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