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膨脹型防火涂料成膜后,常溫下與普通涂膜并無區別.但在火焰或高溫作用下,涂層會劇烈發泡而形成發泡炭化層,達到抑制燃燒進行的目的.在這一過程中,防火助劑的作用原理可描述為以下幾個主要步驟:(1)脫水成炭催化劑受熱分解生成酸;(2)多羥基的炭化劑在酸的催化下脫水分解成炭;(3)基料中的樹脂受熱熔融并在發泡劑的作用下膨脹發泡,同時進一步分解形成炭化層.由此可見,要達到涂層膨脹發泡、形成炭化層的目的,防火涂料中基料樹脂的軟化熔融溫度與炭化劑、脫水成炭催化劑和發泡劑的分解溫度必須匹配適當.一般來說,基料樹脂的軟化熔融溫度應略低于發泡劑的分解溫度,炭化劑的分解溫度應高于脫水成炭催化劑的分解溫度.
涂層在防火助劑作用下形成的發泡炭化層要比原涂層厚幾十至幾百倍,它對基材的隔熱效果可用熱傳導方程說明:Q=Aλ(ΔT)/L,其中Q為傳遞的熱量;A為傳熱面積;λ為導熱系數;ΔT為熱源與基材的溫差;L為傳熱距離.發泡炭化層形成后,厚度比原涂層增加幾十至幾百倍,而導熱系數卻大幅度降低.因此通過發泡炭化層傳遞給基材的熱量Q只有未膨脹涂層的幾十分之一至幾百分之一,從而有效地阻止了外部熱源的作用.發泡炭化層還具有覆蓋基材,隔絕空氣的作用. 涂層在燃燒過程中的軟化、熔融、膨脹發泡的物理變化和聚合物、防火助劑發生的脫水、分解等化學變化也能吸收大量的熱能. 此外,涂層在燃燒時放出的不燃性氣體,一方面能促使涂層形成發泡層,另一方面還能稀釋有機物熱分解反應產生的可燃性氣體的濃度,從而達到抑制燃燒繼續進行的目的.