可膨胀石墨在防火涂料中的应用

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1、可膨胀石墨在防火涂料中的应用1、可膨胀石墨   我国是天然石墨资源第一大国(世界上2/3的储量在我国)。石墨是一种无机物质，化学成分为C，属六方晶系，晶体呈六方板状和片状，集合体为鳞片状，铁黑色，密度为2.25g/cm3，有滑感，能导电，化学性质不活泼，具有耐腐蚀性。可膨胀石墨是以天然鳞片石墨为原料，经化学或电化学处理而得到的一种石墨产品。由天然鳞片石墨制得的可膨胀石墨材料既保留了石墨的耐高温，耐腐蚀，能承受中子流、β射线、γ射线的长期辐照，摩擦系数低，自润滑性好，导电导热并呈各向异性等性能，又具备天然石墨所没有的可弯曲、可压缩、有弹性、不渗透等特点，并且疏松多孔

2、。在高温、高压或辐射条件下不发生分解、变形或老化，化学性质稳定。   石墨具有层状结构，碱金属、卤素金属卤化物、强氧化性含氧酸等都可嵌入层间，形成层间化合物，在受到200℃以上高温时，由于吸留在层形点阵中的化合物的分解，石墨层间的化合物急剧分解、气化、膨胀(沿层间膨胀150-250倍)，使可膨胀石墨开始膨胀，并在1100℃时达到最大体积。最终体积可以达到初始时的280倍，从而制得密度极低(0.003-0.005g/cm3)的蠕虫状石墨，它是一种结构疏松、柔软、富有韧性的物质，故通常称它为柔性石墨。   2、可膨胀石墨的友应特性   理论上，可膨胀石墨能承受-200

3、-3650℃的温度变化(非氧化性介质)，但是可膨胀石墨的比表面积要比天然石墨大得多，所以实际上可膨胀石墨的氧化温度比天然石墨低，其实用温度为-204-1650℃，它的膨胀温度大约为300℃。目前国内工业上应用的温度已达850℃，在压力为2.8MPa，温度为1500℃的纯氧介质中不燃烧、不爆炸，也无明显的化学变化。另外，可膨胀石墨的氧化速率小于天然石墨，而且其氧化分解的起始温度比天然石墨的低(见表1)。表1可膨胀石墨和天然石墨失重速率测试结果样品550℃空气中失重速率/g?(h?cm2)-1天然石墨0.151可膨胀石墨0.061   可膨胀石墨膨胀后，体积极度地增大

4、，因此可膨胀石墨膨胀后的密度一般比天然石墨小几百倍，比表面积则大大增加。随着物质的比表面积的增加，表面自由能就会迅速增加，使其表面活性增加，表面吸附力加大，于是润滑性提高，气液的可渗透性降低，自身的黏结性上升，但是其化学性质还是和天然石墨一样，几乎不受任何化学物质的腐蚀(见表2)。   3、可膨胀石墨在防火涂料中的应用   3.1防火涂料的分类   防火涂料按其防火机理的不同可分为非膨胀型防火涂料和膨胀型防火涂料。非膨胀型防火涂料由难燃性树脂、阻燃剂、防火填料等配制而成；也可用无机盐类制成黏合剂，配合云母、硼化物之类的无机盐等加工而成。这种涂料靠其本身的难燃性或不

5、燃性来达到阻燃的目的，燃烧时形成的保护层比较薄，隔热较差，只能抗瞬时的高温和火焰，且涂层较厚。膨胀型防火涂料是以高分子聚合物为基料，添加发泡剂、脱水成碳催化剂、碳化剂等防火组分，涂层在火焰和高温下可膨胀碳化形成均匀而致密的蜂窝状或海绵状碳质泡沫层，该泡沫层厚度是原来涂膜厚度的几十倍甚至上百倍，能很好地隔绝氧气和热的传导；而且膨胀前的涂层一般较薄，有利于满足装饰要求。从阻燃效果、装饰效果及成本角度考虑，膨胀型防火涂料的应用更为广泛。表2可膨胀石墨的化学惰性测试结果试剂浓度/%压力温度/℃失重率/%盐酸18常压25.00.15硫酸14常压25.00.10氨水17常压2

6、5.00.10氢氧化钠14常压25.00.11海水/常压25.00.20200618.317.4813.412.84   3.2可膨胀石墨防火涂料的研究   3.2.1可膨胀石墨防火涂料的防火原理   可膨胀石墨防火涂料是近年来出现的一种新型膨胀型防火涂料，平常保持普通涂膜状态，遇火时，涂层发生软化熔融，膨胀形成海绵状或蜂窝状碳化层。可膨胀石墨在受高温时体积瞬间膨胀，可以在火灾发生时将火焰窒息，且膨胀产物有极佳的抗氧化性和耐高温性。由于这一特性，被用作防火涂料膨胀体系的协同增效剂及一种良好的无卤物理膨胀阻燃剂。从燃烧的条件知道，要使燃烧不能进行，必须将燃烧的3个要

7、素(可燃物、氧气、热源)中的任何一个要素隔绝开来。可膨胀石墨的阻燃属于凝固相阻燃机理，因为它是通过延缓或中断固态物质产生可燃性物质而达到阻燃的，受热到一定程度，可膨胀石墨就会开始膨胀，从而形成一个很厚的多孔碳化层，该碳化层把阻燃主体和热源隔开，从而延缓和终止聚合物的分解，而且本身无毒，受热时不产生有毒和腐蚀性气体，并能大大降低发烟量，有足够的热稳定性。可膨胀石墨防火涂料涂层膨胀后形成的多孔泡沫碳化层的厚度τ要比膨胀前的厚度大几十倍至一百多倍，有时甚至达200倍。一般涂层的导热系数λ值为(1.163-8.140)×10-4W/(m2?K)，而膨胀碳化层的λ值却小得多

8、，接近气体