从表2可以看出, 随着颜基比的增加, 膨胀炭质层的膨胀度、炭化体积以及炭层强度都有逐渐增大增强的趋势, 这是因为随着颜基比的增加, 颜填料不断增加, 膨胀阻燃体系在涂料中的含量也不断提高, 这必然导致涂膜将具有更多成炭的物质基础, 因而遇火能表现出更佳的膨胀效果, 产生更多的炭化物, 也使得炭质层愈发坚固, 抵御火焰气流的冲击。从图1可以看出, 耐燃时间与颜基比的关系曲线成单峰状, 即随着颜基比的增加, 耐燃时间经历了一个先增大后减小的过程, 当P/B= 3.5时, 耐燃时间达到峰值。这主要是因为当颜基比较小时, 基料树脂的含量过大, 其一方面会抑制涂膜的膨胀发泡,
另一方面也会使涂层在遇到火焰灼烧时易发生熔融坠落, 同时, 膨胀阻燃体系含量过低, 这些因素共同造成涂膜在较低颜基比时的耐火性能不理想。但是, 颜基比过高时, 基料树脂的含量过低, 会降低涂膜与底材的附着力, 在遇火高温时与底材发生分离, 而且过少的树脂也难以捕捉到发泡的气体, 在炭质层中易形成较大的泡孔, 同时, 膨胀阻燃体系过多, 一方面发泡迅速, 会使得炭质层更加密实、厚重, 但是也会让涂层在高温时的附着力降低, 从而影响其耐火性能。因此, 存在一个合适的颜基比, 基料树脂与膨胀阻燃体系的比例匹配, 能使涂层具有佳的耐火时间。根据实验结果, 当P /B= 3.5时, 涂层的耐火时间达到佳值。
213 不同填料的影响
膨胀型防火涂料中少量的无机填料, 对炭质层内部的泡孔分布、泡径分布、炭质层的膨胀效果以及其强度等都有着很大的影响, 从而影响到防火涂料的耐火性能。目前国内外对众多阻燃协效填料都做了大量的研究, 发现可膨胀石墨、绢云母都能提高炭层强度, 从而增强耐火性能[ 9- 10]。此外, 将纳米粒子引入到防火涂料中, 也显著提高了其防火性能[ 11] 。在本次试验中, 重点考察了几种新型的具有阻燃耐火功能的填料对防火涂料的影响, 即保持配方中其余组分的用量不变, 仅改变填料的种类, 比较了它们的炭质层的结构与形貌状况, 实验结果如表3和图2所示。
表3 不同填料对防火涂料耐火性能的影响


结合表3和图2 可以看出, 添加不同无机填料对防火涂料耐火性能的影响具有明显的差异。玻璃微珠的加入使得防火涂料在耐火阶段的前期、中期表现出良好的隔热效果, 这是因为玻璃微珠本身的多孔结构就具有隔热作用, 大量的玻璃微珠在一起就形成了隔热层, 延缓钢板背温的上升; 但是玻璃微珠对炭质层强度的提高不是很明显, 并且降低了膨胀高度,这可能是因为它对炭质层的膨胀具有一定的抑制作用, 造成内部结构有点疏松, 因此炭层逐渐被击穿造成后期钢板背温迅速升高。玻璃粉的加入进一步降低了炭质层的膨胀高度,但是却提高了炭质层的强度, 这是因为玻璃粉在高温下会发生熔融, 覆盖在炭质层中起到粘附作用, 提高了炭质层的致密程度和强度, 起到了高温隔热的作用。硅藻土同样具有多孔隔热作用, 因此钢板背温在防火早期升温较慢, 但是硅藻土的加入却使炭质层表面有裂纹且结构疏松, 这是因为硅藻土不能有效地增强炭质层的强度, 造成气体从内部急剧冲出, 使得炭层表面开裂、不平整, 内部结构不紧凑。叶腊石和斜绿泥石都是耐火材料, 它们的加入都表现出在高温具有较好的隔热防火性能, 但是加入叶腊石与加入斜绿泥石相比, 叶腊石的加入降低了膨胀高度, 提高了炭质层的强度, 延长了耐燃时间,这可能是因为叶腊石对炭层具有强烈的增强作用, 不但提高其强度, 并且提高了与底材结合程度, 增强了耐燃效果; 而斜绿泥石却不能有效地提高炭层强度, 造成炭层在灼烧过程中发生脱落, 降低了耐火效果。而加入膨胀珍珠岩, 炭层强度坚硬, 内部厚实、致密, 在灼烧过程中没发生脱落, 这是因为珍珠岩一方面具有隔热耐火作用, 有助于提高耐燃时间; 另一方面, 珍珠岩在高温下也能发生膨胀, 它们穿插在炭层结构中,增强了炭层的致密性。因此, 根据实验结果, 选择珍珠岩作为防火涂料的增强填料。
214 珍珠岩的用量对耐火性能的影响
在膨胀型防火涂料里, 无机填料的用量会直接影响到炭质层的膨胀效果、炭层强度、炭层形态等。加入少量的填料可以显著提高炭层的强度, 提高耐火极限; 但是, 若是填料加入过量, 会对炭层产生严重的抑制作用, 从而大大降低了耐燃时间。本次试验着重考察了珍珠岩的用量对防火涂料耐火性能的影响, 按照珍珠岩所占涂料体系质量分数的1%、3%、5%、7%、9%、11%, 分别制备了6组涂料, 其实验结果如表4。
表4 珍珠岩用量对防火涂料耐火性能的影响

从表4可以看出, 当珍珠岩质量分数为1%、3% 时, 防火涂料受火焰灼烧都会出现鼓大泡、易脱落的现象, 这是因为珍珠岩的用量过低, 致使阻燃体系的发泡速率要远大于珍珠岩的抑制作用, 因此在炭层内部极易形成大泡孔降低耐燃时间。而当珍珠岩质量分数为5%、7%、9%时, 防火涂料都能达到较为理想的耐火效果, 这是因为此时珍珠岩起到了较好的增强作用, 使得炭层紧凑, 而且发泡速率与珍珠岩的抑泡作用达到基本平衡, 所以炭层内部孔径均一且呈密实蜂窝状。但是, 当珍珠岩的质量分数达到11%时, 防火涂料在灼烧过程中会发生大面积脱落, 脱落的涂膜表面有大量呈沸腾状的鼓泡, 这可能是因为珍珠岩的添加量过多, 它对炭层的膨胀有过强的抑制作用, 造成气体在炭层内部积聚, 当气体累积到一定程度时, 内部过高的气压将使气体冲落涂层, 因此严重降低了防火效果。从实验结果可以得出, 珍珠岩的添加量在5% ~ 9%能使防火涂料具有优异的防火性能。
3 结 语
( 1)实验对比了5种不同类型的丙烯酸乳液, 发现以硅丙乳液作为防火涂料的成膜物质, 它在遇火焰高温时能与底材紧密结合, 与阻燃体系相匹配, 具有优异的防火效果。
( 2)当防火涂料体系的颜基比P /B= 3.5时, 防火涂料耐火性能佳。
( 3)对比7 种无机填料, 添加珍珠岩能有效增强炭层强度、提高耐燃时间。
( 4)当珍珠岩的添加量在5% ~ 9%时, 防火涂料耐火性能佳。