膨脹阻燃體系在受熱膨脹時(shí)發(fā)生劇烈的脫水反應(yīng)，并釋放出反應(yīng)熱，放熱反應(yīng)不利于炭層的阻化作用。此外，由于膨脹阻燃層沒(méi)有纖維類(lèi)的組織來(lái)提高強(qiáng)度，炭層長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的裂紋和大面積的脫落，因而大大降低了炭層的耐火時(shí)間。可膨脹石墨受熱到一定程度也會(huì)開(kāi)始膨脹，形成一個(gè)很厚的多孔炭層，但可膨脹石墨的受熱膨脹屬于物理膨脹，本身不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。物理膨脹的可膨脹石墨是因?yàn)?ldquo;鱗片”狀炭體受熱增大數(shù)百倍變成“蠕蟲(chóng)”狀炭體而形成的，此物理過(guò)程屬于吸熱過(guò)程，所以膨脹石墨的加人可提高涂料的耐火性能；若化學(xué)膨脹體系與可膨脹石墨的物理膨脹體系配合使用，涂層的膨脹炭層里面有可膨脹石墨物理膨脹生成的大量“蠕蟲(chóng)”狀炭體，和化學(xué)膨脹產(chǎn)生的膨脹層交聯(lián)，可膨脹石墨黏附在基材表面和炭層內(nèi)部，起到一種交聯(lián)纖維的作用，從而形成致密的炭層，大大提高了炭層的強(qiáng)度；可膨脹石墨的膨脹特性不隨時(shí)間變化而變化，這一點(diǎn)會(huì)大大提高防火涂料的有用成分的耐候性。此外，可膨脹石墨本身無(wú)毒，受熱時(shí)不生成有毒和腐蝕性氣體，其實(shí)用溫度范圍為一204～1650℃，有足夠的穩(wěn)定性。
  基于上述分析，將P-C-N或P-C-N-CI化學(xué)膨脹體系和可膨脹石墨配合使用，可制得新型防火性能優(yōu)異的可膨脹石墨鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。以改性丙烯酸樹(shù)脂為基料，以聚磷酸銨、三聚氰胺為化學(xué)膨脹體系，以可膨脹石墨為物理膨脹體系，加入適量的有機(jī)溶劑制成超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料?？膳蛎浭募尤雽?duì)涂料的耐火時(shí)間有一定的延長(zhǎng)，對(duì)形成更厚的炭層厚度有相當(dāng)?shù)膸椭?/span>
  試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，可膨脹石墨的目數(shù)和膨脹倍數(shù)對(duì)防火涂料的理化性能和耐火性能影響很大。目數(shù)為80目，膨脹倍率為巧150～250的可膨脹石墨整體性能比較好。
  從理論上講，可膨脹石墨的顆粒目數(shù)越大，生成的炭體越大，膨脹炭層的厚度越厚，因而熔融樹(shù)脂包覆氣體的效果就越好，涂層的阻燃性能隨之上升，但如果顆粒目數(shù)過(guò)大，膨脹炭體雖然總體積增大，但分散程度太大，很難形成一個(gè)完整的整體，反而會(huì)降低膨脹炭層的形成效果，綜合考慮，8 0目的目數(shù)是合適的；可膨脹石墨的膨脹倍率越小，形成的“蠕蟲(chóng)”炭體越少，膨脹倍率小的可膨脹石墨形成的膨脹炭層薄，膨脹炭層的耐火性也越差，但如果膨脹倍率過(guò)大，基材樹(shù)脂無(wú)法和可膨脹石墨的炭體配合形成致密的炭層，也會(huì)影響它的耐火性，恰當(dāng)?shù)谋堵蕿?50～250。
  研究者采用正交回歸試驗(yàn)，得出優(yōu)化配方。按相應(yīng)比例以工廠實(shí)際生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)放大，進(jìn)行工業(yè)化試車(chē)，采用模擬火災(zāi)燃燒測(cè)試法對(duì)同批次的樣品作橫向比較，與空白樣品作縱向比較，可膨脹石墨的加入，無(wú)論是在耐火時(shí)間還是在膨脹組分形成膨脹層的厚度和致密程度上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于空白樣品。
  對(duì)于整個(gè)防火涂料體系的理化性能來(lái)說(shuō)，起決定作用的是實(shí)干后涂膜的性能。作為成膜基材的改性樹(shù)脂，加入可膨脹石墨后，如果實(shí)干成膜后的主體有機(jī)成分發(fā)生改變，涂膜的理化性能必定受到一定的影響?？梢钥闯?，主體有機(jī)基團(tuán)峰都是一樣的，說(shuō)明體系實(shí)于成膜后的固體物質(zhì)中的基本有機(jī)基團(tuán)沒(méi)有改變，可膨脹石墨沒(méi)有和基材樹(shù)脂及其他組分發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)而使涂料變性?？膳蛎浭旧聿蝗苡谒〈浞街械囊徊糠炙苄越M分，可提高涂料的耐水性能；可膨脹石墨分子結(jié)構(gòu)是層狀的，有一定的潤(rùn)滑作用，一定程度上改善了涂膜的柔韌性和耐沖擊性。綜合上述各種作用，可膨脹石墨鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐凍融循環(huán)性能、附著力、柔韌性、黏結(jié)強(qiáng)度、耐沖擊性指標(biāo)都很高。
  研究者將不同配方結(jié)構(gòu)的防火涂料做熱失重分析(TGA),可進(jìn)一步研究可膨脹石墨的阻燃機(jī)理，不同配方結(jié)構(gòu)的可膨脹石墨防火涂料與未添加可膨脹石墨防火涂料的熱失重分析結(jié)果。
  在熱失重分析中，樣品分解失重達(dá)50％的溫度是衡量樣品耐熱性能的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。分解達(dá)到50％所需的溫度越高，樣品耐熱效果越好。
  對(duì)于防火涂料來(lái)說(shuō)，在受熱后殘留的炭量越多，涂層的防火效果越好，添加可膨脹石墨的試樣殘?zhí)苛棵黠@大于沒(méi)有添加可膨脹石墨的空白樣品。
  分解溫度的分布區(qū)間越大，體系耐熱性越好。就實(shí)干后涂膜的分解溫度分布區(qū)間上來(lái)說(shuō)，添加了可膨脹石墨的試驗(yàn)溫度分布大多在180～450℃，而空白樣品的分解溫度分布在168～434℃。無(wú)論從起始分解溫度還是分解停止溫度，添加可膨脹石墨的防火涂料都大于空白試樣。
  對(duì)于物質(zhì)分解來(lái)說(shuō)，當(dāng)大分解速度出現(xiàn)的時(shí)候，整個(gè)體系的分解達(dá)到快。大分解速度的溫度點(diǎn)越高，物質(zhì)耐熱的時(shí)間就越長(zhǎng)。因此，防火涂料的耐火時(shí)間得到一定幅度的提高。