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高性能膨脹型鋼結構防火涂料
隨著城市化建設的飛速發展,鋼結構在大跨度和超高層建筑中被廣泛采用。鋼材雖是不燃物,但導熱系數大,隨著溫度的升高,機械力學性能迅速下降,承載狀態下的失效臨界溫度為540℃。未加防火保護的鋼結構,遭遇火災只需10多分鐘,自身溫度就可達700℃以上,在縱向壓力和橫向拉力作用下扭曲變形、跨塌損毀。為了達到GBJ6建筑設計防火規范、GB50045高層民用建筑設計防火規范、GB50160石油化工企業設計防火規范等國家有關規定的1~3小時的耐火極限要求,必須對鋼結構實施防火保護。
防火保護的目的,就是遇高溫時,能迅速在鋼結構表面建立一個輕質泡沫絕熱保護層,減緩溫度向鋼結構基體的傳導,使之達到規范規定的耐火極限要求,以利于人員安全疏散和消防滅火,避免和減輕火災損失。
總體思路
研制一種超薄、在高溫催化作用下能迅速膨脹形成具有絕熱功能"C-N-P"結構的炭層,實現高膨脹倍率、炭層的高強度和低發煙性,減緩溫度向鋼結構基體的傳導,滿足GB14907-2002的防火技術要求。
鋼結構防火涂料技術上應具備以下特點:
(1) 與鋼構件有優良的結合力;
(2)達到一定溫度時迅速膨脹形成絕熱保護層,在預期的耐火極限內可有效地保護鋼結構;
(3)安全無毒、經濟合理。
技術方案
膨脹型鋼結構防火涂料由基料樹脂、成炭催化劑、成炭劑、發泡劑和抑煙劑等材料構成。成炭劑、脫水劑以及發泡劑在高溫催化作用下,按一定的機理反應,形成"C-N-P"膨脹泡沫結構。
泡沫炭層的形成經歷以下幾個主要反應步驟:
(1)多羥基的炭化劑在催化劑作用下分步脫水、分解成炭。
(3) 基料中的聚合物樹脂受熱熔融,并在發泡劑的作用下膨脹發泡,進一步形成微孔泡沫炭層。
(4) 對涂層高溫條件下反應機理的有效控制,實現低發煙性,達到理想的阻燃抑煙效果。
技術創新點
(1)配方上,采用多元復合成炭劑、發泡劑,具抑煙性及增加膨脹炭層強度的功能性填料復配技術,提高功能組分的協同作用;國內外均未檢出采用多元復合成炭劑制成超薄型或膨脹型鋼結構防火涂料的及文獻報道。
(2)合成工藝上,采用功能性填料的表面處理技術,解決了涂料相結構穩定性和膨脹炭層強度、均勻性、膨脹倍率等制約涂料防火性能的關鍵技術。
(3)作用機理上,通過成炭催化劑設計,有效地控制了高溫下涂層的反應歷程,使反應向成炭、形成了"C-N-P"結構炭層方向進行,減少焦油、醛、酮等可燃性物質產生,減少了發煙量和毒害性氣體的產生。解決了炭層溫升、膨脹不均、膨脹倍率小、炭殘留量少等難題。
(4)應用產業化上,實現了國內超薄型鋼結構防火涂料的技術升級,促進了該行業的技術進步,使我國大跨度鋼結構建筑的安全防火技術達到*水平,*了我國高性能防火涂料制造領域的空白。
經"國家防火建材質量監督檢測中心"檢測,涂層厚度分別為0.47、1.01、1.99、2.02、2.73mm時,耐火極限分別為60、82、122、137、180min,技術性能達到了*水平。
應用前景
隨著大跨度鋼結構在超高層建筑、工業廠房、影劇院、候機樓、商場、體育場館等大型建筑的廣泛應用,由此引起的鋼結構防火問題也得到了國家等有關方面廣泛的關注。特別是美國"911"之后,超高層、大跨度鋼結構建筑的防火問題顯得更加突出。
目前,發達國家鋼結構建筑表現出用途日趨廣泛的特點,建筑面積約占總建筑面積的40%以上。在美國,大約70%的非民居和兩層及以下的建筑,均采用輕鋼架體系。
鋼結構應用在我國于高層、超高層建筑、大跨度廠房和試點住宅小區;與發達國家和建筑發展潮流還存在差距,但同時反映出我國鋼結構建筑存在巨大的發展空間。 "十五"期間,國家還將大力發展鋼結構建筑。可以預測,隨著城市規模的擴大,經濟發展速度的進一步加快,工業廠房、機場車庫、體育場館、倉庫、購物中心、住宅等工業與民用鋼結構建筑在我國建筑業中的比例將逐漸擴大,根據國家有關防火安全規范規定的技術要求,與此相配套的鋼結構防火涂料存在廣闊的應用前景。
該項成果的產業化產品--DP-2超薄型鋼結構防火涂料,2002年06月經中國消防產品質量認證委員會,依據GB14907-1994標準檢查和檢測,獲得消防產品形式認可證書,準許使用"消防認可"標志;2002年10月由廈門大學選送,參加"第四屆中國*成果交易會(深圳)",得到了有關部門和企業的關注;2002年12月經中國質量認證中心的指導、考核,企業通過了ISO9001:2000版"質量管理體系認證證書"。
經過與國內外同行激烈的競標,產品已應用于廈門麥德龍、柯達二期廠房、太古飛機維修廠房、廈門影劇院、漳州燦坤廠房、廈門翔鷺石化、黑龍江遠大購物中心、廈門華紡化纖廠房主體鋼結構和廈門地區首棟全鋼結構多層庫房--象嶼太平物流綜合中心、美國BUTLER公司設計的大跨度、高火患等級的廈門東渡港1#、2#單層輕鋼結構庫房、美國獨資企業朗美健身器材廠房等數十棟建筑中。目前產品已打入黑龍江、陜西、上海、江蘇、浙江、福建等地市場,施工效果得到了有關方面的高度肯定,均一次性通過消防部門的驗收,為企業的安全生產和可持續發展提供了保證,對跨國企業在福建投資的技術配套,提升福建的投資環境起到了積極的作用。
防火保護的目的,就是遇高溫時,能迅速在鋼結構表面建立一個輕質泡沫絕熱保護層,減緩溫度向鋼結構基體的傳導,使之達到規范規定的耐火極限要求,以利于人員安全疏散和消防滅火,避免和減輕火災損失。
總體思路
研制一種超薄、在高溫催化作用下能迅速膨脹形成具有絕熱功能"C-N-P"結構的炭層,實現高膨脹倍率、炭層的高強度和低發煙性,減緩溫度向鋼結構基體的傳導,滿足GB14907-2002的防火技術要求。
鋼結構防火涂料技術上應具備以下特點:
(1) 與鋼構件有優良的結合力;
(2)達到一定溫度時迅速膨脹形成絕熱保護層,在預期的耐火極限內可有效地保護鋼結構;
(3)安全無毒、經濟合理。
技術方案
膨脹型鋼結構防火涂料由基料樹脂、成炭催化劑、成炭劑、發泡劑和抑煙劑等材料構成。成炭劑、脫水劑以及發泡劑在高溫催化作用下,按一定的機理反應,形成"C-N-P"膨脹泡沫結構。
泡沫炭層的形成經歷以下幾個主要反應步驟:
(1)多羥基的炭化劑在催化劑作用下分步脫水、分解成炭。
(3) 基料中的聚合物樹脂受熱熔融,并在發泡劑的作用下膨脹發泡,進一步形成微孔泡沫炭層。
(4) 對涂層高溫條件下反應機理的有效控制,實現低發煙性,達到理想的阻燃抑煙效果。
技術創新點
(1)配方上,采用多元復合成炭劑、發泡劑,具抑煙性及增加膨脹炭層強度的功能性填料復配技術,提高功能組分的協同作用;國內外均未檢出采用多元復合成炭劑制成超薄型或膨脹型鋼結構防火涂料的及文獻報道。
(2)合成工藝上,采用功能性填料的表面處理技術,解決了涂料相結構穩定性和膨脹炭層強度、均勻性、膨脹倍率等制約涂料防火性能的關鍵技術。
(3)作用機理上,通過成炭催化劑設計,有效地控制了高溫下涂層的反應歷程,使反應向成炭、形成了"C-N-P"結構炭層方向進行,減少焦油、醛、酮等可燃性物質產生,減少了發煙量和毒害性氣體的產生。解決了炭層溫升、膨脹不均、膨脹倍率小、炭殘留量少等難題。
(4)應用產業化上,實現了國內超薄型鋼結構防火涂料的技術升級,促進了該行業的技術進步,使我國大跨度鋼結構建筑的安全防火技術達到*水平,*了我國高性能防火涂料制造領域的空白。
經"國家防火建材質量監督檢測中心"檢測,涂層厚度分別為0.47、1.01、1.99、2.02、2.73mm時,耐火極限分別為60、82、122、137、180min,技術性能達到了*水平。
應用前景
隨著大跨度鋼結構在超高層建筑、工業廠房、影劇院、候機樓、商場、體育場館等大型建筑的廣泛應用,由此引起的鋼結構防火問題也得到了國家等有關方面廣泛的關注。特別是美國"911"之后,超高層、大跨度鋼結構建筑的防火問題顯得更加突出。
目前,發達國家鋼結構建筑表現出用途日趨廣泛的特點,建筑面積約占總建筑面積的40%以上。在美國,大約70%的非民居和兩層及以下的建筑,均采用輕鋼架體系。
鋼結構應用在我國于高層、超高層建筑、大跨度廠房和試點住宅小區;與發達國家和建筑發展潮流還存在差距,但同時反映出我國鋼結構建筑存在巨大的發展空間。 "十五"期間,國家還將大力發展鋼結構建筑。可以預測,隨著城市規模的擴大,經濟發展速度的進一步加快,工業廠房、機場車庫、體育場館、倉庫、購物中心、住宅等工業與民用鋼結構建筑在我國建筑業中的比例將逐漸擴大,根據國家有關防火安全規范規定的技術要求,與此相配套的鋼結構防火涂料存在廣闊的應用前景。
該項成果的產業化產品--DP-2超薄型鋼結構防火涂料,2002年06月經中國消防產品質量認證委員會,依據GB14907-1994標準檢查和檢測,獲得消防產品形式認可證書,準許使用"消防認可"標志;2002年10月由廈門大學選送,參加"第四屆中國*成果交易會(深圳)",得到了有關部門和企業的關注;2002年12月經中國質量認證中心的指導、考核,企業通過了ISO9001:2000版"質量管理體系認證證書"。
經過與國內外同行激烈的競標,產品已應用于廈門麥德龍、柯達二期廠房、太古飛機維修廠房、廈門影劇院、漳州燦坤廠房、廈門翔鷺石化、黑龍江遠大購物中心、廈門華紡化纖廠房主體鋼結構和廈門地區首棟全鋼結構多層庫房--象嶼太平物流綜合中心、美國BUTLER公司設計的大跨度、高火患等級的廈門東渡港1#、2#單層輕鋼結構庫房、美國獨資企業朗美健身器材廠房等數十棟建筑中。目前產品已打入黑龍江、陜西、上海、江蘇、浙江、福建等地市場,施工效果得到了有關方面的高度肯定,均一次性通過消防部門的驗收,為企業的安全生產和可持續發展提供了保證,對跨國企業在福建投資的技術配套,提升福建的投資環境起到了積極的作用。
關鍵詞:發泡劑
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