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图5 骨填料含量对密度和耐火性能的影响



图6、7
 

2.4耐火填料对涂料性能的影响

厚涂型防火涂料一般采用含铝、镁的氢氧化物或氧化物等隔热耐火矿粉作为阻燃剂,如碳酸钙、高岭土、氢氧化铝、钒土、氢氧化镁等。该类化合物具有难燃性,低熔点无机盐熔融形成釉层隔绝空气、材料水汽挥发带走热量等起到防火阻燃的作用。基础配方为质量分数主粘结剂∶聚合物胶粉∶增稠剂∶纤维=4∶1∶0.3∶0.2。

图8为不同填料各含量下酒精喷灯燃烧试验结果。综合考虑密度和耐火性能,碳酸钙的质量分数一般不超过20%。增大高岭土含量,钢板背面升温速率减缓,曲线整体下移,最高温度随高岭土含量的增大延迟出现。当氢氧化铝质量分数超过30%时,钢板背面温度才急剧下降。鉴于氢氧化铝加入量较大时会增大防火涂料涂层密度,氢氧化铝并非防火涂料优选隔热填料。氢氧化镁对于防火涂料的阻燃效果明显,含量加大时钢板背部最高温度出现的时间延长,而且随氢氧化镁含量加大燃烧曲线整体下移。与氢氧化铝和碳酸钙不同的是,氢氧化镁的阻燃效果在低含量下即可表现出来。这是因为氢氧化镁热容高,分解能比氢氧化铝大,能够吸入更多的热量,阻燃效果比氢氧化铝好。
 

图8 单一填料含量对耐火性能的影响
 

由于填料密度较大,从涂料密度方面考虑,通常限定填料质量分数在20%~25%。氢氧化镁具有良好的隔热阻燃性能,但其在防火涂料中的应用受价格因素限制。因此,笔者采用碳酸钙∶高岭土=1∶1(质量分数)的复合填料。

综合单因素研究结果,确定隧道防火涂料主体配方为(质量分数):胶接剂35%~50%,其中主粘接剂30%~35%,聚合物粘接剂5%~8%;骨料28%~36%,其中膨胀蛭石∶膨胀珍珠岩=2∶1;隔热粉料18%~26%,其中高岭土∶碳酸钙=1∶1;并辅以涂料助剂5%~12%,纤维0.1%~7%。

2.5复合材料XRD表征

复合材料XRD表征见图9所示。
 

图9 氨基树脂/蒙脱土纳米复合物与有机蒙脱土的XRD图
 

图9曲线1为蒙脱土XRD曲线;曲线2为有机蒙脱土的XRD曲线;曲线3是有机蒙脱土6%的氨基树脂/蒙脱土纳米复合物的XRD图。曲线1的第一个峰(2θ值为3.58°)、曲线2的第一个峰(2θ值为5.90°)及曲线3的第一个峰值(2θ值为2.36°)均对应蒙脱土的001晶面,反映其层间距。经过有机化处理的蒙脱土的001晶面峰从2θ值为5.90°处前移至2θ值为3.58°处,层间距相应由d001=1.497nm变为d001=2.470nm,层间距增大;经氨基树脂插层后层间距进一步增大为3.7nm,表明氨基树脂已进入蒙脱土层片间。

2.6复合材料形貌分析

图10是蒙脱土质量分数为6%的氨基树脂纳米复合材料电镜结果。
 

图10 纳米聚合物电镜结果
 

SEM显示,有机蒙脱土聚集体长度为200nm,宽约50nm。TEM显示,有机蒙脱土主要以长约200nm、宽约30nm的聚集体形态分散在纳米复合物中。更高倍数照片c中可发现聚集体实际由许多单一有机蒙脱土层片组成,有机蒙脱土层片间距显著扩大,但蒙脱土还保持着大致的层状结构,这揭示了在蒙脱土/氨基树脂符合材料中,形成了二级纳米结构,即由氨基树脂插层蒙脱土形成长约200nm,宽约30nm的聚集体一级纳米结构,该一级纳米结构分散于氨基树脂中形成纳米复合材料。

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