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舰船防火涂料的发展分析及应用现状    
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【中国涂料在线新闻资讯】 邓琦1,赵薇2,李志生3,王华进2,王丹2(1.海军装备部,北京100072;2.海洋化工研究院,山东青岛266071;3.海军青岛保障基地,山东青岛266003) 

    0前言

    火灾一直以来都是舰船的多发事故,具有代表性的有:美国航母在1951年到2008年间就发生了大小火灾18次,平均每3年就会发生1次火灾;美国“小鹰号”航母1968年机库外的轮胎储藏室发生火灾;1969年美国“企业号”核动力航母、“福莱斯特号”航母发生火灾;1994年核动力航母“乔治•华盛顿号”发生了一起较严重的火灾,2008年再次起火,虽然这次火灾尚属“轻微”,但损失仍高达7000万美元;俄罗斯的“库兹涅佐夫”号航母2002年、2003年、2006年3次因不同原因遭遇火灾袭击。

    由于舰船本身的特点,无法避免火灾的发生。为减少舰船火灾造成的损失,除了采取先进的灭火设备外,使用各种防火材料也是一项必要的措施。防火涂料作为一种功能性涂料,在火灾过程中特别是在火灾的初期,能够有效地阻止或延缓火势的蔓延,减缓底材和背火面在火灾中迅速升温,起到防火隔热保护的作用。与防火板、耐火毯等防火材料相比,防火涂料具有防火效率高、涂装厚度小、施工维护方便等优点,适合于各种复杂形面。在舰船上使用具有一定优势。

    1舰船防火涂料的发展现状

    20世纪70年代膨胀型防火涂料的开发已经引起了研究人员和的重视。这种材料在受到火焰高温辐射时,能迅速膨胀形成具有隔热作用的炭化层,从而在火焰和被保护基体之间筑成一道热屏障。防止基材和背火面在火灾中迅速升温,起到防火隔热保护的作用。特别是在火灾的初期,能够有效阻止火焰的蔓延,为实行扑救赢得时间。

    与现在广泛使用的纤维毯、板类耐火分隔材料相比,防火涂层具有防火性能优良且施工维护方便的优点,其使用厚度仅为其他防火材料的1/10,能够大量节省空间,减轻重量,在舰船防火的使用中具有很大的优势。

    目前美国、英国、日本及澳大利亚等国都选用了不同种类的防火涂料的对其船舶进行防护,并已经研制出能够达到A级和N级防火隔热标准的防火涂料。由于国内防火涂料的研究起步较晚,技术水平相对落后,在舰船防火涂料的应用方面与国外有一定差距。近年来国内的研究人员一直致力于舰船防火涂料的技术开发,目前海洋化工研究院已经研制出一种能够达到“A-30”级舱壁防火隔热要求的防火涂料。

    2舰船防火涂料的应用现状

    2.1舰船钢结构及其他等效材料的防火保护

    我国舰船的主体结构和舱壁基本为钢结构或其他等效材料,钢材作为舰船主体结构材料具有强度高、受荷能力强、抗震性能好、自重轻、占空间体积小、构件制造与安装方便等许多优点,但钢结构致命的弱点是耐火极限低,在火灾高温作用下极易毁坏失效。而且钢材虽是一种不燃烧的材料,却是热的良导体,极易传导热量。无保护的钢构件,耐火极限一般只有0.25h。在火场高温作用下。如800~1000℃,裸露的钢结构会很快出现塑性变形,产生局部破坏,甚至引起钢结构整体倒塌。

    在钢结构表面涂刷防火涂料后,一般可使其耐火极限达到2~3h,为扑灭舰船火灾、抢救人员,赢得宝贵时间,所以对于舰船舱室的钢结构进行防火保护是十分必要的。我国舰船以往只在某些重要舱室涂装防火涂料,没有对其他舱室进行必要的防火保护。建议在新的配套体系中将防火涂料的涂装范围扩大到辅机舱、生活舱、指挥舱、工作舱、储存室、以及通道及梯道的外露表面等,更有效地进行防火保护。

    2.2非金属材料的防火保护

    2.2.1装饰材料的防火保护

    随着造船技术的不断发展,舰船的舒适性和装饰性也不断提高,随之而来的是大量可燃性非金属材料在舰船上得到应用,例如各种木质材料、塑料制品、纤维制品等。这些材料在火灾中具有加速火势蔓延的危险性,因此对这些材料表面进行防火处理也是十分必要的。在这些装饰材料的表面涂刷一层防火涂料能够显著提高其耐火阻燃性能,提高装饰材料在舰船上使用的安全性。

    2.2.2管路、电缆的防火保护

    英阿马岛海战中,英舰“谢菲尔德”号中弹起火,点燃了舱内聚氯乙烯绝缘电缆,大火迅速蔓延,致使火势无法控制,导致沉没。目前许多舰船在管路和电缆的防火保护上没有足够的重视,而实际火灾中电缆、管路的防火也极为重要,特别对于穿越防火隔墙两侧的电缆、管路等的防护。在舰船发生火情后,如果对电缆防护不当,将造成大面积停电或其他连锁灾难。目前日本等国家的舰船上重要部位的电缆除要求使用耐火电缆外,还要求必须涂刷防火涂料进行双重防火保护。特别是对于穿越防火隔墙两侧的电缆、管路等必须涂刷一段距离的防火涂料进行保护。

    2.3特殊部位的防火保护

    一些特殊部位如导弹发射筒支撑环以下部位及水面舰艇发射架及周边甲板等需要涂覆耐气流冲击和耐烧蚀隔热涂料以使其基材得到保护,海洋化工研究院研制的无溶剂环氧膨胀型防火涂料在2000℃以上的氧乙炔焰的灼烧30min膨胀层仍结实致密,黏结强度高,可以进行多次导弹发射,不需像以前那样发射一次重涂一次,而且有更好的隔热耐温效果,使得基材得到更好地保护。

    2.4防火涂料用于耐火甲板敷料

    现代舰船为了安全舒适和美观的需要,在舱室甲板和露天甲板上都敷设一层合适的材料作为甲板敷料。目前,我国船厂普遍使用的是乳胶水泥甲板敷料,但这种甲板敷料的耐燃性不够理想。而能够达到A-15、A-30、A-60级的专用耐火甲板敷料,虽然耐火性能优良,但其耐潮性差,结构复杂,安装维护困难,具有一定的使用局限性。防火涂料用于耐火甲板敷料,其耐火性能够达到A级舱室甲板敷设的耐火要求,具有一定的弹性、良好的抗振性和耐潮性差,且防火涂料结构简单,施工维护方便,适用于舱室甲板和露天甲板的大面积敷设。

    3舰船防火涂料用于耐火分隔结构

    3.1舰船耐火分隔的目的和要求

    所谓舰船耐火分隔,就是从舰船的构造上保证舰船的各部位处于与其失火危险性相适应的保护之中,可以在一定时间内有效地维护舰船结构的耐火完整性,有效地防止火灾的发生,并且一旦发生火灾,可将火灾产生的烟气、热量和火焰控制在局部范围内,为人员疏散和扑灭火灾赢得时间,最大限度地减少人员伤亡和财产损失。船舶耐火分隔,按其阻火性能的差异分为A级、B级、C级、N级等。

    3.2国内外舰船耐火分隔的发展

    从20世纪60年代中后期开始,欧美等造船发达国家纷纷进行了耐火分隔材料的研究,主要成果是:研究出了硅酸钙板、膨胀珍珠岩板、蛭石板、石膏板等硬质材料;岩棉、陶瓷棉、超细玻璃棉等软质毡毯及防火涂料等。

    1974年国际海事组织在《1974年国际海上人命安全公约》(SOLAS1974),提出了舱室的耐火分隔要求。因此,欧美日等国家又开始进行耐火舱室系统的研究,并形成了许多不同耐火基材、不同结构的系统。特别是近年来为了应对现代战争环境下舰船的防护要求,美国海军海上系统司令部有对舰船耐火分隔提出了更高要求,即N级耐火分隔要求。同时舰船为了减轻上层建筑的重量,使用了大量复合材料和铝合金材料,因此对结构件的耐火分隔技术和材料的要求比A级耐火分隔有了进一步的提高。N级耐火分隔与A级耐火分隔的关键区别是A级耐火燃烧试验采用的是标准升温曲线,而N级耐火燃烧试验采用的是烃类火燃烧升温曲线。烃类火比纤维素(标准)火更猛烈(见图1)。

舰船防火涂料的发展及应用

    美国海军研究实验室针对防火涂料应用于N级耐火分隔进行了大量的试验研究,认为膨胀型防火涂料能达到N级隔热的要求,但还存在燃烧时涂层会掉落等问题,需要继续改进。

    我国舰船的耐火分隔结构以复合岩棉板、硅酸钙板和陶瓷棉毡等材料为主。是在20世纪70年代末、80年代初为满足S0LAS1974所规定的要求,仿照国外耐火分隔系统开发的。A级耐火分隔的结构形式是钢围壁加隔热材料,即将耐火板、毯等采用机械固定的形式固定在钢围壁上,组合成结构耐火舱壁。目前,这种耐火分隔在使用中存在一定的局限性,耐火板、毯类材料用于结构耐火分隔时,使用厚度为40~图1烃类火与纤维素火的升温曲线比较50mm。由于其使用厚度很大,减小了舱室的空间,加重了舰船的重量;且其采用机械固定,安装维护复杂,在实际使用过程中存在很多弊端。

    3.3防火涂料在舰船耐火分隔中的优势

    防火涂料用于舰船耐火分隔具有防火效率高、使用厚度小、施工维护方便等优点。可将防火涂料直接涂刷在钢围壁上,组合成结构耐火舱壁。我国一直以来没有在耐火分隔中使用防火涂料主要是由于我国防火涂料的研发起步较晚,技术水平与国外有一定差距,研制的防火涂料不能满足A级舱壁的耐火要求。

    针对这一问题近年来海洋化工研究院进行了大量的科研开发工作,目前已经研制出一种能够达到A-30级耐火分隔的防火涂料,其防火涂料的涂装厚度仅为原有结构分隔耐火材料的1/10。同时海洋化工研究院研制成功的无溶剂环氧膨胀型防火涂料在2000℃以上的氧乙炔焰中灼烧30min,膨胀层仍结实致密,理论上能够达到美国海军舰船N级耐火分隔的要求。但由于目前国内还没有N级耐火分隔的检测装置,不能进行N级耐火分隔的检测。而随着用国内对耐火分隔防火涂料的研制成功,舰船防火涂料有希望部分取代现有的结构分隔耐火材料用于舰船的耐火结构分隔。

    4结语

    我国对舰船防火涂料的认识、研究、检测及应用都与国外存在较大差距。无论技术方面还是阻燃理论方面,远远落后于国外先进水平。因此,我国必须加大此领域的科研开发力度,拥有自主知识产权,提高自主创新能力,提高核心竞争力,为我国海军装备的现代化做出应有的贡献。

 

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