随着科技的进步, 建筑业的逐渐发达, 我们的建筑趋向于更高、更美观、更实用, 这必然对建筑的耐火极限等提出了更高的要求, 也激励着我们的研究人员探索发明更多新型的防火材料。
下来主要介绍3种新型的防火材料:新型的有机防火材料-酚醛FRP、喷射防火材料、钢结构用新型防火材料。
目前, 传统的有机装饰材料 (包括阻燃有机材料) , 仍在部分领域普遍使用。这些材料在火灾中, 大多经受不住火灾的考验, 特别是在较大火灾发生时, 装饰材料在燃烧中释放出大量烟雾和有毒气体, 成为火灾中威胁人们生命的致命杀手。而80年代中期以后自欧美发展起来的“第二代酚醛树脂”及其复合材料, 给有机材料的防火带来了希望。这种“既不燃烧, 发烟又少”的新型有机材料能广泛应用于飞机、火车、汽车的内装饰, 并可作为公共建筑的防火装饰材料和隧道、地铁用阻燃材料。
传统酚醛树脂是粉状材料或是高黏度液体, 必须用溶剂降低黏度后, 才能浸渍材料, 制作预渍料。而且此类树脂反应活性低, 固化时间长, 固化阶段缩合水多, 固化必须在高温高压条件下进行, 且制品质量也不高, 所以仅能用于模压成型工艺的制作, 长期以来仅能用于电器、汽车零件等小型制品及印刷电路板、钓鱼杆的制作等, 根本不能做结构复合材料使用, 更难用于装饰和建筑。
“第二代酚醛树脂”体系的最大特点和突破就是树脂体系的重新设计, 形成高反应活性的树脂体系, 无需溶剂, 可直接浸渍基材、铺层。固化时间短, 固化条件可以选择, 甚至可常温常压固化, 所以可用于任何干湿态工艺, 例如手糊、拉挤、缠绕、喷射成型等, 故可广泛用于建筑、飞机、船只、汽车的门窗及耐热、隔热部件和防火通道、管道等。
无须加阻燃剂, 酚醛FRP的氧指数可大于50, 带填料的酚醛FRF氧指数甚至可以达到70以上。而既使阻燃聚酯FRP氧指数也仅为2917, 其它无阻燃剂的材料的氧指数为:环氧树脂1918, 聚乙烯1718, 聚丙烯1717, 聚氨酯20。
以UL-723烟道试验, 酚醛FRP的发烟指数为7, 而聚氨酯、聚氯乙烯为400, 聚苯乙烯为300;以NBS烟腔法测烟密度, 环氧树脂、聚氨酯均随燃烧时间加长而烟密度增大, 10min均超过400, 而酚醛FRP变化很小, 仍在10以下。这种燃烧状态下极低的发烟性, 能有效挽救火灾现场的生命。
酚醛FRP在150℃~200℃时的力学性能保持率为2%~100%, 热变形温度大于300℃, 最高使用温度可达230℃以上。此外, 新型酚醛FRP的热膨胀系数约为玻璃钢的1/2, 为工程塑料的1/10。
这种良好的耐高温、耐热性使酚醛FRP在小火时能不变形, 极高的氧指数保证了其遇火难燃烧, 而优良的发烟性能确保发生大火时也只会发出极其有限的烟量, 可以有效地保护火灾现场人员的生命安全。
目前, 酚醛FRP已经用于飞机、潜艇、火车、汽车的门、窗及内装饰, 并逐渐应用于高层建筑的墙壁、顶棚等。
喷射防火材料在美国、加拿大、日本等发达国家是广泛使用的一种材料。在我国, 这种材料已研制成功, 但还没有开始大量使用。
20世纪60年代喷射防火材料已经出现, ASTM ( (美国材料与试验协会) 在1972年制定了有关矿物纤维喷射技术及施工规范等标准[1]。美国保险商实验室 (UL) 及加拿大保险商实验室 (ULC) 出版的产品服务手册中, 刊载有大量不同形式的建筑结构, 施用喷射防火材料达到不同耐火极限要求的设计号, 供设计、使用者选用。2000年修订的ASTM标准修订中, 把这种材料称为SFRM (Sprayed Fire-Resistive Material) , 译为喷射防火材料, 定义为喷射到基材上以提供对基材进行防火保护的材料。它包括喷射纤维类材料和喷射水泥类材料2类[2]。喷射纤维类材料由一种或多种粘结剂、集料和纤维组成, 该材料经低压空气流通过管道输送到喷嘴口, 与雾化水混合喷到需要保护的基材上, 该工艺称为干混喷射方式。其主要特点是:物料在管道上的输送阻力相对较小, 可输送的有效高度高;喷射产品的密度较小, 导热系数较低。
喷射水泥类材料是由一种或多种粘结剂、集料和纤维组成, 该材料与水混合形成泥浆, 通过管道输送到喷嘴口, 经压缩空气打散, 喷到需要保护的基材上, 该工艺称为湿混喷射方式。其主要特点是:物料在管道上的输送阻力较大, 可输送的有效高度较低;喷射产品的密度较高, 粉尘污染少经过40多年的发展历程, 喷射防火材料的生产、喷射机、喷射施工技术三者已融为综合性技术, 互相促进, 共同发展。材料生产的自动化程度很高, 产品种类齐全, 有高、中、低密度的系列产品, 不同用途的粘结剂, 喷射机的功能更强大, 操作更方便。
喷射防火材料被广泛用于:建筑物的防火、隔热、吸声;工业设备的防火、绝热;隧道工程的防火隔热等方面。国外粒状棉喷射及吸声材料的应用是保温材料中应用最多的品种之一, 日本的岩棉有45%被用于喷射。
喷射防火材料使用的主要纤维原料———粒状棉, 国内在20世纪80年代末期就可进行生产, 由于用途单一, 使用量有限, 粒状棉的生产发展缓慢。到目前为止, 也仅有几个厂家可生产, 年产量不超过10万t, 基本上用作矿棉吸音板的原料, 而用于喷射的几乎为零。经分析主要有以下几个主要原因影响它的使用: (1) 我国尚无可供纤维料长距离输送和喷射施工的专用机器———喷射机。 (2) 无适合长距离输送和喷射施工用的喷射防火材料产品。 (3) 没有生产纤维和粉料干混物并可达到输送和喷用的专门生产工艺和设备。 (4) 无适用于喷射防火材料的专业技术标准。
我们从1998年开始对喷射防火材料的一个分支———喷射纤维类材料进行研究, 经过几年的努力, 喷射机、计算机控制的纤维和粉料干法混料生产设备等主要生产工艺和设备研制成功, 产品经国家防火建筑材料质量监督检测中心检验表明, 性能已达到国外同类产品的水平。
喷射防火材料保留了无机纤维不燃烧、不产烟、质轻、高效隔热和吸声的性能;耐火可靠, 耐火极限可达4h以上;材料价格便宜, 施工费用低;耐候性好, 不出现开裂和脱落;在异形面上的施工具有优势等优点。不仅可用于钢结构的防火保护, 而且在建筑保温、石油化工和冶金建筑的保温节能等领域内的市场潜力也很大, 推广应用前景很好。为了尽快推广应用这种材料, 建议: (1) 行业主管部门应把喷射防火材料作为重点推广项目, 并在政策和资金上给予支持[3]; (2) 参照国外先进技术标准, 制定我国的喷射防火材料专业技术标准; (3) 加大宣传力度, 使人们认识和了解这种材料优越的性能, 在设计和使用中加以选用。
同时, 我们也应该看到与发达国家在喷射防火材料方面存在的差距。我们还处于起步阶段, 而国外已使用了40多年, 各项技术已相当成熟、完善。这就要求我们不断学习先进技术, 高起点地研制不同配方的喷射纤维类、喷射水泥类防火产品, 以满足不同需求。
钢结构具有强度高、韧性好的优点, 因此, 钢结构的应用日益增加。由于钢结构不耐火, 使得钢结构用防火材料的开发成为热点。
以无机矿物为填料、无机非金属矿物为黏合剂制备的防火涂料, 克服了有机防火涂料遇火发泡时产生烟雾对人身健康有极大危害等问题。核工业北京地质研究院李振涛等[4]发明的一种无机单组分钢结构防火涂料由轻质绝热骨料、防火纤维、防火黏合剂和添加剂混合搅拌而成。该涂料具有良好的防火隔热性能。
同济大学马一平[5]发明的一种空调型建筑材料, 可在低温下使物体表面的热发散减少;当温度升高后, 则呈现出高发射率性能, 使物体表面的热发散增加。它适于创造建筑热舒适环境, 可用于大型储罐、大型钢结构、军事伪装、宇航热控涂层等方面。
张连松等[6]公开一种住宅钢结构防火涂料, 由粉料组份、胶料组份搅拌混合即得。其中, 无机胶结料可以是水泥和石膏粉;保温隔热材料可以是蛭石和膨胀珍珠岩;防火填料可以是石灰石粉和硅灰石粉。它是一种不含高分子聚合物, 涂层附着力强, 耐水性耐候性好的住宅钢结构防火涂料。
中国人民解放军总后勤部建筑工程研究所范春山等[7]提出的一种膨胀型防火涂料, 按高温发泡层、隔离层、低温发泡层和隔离层顺序涂于钢结构表面, 形成复合涂层。该涂料全部用价格低廉的无机材料制成, 阻火过程中梯次发泡, 并且不产生有毒气体, 耐火极限超过60min, 可供各种钢结构的涂覆。
基于超细粉体低温烧结和自替代复合纤维技术, 厦门大学、厦门市大平工贸有限公司戴李宗等[8]发明一种可在受火过程中能在较宽的温度下烧结形成陶瓷面 (体) , 涂层与被保护基体牢固结合, 高稳定值, 不易爆裂脱落的钢结构防火涂料。适用于耐火时间不大于3h。室内外建筑及构筑物钢结构防火保护。
为弥补传统钢结构防火涂料瞬间脱水、成炭、发泡带来的膨胀倍率低、泡孔结构不均、炭层强度低、散热瞬间完成等方面的不足, 厦门大学、厦门市大平工贸有限公司戴李宗等[9]发明一种钢结构防火涂料。在该防火涂料的制备过程中, 由于采用了多种原料复配, 达到了延缓钢构件温升速度, 提高防火性能的目的。
程群超[10]公开了一种多用途膨胀型防火涂料的配制工艺。其原料由乙烯-醋酸乙烯共聚乳液和改性树脂为基料、三聚氰胺和氰基胍为发泡剂、季戊四醇为成炭剂、多聚磷酸铵为脱水成炭催化剂、氯化石蜡为阻燃剂、二氧化硅或钛白粉为填料及其它助剂组成。
公安部四川消防研究所覃文清等[11]发明了超薄膨胀型钢结构防火涂料。该涂料的涂层厚度1.71~2.69mm, 耐火极限可达69~147min。适用于对工业厂房、体育馆、候机厅、高层等钢结构建筑进行防火保护。
同济大学王国建等[12]发明的钢结构防火涂料, 采用自行合成的高熔融温度丙烯酸酯乳液为主要成膜物质, 适量掺入氯偏乳液以提高成膜物质自身的阻燃性, 并在通常所用的聚磷酸铵类防火助剂的基础上, 加入一种可发性膨胀石墨作为发泡材料组成, 该涂料的发泡层厚度可达原涂层厚的30~50倍, 耐火极限可达75min, 涂层厚度3mm。
包括丙烯酸树脂、催化剂、成炭剂、发泡剂、阻燃剂、补强剂、颜填料、助剂、烟雾抑制剂等成分, 并对丙烯酸树脂进行改性, 对催化剂进行表面处理以及加入烟雾抑制剂来提高涂料的综合性能, 海洋化工研究院王华进等[13]公开的膨胀型防火涂料, 当涂膜受热膨胀时形成不易燃三维空间结构的炭化层, 使火焰热量受到隔离而减少对底材的热传导, 同时在高温时, 涂料分解出不燃气体, 隔绝并稀释空气, 阻止火焰扩展、蔓延。
福建华强防火涂料厂吴泉发[14]发明一种树脂型室外钢结构薄型防火涂料, 采用氨基树脂、聚磷酸铵、硅酸铝纤维、溶剂油、增塑剂、防沉剂、季戊四醇等50多种原料, 经成膜基料缩聚反应, 纤维填料高速搅拌分散, 加发泡剂、炭化剂、催化剂及填料研磨高速搅拌分散、稠度调节等生产工艺。在同等防火效果情况下, 该涂料可节约一半左右用量。
胡永生[15]发明一种绿色生态集成耐火装饰建材, 由菱镁、滑石粉、水泥、植物纤维、玻璃纤维、织物纤维、纸浆、防火添加剂、其它添加剂、工业废料 (废矿渣、粉煤灰) 及该发明的回收料等多种原料混合并经高温烘干固化而成, 可以用于钢结构防火, 具有优越的耐火、耐高温性能;制造过程中无需高温烧结, 与现有的陶瓷类装饰建材相比, 节省了大量的能源。
莱州祥云防火隔热材料有限公司孙祥云等[16]发明一种硅酸钙隔热防火板的制法及装置, 其要点是按要求制备料浆在胶化罐中于80~140℃保持3~30h, 进行胶化反应, 将反应所得料浆输入制板机, 制成板材, 再将板材进行蒸养、干燥、切磨加工为成品。该板可用作钢结构的包覆材料。
为了解决高层或超高层建筑金属框架结构的防火保护问题, 杨普安等[17]公开一种耐高温防火材料、用该材料成型的耐火构件及其制造方法。耐高温防火材料基本由高铝水泥和粉煤灰陶粒与陶砂的组合物混合而成, 将该耐高温防火材料浇注且与金属结构框架覆为一体成型为具有防火性能的混凝土构件。其制造方法包括: (1) 制造粉煤灰陶粒与陶砂, 与高铝水泥混合搅拌成料浆; (2) 卸出、浇注至由槽钢与工字钢加设钢筋与箍筋的金属框架结构中; (3) 成型为相互连接的柱体与梁体; (4) 混凝土养护至少72h后, 拆模成型。
近5年, 钢结构用防火材料成为开发热点, 随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高, 钢结构的应用将更普遍, 这必将推动钢结构用防火材料的更快发展。
新型的防火材料不断的进入我们的生活, 也必将不断改善我们的城市建设水平, 使我们的城市建设更显美丽, 更显和谐。
摘要：介绍了部分新型防火材料的特点、应用及发展前景。
关键词：防火材料,特点,应用
[1] 周立鸣.矿物棉喷涂技术在建筑防火隔热中的应用.新型建筑材料, 1996 (1) .
[2] ASTM E859-93 (2000) .Standard Test Mehtod for Air Erosion of Sprayed Fire-Resistive Materials (SFRMs) .Applied to Structural Members.
[3] 周立鸣.发展中的纤维喷涂应用技术.新型建筑材料, 1996[7].
[4] 李振涛, 马道贞, 王卫东.无机单组分钢结构防火涂料及其制备方法.中国专利:CN1626585A, 2005-06-15.
[5] 马一平.一种温致发射率可逆变化材料.中国专利:CN1544390A, 2004-11-10.
[6] 张连松, 邱峰, 白树军.住宅钢结构防火涂料.中国专利:CN1384153A, 2002-12-11.
[7] 范春山, 陈功智, 黄永勤.一种无机膨胀型钢结构防火涂料.中国专利:CN1076941A, 1993-10-06.
[8] 戴李宗, 庄勋港, 吴明联, 黄晓平.基于超细粉体低温烧结和自替代复合纤维技术的钢结构防火涂料.中国专利:CN1624060A, 2005-06-08.
[9] 戴李宗, 黄晓平, 宋晓晖, 李阳.基于功能材料复配技术的膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法.中国专利:CN1546587A, 2004-11-17.
[10] 程群超.多用途膨胀型防火涂料.中国专利:CN1468922A, 2004-01-21.
[11] 覃文清, 李风, 戚天游.超薄膨胀型钢结构防火涂料.中国专利:CN1488692A, 2004-04-14.
[12] 王国建, 许乾慰, 何森.水性薄型膨胀型钢结构防火涂料及其制备方法.中国专利:CN1394923A, 2003-02-05.
[13] 王华进, 王贤明, 管朝祥, 刘登良.膨胀型防火涂料.中国专利:CN1380368A, 2002-11-20.
[14] 吴泉发.树脂型室外钢结构薄型防火涂料.中国专利:CN1184137A, 1998-06-10.
[15] 胡永生.绿色生态集成耐火装饰建材.中国专利:CN1566015A, 2005-01-19.
[16] 孙祥云, 于祥旭, 夏凌毅, 郭立平, 李伟国.一种硅酸钙隔热防火板的制法及装置.中国专利:CN1420003A, 2003-05-28.
[17] 杨普安, 杨庆余, 杨庆有.一种耐高温防火材料及应用以及其防火构件的制造方法.中国专利:CN1569726A, 2005-01-26.
推荐阅读：
新型农村社区管理创新经验材料06-19
翻译部分06-04
抢答题部分06-10
电力线路部分试卷06-25
多余的部分高中作文06-11
书刊收费标准(部分)06-28
制图部分模拟试题106-05
求职信的主体部分06-09
幼儿美术教案导入部分06-15
执业医师药理部分经典总结05-28
