环氧膨胀型防火涂料传热过程的分析与研究

摘要

环氧膨胀型防火涂料具有极佳的封闭性、良好的附着力、防腐蚀性和机械强度等优点，在海洋设施、石化和石油装置等领域得到大量应用，是当今研究的热点。本文采用复配方法制得环氧膨胀型防火涂料，通过锥型量热仪、辐射热流计等仪器对其燃烧性能及传热过程进行了研究，采用激光闪射法测定了涂料及其炭层的热扩散系数、导热系数等热物性参数，最后针对传热过程建立物理、数学模型，并进行了模拟研究。
　　研究分析了化学因素、物理因素及膨胀炭层对传热特性的影响，即实验测定了不同配方下、不同涂料厚度及不同辐射功率的情况下，涂层内部、表面及外部温度场的变化。并采用扫描电镜(SEM)、相机对涂料燃烧后的炭层进行了研究，分析炭层对传热过程的影响。实验结果表明，样品的燃烧与其传热过程紧密相连并相互影响，样品内部距离样品上表面越远处温度越低，膨胀剂的含量、协效阻燃剂的添加量及辐射功率等对防火涂层的内部传热过程有很大影响。膨胀炭层的形成及其炭层结构对于温度场的分布具有很大影响。通过分析比较可以得出以Sb2O3和CP为协效剂的环氧膨胀型防火涂料的阻燃性能、隔热性能和形成膨胀炭层的性能均优于以EG为协效剂的环氧膨胀型防火涂料。对涂料与其炭层的热物性参数的测定结果表明，样品的热扩散系数、导热系数与比热容均与其炭层有不同的变化规律，尤其是样品的导热系数高于其炭层的这一结果更加验证了对传热特性的研究。同时协效剂含量对热物性的研究也表明，协效剂含量的不同导致了各参数的不同。
　　通过对环氧膨胀型防火涂料在锥形量热仪实验条件下燃烧的分析和研究，建立了能够描述膨胀防火涂料升温过程的物理模型。利用传质传热过程原理，建立了膨胀防火涂料升温阶段的数学模型。结果表明模型可模拟样品在升温阶段的样品温度分布。通过与实验结果比较发现，模拟的温度分布及其变化与实验结果吻合较好，模型比较可靠。此外，模型还可对热物性参数的灵敏性进行分析研究。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 膨胀型防火涂料

1．2．1 膨胀型防火涂料的组成

1．2．2 膨胀型防火涂料的阻燃机理

1．2．3 环氧膨胀型防火涂料

1．3 传热研究

1．3．1 传热基本概念

1．3．2 传热模型

1．4 材料的热物性参数

1．4．1 热物性参数的基本理论

1．4．2 热物性参数的测量及方法

1．5 模拟的数学方法及工具

1．5．1 数学离散化方法

1．5．2 计算机编程工具

1．6 本论文的研究目的及研究内容

第二章 环氧膨胀型防火涂料传热过程实验分析与研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验配方

2．2．4 样品制备及测试方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 环氧膨胀型防火涂料燃烧过程分析

2．3．2 环氧膨胀型防火涂料传热过程分析

2．3．3 环氧型膨胀防火涂层燃烧过程与传热的相互作用

2．4 本章小结

第三章 环氧膨胀型防火涂料的热物性的分析与研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验配方

3．3 实验方法

3．3．1 激光闪射法测量热扩散系数的原理

3．3．2 激光闪射法测量比热容的原理

3．3．3 激光闪射法测量导热系数的原理

3．3．4 密度及炭渣孔隙率的测量方法

3．4 实验结果与讨论

3．4．1 热扩散系数的测定

3．4．2 导热系数的测定

3．4．3 比热容的测定

3．4．4 协效阻燃剂的含量对热扩散系数的影响

3．4．5 协效阻燃剂的含量对导热系数的影响

3．4．6 协效阻燃剂的含量对比热容的影响

3．4．7 密度的测定

3．5 本章小结

第四章 环氧膨胀型防火涂料传热过程模拟分析与研究

4．1 引言

4．2 物理模型的建立

4．3 数学模型的建立与离散化处理

4．3．1 加热阶段数学模型的建立

4．3．2 数学模型的离散化处理

4．4 模拟结果讨论与分析

4．4．1 环氧膨胀型防火涂料参数的灵敏性分析

4．4．2 模拟结果与实验测量结果比较分析

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢

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