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火焰持續(xù)產(chǎn)生的要素與阻燃涂料的原理

發(fā)布于:2022-09-01
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當可燃材料的熱降解發(fā)生氧化時,就會形成火焰

有機和無機化合物受熱會導致它們的熱降解。基本上,當可燃材料的熱降解發(fā)生氧化時,就會形成火焰,其特征是產(chǎn)生和散發(fā)熱量和光 [ 35 ]。火焰是火所發(fā)出的光,可作為產(chǎn)生熱量的視覺指示器。通常,燃燒是一種氣相現(xiàn)象,其中揮發(fā)性可燃物質會放熱氧化 [ 36]。另一方面,余輝燃燒是一種非氣相燃燒,其中基體在冷凝相中被氧化以產(chǎn)生固體和氣體產(chǎn)物。它通常發(fā)生在低于材料著火溫度的溫度下。同時,在固相中,富碳材料中的碳殘留物被氧化[ 37 ]。

事實上,持續(xù)的火焰發(fā)生需要三個要素:燃料(由富含碳物質的揮發(fā)性可燃物組成)、熱量(由燃料的放熱氧化燃燒提供)和氧化劑(由空氣提供的氧氣)[ 38、39 ]。_圖 2說明 Emman 的火三角展示了持續(xù)火焰所需的三個要素。

火焰持續(xù)發(fā)生的3個要素

聚合物基材熱分解,釋放出較小的揮發(fā)性化合物,作為火焰的燃料。這些易燃物質與空氣中的氧氣發(fā)生反應,形成可燃混合物 [ 40 ]。揮發(fā)物發(fā)生放熱氧化,材料燃燒,產(chǎn)生光和熱 [ 41 ]。如圖火三角(圖 2),該過程變得自我維持并通過反饋循環(huán)運行?;鹧娴淖罱K結果取決于可燃化合物。在聚合物的情況下,燃燒氣體主要由二氧化碳 (CO 2 )、一氧化碳 (CO) 和水蒸氣 (H 2 O) 組成。同時,固體殘渣主要由碳(C)和灰(氧化金屬)組成[ 42 ]。


針對燃燒要素而生的阻燃涂料

阻燃涂料(或噴涂)是不可燃的化學品,用于住宅、商業(yè)和工業(yè)建筑,其原因多種多樣,包括減緩火焰蔓延、降低其強度和減少產(chǎn)生的煙霧量[72,73]。阻燃涂層作為一種成熟且最有效的方法,已廣泛用于保護基材免受火焰的影響。

阻燃涂料應用于木頭

事實上,阻燃涂料具有幾個優(yōu)點:不會改變材料的固有性能(即機械性能),易于加工[45],并可用于多種基材,如金屬材料[74]、聚合物[75]、紡織品[76]和木材[77]。

絕熱是保護基板免受火焰影響的常用方法[78]。理想的涂層應具有低熱導率、不燃性、對表面基材的附著力、環(huán)境耐久性、重量輕、耐磨性、薄型和低成本[79,80]。目前,有數(shù)百種商用涂層材料用于結構元件;然而,沒有一種能夠滿足理想涂層所需的多功能性能。

絕熱涂層分為三類,即阻燃聚合物[46]、熱障涂層[81]和膨脹型涂層[82]。

阻燃聚合物是有機樹脂(即溴化聚合物)或無機材料(即地質聚合物),其本身具有阻燃性,通常制成厚度小于5mm的薄膜,涂覆在復合基材上[46]。由于其高熱穩(wěn)定性和低熱導率,這些聚合物能夠延遲基材的點火和燃燒[43,46]。

熱障涂層通常由陶瓷基材料制成,這些材料不可燃且導熱性低。陶瓷等離子噴涂膜(即氧化鋯)和陶瓷纖維墊(即二氧化硅、巖棉)是這些類型涂層的示例[83]。

膨脹材料可以通過在高溫下發(fā)生化學反應來防止火焰,導致涂層起泡和膨脹。值得注意的是,該反應產(chǎn)生了具有極低熱導率的高度多孔且厚的炭涂層,從而保護復合材料免受火焰的影響[84,85]。


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