有机和无机化合物受热会导致它们的热降解。基本上,当可燃材料的热降解发生氧化时,就会形成火焰,其特征是产生和散发热量和光 [ 35 ]。火焰是火所发出的光,可作为产生热量的视觉指示器。通常,燃烧是一种气相现象,其中挥发性可燃物质会放热氧化 [ 36]。另一方面,余辉燃烧是一种非气相燃烧,其中基体在冷凝相中被氧化以产生固体和气体产物。它通常发生在低于材料着火温度的温度下。同时,在固相中,富碳材料中的碳残留物被氧化[ 37 ]。
事实上,持续的火焰发生需要三个要素:燃料(由富含碳物质的挥发性可燃物组成)、热量(由燃料的放热氧化燃烧提供)和氧化剂(由空气提供的氧气)[ 38、39 ]。_图 2说明 Emman 的火三角展示了持续火焰所需的三个要素。
聚合物基材热分解,释放出较小的挥发性化合物,作为火焰的燃料。这些易燃物质与空气中的氧气发生反应,形成可燃混合物 [ 40 ]。挥发物发生放热氧化,材料燃烧,产生光和热 [ 41 ]。如图火三角(图 2),该过程变得自我维持并通过反馈循环运行。火焰的最终结果取决于可燃化合物。在聚合物的情况下,燃烧气体主要由二氧化碳 (CO 2 )、一氧化碳 (CO) 和水蒸气 (H 2 O) 组成。同时,固体残渣主要由碳(C)和灰(氧化金属)组成[ 42 ]。
阻燃涂料(或喷涂)是不可燃的化学品,用于住宅、商业和工业建筑,其原因多种多样,包括减缓火焰蔓延、降低其强度和减少产生的烟雾量[72,73]。阻燃涂层作为一种成熟且最有效的方法,已广泛用于保护基材免受火焰的影响。
事实上,阻燃涂料具有几个优点:不会改变材料的固有性能(即机械性能),易于加工[45],并可用于多种基材,如金属材料[74]、聚合物[75]、纺织品[76]和木材[77]。
绝热是保护基板免受火焰影响的常用方法[78]。理想的涂层应具有低热导率、不燃性、对表面基材的附着力、环境耐久性、重量轻、耐磨性、薄型和低成本[79,80]。目前,有数百种商用涂层材料用于结构元件;然而,没有一种能够满足理想涂层所需的多功能性能。
绝热涂层分为三类,即阻燃聚合物[46]、热障涂层[81]和膨胀型涂层[82]。
阻燃聚合物是有机树脂(即溴化聚合物)或无机材料(即地质聚合物),其本身具有阻燃性,通常制成厚度小于5mm的薄膜,涂覆在复合基材上[46]。由于其高热稳定性和低热导率,这些聚合物能够延迟基材的点火和燃烧[43,46]。
热障涂层通常由陶瓷基材料制成,这些材料不可燃且导热性低。陶瓷等离子喷涂膜(即氧化锆)和陶瓷纤维垫(即二氧化硅、岩棉)是这些类型涂层的示例[83]。
膨胀材料可以通过在高温下发生化学反应来防止火焰,导致涂层起泡和膨胀。值得注意的是,该反应产生了具有极低热导率的高度多孔且厚的炭涂层,从而保护复合材料免受火焰的影响[84,85]。