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防火涂料的防火(阻燃)原理

日期: 2018-01-11 13:08 浏览次数 :

  防火涂料之所以能够防火(阻燃),主要可以归结于以下几点:
  1.防火涂料本身其有难燃或不燃性,使被保护的可燃基材不直接与空气接触而延迟基材着火燃烧;
  2.防火涂料遇火受热分解出不燃性的惰性气体,冲淡被保护基材受热分解出的易燃气体和空气中的氧,抑制燃烧;
  3.防火涂料遇热能生成减缓及终止燃烧连锁反应的自由基;
  4.防火涂料遇热膨胀,形成隔热、隔氧的膨胀炭层,阻止基材着火燃烧。
  目前广泛采用的膨胀型防火涂料的主要作用机理即是形成膨胀炭层,阻止热量传递。膨胀型防火涂料中通常含有:1.脱水剂(酸源),一般指无机酸或能在燃烧加热时原位生成酸的物质,如磷酸、硫酸、硼酸及磷酸酯等物质;2.成炭剂(碳源),一般指多碳的多元醇化合物,如季戊四醇以及乙二醇和酚醛树脂等;3.发泡剂(气源),一般指含氮的多碳化合物,如尿素、双氰胺、聚酰胺、脲醛树脂等。从机理上讲,膨胀炭层的形成一般要经过以下过程:酸源受热放出无机酸,多元醇酯化,进而脱水炭化,反应生成的水蒸气及一些不燃性气体使炭层膨胀,最终形成一层多微孔的炭层,这个过程如图所示。
防火涂料阻燃图
  依据传热学理论,固体材料的主要传热方式为热传导,热传导服从于傅里叶定律,即在不均匀温度场中,由于导热所形成的某地点的热流密度正比于该时刻同一地点的温度梯度,若将基材表面的炭层看成一维温度场,导热方程式见式。
防火涂料方程式
  假设炭层两面的温度分别为Tl(与炭层接触的燃烧区域热气体的温度)和Tz(与炭层接触的基材表面温度)。
阻燃方程式
  可见,通过炭层的热通量在Tl、T2确定后,主要由炭层的厚度L和炭层的热导率决定。热导率表示物质的导热能力,它主要受物质本身的性质、结构等影响。对于某一特定材料,结构堆积越紧密,越有利于接触式导热,因而热导率越大,对于内部布满均匀气孔的物质,由于气体的热导率很小,热导率明显降低,一般膨胀涂层的热导率约为1.163×10ˉ4~8.14×10ˉ4W/(m·℃),与空气的热导率比较接近;而炭层遇热膨胀炭化时,L变化几十倍甚至上百倍,正是由于炭层的厚度增加及热导率明显下降使得最后通过膨胀炭层传递基材的热量下降为原传递热量的几十分之一至上百分之一,表现出良好的隔热性能。