材料防火保护基本原理.ppt

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1、 5.材料防火保护基本原理 对于橡胶、塑料等可燃材料，一般采用化学反应或物理添加阻燃剂达到阻燃的目的。对于木材、钢、混凝土等建筑材料及纸、织物等，则一般采用在其表面施加防火涂料、围钩防火板或浸渍防火液加以防护。本章主要介绍防火涂料、防火板和防火液的组成及其基本作用机理。一、防火涂料防火涂料施用于可燃性基材表面，用以改变材料表面燃烧特性，阻滞火灾迅速蔓延；或施用于建筑构件上，用以提高构件的耐火极限的特种涂料。它属于特种功能涂料，是人们在同火灾作斗争的过程中逐步发展起来的一类重要的消防安全材料。大多数传统的涂料都具有可燃性和易燃性，存在着严重的火灾隐患。近年来防火徐料的研发与应用有了很大的进展。防

2、火涂料的防火防火原理大致可归纳为以下五点：、防火涂料本身具有难燃性或不燃性，使被保护基材不直接与空气接触，延迟物体着火和减少燃烧的速度。、防火涂料除本身具有难燃性或不燃性外，它还具有较低的导热系数，可以延迟火焰温度向被保护基材的传递。、防火涂料受热分解出不燃惰性气体，冲淡被保护物体受热分解出的可燃性气体，使之不易燃烧或燃烧速度减慢。、含氮的防火涂料受热分解出NO、NH3等基团，与有机游离基化合，中断连锁反应，降低温度。、膨胀型防火涂料受热膨胀发泡，形成碳质泡沫隔热层封闭被保护的物体，延迟热量与基材的传递，阻止物体着火燃烧或因温度升高而造成的强度下降。钢结构防火涂料钢结构防火涂料 隧道防火涂料

3、勃朗峰隧道大火 1999年3月24日，位于法国监管地段的勃朗峰隧道大火导致38人死亡。这场火灾是当日上午11时许发生 的。防火涂料应具备的基本条件（1）防火隔热性能（2）对被保护基材无腐蚀性或破坏性（3）适当的黏度和流动性（4）良好的使用性能(一)防火涂料的类型防火涂料的类型可用不同的方法来定义，通常可以按以下方法进行分类。1按所用的基料来分类主要分为3类：有机型防火涂料，主要以天然的或合成的有机树脂、有机乳液为其基料；无机型防火涂料，是以无机粘接剂为基料；有机、无机复合型防火涂料，其基料是由有机树脂或有机乳液和无机粘接剂复合而成。基料也称为成膜物质或胶粘剂,是涂料中最重要的组成部分,对涂料的

4、性能起着决定性的作用。2按所用的分散体来分类主要分为2类：溶剂性防火涂料，是指用汽油、烃类、酯类、芳香族类等有机溶剂作分散体和稀释剂，用溶剂性有机树脂作基料的防火涂；水溶性防火涂料，是指用水作为分散体和稀释剂，用水溶性树脂、乳液聚合物作基料的防火涂料。3按防火形式来分类 (1)非膨胀型防火涂料 非膨胀型防火涂料遇火时涂层基本上不发生体积变化，而形成釉状保护层。它能起隔绝氧气的作用，使氧气不能与被保护的易燃基材接触，从而避免或抑制燃烧反应。这里列举的配方，来自国内外技术资料或专利文献，均以质量分数表示。氯化醇酸防火漆 钙钛白30%二氧化钛15%锑白7.5%硬脂酸铝0.2%催干剂1.5%溶剂10.

5、0%含氯醇酸树脂(60%)35.8%F601酚醛防火漆 漆料24.66%锑白粉64.76%钛白粉3.60%催干剂0.73%群青0.04%溶剂6.21%(2)膨胀型防火涂料 涂层在遇火时膨胀发泡，形成泡沫层。泡沫层不仅隔绝了氧气，而且因为其质地疏松而具有良好的隔热性能，可延滞热量传向被保护基材的速率。涂层膨胀发泡产生泡沫层的过程因为体积扩大而呈吸热反应，也消耗大量的热量，有利于降低体系的温度，故其防火隔热效果显著。以下列举的配方，均:以质量分数表示。膨胀型酚醛防火涂料 酚醛清漆50%磷酸二氢铵11%二氰二胺8%季戊四醇6%淀粉1.5%溶剂、催干剂等23.5%4按应用场合来分类(1)饰面型防火涂料

6、 施涂于可燃基材(如木材、塑料、纸板、纤维板等)表面能形成具有防火阻燃保护和装饰作用涂膜的防火涂料。(2)钢结构防火涂料 施涂于建筑物及钢结构建筑物表面，能形成耐火隔热保护层，以提高钢结构耐火极限的防火涂料。该类涂料用于保障钢结构建(构)筑物的消防安全。(3)电缆防火徐料 施涂于电线电缆表面，能形成具有防火涂层，以防止电线电缆延续燃烧的防火徐料。这类防火涂料的构成、理化性能等特点与饰面型防火涂料相似，但防火性能与试验方法不同。（4）隧道防火涂料 喷涂于隧道内拱顶和侧壁的表面及预应力混凝土楼板的表面，形成隔热层，防止钢筋混凝土在火灾中迅速升温而降低强、度，起到防火、隔热、防垮塌的作用（5）预应力

7、棍凝土楼板防火涂料 指用于涂覆建筑物预应力混凝土楼板下表面，能形比耐火隔热保护层以提高耐火极限的防火涂料。目前，防火涂料的应用很广，如在公用建筑、车辆飞机、舰船、古代建筑和文物保护、电器、电缆、仓库、包装、军工、宇航等方面都得到广泛的运用。(二)防火涂料的防火隔热原理 1.膨胀型防火涂料的膨胀发泡原理膨胀型防火涂料的防火效果主要由以下几方面因素所控制：（1）绝热效果 利用焦炭化层隔绝热传导。（2)膨胀吸热 涂膜在高温下发生软化、熔融、蒸发、膨胀及碳源的分解时吸收了大量的热。(3)隔绝空气 焦炭化层形成覆盖作用。(4)稀释空气中氧气的浓度 不燃气体释出。膨胀型防火涂料遇火时能膨胀发泡形成蜂窝状的

8、炭化层，其膨胀防火体系主要由酸源、碳源、发泡剂等组成。制备膨胀防火涂料时需要以下四种基本成分:形成涂层的成膜剂或粘接剂，如脲醛树脂类、三聚氰胺甲醛树脂类、聚乙烯醇类、聚醋酸乙烯类以及聚丙烯酸酯类等；酸源一般为自由酸或加热时能在一定温度下放出无机酸的盐类物质，它是成炭发泡层形成的催化剂或阻燃剂，如磷酸、磷酸盐和聚磷酸铵等；发泡剂一般为含氮的化合物，如脲、三聚氰胺和双氰胺等，这类物质在一定温度下分解产生N2、NH3,NOx等气体，起发泡剂的作用；碳源(炭化剂)一般为羟基的富碳化合物，它在酸的催化作用下失水而炭化，为发泡层提供炭质骨架，使发泡层形成疏松的结构，如季戊四醇、丙三醇、糊精和淀粉等。组成膨

9、胀防火体系的酸源、碳源和发泡剂三者是缺一不可的，它们在膨胀发泡和阻火隔热过程中起着“协同”效应。膨胀发泡过程的原理：涂层在受火时软化和熔融，发泡剂分解放出气体，以气体的逸出使变软的涂层鼓泡膨胀，体积增大而产生的厚厚的炭化发泡层成为绝热隔热层。同时，酸源物质也发生分解而放出游离酸类，并与多元醇的炭化材料反应，使多元醇脱水而酯化。随着此过程的进行，膨胀发泡层逐渐转化为炭化物质的隔热层。例如磷酸氢二铵产生磷酸，磷酸和碳源(以季戊四醇为例)反应生成磷酸酯，此磷酸酯分解成磷酸、水和炭化层。使膨胀防火涂料遇火时膨胀发泡形成高效的防火隔热膨胀层，需要其配方中的膨胀防火体系在受热后以适当的次序发生一系列的化学

10、物理反应，在整个过程中，要求发泡剂分解产生气体、酸源分解放出酸类物质、碳源材料脱水炭化三个步骤在变化的温度、时间、速率方面要基本协调一致，才能形成多孔海绵状炭化层。2.防火徐料的防火隔热原理 燃烧是一种发热发光的复杂化学反应，燃烧必须同时具备的条件有三个：一是要有可燃物质；二是要有充分的氧(如空气、氧气、氧化剂等)；三是要有一定的温度(如火焰或高温作用)。这三个条件必须同时存在且互相接触才能发生燃烧，如果缺少其中以个条件，燃烧就不能发生或者已发生的燃烧会立即熄灭 凝固相包括木材、纸张、织物、聚合物、皮革等，固体有机可燃物在高温或火焰的作用下产生热氧化，释放出热量，进而使其热分解。热分解后会产生

11、焦炭及一些可燃的挥发性气体产物。产生的挥发性气体扩散至气相，与氧气作用而发生燃烧，形成火焰，并释放出热量，再将凝聚相加热、如此继续循环。气相燃烧的产物有水、二氧化碳、一氧化碳、烟等。在燃烧时，氧气通常在气相中消耗掉，到达凝聚相的氧气很少，因此在凝聚相中热氧化的速率较热分解速率低。也就是说，要阻止燃烧的进行，只要消除其中一个因素即可。防火涂料的防火隔热原理大体可分为以下七种：在防火涂料的配方中加入各种无机填料，由于无机填料本身是不燃的，其热导率低、可以延滞热量向被保护的基材传递的速率；在防火涂料，配方中添加吸热后可分解的阻燃剂，如氢氧化铝等，由于这种添加剂具有吸热后分解的特点，能有效地使体系的温

12、度降低；在防火涂料配方中加入在热的作用下能释放出活性气体化合物的阻燃剂，如卤化合物，这些活性化合物通常能对影响火焰形成或增长的自由基产生作用；在防火徐料配方中选择加入分解时能释放出大量惰性气体的添加剂，大量惰性气体的存在可冲淡氧气成分，产生气体屏蔽作用，使氧气难以助燃，有效提高阻燃效果；在配方中加人受热后并不发生化学变化而只释放出重质蒸气的添加剂，这种蒸气可覆盖住体系分解出来的可燃气体，影响它与空气几和氧气的正常交换，避免产生火焰及延燃，进而起到阻燃作用，从而控制火势迅速蔓延；有的防火涂料中还加入了膨胀防火体系的阻燃剂，它们遇火可膨涨并形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状的炭质泡沫层，泡沫层隔绝了氧

13、气和热量，延滞其传向被保护基材的速率，同时避免了火焰和高温直接进攻被保护基材，起到高效的防火隔热保护作用；有的防火涂料中还加入了一些低熔点的不会燃烧的材料，如玻璃粉末等，它们会在火焰热量烧烤下被融化，在着火的物体上流淌开来，形成一层隔热的防火层，能阻止火势蔓延。二、防火板 目前，在我国建材市场上，防火板比较畅销，用途也很广，诸如灶台用防火板、铺地用防火板、贴墙用防火板、家具用防火板等。任何物质只要表面附着三聚氰胺，都会具备一定的阻燃性能。因此，严格说来，应将“防火板”称为“阻燃板”。我国建筑内部装修设计防灭规范规定装修材料燃烧性能分为四级:：A级，不燃性；B1级，难燃性；B2级，可燃性；B3级

14、，易燃性。目前市场上出售的防火板，一般都属于B1级，即难燃性。按照防火规范要求，住宅楼和办公楼的内部装修，其吊顶、墙面、地面、隔墙等，都应当采用B1级即难燃性建材，不应当采用B2级可燃性建材，更不应采用B3级易燃性建材。在建筑内部装修中，采用A级不燃性建材和B1级难燃性建材，可以有效地预防火灾。过多地采用可燃性或易燃性律材，则容易发生火灾，而且万一发生火灾时，火势凶猛，燃速极快，生成大量的浓烟毒气，危及生命财产安全。可一些不燃性建材或难燃性建材，虽然阻燃性能较好，但不防水，例如矿渣棉板、石膏板等。这种建材常用于吊顶、万一发生火灾时，注水浸渍之后、大约在1h之内、就会塌落，救火作业中中一定要十分

15、当心。（一）分类1.矿棉板、玻璃棉板：主要以矿棉、玻璃棉为隔热材料。其本身不燃、耐高温性能好、质轻。缺点：短纤维对人体呼吸系统会造成危害，板材强度差，板材对火灾烟气蔓延的阻隔性能差，装饰性差，安装施工工作量大。因此，该种板材现已大部分演变成以无机粘结材料为基材，矿棉、玻璃棉作为增强材料的板材。2.水泥板：水泥板材强度高，来源广泛。过去常用它作防火吊顶和隔墙。缺点：耐火性能较差，在火场中易炸裂穿孔、失去保护作用而使其应用受到一定限制。水泥混凝土构件的隔热、隔声性能好，可作为隔墙和屋面板。建材市场上陆续出现了纤维增强水泥板等改进品种，具有强度高、耐火性能好的优点，但韧性较差、碱度大、装饰效果较差。

16、3.珍珠岩板、漂珠板、蛭石板：是以低碱度水泥为基材，珍珠岩、玻璃微珠、蛭石为加气填充材料，再添加一些助剂复合而制成的空心板材。具有自重轻、强度高、韧性好、防火隔热、施工方便等特点，可广泛应用于高层框架建筑物分室、分户、卫生间、厨房、通讯管等非承重部位。4.防火石膏板材：该板材主要成分不燃且含有结晶水，耐火性能较好，可用作隔墙、吊顶和屋面板等。该板材原料来源丰富，便于工厂定型化生产。在使用中，它自重较轻，可以减轻建筑承重，且加工容易，可锯可刨，施工方便，装饰性好。缺点：但它的抗折性能较差。影响石膏板耐火性能的因素较多，如组成成分、板的类型、龙骨种类、板的厚度、空气层中有无填料、拼装方式等。最近几年又出现了硅钙石膏纤维防火板、双面贴纸石膏防火板等新品种 5.硅酸钙纤维板：是以石灰、硅酸盐及无机纤维增强材料为主要原料的建筑板材，具有质轻、强度高且隔热性、耐久性好、加工性能与施工性能优良等特点，主要用于制作天花板、隔墙以及作为钢柱、钢梁的防火保护材料。但板材强度和弯曲性能还有待提高。6.氯氧镁防火板：属于氯氧镁水泥类制品，以镁质胶凝材料为主体、玻璃纤维布为增强材料、轻质保温材料为填充物复合而成