一种用于钢结构抗火的金属材料及其制备方法技术

一种用于钢结构抗火的金属材料及其制备方法，所述金属材料用于制作防火板，包括金属基材、在所述金属基材表面涂覆防火涂料制得的防火涂层；所述金属基材为Q235FRB钢或者Q345FRB钢，所述防火涂料，按质量份数计，包括以下组分：纯丙乳液50

【技术实现步骤摘要】
一种用于钢结构抗火的金属材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于钢结构抗火
，具体涉及一种用于钢结构抗火的金属材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]钢结构在建筑工程中发挥着越来越重要的作用。钢结构优点很多，但却有一个致命的缺陷：耐火性能差，结构发生火灾后在很短的时间内就能把建筑物烧毁。
[0003]钢结构抗火设计的实质是：选定保护材料及所需厚度，从而使钢结构在火灾中的温升不超过其临界温度而确保耐火稳定性，满足承载能力的规定。目前，采用的比较多的有：（1）防火板隔离法：将表面平整的防火材料板采用机械方法螺栓连接或捆扎环绕固定在钢构件的四周， 一般做成箱状， 将构件和周围火环境隔离，以达到降低构件的受热速度， 确保构件在一定的防火时效内不致达到其极限温度；（2）喷涂法：将一定厚度防火涂料直接喷在钢结构构件表面上；（3）膨胀漆覆盖法：将一定厚度的膨胀漆采用喷涂、 刷或抹的方式在经过一定处理的钢结构表面形成一层保护膜；（4）水泥砖块填充法：对于某些截面的 H 型钢结构， 在其翼缘和腹板之间的空隙处填入水泥砖以降低构件表面的曝火面积；（5）水冷却法：将空心的钢结构连成管网，其内充满含抗冻剂、防锈剂的水溶液， 通过着火时的温差作用。
[0004]对于防火板隔离法，防火板可在工厂批量生产，所以具有厚度一致、品质保证、干净无污染等优点，其外表平整、美观，故较为适用于外露钢结构如钢柱的防火处理，抗火时间可达到4小时。例如，中国专利申请号为CN201710189200.X公开了一种可更换内芯的散热型防火板，包括防火板本体，所述防火板本体设置楼板，所述楼板的内部设置防护结构，所述防护结构的内部设置钢构件。
[0005]金属基材防火涂料板是一种新型防火板,采取了金属基材与防火涂料结合的形式,其特点为在金属基材表面涂覆防火涂料,由防火涂料提供耐火性能,同时又保留了金属板件的安装性能和装饰性能。目前，对金属基材防火涂料板的专利文献还鲜少报告。因此，本专利技术的目的是提供一种金属材料以及采用该金属材料制备的金属基材防火涂料板，用于钢结构抗火。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了克服以上不足，本专利技术的目的是提供一种用于钢结构抗火的金属材料及其制备方法，用于制作防火板，通过防火板隔离法将钢结构构件和周围火环境隔离，对钢结构起到抗火效果，金属基材选择Q235FRB钢或者Q345FRB钢，耐火性能、高温力学性能优异，在金属基材表面涂覆防火涂料，进一步提高金属材料耐火性能，应用前景广泛。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于钢结构抗火的金属材料，所述金属材料用于制作防火板，包括金属基材、在所述金属基材表面涂覆防火涂料制得的防火涂层；所述金属基材为Q235FRB钢或者
Q345FRB钢，所述防火涂料，按质量份数计，包括以下组分：纯丙乳液50
‑
60份、聚磷酸胺30
‑
40份、季戊四醇25
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35份、三聚氰胺5
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15份、石墨烯0.5
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1份、成膜助剂0.5
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1份、消泡剂0.5
‑
1份、分散剂0.5
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1份、增稠剂0.2
‑
0.8份、流平剂0.2
‑
0.8份。
[0008]本专利技术所述的用于钢结构抗火的金属材料，用于制作防火板，通过防火板隔离法将钢结构构件和周围火环境隔离，以达到降低钢结构构件的受热速度，对钢结构起到抗火效果。
[0009]所述金属材料包括金属基材、在所述金属基材表面涂覆防火涂料制得的防火涂层。其中，金属基材选择Q235FRB钢或者Q345FRB钢，Q235FRB钢、Q345FRB钢均为耐火钢材料，在高温环境中表现出良好的高温稳定性，在600℃高温中的屈服强度折减系数在0.7
‑
0.8，在600℃高温1h保持下，屈服强度能够达到常温时的2／3左右，其高温下力学性能页明显优于同等级普通钢。并且，通过有限元模拟钢结构框架火灾事故发现，Q235FRB钢和Q345FRB钢在高温下抵抗变形的能力明显优于同等级的普通钢材，高温下抵抗变形性能大约提升50％左右，具有更好的抗倒塌能力、更好承载力特性。
[0010]为了进一步提高金属基材的耐火性能，在金属基材表面涂覆防火涂料，所述防火涂料的配方设计合理，以纯丙乳液为基体，聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺组成高效膨胀阻燃体系，以及成膜助剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、流平剂各助剂的配合，通过石墨烯与纯丙乳液的强烈的氢键作用，使防火涂料在受热分解初期发生交联且流动性变差，从而使防火涂层的膨胀更为充分，提高膨胀炭层的稳定性及炭层强度并生成更多的石墨化碳骨架，使得防火涂层具有优异的耐火性能。
[0011]本专利技术还涉及所述用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，包括金属材料的制备，具体包括如下内容：在洁净的金属基材上涂覆一层底漆，所述底漆为环氧富锌底漆，厚度为0.1
‑
0.3mm；然后在底漆干燥后涂覆所述防火涂料制得防火涂层，所述防火涂层的厚度为0.5
‑
5mm；在20
‑
25℃条件下自然通风干燥，放入32
‑
38℃的烘箱内烘5
‑
12 h，制得金属材料。
[0012]进一步的，上述的用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，包括防火涂料的制备，具体包括如下内容：将石墨烯配制成石墨烯水溶液，对其进行超声分散使其在水溶液中分散均匀，然后与聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺混合，再加入依次纯丙乳液、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、分散剂，以2500
‑
3000 r/min的速度搅拌10
‑
20min，随后以800
‑
1000 r/min的速度搅拌40
‑
60 min，制得防火涂料。
[0013]优选的，所述成膜助剂为伊斯曼醇酯十二、增稠剂为OMG
‑
0620、消泡剂为消泡剂NXZ、流平剂为流平剂BYK
‑
346、分散剂为异辛醇和乙二醇
‑2‑
乙基己醚(异辛醇和乙二醇
‑2‑
乙基己醚的质量配比为2：1)。
[0014]进一步的，上述的用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，石墨烯的制备是通过石墨烯生产线进行生产，所述石墨烯生产线包括：真空管路、反应釜、纤维素膜过滤器、干燥机、剥离溶剂管路、CIP清洗管路，所述真空管路、CIP清洗管路和剥离溶剂管路并列设置在反应釜上方，所述剥离溶剂管路、CIP清洗管路、真空管路分别与反应釜连通，所述反应釜、纤维素膜过滤器、干燥机从左至右并列设置，并且通过管道依次串联连接，其制备方法具体包括如下步骤：（1）搅拌：将氧化石墨粉末填入反应釜内，同时剥离溶剂管路开启，氧化石墨粉末
与剥离溶剂的质量比为1：450
‑
550，所述反应釜内设置有搅拌装置，搅拌装置启动进行机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于钢结构抗火的金属材料，其特征在于，所述金属材料用于制作防火板，包括金属基材（1）、在所述金属基材（1）表面涂覆防火涂料制得的防火涂层（2）；所述金属基材（1）为Q235FRB钢或者Q345FRB钢，所述防火涂料，按质量份数计，包括以下组分：纯丙乳液50
‑
60份、聚磷酸胺30
‑
40份、季戊四醇25
‑
35份、三聚氰胺5
‑
15份、石墨烯0.5
‑
1份、成膜助剂0.5
‑
1份、消泡剂0.5
‑
1份、分散剂0.5
‑
1份、增稠剂0.2
‑
0.8份、流平剂0.2
‑
0.8份。2.根据权利要求1所述的用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，其特征在于，包括金属材料的制备，具体包括如下内容：在洁净的金属基材（1）上涂覆一层底漆，所述底漆为环氧富锌底漆，厚度为0.1
‑
0.3mm；然后在底漆干燥后涂覆所述防火涂料制得防火涂层（2），所述防火涂层（2）的厚度为0.5
‑
5mm；在20
‑
25℃条件下自然通风干燥，放入32
‑
38℃的烘箱内烘5
‑
12 h，制得金属材料。3.根据权利要求1所述用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，其特征在于，包括防火涂料的制备，具体包括如下内容：将石墨烯配制成石墨烯水溶液，对其进行超声分散使其在水溶液中分散均匀，然后与聚磷酸胺、季戊四醇和三聚氰胺混合，再加入依次纯丙乳液、成膜助剂、增稠剂、消泡剂、流平剂、分散剂，以2500
‑
3000 r/min的速度搅拌10
‑
20min，随后以800
‑
1000 r/min的速度搅拌40
‑
60 min，制得防火涂料。4.根据权利要求3所述用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，其特征在于，石墨烯的制备是通过石墨烯生产线进行生产，所述石墨烯生产线包括：真空管路（3）、反应釜（4）、纤维素膜过滤器（5）、干燥机（6）、剥离溶剂管路（7）、CIP清洗管路（8），所述真空管路（3）、CIP清洗管路（8）和剥离溶剂管路（7）并列设置在反应釜（4）上方，所述剥离溶剂管路（7）、CIP清洗管路（8）、真空管路（3）分别与反应釜（4）连通，所述反应釜（4）、纤维素膜过滤器（5）、干燥机（6）从左至右并列设置，并且通过管道依次串联连接，其制备方法具体包括如下步骤：（1）搅拌：将氧化石墨粉末填入反应釜（4）内，同时剥离溶剂管路（7）开启，氧化石墨粉末与剥离溶剂的质量比为1：450
‑
550，所述反应釜（4）内设置有搅拌装置，搅拌装置启动进行机械搅拌，氧化石墨粉末与剥离溶剂混合均匀后得到混合浆料；（2）研磨分散：在反应釜（4）出口管道设置有第一研磨分散机（41），所述第一研磨分散机（41）的入口与反应釜（4）的出口连接，所述第一研磨分散机（41）的出口与反应釜（4）的入口连接；将反应釜（4）温度控制在90
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100℃，同时开启真空管路（3），对反应釜（4）进行抽真空溶解，与此同时启动第一研磨分散机（41），打开第一研磨分散机（41）的进口阀，混合浆料进入第一研磨分散机（41）内进行研磨分散，然后又被排入到反应釜（4）中，混合浆料在第一研磨分散机（41）和反应釜（4）中循环，研磨分散3.5
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6.5h；（3）过滤干燥：将研磨分散的混合浆料经过纤维素膜过滤器（5），纤维素膜过滤器（5）采用大量去离子水过滤混合浆料，直到混合浆料的 PH 值达到中性， 在过滤期间完全除去剥离溶剂后，得到黑色粉末，黑色粉末经过干燥机（6）干燥，得到石墨烯；（4）清洗：通过CIP清洗管路（8）清洗石墨烯生产线，设备断电，一个工作流程结束。5.根据权利要求4所述用于钢结构抗火的金属材料的制备方法，其特征在于，所述剥离溶剂为经过蒸馏浓缩的N...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓彬，李召军，
申请(专利权)人：徐州中盛远达新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：