了有机溶剂的挥发，对环境和人体健康的危害较小。
然而，膨胀型防火涂料也存在一些不足之处。
膨胀型防火涂料
CONTENTS
1.
• 组成
2.
• 机理
3.
• 施工
4. • 国内外研究现状
PART 1
膨胀型防火涂料的组成
•成膜物
膨胀型防火涂料
组员：xxxx
火灾带给人们的伤害是巨大的，不但危害着人们的生命财产安全，
也毁灭着人类的文明。因此，人们历来重视防火材料的研究，随着科 技的发展，关于涂料防火问题受到了人们的关注，这种方法防火效率高、 适应性很强，在建筑、交通、电器、军工、航空等方面受到广泛应用。 防火涂料不但起到保护和装饰的作用，还可以起到防止点燃和阻止或延 缓基材燃烧的作用。对于防火涂料，不但要求阻燃效果好，并且在燃烧 过程中必须减少热量和有毒气体、烟尘的排放。
成炭剂的成炭效果与它的碳 含量、羟基数目有关。碳含量 决定其炭层的厚度，羟基含量 则决定其脱水速率。
一般情况下宜采用高碳含 量、 低羟基含量的物质作为 炭化剂较为适宜。另外， 成炭剂的成炭效果还与它
们的分解温度有关，成炭 剂的分解温度应略高于脱水成 炭催化剂的分解温度，这样才 能有效保证脱水成炭催化剂的 催化作用。
现在脱水成碳催化剂多采用聚磷 酸 铵 (APP) 、 磷 酸 三 聚 氰 胺 （MP）、磷酸脲、磷酸胍、磷 酸三甲苯酯、烷基磷酸酯及硼酸 酯等。
• 成炭剂
一般为含羟基的富碳化合物。
成炭剂的作用是在涂层 遇火后，能在脱水成炭催化 剂的作用下脱水形成炭化层， 为最终形成的发泡层提供 骨架支撑。
KEY WORD
2. 另外，在火焰或高温下，涂层发生的软化、熔融、蒸发、膨胀等物
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第19卷 第1期V ol.19 No.1木材工业CHINA WOOD IN D USTR Y 2005年1月January 2005收稿时间:2004205231基金项目:福建省林业厅科学基金资助项目(L 299228)。
作者简介:林巧佳(1954—),女,福建农林大学材料工程学院副教授。
研究与开发发泡剂对膨胀型聚氨酯防火涂料阻燃性能的影响林巧佳,黄晓东,刘景宏,杨桂娣(福建农林大学材料工程学院,福州350002)摘要: 本研究采用美国A TLAS 公司制造的HRR 3热释放率系统,按照美国航空标准(FAA )要求,测定了加入尿素、双氰胺、尿素2双氰胺三种发泡剂的膨胀型聚氨酯防火涂料涂覆的胶合板试件的燃烧热释放率(HR R ),并比较了其阻燃性能。
结果表明,同时加入尿素和双氰胺的复合膨胀型聚氨酯防火涂料的阻燃效果最好。
关键词: 发泡剂;膨胀型聚氨酯;防火涂料;阻燃性能中图分类号:S781.4 文献标识码:A 文章编号:100128654(2005)0120016203E ffect of Several Foaming Agents on Flame R etardancyof Intumescent Polyurethane Flame 2retardant CoatingL IN Qiao 2jia ,HUAN G Xiao 2dong ,L IU Jing 2hong ,YAN G Gui 2di(Institute of Material Engineering ,Fujian Agriculture and Forestry University ,Fuzhou 350002,China )Abstract : An intumescent polyurethane flame 2retardant coating ,blended respectively with carbamide ,dicyandiamide or a compound of carbamide and dicyandiamide as a foaming agent ,was applied to ply 2wood.Heat release rates for combustion of the coated plywood samples were tested according to FAA pared with plywood control specimens ,the coated samples showed better flame retardan 2cy.Among the three foaming agents ,the compound of carbamide and dicyandiamide revealed the most effective results in retarding plywood combustion.K ey w ords : F oaming agent ;Intumescent polyurethane ;Flame 2retardant coating ;Flame retardancy 随着人们对居住环境舒适、安全等要求越来越高,木材及其人造板以其特有的环境友好特性和较高的强重比等优良性能,被广泛地应用于建筑、家具及室内装饰装修等行业,但其最大的缺憾是具有易燃性[1,2]。
据统计,世界各国火灾事故中,建筑物火灾占首位,而其中多数与使用木质材料有关[3～5],因此,改进木质材料的阻燃性能越来越重要。
使用防火涂料是防火的一种重要手段,其施用方便,阻燃效率较高,适应性强,特别是膨胀型防火涂料成为当前国内外研究和发展的重点[6]。
膨胀型防火涂料的阻燃机理是当涂层受热后,涂料中的基料发生软化和熔融,使涂层呈塑化状态,达到分解温度的发泡剂释放出不燃性气体(如N H 3、CO 2、H 2O 等),发生膨胀形成一定体积的泡沫层,产生凝固和炭化,形成多孔性海绵状炭化层结构,从而起到阻燃的作用[7]。
可见,发泡剂是膨胀型防火涂料的重要组成部分。
本试验着重探讨了不同种类的发泡剂对膨胀型聚氨酯防火涂料阻燃性能的影响。
1 材料与方法1.1 试验材料胶合板 树种为马尾松(Pi nus m assoniana ),5层,规格1220mm ×2240mm ×9mm ,由福建腾达木业有限公司提供,产品质量符合胶合板国家标准G B 9846.1～12288的要求,加工成150mm ×150・61・mm ×9mm 的试件。
聚氨酯树脂 双组分,由长沙市福邦化工涂料有限公司出品;防火涂料配方见表1。
表1 膨胀型聚氨酯防火涂料配方T ab.1 Formulas for the intumescent polyurethaneflame 2retard ant coating原料名称组成/质量份原料名称组成/质量份聚氨酯树脂167聚氨酯固化剂167季戊四醇27三聚氰胺10磷酸氢二胺72硼酸25 发泡剂 ①尿素,CO (N H 2)2,分解温度130℃;②双氰胺,C2H 4N 2,分解温度210℃;③复合发泡剂,由尿素和双氰胺按1∶1质量比组成。
1.2 仪器设备HRR 3热释放率系统,美国A TLAS 公司制造。
1.3 试验方法为比较不同发泡剂对涂料阻燃效果的影响,试验设定4种方案:A :未涂刷膨胀型聚氨酯防火涂料的素板(对照板);B :涂料中加入尿素;C :涂料中加入双氰胺;D :加入复合发泡剂。
根据前期的发泡剂用量优选正交试验结果,确定本试验发泡剂用量均为40份。
将加入发泡剂后的膨胀型聚氨酯防火涂料涂布于胶合板试件上,涂刷量250g/m 2(单面),置于室内自然干燥。
将素板及涂刷防火涂料后的试件放置到温度(21±3)℃、相对湿度50%的恒温恒湿箱中处理24h 后取出放平,在试件的一面包裹一层厚0.025mm 的铝箔,然后装入试件架备用[8,9]。
根据美国航空标准FAA 813023及美国国家标准E 906283,测试条件为:压缩空气的压力26.67kPa 、温度21～24℃、流量0.04m 3/s 、热通量校准器内冷却水流量1L/min 、辐射热通量(3.5±0.05)W/cm 2、甲烷气纯度99%、甲烷气瓶输出压力0.103～0.138MPa (15～20psi )、标准测试时间5min [10,11]。
(美国航空局授权:定购A TLAS 公司HRR 3热释放系统的用户,只要按照上述2项美国标准进行相关测试,且标准偏差<5%,则测定结果可被认可)[11]。
2 试验结果A 、B 、C 、D 四种方案胶合板试件的燃烧热释放率见表2,燃烧曲线见图1。
表2 四种方案的胶合板试件燃烧热释放率T ab.2 Burning heat release rate of the plyw oodsamples in four projects试验方案着火时间/s 达到最高热释放率 总热释放量/(kW ・m in ・m -2)时间/s 峰值/(kW ・m -2)2min 5min A 17300147.11177.57476.40B 20300125.6151.68293.40C 6516581.7929.12201.45D6815280.3722.47227.67图1 四种方案的胶合板试件燃烧热释放率曲线Fig.1 H eat release rate curves of the plyw ood samples3 分析与讨论从表2及图1A 可知,在HRR 3热释放率系统测试中,胶合板素板在开始17s 处于吸热升温阶段,17s 后开始燃烧并放出热量,热释放率随时间的延长快速上升,第一个峰值出现在59s 处,热释放率达到143.65kW/m 2,在120s 内总的热释放量为177.57・71・第19卷 第1期 木材工业2005年1月kW ・min/m 2。
整个热释放率曲线呈“V ”字,主要原因是试件未经任何阻燃处理,燃烧着火时间短,在初始阶段热释放率上升迅速。
在59s 处达到第一个峰值后,燃烧试件表面形成一层炭化层,阻碍了火焰向板的心层扩展,同时也影响了心层受热产生的可燃性气体向表层的扩散,热释放率曲线呈现下降趋势。
随着时间的延长,炭化层出现裂缝并不断扩大,使火焰逐渐向心层扩展,燃烧热释放率曲线又明显上升,在最后300s 处达到最大值(147.11kW/m 2)。
表2及图1(B )显示,以尿素作为单一发泡剂的膨胀型聚氨酯防火涂料涂覆的试件,在试验开始20s 内处于吸热升温阶段,20s 后试件开始燃烧并放出热量,随着时间的延长,热释放率逐渐增高,在300s 时达到最高值125.61kW/m 2,在120s 内总热释放量为51.68kW ・min/m 2,明显低于素板,可见发泡剂尿素的作用。
尿素的分解温度为130℃,在HRR 3热释放率系统燃烧室内的高温作用下快速分解,产生泡沫层,阻碍了火焰的快速燃烧和蔓延。
2min 之后随着燃烧的继续进行,涂层无法持续产生不燃性气体来稀释胶合板受热产生的可燃性气体,由泡沫层形成的炭化层随即开裂和破坏,试件的燃烧无法得到控制,因此燃烧放热曲线呈明显上升趋势。
表2及图1(C )所示,由双氰胺作为单一发泡剂的膨胀型聚氨酯防火涂料涂覆的试件,在试验开始65s 内处于吸热升温阶段,65s 后试件开始燃烧并放出热量,热释放率随着时间的延长增高,在165s 时出现最高值,达到81.79kW/m 2,在120s 内总热释放量为29.12kW ・min/m 2。
在HRR 3热释放率系统燃烧室内,试件必须逐步受热,着火时间相对延迟。
防火涂料中发泡剂双氰胺的分解温度是210℃,当涂层内的发泡剂达到分解温度后释放出大量的不燃性气体,如N H 3、CO 2、H 2O 等,稀释了胶合板本身受热产生的可燃性气体,并在胶合板涂层表面形成致密的炭化层,阻止了试件的进一步燃烧,所以热释放率在165s 处达到最高值后逐步下降。
但由于双氰胺的分解温度高,在试验中可观察到涂层产生的泡沫被顶起或吹塌,因此270s 后热释放率又略有回升。
从表2及图1D 可见,复合型发泡剂膨胀型聚氨酯防火涂料涂覆的试件,在试验开始的68s 内处于吸热升温阶段,68s 之后开始燃烧放热,在152s 处时热释放率出现最高值80.37kW/m 2,随后逐步下降,在120s 内总热释放量为22.47kW ・min/m 2。
因复合型发泡剂含有尿素和双氰胺双重组分,尿素发泡剂可以在低温环境中分解并产生不燃性气体,而双氰胺发泡剂则在试件受热升温到高温过程中,不断地产生大量的不燃性气体,不仅可延长试件着火燃烧时间,即使试件着火后,可在其表面迅速产生更加致密的炭化层,阻止试件的进一步燃烧。