data-full-width-responsive="true"> 室外用超薄钢结构防火涂料的研制彭勃，周树学，武利民*，游波，顾广新（复旦大学材料科学系，教育部先进涂料工程研究中心，上海 200433）1 前言经济和社会的迅速发展推动了建筑材料的不断升级和换代，钢材作为主要承重构件在建筑中已得到了大量应用。钢材虽在常温下具有优异的物理和力学性能，但其耐火性能远比砖石结构和钢筋混凝土结构要差。当钢材达到临界温度(540 C)后，便失去承载能力。而通常在建筑火灾中，10 min 之内火场的温度即可达到700 C 以上。在这样的火场下，只要几分钟裸露钢材的温度就会达到临界值，其承载能力急剧下降，导致建筑物坍塌。因此，钢结构的防火十分必要。钢结构的防火方式有疏导法和截流法。目前，疏导法的应用仅有充水冷却保护法，而截流法的应用较多，主要有耐火材料包封法、屏蔽法、水喷淋法、防火涂料法。综合各方面因素，在钢构件上直接喷涂防火涂料是最理想、最可靠、最经济实用的方法。钢结构防火涂料有厚涂型(8 ~ 50 mm)、薄涂型(3 ~ 7 mm)和超薄型(3 mm)之分。其中超薄型防火涂料是近年来研究的热点，其用量已占到全部防火涂料的90%，年使用量在15 000 t 以上[1]。该涂料一般由天然或合成高分子、发泡剂、助发泡剂、炭源、颜填料等组分构成，利用各组分间的协同关系形成完整、致密坚硬的膨胀泡沫层[2-5]。目前，国内超薄型钢结构防火涂料的研究及生产单位主要有：四川消防研究所、北京航空材料研究所、福建福日特种材料有限公司等。与国外发达国家同类技术相比，我国的涂料性能还存在一定的差距[6-8]，而且所研发的防火涂料均为室内型，室外防火涂料研究成果不多，不能满足日益增长的工业(如石化企业)和民用(如上海世博会)建设的需求。因此，研制耐候性优良、装饰性好的室外超薄钢结构防火涂料已成当务之急[9-10]。2 实验2 1 原材料丙烯酸树脂(BD801、AC80、AC5G)，环氧有机硅树脂，甲醚化氨基树脂，丁醚化氨基树脂，多聚磷酸(AP422)，季戊四醇，双季戊四醇三聚氰胺，可膨胀石墨，氯化石蜡，氯化橡胶。所用原材料均为工业级。2 2 防火涂料基础配方丙烯酸树脂BD801，28%；氯化石蜡，7%；氨基树脂582-2，60%；多聚磷酸盐，247%；季戊四醇，165%；三聚氰胺，98%；石墨，4%；有机彭润土，4%。2 3 涂料配制先将树脂加入溶剂中，利用分散头在2 500 r/min转速下剪切分散溶解，然后逐渐加入各种粉料(成炭剂、脱水成炭催化剂、发泡剂和颜填料等)，继续搅拌分散10 min 左右。加入适量的玻璃珠或者陶瓷珠，利用研磨头在3 000 r/min 转速下进行研磨。研磨时间视具体情况而定，一般为1 ~ 4 h。用刮板细度计检测涂料细度，若达到要求则停止研磨，用滤网过滤，分离研磨珠和涂料，将涂料保存入罐。2 4 涂料性能测试在涂覆了防锈底漆的Q235 钢板(150 mm 70 mm 6 mm)上涂刷试样涂料4 ~ 5 次，以达到规定的厚度，即(15 02) mm。涂好的试板涂层面向上，干燥养护21 d 左右。同时进行干燥时间、初期开裂性、黏结强度、耐水性、耐碱性和耐冷热循环性等基本涂料性能的测试，检测方法按GB 149072002《钢结构防火涂料》进行。防火性能的国标测定方法中，选用的是工字型钢梁，测试费用高，所需场地大，一般实验室不具备这个条件。所以选用了小板燃烧法来评价涂层的防火性能。具体过程如下：在涂好防锈底漆的钢板(180 mm 140 mm 1 mm)上涂覆试样涂料3 ~ 5 遍，在上一层表干后涂覆下一层，使涂层厚度为15 ~ 20 mm。每个试样涂料涂刷2 块钢板。涂好的试板涂层面向上，进行适当的修边处理后，放置在实验台上干燥养护一个月，然后进行防火性能测试。小板燃烧装置如图1 所示。在火焰的上方有一根热电偶，用以记录正火温度，在钢板的背面有一热电偶丝，用以记录背火温度。将钢板放在设备的指定位置，打开自动温度火焰控制仪，打开燃气，点火，启动升温程序，每一分钟记录下背火温度(钢板背面的温度)，直到背火温度达到500 C时停止实验。图1 小板燃烧装置实物照片Figure 1 Photo of small panel combustion apparatus3 结果与讨论3 1 树脂组成对涂料防火性能的影响不同防火涂料配方中的树脂组成见表1。表1 不同防火涂料配方中的树脂组成
为了比较有机硅树脂08 和氨基树脂582-2 对涂料防火性能的影响，对配方SF-11 和SF-17 涂料的防火性能进行了研究，测得其背火温度时间关系如图2 所示(每个试样做了2 块样板，一条曲线代表一个样板的结果)。图2 表明，SF-17 的初始升温速率快于SF-11，但在第8 min 后，升温速率变得缓慢，甚至出现了大幅度的降温(SF17-1)。SF-17 的发泡高度只有25 cm 和18 cm，远低于SF-11 的90 cm 和85 cm。虽然发泡高度上相差很大，但两者防火时间并没有明显差异。这主要是SF-17 所形成的发泡炭层致密，弥补了高度上的欠缺。因此，有机硅树脂08 和氨基树脂582-2 在防火涂料中各有优点。
按配方SF-9、SF-10 和SF-43，比较了具有良好防腐功能的环氧有机硅树脂与2 种氨基树脂的防火性能，结果见表2。从表2 可见，SF-9 的防火时间明显长于SF-10 和SF-43。
3 种配方所得涂料的剩余膨胀炭层外观见图3。
