艦船防火涂料的發(fā)展分析及應用現(xiàn)狀

1、艦船防火涂料的發(fā)展分析 及應用現(xiàn)狀、八、亠前言火災一直以來都是艦船 的多發(fā)事故，具有代表性的 有：美國航母在 1951年到 2008年間就發(fā)生了大小火 災18次，平均每 3年就會發(fā) 生 1次火災 ;美國小鷹號航 母1968年機庫外的輪胎儲藏室發(fā)生火災 ;1969年美國 企業(yè)號核動力航母、 福萊斯 特號航母發(fā)生火災 ;1994年 核動力航母喬治華盛頓號 發(fā)生了一起較嚴重的火災， 2008年再次起火，雖然這次 火災尚屬輕微，但損失仍高 達 7000萬美元 ;俄羅斯的庫 茲涅佐夫號航母 2002年、 2003年、 2006年3次因不同 原因遭遇火災襲擊。由于艦船本身的特點， 無法避免火災的發(fā)生。 為

2、減 少艦船火災造成的損失， 除 了采取先進的滅火設(shè)備外， 使用各種防火材料也是一 項必要的措施。防火涂料作 為一種功能性涂料，在火災 過程中特別是在火災的初 期，能夠有效地阻止或延緩 火勢的蔓延，減緩底材和背 火面在火災中迅速升溫， 起 到防火隔熱保護的作用。 與 防火板、耐火毯等防火材料 相比，防火涂料具有防火效 率高、涂裝厚度小、施工維 護方便等優(yōu)點，適合于各種 復雜形面。在艦船上使用具 有一定優(yōu)勢。1艦船防火涂料的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀 70年代膨脹型防 火涂料的開發(fā)已經(jīng)引起了 研究人員和的重視。這種材 料在受到火焰高溫輻射時， 能迅速膨脹形成具有隔熱 作用的炭化層，從而在火焰 和被保護基體之

3、間筑成一道熱屏障。防止基材和背火 面在火災中迅速升溫， 起到 防火隔熱保護的作用。 特別 是在火災的初期，能夠有效 阻止火焰的蔓延，為實行撲 救贏得時間。與現(xiàn)在廣泛使用的纖維 毯、板類耐火分隔材料相 比，防火涂層具有防火性能 優(yōu)良且施工維護方便的優(yōu) 點，其使用厚度僅為其他防 火材料的 1/10，能夠大量節(jié) 省空間，減輕重量，在艦船 防火的使用中具有很大的 優(yōu)勢。目前美國、英國、日本 及澳大利亞等國都選用了 不同種類的防火涂料的對 其船舶進行防護，并已經(jīng)研 制出能夠達到 A 級和 N 級 防火隔熱標準的防火涂料。 由于國內(nèi)防火涂料的研究 起步較晚，技術(shù)水平相對落 后，在艦船防火涂料的應用 方面與

4、國外有一定差距。 近 年來國內(nèi)的研究人員一直致力于艦船防火涂料的技 術(shù)開發(fā)，目前海洋化工研究 院已經(jīng)研制出一種能夠達 到 A-30 級艙壁防火隔熱要 求的防火涂料。2艦船防火涂料的應用現(xiàn)狀2.1艦船鋼結(jié)構(gòu)及其他等效材料的防火保護我國艦船的主體結(jié)構(gòu)和 艙壁基本為鋼結(jié)構(gòu)或其他 等效材料，鋼材作為艦船主 體結(jié)構(gòu)材料具有強度高、 受 荷能力強、抗震性能好、自 重輕、占空間體積小、 構(gòu)件 制造與安裝方便等許多優(yōu) 點，但鋼結(jié)構(gòu)致命的弱點是 耐火極限低，在火災高溫作 用下極易毀壞失效。 而且鋼 材雖是一種不燃燒的材料， 卻是熱的良導體，極易傳導 熱量。無保護的鋼構(gòu)件， 耐 火極限一般只有0.25h。在 火場

5、高溫作用下。如8001000°C,裸露的鋼結(jié)構(gòu)會很 快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部 破壞，甚至引起鋼結(jié)構(gòu)整體 倒塌。在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防火 涂料后，一般可使其耐火極 限達到23h,為撲滅艦船 火災、搶救人員， 贏得寶貴 時間，所以對于艦船艙室的 鋼結(jié)構(gòu)進行防火保護是十 分必要的。我國艦船以往只 在某些重要艙室涂裝防火 涂料，沒有對其他艙室進行必要的防火保護。建議在新 的配套體系中將防火涂料 的涂裝范圍擴大到輔機艙、 生活艙、指揮艙、工作艙、 儲存室、以及通道及梯道的 外露表面等，更有效地進行 防火保護。2.2非金屬材料的防火保護2.2.1裝飾材料的防火保護隨著造船技術(shù)的不斷發(fā) 展，艦船的舒適

6、性和裝飾性 也不斷提高，隨之而來的是 大量可燃性非金屬材料在 艦船上得到應用，例如各種 木質(zhì)材料、塑料制品、纖維 制品等。這些材料在火災中 具有加速火勢蔓延的危險 性，因此對這些材料表面進 行防火處理也是十分必要 的。在這些裝飾材料的表面 涂刷一層防火涂料能夠顯 著提高其耐火阻燃性能， 提 高裝飾材料在艦船上使用 的安全性。2.2.2管路、電纜的防火保護英阿馬島海戰(zhàn)中，英艦 謝菲爾德號中彈起火， 點燃 了艙內(nèi)聚氯乙烯絕緣電纜， 大火迅速蔓延，致使火勢無 法控制，導致沉沒。目前許 多艦船在管路和電纜的防 火保護上沒有足夠的重視， 而實際火災中電纜、管路的 防火也極為重要，特別對于 穿越防火隔墻兩

7、側(cè)的電纜、 管路等的防護。在艦船發(fā)生 火情后，如果對電纜防護不 當，將造成大面積停電或其 他連鎖災難。目前日本等國 家的艦船上重要部位的電 纜除要求使用耐火電纜外， 還要求必須涂刷防火涂料 進行雙重防火保護。特別是 對于穿越防火隔墻兩側(cè)的 電纜、管路等必須涂刷一段 距離的防火涂料進行保護。2.3特殊部位的防火保護一些特殊部位如導彈發(fā) 射筒支撐環(huán)以下部位及水 面艦艇發(fā)射架及周邊甲板 等需要涂覆耐氣流沖擊和 耐燒蝕隔熱涂料以使其基 材得到保護，海洋化工研究 院研制的無溶劑環(huán)氧膨脹 型防火涂料在2000 °C以上 的 氧 乙炔 焰 的灼 燒 30min 膨脹層仍結(jié)實致密，黏結(jié)強 度高，可以

8、進行多次導彈發(fā)射，不需像以前那樣發(fā)射一 次重涂一次，而且有更好的 隔熱耐溫效果，使得基材得 到更好地保護。2.4防火涂料用于耐火甲板敷料現(xiàn)代艦船為了安全舒適 和美觀的需要 ,在艙室甲板 和露天甲板上都敷設(shè)一層 合適的材料作為甲板敷料。 目前,我國船廠普遍使用的是乳膠水泥甲板敷料 ,但這 種甲板敷料的耐燃性不夠 理想。而能夠達到 A-15、A-30、A-60級的專用耐火 甲板敷料，雖然耐火性能優(yōu) 良，但其耐潮性差， 結(jié)構(gòu)復 雜，安裝維護困難， 具有一 定的使用局限性。防火涂料 用于耐火甲板敷料， 其耐火 性能夠達到 A 級艙室甲板 敷設(shè)的耐火要求 ,具有一定 的彈性、良好的抗振性和耐 潮性差 ,

9、且防火涂料結(jié)構(gòu)簡 單，施工維護方便， 適用于 艙室甲板和露天甲板的大 面積敷設(shè)。3艦船防火涂料用于耐火分隔結(jié)構(gòu)3.1艦船耐火分隔的目的和要求所謂艦船耐火分隔，就是從艦船的構(gòu)造上保證艦船的各部位處于與其失火 危險性相適應的保護之中， 可以在一定時間內(nèi)有效地 維護艦船結(jié)構(gòu)的耐火完整 性，有效地防止火災的發(fā) 生，并且一旦發(fā)生火災， 可 將火災產(chǎn)生的煙氣、熱量和 火焰控制在局部范圍內(nèi)， 為 人員疏散和撲滅火災贏得 時間，最大限度地減少人員 傷亡和財產(chǎn)損失。船舶耐火 分隔，按其阻火性能的差異 分為A級、B級、C級、N 級等。3.2國內(nèi)外艦船耐火分隔的發(fā)展從20世紀 60年代中后期 開始，歐美等造船發(fā)達國

10、家 紛紛進行了耐火分隔材料 的研究，主要成果是 :研究 出了硅酸鈣板、膨脹珍珠巖 板、蛭石板、石膏板等硬質(zhì) 材料 ; 巖棉、陶瓷棉、超細 玻璃棉等軟質(zhì)氈毯及防火 涂料等。1974年國際海事組織在 1974年國際海上人命安 全公約，提出了艙室的耐 火分隔要求。因此，歐美日 等國家又開始進行耐火艙 室系統(tǒng)的研究，并形成了許 多不同耐火基材、不同結(jié)構(gòu) 的系統(tǒng)。特別是近年來為了 應對現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境下艦船 的防護要求，美國海軍海上 系統(tǒng)司令部有對艦船耐火 分隔提出了更高要求，即N 級耐火分隔要求。同時艦船 為了減輕上層建筑的重量， 使用了大量復合材料和鋁 合金材料，因此對結(jié)構(gòu)件的 耐火分隔技術(shù)和材料的要

11、求比 A 級耐火分隔有了進 一步的提高。N級耐火分隔 與 A 級耐火分隔的關(guān)鍵區(qū) 別是 A 級耐火燃燒試驗采 用的是標準升溫曲線， 而 N 級耐火燃燒試驗采用的是 烴類火燃燒升溫曲線。 烴類 火比纖維素火更猛烈。艦船防火涂料的發(fā)展及應用美國海軍研究實驗室針 對防火涂料應用于 N 級耐 火分隔進行了大量的試驗 研究，認為膨脹型防火涂料 能達到 N 級隔熱的要求， 但還存在燃燒時涂層會掉 落等問題，需要繼續(xù)改進。我國艦船的耐火分隔結(jié) 構(gòu)以復合巖棉板、硅酸鈣板 和陶瓷棉氈等材料為主。 是 在20世紀70年代末、80年代 初為滿足S0LAS1974所規(guī) 定的要求，仿照國外耐火分 隔系統(tǒng)開發(fā)的。A級耐火

12、分 隔的結(jié)構(gòu)形式是鋼圍壁加 隔熱材料，即將耐火板、毯 等采用機械固定的形式固 定在鋼圍壁上，組合成結(jié)構(gòu) 耐火艙壁。 目前，這種耐火 分隔在使用中存在一定的 局限性，耐火板、毯類材料 用于結(jié)構(gòu)耐火分隔時， 使用 厚度為40圖1烴類火與纖 維素火的升溫曲線比較 50mm。由于其使用厚度很 大，減小了艙室的空間， 加 重了艦船的重量 ;且其采用 機械固定，安裝維護復雜， 在實際使用過程中存在很 多弊端。3.3防火涂料在艦船耐火分隔中的優(yōu)勢防火涂料用于艦船耐火 分隔具有防火效率高、 使用 厚度小、施工維護方便等優(yōu) 點?？蓪⒎阑鹜苛现苯油克?在鋼圍壁上，組合成結(jié)構(gòu)耐 火艙壁。我國一直以來沒有 在耐火分隔

13、中使用防火涂 料主要是由于我國防火涂 料的研發(fā)起步較晚，技術(shù)水 平與國外有一定差距， 研制 的防火涂料不能滿足 A 級 艙壁的耐火要求。針對這一問題近年來海 洋化工研究院進行了大量 的科研開發(fā)工作，目前已經(jīng) 研制出一種能夠達到 A-30 級耐火分隔的防火涂料， 其 防火涂料的涂裝厚度僅為 原有結(jié)構(gòu)分隔耐火材料的 1/10。同時海洋化工研究院 研制成功的無溶劑環(huán)氧膨 脹型防火涂料在2000 °C以 上的氧乙炔焰中灼燒 30min ， 膨 脹層 仍 結(jié)實 致 密，理論上能夠達到美國海 軍艦船 N 級耐火分隔的要 求。但由于目前國內(nèi)還沒有N 級耐火分隔的檢測裝置， 不能進行 N 級耐火分隔的