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技术交流
可膨胀石墨在阻燃防火领域的应用
发布时间:2013/8/1

可膨胀石墨在阻燃防火领域的应用
( 河北农业大学   王玲  宋克敏  )
自可膨胀石墨商业化以来,至今已有三十余年的历史。随着科学技术的发展,可膨胀石墨的应用更加广泛,特别在密封领域、阻燃领域及抗电磁干扰等领域。今天,我主要介绍可膨胀石墨在阻燃防火领域的应用,以及可膨胀石墨的发展方向。
可膨胀石墨作为阻燃材料,与传统阻燃材料相比具有以下特点:在防火时,产烟量少;无低落,不造成二次着火;并且瞬间膨胀力强,阻燃效果好。因此特别受到国内外用户的青睐。
一、           可膨胀石墨在阻燃防火领域的应用
可膨胀石墨在阻燃防火领域主要应用于以下几个方面:
1.防火密封条  
 由于可膨胀石墨的膨胀性、耐高温性及绝热性,使其成为优良的密封材料,并被广泛使用。目前主要有两种形式:第一种是将可膨胀石墨与橡胶材料、无机阻燃剂(氢氧化铝)、促进剂、硫化剂、补强剂等进行混炼、成塑制成各种规格的膨胀密封条。主要用于防火门、防火玻璃窗等场合。这种密封条在火灾中具有自始至终阻隔烟气流动的作用。另一种是以玻璃纤维为载体使用某种粘合剂将可膨胀石墨粘合在载体上,它主要应用于防火门的制造。
2.防火包、防火堵料、防火圈    
因为可膨胀石墨在高温条件下具有较高的膨胀率,可制作防火包、防火堵料,作为有效的膨胀阻燃材料,用于建筑中的防火封堵。如密封建筑管道,在电缆、煤气管道失火时防止火灾蔓延。
3.防火板  
     由于可膨胀石墨密度小,晶体稳定,常用于防火板材的混合料中,目的在于增加板材的防火性能,减小板材的密度,增强隔热性能。膨胀石墨常被研制成薄片使用,这种材料可用于制作墙面和其他可燃基材的阻燃面板,在这种用途中,细小尺寸的天然鳞片石墨颗粒可作为初始原料直接压制成板,火灾发生时,细小颗粒的石墨可膨胀形成较密实的防火阻隔层。
4.阻燃涂料    
近年来,可膨胀石墨正尝试应用在阻燃涂料中,它可赋予涂料优异的受热膨胀性。美国近来提出一种由纤维增强材料、可膨胀石墨、固体吸热材料、聚合物粘结剂等组成的阻燃涂料,可用于纤维板、木板的阴沟涂布。该涂料克服了以往涂料易产生烟气的不足。在火灾中可迅速膨胀形成轻质碳层,而放出的毒气(如:SO2、NO等)较少。可有效的对基材进行防火保护。但石墨表面的黑色限制了它的推广使用。通过表面改性以改变其颜色,增加涂料的色彩品种,使其颜色能为大众接受,是该研究的焦点问题。
5.阻燃塑料    
可膨胀石墨炭形成的膨胀炭化层具有优良的隔热性能、耐高温性能。可膨胀石墨是迄今为止发现的仅有的可用于苛刻条件下并具有足够膨胀强度的膨胀剂。可膨胀石墨在阻燃塑料中的应用主要是利用了可膨胀石墨的膨胀性和绝热性。如:分散在聚氨酯泡沫中石墨片的膨胀作用可阻止燃烧、减弱火势,同时也起到隔热的作用。
目前,已经大量报道了可膨胀石墨用于阻燃聚氨酯、阻燃聚烯烃、阻燃橡胶、阻燃聚苯烯塑料、阻燃碳酸酯齐聚物、阻燃沥青及阻燃电缆等方面。
二、           可膨胀石墨的发展
    为扩大可膨胀石墨在阻燃领域的发展和应用,需开发研制出使用范围更广的新型可膨胀石墨。可膨胀石墨的几个发展方向如下:
1.   低起始膨胀温度、低温可膨胀石墨
此类膨胀石墨开始膨胀的温度为80-150℃,600℃时膨胀容积达250ml/g。制备满足这一条件的可膨胀石墨难点在于:(1)选择合适的插层剂;(2)烘干条件的控制和掌握;(3)水分的测定; (4)环保问题的解决。目前,低温可膨胀石墨的制备还未见报道。
2.  高起始膨胀温度的可膨胀石墨
高起始膨胀温度的可膨胀石墨起始膨胀温度为290-300℃,膨胀容积≥230ml/g。这类可膨胀石墨主要用于工程塑料和橡胶的阻燃,该产品已由河北农业大学研制成功并申请了国家专利。
3.  小颗粒可膨胀石墨
小颗粒可膨胀石墨主要指300目的可膨胀石墨,其膨胀容积为100ml/g,该产品主要用于阻燃涂料,其需求量很大。
4.  表面改性石墨
可膨胀石墨作阻燃材料时,涉及到石墨与其他组分的相溶性问题,由于石墨表面的矿化度很高,它既不是亲油性物质,也不是亲水性物质。所以必须对石墨表面进行改性才能解决石墨与其他组分的相溶性问题。有客户曾提出将石墨表面变白的需求。按客户要求,应在石墨表面覆盖一层坚固的白色薄膜,这是一个很难解决的问题,涉及膜化学或表面化学的问题,实验室可能做到,工业化存在难题。此类白色可膨胀石墨主要用来做阻燃涂料。
5.  特殊用途的可膨胀石墨
    实验表明,石墨蠕虫具有吸收电磁波的功能,这一性质使可膨胀石墨具有很高的军事应用价值。美国军队和我军都已进行了这方面的试验研究。这种可膨胀石墨必须满足以下要求:(1)起始膨胀温度低,膨胀体积大;(2)化学性质稳定,储存5年,膨胀倍率基本不衰减;(3)可膨胀石墨表面呈中性,对弹壳无腐蚀。  
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