مقدمة: دهانات مقاومة للحريق — تجعل الهياكل الفولاذية “تصمد” أمام اللهب لمدة 180 دقيقة الحاسمة
نقطة الضعف القاتلة للهياكل الفولاذية (المباني الشاهقة/الجسور/منشآت البتروكيماويات) عندما ترتفع درجة الحرارة إلى >500°م——تنخفض قوة خضوع الفولاذ إلى النصف——>600°م——يفقد القدرة على التحمل——ينهار الهيكل
——السبب المباشر لانهيار مركز التجارة العالمي في 11 سبتمبر——ليس اصطدام الطائرة——بل احتراق وقود الطائرات (>1000°م)——فشل طلاء مقاومة الحريق للهيكل الفولاذي——تلدين الفولاذ——انهيار الطوابق “على شكل فطيرة”。 مهمة دهان مقاومة الحريق تحت منحنى الحريق المعياري (ISO 834/درجة حرارة الغرفة→>500°م/5دقائق→>800°م/30دقيقة→>1000°م/120دقيقة)——إبطاء حرارة الهيكل الفولاذي من >1000°م إلى <140°م (عتبة الأمان للهيكل الفولاذي)——لإتاحة الوقت لإخلاء الأشخاص وإطفاء الحريق——شراء "الوقت الذهبي" الذي يزيد عن 60-180 دقيقة
——هذه هي قيمة دهان مقاومة الحريق “بطلاء يبلغ سمكه بضعة مليمترات——يُنقذ مئات الأرواح”.
دهانات مقاومة للحريق متوسعة هي نوع من الدهانات الوظيفية الخاصة المكونة من ثلاثة مكونات وظيفية رئيسية — مصدر حمض (فوسفات أمونيوم مكثف APP — يحفز التجفيف وإزالة الماء لتكوين الكربون)، ومصدر كربون (بنتا إريثريتول PER — يوفر هيكل الكربون)، ومصدر غاز (ميلامين MEL — يُحدث الانتفاخ والتوسع) — ممتزجة مع راتينج أساسي (إيبوكسي/أكريليك/ألكيد) — وعند درجات حرارة عالية للحريق (>200°C) تمر بثلاث خطوات تفاعل: “تحفيز حمضي لإزالة الماء ← كربنة ← نفخ بواسطة مصدر الغاز” — فيتوسع الطلاء >50-100 مرة — مكوناً طبقة رغوية مسامية من الكربون بسماكة >2-5 سم (موصلية حرارية <0.1W/m·K) — تبقي درجة حرارة الهيكل الفولاذي السفلي في النطاق الآمن (<140°C) لمدة 60-180 دقيقة — لحماية السلامة الهيكلية للمبنى وسلامة الأشخاص.
أولاً: النظام الكيميائي “ثلاثي المصادر” لطلاءات مقاومة الحريق المتوسعة
| المكون | المركبات الممثلة | درجة حرارة التحلل (°C) | آلية العمل | النسبة النموذجية (%) | مؤشرات الجودة الرئيسية |
|---|---|---|---|---|---|
| مصدر الحمض (عامل التجفيف) | APP (بولي فوسفات الأمونيوم / درجة البلمرة >1000) | >215°C——إطلاق حمض البولي فوسفوريك | حمض البولي فوسفوريك يحفز تجفيف وإسترة مجموعات -OH في مصدر الكربون (PER)——تكوين إسترات الفوسفات——مزيد من التحلل الحراري——الكربنة”محفز التجفيف وتكوين الكربون” | 25-35 | درجة البلمرة >1000 (مقاوم للماء / غير منتقل) / محتوى P₂O₅ >55% / الذوبان المائي <0.5g/100ml |
| مصدر الكربون (مُكربن) | PER (بنتا إريثريتول / ثنائي بنتا إريثريتول) | >250°C (في وجود APP——تسبق الإسترة) | مجموعات الهيدروكسيل المتعددة (-OH) تستر مع حمض البولي فوسفوريك——التجفيف——الكربنة——تكوين طبقة كربونية مُغرَفيتة (“هيكل الكربون”) | 10-15 | النقاء >98% / محتوى الهيدروكسيل (النسبة النظرية OH% = 58.8%) / النعومة <50μm |
| مصدر الغاز (مُرغٍ) | MEL (الميلامين) | >300°C——التسامي + التحلل | التسامي والتحلل عند التسخين——إطلاق غازات خاملة مثل NH₃/N₂/CO₂——”نفخ” طبقة الكربون المنصهرة لتكوين رغوة——نسبة التمدد >50×——سماكة طبقة الكربون >2-5cm | 10-15 | النقاء >99% / نطاق درجة حرارة التحلل ضيق (300-350°C”الرغوة المركزة”) |
| راتنج القاعدة | إيبوكسي / أكريليك / ألكيد | متغير (>150°C يلين) | عند درجات الحرارة المنخفضة——يوفر السلامة الفيزيائية والالتصاق للطلاء——عند >200°C——يلين الراتنج——يصبح “حاملًا منصهرًا” للسماح لمصدر الغاز بالنفخ——يتفاعل مصدر الكربون/مصدر الحمض داخل الراتنج | 25-40 | Tg / نقطة التليين——تتطابق مع درجة حرارة تفاعل APP/PER/MEL”متزامنة مع المصادر الثلاثة” |
الأسئلة الشائعة
س1: النسبة الكلاسيكية لـ APP/PER/MEL (3:1:1) — لماذا هذه النسبة — ماذا يحدث في حال الإزاحة؟
3:1:1 (APP:PER:MEL — نسبة وزنية) هي “التآزر الأمثل” الناتج عن أكثر من 40 عاماً من التحسين وآلاف تجارب التركيبات (1) APP هو المهيمن (>50% من المجموع الثلاثي) — لأن الحاجة إلى كمية كافية من بولي الفوسفات لتحفيز استرة جميع مجموعات -OH في PER — نقص APP — عدم استرة جزء من PER — عدم الكربنة — “هيكل فضفاض” لطبقة الكربون — معامل الت膨胀 <20 — زمن مقاومة الحريق <30 دقيقة
؛ (2) PER 10-15% — “هيكل” كربوني كافٍ ولكن ليس زائداً — زيادة PER — طبقة كربون كثيفة جداً — صعوبة نفخ مصدر الغاز “ت膨胀 ضعيف” — نقص PER — طبقة كربون رقيقة جداً “تتمزق بالنفخ” بلا عزل حراري؛ (3) MEL 10-15% — يوفر غازاً مناسباً — زيادة MEL “رغوة مفرطة” طبقة كربون سميكة لكن “مسامية هشة” قوة هيكلية منخفضة — تحت تيار اللهب “تنفجر وتتساقط” طبقة الكربون — نقص MEL “رغوة غير كافية” طبقة كربون رقيقة — بلا عزل حراري. إزاحة التركيبة ±2% — قد تنخفض مقاومة الحريق >30% — نسبة “المصادر الثلاثة” — هي “تركيبة الحياة” لطلاء مقاومة الحريق.
س2: لماذا “موصلية الحرارة” لطبقة الكربون المت膨胀ة >2سم من طبقة الكربون يمكنها خفض 1000°م إلى <140°م؟
طبقة الكربون المت膨胀ة——بنية رغوية (مسام مغلقة/مفتوحة——>90% نسبة مسامية)——مملوءة بغاز خامل N₂/CO₂——موصلية الحرارة للغاز (>0.01-0.03 واط/م·ك——أقل بكثير من الفولاذ >50——والكربون >5)الموصلية الحرارية الفعالة الكلية لطبقة الكربون <0.1 واط/م·ك——هي 1/500 من الفولاذ
。(1) قانون فورييه——التدفق الحراري المستقر عبر طبقة الكربون Q=(k/δ)×(T_fire-T_steel)——k=0.1——δ=0.03م (>3سم طبقة كربون)——فرق الحرارة ΔT≈900°م——Q≈3000 واط/م²——بينما الهيكل الفولاذي يشع الحرارة للبيئة المحيطة——ويمكنه تحمل هذا التدفق الحراري——وتستقر حرارة الفولاذ عند <140°م؛ (2) طبقة الكربون 3×——الفولاذ >500°م——فشل. “سُمك” طبقة الكربون يحدده معامل الت膨胀 (>50×——DFT مبدئي 50μm——يت膨胀→>2.5سم طبقة كربون——5سم طبقة كربون). “السُمك هو العمر” وهذا هو سبب حاجة دهان مقاومة الحريق إلى DFT >0.5-5مم——أكثر سُمكاً بـ 10-100 مرة من طلاء مضاد للتآكل العادي.
س3: الإيبوكسي، الأكريليك، الألكيد – أي راتنج أساسي هو الأنسب لأنظمة APP/PER/MEL؟
(1) الإيبوكسي——مقاومة كيميائية + التصاق ممتاز——لكن الإيبوكسي عند >200°م “لا يلين” بل يتحلل مباشرة——يتفحم——طبقة الكربون ”صلبة وهشة” وتتشقق ”بالكسر الهش” تحت تيار اللهب مما يجعل الأداء المقاوم للحريق غير مستقر——يحتاج عادةً إلى إضافة ”مليّن” (فوسفات ester——بلاستنة صلبة——تحسين مرونة طبقة الكربون)——نظام الإيبوكسي مناسب لـالداخل/بدون أشعة UV
(الخزانات——البتروكيماويات——البيئة الكيميائية ”مقاومة حريق إيبوكسي——نوع الطلاء السميك”)؛ (2) الأكريليك——درجة انتقال الزجاجية منخفضة——درجة التليين (>100-150°م)——تتطابق مع نافذة تفاعل APP/PER/MEL “أفضل ناقل انصهار” طبقة كربون متجانسة——نسبة التوسع مستقرة——مقاومة جوية ممتازة——هياكل فولاذية خارجية”
——هو الراتنج الأساسي السائد لطلاءات مقاومة الحريق حالياً (>60% حصة سوقية)——لكن مقاومته الكيميائية < الإيبوكسي——غير مناسب لبيئات الأحماض والقلويات القوية؛ (3) الألكيد——جفاف بطيء——تفاعل أكسدة مشترك——تكوين طبقة سميكة——لكن الألكيد يحتوي على روابط C=C غير مشبعة——عند >200°م——يتحلل بالأكسدة——بنية طبقة الكربون فضفاضة ”نسبة توسم كبيرة لكن قوة ضعيفة” تذبذب كبير في الأداء المقاوم للحريق——حصة السوق في طلاءات مقاومة الحريق حالياً <10%
——تم استبداله بشكل رئيسي بالأكريليك.
س4: ما الفرق في التنفيذ بين الطلاء المقاوم للحريق “النوع السميك” >2mm و”النوع الرقيق” <0.5mm؟
النوع السميك (أساس إيبوكسي——DFT>2-5mm)——(1) يتطلب تطبيقاً متعدد الطبقات (كل طبقة 5 طبقات——الفاصل الزمني بين كل طبقة >6 ساعات (جفاف سطحي)
؛ (2) أدوات التنفيذ——مجرفة/رش ثنائي المكونات/”مضخة رش بدون هواء——ضغط >250bar——لأن لزوجة الطلاء عالية جداً (>2000mPa·s)——يحتوي على كمية كبيرة من الطور الصلب APP/PER/MEL (>60% وزن——صلب “حبيبي” انسداد الأنابيب——يتطلب قطر أنبوب >1/2 بوصة + مضخة ملاط”؛ (3) المعالجة——>7-14 يوماً——درجة حرارة البيئة >5°م——رطوبة <85% "اكتمال التشابك الإيبوكسي——عندها فقط يمكن إجراء اختبار مقاومة الحريق——غير مصلب بالكامل——انخفاض حاد في أداء مقاومة الحريق". النوع الرقيق (أكريليك——DFT<0.5mm)——(1) طبقة واحدة (>0.2mm) أو طبقتان——رش بدون هواء عادي”تنفيذ سهل——مظهر جيد——يمكن استخدامه كزخرفة معمارية”؛ (2) لكن الحد الأقصى لمقاومة الحريق النوع السميك——يمكن >180 دقيقة (>3mm DFT). “الرقيق——جميل——مقاومة حريق قصيرة——مباني/مراكز تسوق——السميك——صناعي——مقاومة حريق طويلة——بتروكيماويات——أنفاق”.
س5: ما هي العلاقة بين GB 14907-2018 (طلاء مقاوم للحريق لهياكل الصلب) وISO 834 (منحنى الارتفاع القياسي لدرجة حرارة الحريق)؟
منحنى ISO 834 ”حريق قياسي — زمن-درجة حرارة — T=20+345×log₁₀(8t+1) — t=بالدقائق — 1س→945°م — 2س→1033°م — 3س→1082°م — 4س→1114°م” هذا نموذج عام لارتفاع حرارة حريق المباني — منحنى مصدر حريق قياسي لاختبارات مقاومة الحريق عالمياً”. GB 14907-2018 — إلزامي صيني — (1) يستشهد بـ ISO 834 كشرط للارتفاع الحراري (مطابق ”شرط الارتفاع الحراري — GB/T 9978 — ISO 834″) — (2) يضيف — حد مقاومة الحريق — R (حمل) / E (سلامة) / I (عزل حراري) — >0.5س — 1س — 1.5س — 2س — 2.5س — 3س — ستة مستويات — تتوافق مع مستويات مقاومة الحريق في GB 50016 (مدونة تصميم الحريق للمباني). GB ”مكافئ لـ ISO — شروط الاختبار متطابقة — درجات مقاومة الحريق — بتنسيق صيني — R/E/I”.
قراءات ذات صلة
ملخص
دهانات مقاومة للحريق متوسعة – مصدر حمضي (APP – تحفيز التجفيف بالماء) + مصدر كربوني (PER – هيكل كربوني) + مصدر غازي (MEL – تكوين الرغوة) – عند حدوث حريق >200°C تحدث ثلاث تفاعلات: “استرة محفزة بالحمض وتجفيف بالماء – كربنة – نفخ بالغاز” – تتوسع طبقة الدهان “بسماكة 0.5-5mm” لتصبح طبقة كربونية رغوية >2-5cm – موصلية حرارية <0.1 – تثبيت حرارة الهيكل الفولاذي عند 60-180 دقيقة. شركة كيكسين للمواد الجديدة تنتج أنواعاً مختلفة من دهانات مقاومة للحريق – معتمدة وفق GB 14907 “صامتة – لكن – تقاتل عند التماس مع النار – طبقة دهان بالمليمتر – تكسب وقتاً للحياة – درع كيميائي'”.