饰面型防火涂料阻燃机理及研究现状的探讨

在提出防火涂料概念和种类的基础上,探讨了膨胀型的饰面防火涂料的防火隔热原理、主要成分及其作用,分析了饰面型防火涂料的研究现状,并预测了其发展趋势.     

蛤蜊壳在膨胀型防火涂料中的阻燃和抑烟作用

为提高膨胀型防火涂料的阻燃与抑烟性能,以聚磷酸铵-季戊四醇-三聚氰胺为膨胀阻燃剂、蛤蜊壳生物填料作为协效剂制备膨胀型防火涂料,通过小室法、模拟大板法、烟密度试验、热重分析(TGA)法、扫描电镜(SEM)和元素分析等,研究蛤蜊壳生物填料的含量对膨胀型防火涂料的阻燃和抑烟性能的影响。结果表明:添加蛤蜊壳生物填料可以有效提高膨胀型防火涂料的阻燃和抑烟性能,表现出较好的协效阻燃和抑烟作用;但过量的生物填料会降低其在膨胀型防火涂料中的协效作用,添加质量分数为2%的蛤蜊壳生物填料表现出最优的协效阻燃和抑烟性能;蛤蜊壳生物填料的加入可以促进膨胀阻燃体系在燃烧过程中形成更多的交联结构以增强炭层的致密性和隔热性能,进而使涂层显现出较高的热稳定性和成炭率,添加质量分数为2%蛤蜊壳生物填料的涂层在800℃下的残炭量高达33.7%。     

纳米SiO2和发泡剂对聚氨酯防火涂料阻燃性能的影响

近几年来我国火灾的严重性已使木材阻燃成为一项紧迫任务.为了提高马尾松胶合板的阻燃性能,以聚氨酯为对象,采用HRR3热释放率系统、HC-2氧指数测定仪等测定了涂覆膨胀型纳米聚氨酯防火涂料的马尾松胶合板的燃烧热释放率和氧指数,分析了纳米SiO2以及各种发泡剂对聚氨酯防火涂料阻燃性能的影响,并分析它们的阻燃机理.结果表明,在聚氨酯防火涂料中加入纳米SiO2,可使涂覆的胶合板燃烧失重和炭化体积明显降低,有效地提高阻燃性能,纳米SiO2用量以3%为宜.加入发泡剂可进一步提高涂料的阻燃效果和氧指数值.复合发泡剂比单一发泡剂效果好.在8种试验方案中,用尿素-双氰胺按1∶3的质量比组成的复合发泡剂阻燃效果最优,在HRR3热释放率系统测试中,涂覆的胶合板着火燃烧时间最长(69 s),达最高热释放率时间最短(130 s),热释放率峰值最低(53.45 kW/m2),氧指数值最高(55).     

β环糊精改性聚氨酯基涂料的火安全性与热解动力学分析

为提高膨胀型防火涂料的阻燃性能,以聚氨酯树脂为基料,以聚磷酸铵、尿素为阻燃体系,通过加入不同掺量的钛酸酯偶联剂改性β-环糊精（β-CD）,提高阻燃效果。通过红外光谱仪（FT-IR）、锥形量热仪（CONE）、热重分析仪(TG)、差热扫描量热仪(DSC)等,研究改性β-CD的含量对膨胀型防火涂料的火安全性的影响,使用Coats-Redfern积分法计算涂料的热解动力学。研究结果表明:改性β-CD能有效地提高涂料的阻燃性能,当β-CD为1wt%时拥有最佳阻燃性能,1wt%改性β-CD能够提高涂层的蓄热能力,延缓APP的分解和抑制碳质材料的分解,进而提高涂料的阻燃性能。通过热解动力学拟合曲线得出,1wt%的样品能在253 ℃以后显著提高反应的活化能,提高涂层的阻燃性。     

采用锥形量热仪(CONE)研究和评价新型可膨胀石墨防火涂料

利用锥形量热仪(CONE)实验获得的热失重速率(MLR)、热释放速率(HRR)、有效燃烧热(EHC)、比消光面积(SEA)、CO2、CO和点燃时间(TTI)等参数对可膨胀石墨防火涂料与传统的膨胀型防火涂料的阻燃性能、烟毒释放、阻燃机理进行了对比研究。结果表明,与传统的膨胀型防火涂料相比,可膨胀石墨防火涂料由于在热降解过程中成炭量较高,炭层具有更好的热稳定性,因而其阻燃和隔热性能更为优良,具有更长的耐燃时间,且烟毒释放少,安全性能更高。     

科技博览

防火性能最好的优配方法东华大学环境学院沈恒根教授等以市售无机膨胀型AB牌防火涂料为研究基础,复合了膨胀阻燃剂(APP-MEL-PER阻燃体系)、抑烟剂和助剂,进行了新型防火涂料的制备。经试验发现,当膨胀阻燃体系(APP-MEL-PER阻燃体系)以17:6:6的配比混合于无机膨胀型AB牌防火涂料中,其所占质量百分比为19%的时候,防火性最好。测试表明,该新型防火涂料密度等级为6.77,指数下降了10,接近于国家标准1级。在248℃～400℃期间失重仅为12%,在390℃,有强烈的吸收峰,也表现了优异的阻燃性,实现了APP- MEL-PER膨胀阻燃剂和AB牌涂料优配的目的。     

复合无机防火涂料优配研究

以市售无机膨胀型AB牌防火涂料为研究基础,复合了膨胀阻燃剂(APP-MEL-PER阻燃体系)、抑烟剂和助剂,进行了新型防火涂料的制备,当膨胀阻燃体系(APP-MEL-PER阻燃体系)以17∶6∶6的配比混合于该涂料中,其所占质量百分比为19%的时,防火性能最好。测试表明,该新型防火涂料烟密度等级6.77,指数下降了10,接近于国家标准1级。在248℃~400℃期间失重仅为12%,在390℃,有强烈的吸收峰,也表现了优异的阻燃性能。实现了APP-MEL-PER膨胀阻燃剂和AB牌涂料优配的目的。     

膨胀型防火涂料对高压电力电缆引燃特性影响的实验研究

膨胀型防火涂料在电缆防火工程中有较广泛的应用,在使用过程中确保电缆涂料的效果与经济性具有重要意义。对喷涂不同厚度膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的高压电力电缆开展了在典型强度外加辐射热流条件的着火引燃实验,分析了电力电缆点燃时间、受热期间涂层对电缆外护套的保护与涂层受热后的形态变化。结果表明,电缆的着火行为与涂层厚度紧密相关。相比于未喷涂防火涂料的电缆,覆有膨胀型高氯化聚乙烯防火涂料的电缆在加热过程中明显膨胀,生成较软的泡沫状碳质层,且引燃时间较长,电缆起火后火势较弱。随着涂层厚度的增加,该涂料对电缆的阻燃和保护效果更为显著,研究结果表明,电缆表面喷涂1.0 mm厚度的防火涂料较为适宜。     

硼酸三聚氰胺在膨胀型防火涂料中的协同作用

为研究硼酸三聚氰胺(MB)在膨胀型防火涂料中的阻燃和抑烟作用,采用小室法、隧道法、大板法、锥形量热仪、热重分析(TGA)法、傅里叶红外光谱(FTIR)法和扫描电镜(SEM)研究不同含量的MB对涂料阻燃和抑烟性能的影响。结果表明:添加适量的MB能提高防火涂料的阻燃和抑烟性能,当MB的质量分数为5%时,涂料的协效阻燃和抑烟效果最佳,火焰传播比值为11. 9,炭层膨胀倍数为48. 4; MB能促进涂料在燃烧过程中形成更多的P-O-C、B-O-P和C=C等热稳定性结构以提高涂层的热稳定性和成炭量,并形成致密的蜂窝状骨架结构以增加炭层致密性和膨胀度,达到协效阻燃和抑烟的目的。     

高性能隧道防火涂料的产业化推广

鉴于隧道火灾特点及其危害性,隧道防火的重要性与日俱增。涂装隧道防火涂料是隧道防火的有效方法,文中简述了隧道防火涂料的防火机理,研制原则及制备流程。福建省防火阻燃材料重点实验室开展隧道防火涂料的研制,项目产品DP-3型混凝土隧道防火涂料完成在厦门大平公司的中试,并投入市场,产生良好的社会、经济效益,实现了隧道防火涂料成果产业化推广。该涂料已应用于数十项隧道工程的防火涂装,均一次性通过项目验收,获得优良评价。     

普通壁纸与防火壁纸热解特性的对比研究

利用热重分析仪对市场上两种壁纸(普通壁纸和防火壁纸)在不同气氛、不同升温速率条件下的热解特性进行了研究。实验结果表明:空气气氛下壁纸的失重温度区间相对N2气氛向低温区移动,总失重率增加,残碳量减少,热解更完全。随升温速率提高,壁纸的热解曲线有向高温区移动的趋势,增大升温速率使主要热解阶段初始热解温度升高,最大失重速率增加,总失重率增加,热解更完全。防火壁纸与普通壁纸相比不易分解燃烧,更有利于防火。     

煤低温氧化热解的热分析实验研究

在热分析动力学的基础上,对阳泉煤样运用同步热分析仪进行150℃下的氧化以及热解实验,得出该煤样相应的TG-DSC曲线。通过两者的TG-DSC曲线,对比分析煤样的热量释放情况,并结合曲线设定多项式形式的机理函数以分析其动力学特性。实验研究得出:该煤的低温氧化过程较之热解过程是个明显的氧化放热过程;该煤低温氧化和热解过程的最佳机理函数都为多项式,并且相应过程中的TG曲线和DSC曲线适用于同一个机理函数,这与一般所定义的机理函数不同;热解过程较之氧化过程所需的表观活化能较大,相同条件下较易发生煤的氧化自燃。     

景区典型树种的热解特性及动力学研究

为了研究山林或景区中不同植物的热稳定性,选取了景区种植数量较多的6种典型树种:女贞、枇杷、竹子、松树、柏树和法桐的枝干和叶作为样品。借助同步热分析仪,在温升速率20℃/min的条件下,对未经干燥处理的样品进行热解特性及热解反应动力学研究。通过TG、DTG以及DSC曲线分析各样品的热解过程,并采用分阶段一级反应动力学模型Coats-Redfern法求得相应参数。研究结果表明:所取样品的热解过程都出现4个明显的热解阶段,即脱水阶段、综纤维素热解阶段、木质素热分解阶段、炭化阶段。根据6个树种的主要热解阶段和动力学分析,6种树种的热稳定性从低到高顺序依次为竹子、女贞、枇杷、法桐、柏树、松树。     

Characterization of Ti powders mixed with TiO2 powders: Thermal and kinetic studies

The fire and explosion risks of metal powders admixed with solid inertants have been extensively investigated for many years. However, it remains unclear why such solid mixtures have high potential fire and explosion risk even when mixed with high percentages of non-combustible solids. This paper investigates how to interpret these risks, from a microscopic perspective, with thermal and kinetic parameters including initial ignition temperature, mass unit exothermic energy, activation energy and risk index of spontaneous combustion. The results show that the initial ignition temperature based on TG (Thermogravimetry) analysis is related to ignition sensitivity, and increased with percentage of admixed solid inertant. The unit mass exothermic energy based on DSC (Differential scanning calorimetry) analysis is related to flame spread velocity. Activation energy and the risk index of spontaneous combustion can be used to explain the reactivity and spontaneous combustion hazard, respectively, of metal powders. We conclude that thermal and kinetic parameters may provide another way to describe the fire and explosion risk of combustible powders, especially for nano metal powders due to the laboratory safety in the normative tests for explosion parameter determination.     

煤炭自燃指标性气体确定的实验研究

矿井火灾是矿井五大灾害之一,煤炭自燃则是矿井火灾最主要的起因。为了了解煤炭氧化、自燃规律,本文采用TG-DSC技术研究了不同煤种在水分蒸发、吸氧增重、受热分解及燃烧等不同氧化阶段的氧化特征值;并采用TG-DSC-GC联用技术研究了不同煤种在整个氧化阶段的气体产物生成规律及其特征。在煤的低温氧化阶段,找出了CO等可作为判别煤自燃的指标性气体及C2H4等辅助指标性气体;并得出了各煤种氧化阶段的耗氧规律。     

阻燃与未阻燃装饰装修木材在不同氧浓度下的热分析

利用热重分析仪对常见木质装饰装修材料白杨、白桦、红松以及这三种材料的阻燃品,在不同氧浓度条件下进行了热重分析(TGA)实验,通过对失重(TG)曲线、失重速率(DTG)曲线的分析,深入探讨了氧气体积分数对样品热解过程的影响.结果表明:对三种天然木材样品而言,氧浓度增大,样品的TG曲线左移.氧浓度对阻燃样品热解失重曲线的影响较小.热解过程用简单的动力学模型进行了模拟,确定了热解主反应段的动力学参数、表观活化能和频率因子,得到了各阶段的动力学方程.     

贫烟煤氧化热解反应的动力学分析

通过运用热分析的技术研究平顶山烟煤以及郑州嵩枫贫煤氧化热解反应的动力学特性.依据转化率将煤样的TG曲线划分为两个不同的温度区间进行动力学机理函数的探讨.通过对比分析整个TG曲线的氧化受热情况,将线性较好的机理函数带入DSC曲线进行分析验证,并求解出动力学参数以分析其氧化热解反应的特点.研究得出:这两种煤的氧化热解过程相似但同等条件下反应程度不同;在不同的反应阶段其化学反应级数不同并且相应过程中的TG曲线和DSC曲线反应级数一致;煤反应的活化能随着煤与氧反应过程的深入而增加,指前因子随着活化能的增加而增加且煤氧化反应过程是个分阶段的、多步反应以及相互联系促进的过程.     

二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯的性能影响研究

利用锥形量热仪(CONE)、裂解气相色谱仪(PyGC)、示差扫描量热仪(DSC)等先进的分析测试手段,研究了二氧化硅对膨胀型阻燃聚乙烯阻燃性能的影响、各阻燃剂之间的协同性以及阻燃机理。实验结果显示,阻燃剂的加入可延缓PE的降解过程,降低材料的热释放速率,降低基材在升温过程中的放热量,使基材具有良好的阻燃性;SiO2的适量加入可改善膨胀碳层的耐热性,当SiO2的添加量为6％时,协同阻燃效果最佳。     

含能材料CL-20的热安全性测试分析

CL-20是一种高能量、高性能的炸药。为了研究CL-20的热分解性能,分别采用DSC-TG、DSC-TG-QMS联用系统和高压型差示扫描量热仪(DSC 204 HP)对CL-20的热安全性进行了测试分析,并计算了CL-20的热力学参数和动力学参数。结果表明,CL-20固体炸药在不同升温速率下的TG曲线基本相似,都只有一个台阶。在升温速率为10 K/min时,CL-20在放热峰温处的活化焓、活化熵和活化自由能分别是177.26 k J/mol、52.61 J/(K·mol)和149.7 kJ/mol。CL-20热分解后的气体产物主要有NO、CO、CO_2和H_2O,离子流强度约为10-9A,其中H_2O的离子流强度最大。不同压力时CL-20热分解的过程不同,在压力高的情况下CL-20分解放热更多,反应过程越剧烈,热安全性越差。与常压下相比DSC放热峰值温度降低。