论文铝合金专用无机防火涂料的制备赵艳红 1，魏莉 2（1.沈阳理工大学应用技术学院，辽宁抚顺 113122；2.沈阳理工大学材料科学与工程学院，辽宁沈阳110168）摘要：本文以无机阻燃原料为主要成分，添加适当的无机溶胶、助剂等，制备无机防火涂料，用于地铁内饰的铝合金板上。主要研究无机防火涂料的组成及涂层与铝合金基体的界面微观组织结构，并对涂层的耐燃性进行了检测。采用酸式磷酸铝作为无机溶胶的主要成份，在Al/P质量比为1：3.25、溶胶的用量为60%、 添加剂粒度为1-2m 时，涂层表面均匀、致密、无缩孔。涂层与基体材料在界面处有新相生成，且相互扩散形成过渡层，使涂料与基体的结合强度得到提高。涂层的耐火极限高于30min，不燃、不脱落，无烟，不产生有毒气体，具有很好的防火阻燃作用。关键词：无机防火涂料 铝合金表面 无机溶胶 阻燃Preparation of Inorganic Fireproofing Paints Appropriate for Aluminum AlloyZHAO Yanhong1, WEI Li2(1 Polytechnic School, Shenyang Ligong University, Fushun, Liaoning, China 113000;2 Faculty of Materials Science and Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang, Liaoning, China 110168)Abstract: In this paper, the preparation of inorganic fireproofing paints is discussed which is primarily consisted of inorganic non-combustible materials with suitable inorganic sol and agent on Al alloy plane for metro-interiors. It is studied the composition of the inorganic fireproofing paints and microcosmic structure on the interface of coating and Al alloy. The performance test about non-combustibility is carried out. The acid calcium phosphate is regarded primary compose, when the rate of Al/P is 1:3.25 and the amount of the adhesive agent is 60% and the granularity of the additive is 12m, the surface of the coating is homogeneous, dense and no shrinking holes. A new phase is created on the interface of coating and basal materials, Coating and the substrate materials in the interface a new phase formation, and the spread between the formation of transition layer, so that the paint and the substrate bonding strength is improved. The fireproof of the coating can last for over 30min without combustion, scaling off, smoke and harmful gas and the coating materials possess good properties of fire proof and flaming retard.Keywords: inorganic fireproof coating, Al Alloy surface, inorganic sol, flaming retard1 引言随着城市轨道交通的迅速发展，对地铁的防火要求越来越高。由于地铁系统的特殊性，使其在遭遇火灾时烟雾不易扩散，一些重大客车火灾事故都造成了重大的人员伤亡 1,2。事后调查表明，在火灾中丧生的人员中，大部分不是直接被烧死，而是被车厢内有机涂层和座椅等燃烧放出的毒烟熏死或熏晕后烧死的 3-5。轨道客车内饰防火涂层是一种集装饰、保护和防火一体的新型涂层，当它涂覆于基材上时，平时可起到一定的装饰、保护作用，一旦火灾发生时，则具有阻止火势蔓延的作用6。目前轨道客车上的防火涂层多采用有机涂料，涂层遇火时能形成良好的具有隔热性能的致密的保护层，能保护基体材料，但这种涂层的保护能力有限，遇着火时间长时仍会燃烧。无机防火涂料与目前广泛应用的有机涂料相比，因其具有优良的耐热性、耐老化性、高表面硬度及无毒、无烟等特性，因此可以在客车内饰的铝合金板上涂覆无机涂料，达到不燃的目的 7-9。我国的轨道客车企业有大量的国外订单，而目前我国还没有成熟的、价格合理的、能满足大批量生产的制备无机涂料的技术，只能用一些防火油漆、有机涂料代替。因此，研究无机防火涂料刻不容缓。2 实验2.1 无机溶胶的制备铝合金专用的无机防火涂料主要由溶胶、陶瓷骨料和防火助剂组成。本研究采用磷酸盐溶胶，其特点是：磷酸盐溶胶凝结后可形成具有网状结构的大分子包覆在基体的表面，同时可与铝基体表面发生化学反应而形成具有较高强度的化学结合的界面，与硅酸盐溶胶相比，其耐水性好、固化收缩率小，高温强度大、可在较低温度下固化等优点 10,11。先将氢氧化铝加适量水溶解，再把浓度为 85%的磷酸放在定时恒温磁力搅拌器上加热到 60左右，根据磷酸氢铝中铝原子与磷原子的比例（Al/P ）的不同来调节加入氢氧化铝和磷酸的比例，然后将溶解的氢氧化铝缓慢加入，使磷酸和氢氧化铝充分混合并反应，待温度升到 120时，加入促凝剂，保温 12 小时。自然冷却至室温，得到无色、透明的磷酸氢铝溶胶。2.2 无机防火涂料的制备涂料由无机溶胶、阻燃剂、骨料及其它用于调整颜色的添加剂组成。按一定比例称取阻燃剂、复合填料、助剂等原料，并进行过筛，除去粗颗粒，以避免喷涂施工时，粗颗粒堵塞管道、喷枪。在 KQM-X4 型行星式球磨机上进行高速分散混合充分搅拌，混合均匀。将以上混合物中加入溶胶和分散剂，低速搅拌、混合均匀，得到无机涂料。铝合金经除油喷砂水洗等预处理后，将制备好的无机涂料喷涂于铝合金表面，室温阴干 1224h，在 50的烘箱中保温 1h，再在 150-250的温度下保温 1h，升温速度12/min。经固化烘干后，可得无机防火涂层。2.3 涂层性能检测2.3.1 涂料微观组织结构用日立 S-3400 扫描电子显微镜观察涂层的微观组织形貌，用 PW3040160X 衍射仪分析涂层的物相组成。2.3.1 涂层耐燃性检测采用垂直燃烧法确定涂层的耐燃时间 12。将放置测试板用的铁圈固定在铁架台上，铁圈与酒精喷灯口的垂直距离为7cm，待火焰温度达到1000时，将测试板置铁圈上，然后开始计时至检测终点。在检测时，涂层出现裂缝或整体剥落，定为耐燃时间(min)。2134 567作者简介：赵艳红（1968-） ，女，沈阳人，讲师。魏莉（1966-） ，女，教授。主要从事材料表面阻燃涂层研究。E-mail:weilineu163.com图 1 涂层耐燃性测试装置示意图Fig. 1 Equipment sketch of testing fireproofing performance of coating 1实验台 2 酒精喷灯 3 燃烧支架 4 保温板 5 热电偶 6 试样 7 温度采集模块1-lab desk 2- alcohol spray lamp 3 burning bracket 4 attemperator 5 thermocouple 6 sample 7 gathering temperature module3结果与讨论3.1 Al/P 对涂层的影响磷酸二氢铝基料最主要的特征是酸度。文献指出 11：基料的主相为 AlH3(PO4)23H2O，加热时主要产物为Al(H 2PO4)2, 它是磷酸盐基料中附着性最好的成分。图 1 是基料中 Al/P 比率对涂层的影响。表 1 Al/P 比对涂层的影响Table 1 Effect the rate of Al/P on the coating Al/P 实验现象及结果1： 15 混合容易，但涂层阴干速度慢，48小时还没干，固化后有鼓泡现象，涂层易剥落1： 6 涂层阴干速度慢，固化后有鼓泡、剥落现象1： 3.25 固化剂与溶胶反应较慢，24小时可阴干，涂层均匀，固化后无鼓泡现象，涂层与基体结合良好由表 1 可以看出，Al/P 为 1：3.25 时制得的涂层较好。Al/P 过小，涂层阴干太慢，固化后涂层容易出现鼓泡、剥落现象；Al/P 为 1：3.25 时，涂层阴干较快，制得的涂层均匀平整，与基体结合良好。3.2 陶瓷骨料用量与溶胶比例的关系骨料与溶胶比例对涂层的影响如表 2 所示。当骨料与溶胶的比例小于 0.5：1 时，骨料与溶胶混合容易，涂料粘性好，涂覆时涂层均匀，涂层与基体结合良好。但是，涂层在随后的防火测试中，涂层的防火性能和抗热震性明显低于骨料与溶胶的比例等于 0.5：1 的涂层。当骨料与溶胶的比例大于 0.5：1，达到 0.7：1 和 1：1 时，骨料与溶胶混合困难，加水使其混合均匀。但料浆粘性下降，涂层成型后表面不均匀且有大颗骨料粒子，表面理化性能差。所以本实验骨料与溶胶的比例确定为 0.5：1。表 2 骨料量与溶胶的比例对涂层的影响Table 2 Effect the rate of boned materials and sol on the coating 骨料：溶胶 实验现象及结果0.2：1 骨料与溶胶混合容易，涂料粘性好，涂覆时涂层均匀，涂层与基体结合良好，但粒子少，防火性能差。0.5：1 骨料与溶胶混合较容易，涂覆时涂层较均匀，粒子较少，涂层与基体结合良好。0.7：1 骨料与溶胶混合较难，涂层不均匀，有粒子1：1 骨料与溶胶混合困难，加水量多使料浆粘性下降，涂层不均匀，上面有颗粒。3.3 涂层固化温度的确定图 2 显示了各种不同固化温度曲线。图 2a 是基体喷涂后，直接放入远红外烘干箱中，升温速度为 2min。涂层在固化之前含有较多的吸附水，在固化过程中，由于水的蒸发，使得涂层收缩过快，涂层的表面形成缩孔。图 2b 是基体喷涂后，室温阴干 12-24h。然后放进烘干箱中，升温速度大于 3min，尽管涂层在固化之前蒸发了部分水，但涂层在固化过程中升温速度过快，涂层的表面形成了皲裂现象。图 2c、2d 是涂层在室温阴干 12-24h后，在烘干箱缓慢加热，升温速度控制在 3min 以下，在 50时保温 30min，确保涂层含有较少的吸附水。c 图的最终固化温度为 150，d 图的最终固化温度为 200。可以看出涂层表面致密。但固化温度为 150的涂层比固化温度为 200涂层疏松，而固化温度为200时则