膨脹阻燃體系在受熱膨脹時發(fā)生劇烈的脫水反應，并釋放出反應熱，放熱反應不利于炭層的阻化作用。此外，由于膨脹阻燃層沒有纖維類的組織來提高強度，炭層長時間受熱時，會產(chǎn)生大量的裂紋和大面積的脫落，因而大大降低了炭層的耐火時間?？膳蛎浭軣岬揭欢ǔ潭纫矔_始膨脹，形成一個很厚的多孔炭層，但可膨脹石墨的受熱膨脹屬于物理膨脹，本身不發(fā)生化學反應。物理膨脹的可膨脹石墨是因為“鱗片”狀炭體受熱增大數(shù)百倍變成“蠕蟲”狀炭體而形成的，此物理過程屬于吸熱過程，所以膨脹石墨的加人可提高涂料的耐火性能；若化學膨脹體系與可膨脹石墨的物理膨脹體系配合使用，涂層的膨脹炭層里面有可膨脹石墨物理膨脹生成的大量“蠕蟲”狀炭體，和化學膨脹產(chǎn)生的膨脹層交聯(lián)，可膨脹石墨黏附在基材表面和炭層內(nèi)部，起到一種交聯(lián)纖維的作用，從而形成致密的炭層，大大提高了炭層的強度；可膨脹石墨的膨脹特性不隨時間變化而變化，這一點會大大提高防火涂料的有用成分的耐候性。此外，可膨脹石墨本身無毒，受熱時不生成有毒和腐蝕性氣體，其實用溫度范圍為一204～1650℃，有足夠的穩(wěn)定性。
  基于上述分析，將P-C-N或P-C-N-CI化學膨脹體系和可膨脹石墨配合使用，可制得新型防火性能優(yōu)異的可膨脹石墨鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。以改性丙烯酸樹脂為基料，以聚磷酸銨、三聚氰胺為化學膨脹體系，以可膨脹石墨為物理膨脹體系，加入適量的有機溶劑制成超薄型鋼結(jié)構(gòu)防火涂料。可膨脹石墨的加入對涂料的耐火時間有一定的延長，對形成更厚的炭層厚度有相當?shù)膸椭?/span>
  試驗發(fā)現(xiàn)，可膨脹石墨的目數(shù)和膨脹倍數(shù)對防火涂料的理化性能和耐火性能影響很大。目數(shù)為80目，膨脹倍率為巧150～250的可膨脹石墨整體性能比較好。
  從理論上講，可膨脹石墨的顆粒目數(shù)越大，生成的炭體越大，膨脹炭層的厚度越厚，因而熔融樹脂包覆氣體的效果就越好，涂層的阻燃性能隨之上升，但如果顆粒目數(shù)過大，膨脹炭體雖然總體積增大，但分散程度太大，很難形成一個完整的整體，反而會降低膨脹炭層的形成效果，綜合考慮，8 0目的目數(shù)是合適的；可膨脹石墨的膨脹倍率越小，形成的“蠕蟲”炭體越少，膨脹倍率小的可膨脹石墨形成的膨脹炭層薄，膨脹炭層的耐火性也越差，但如果膨脹倍率過大，基材樹脂無法和可膨脹石墨的炭體配合形成致密的炭層，也會影響它的耐火性，恰當?shù)谋堵蕿?50～250。
  研究者采用正交回歸試驗，得出優(yōu)化配方。按相應比例以工廠實際生產(chǎn)條件設計放大，進行工業(yè)化試車，采用模擬火災燃燒測試法對同批次的樣品作橫向比較，與空白樣品作縱向比較，可膨脹石墨的加入，無論是在耐火時間還是在膨脹組分形成膨脹層的厚度和致密程度上都遠遠優(yōu)于空白樣品。
  對于整個防火涂料體系的理化性能來說，起決定作用的是實干后涂膜的性能。作為成膜基材的改性樹脂，加入可膨脹石墨后，如果實干成膜后的主體有機成分發(fā)生改變，涂膜的理化性能必定受到一定的影響。可以看出，主體有機基團峰都是一樣的，說明體系實于成膜后的固體物質(zhì)中的基本有機基團沒有改變，可膨脹石墨沒有和基材樹脂及其他組分發(fā)生交聯(lián)反應而使涂料變性?？膳蛎浭旧聿蝗苡谒?，它取代配方中的一部分水溶性組分，可提高涂料的耐水性能；可膨脹石墨分子結(jié)構(gòu)是層狀的，有一定的潤滑作用，一定程度上改善了涂膜的柔韌性和耐沖擊性。綜合上述各種作用，可膨脹石墨鋼結(jié)構(gòu)防火涂料的耐凍融循環(huán)性能、附著力、柔韌性、黏結(jié)強度、耐沖擊性指標都很高。
  研究者將不同配方結(jié)構(gòu)的防火涂料做熱失重分析(TGA),可進一步研究可膨脹石墨的阻燃機理，不同配方結(jié)構(gòu)的可膨脹石墨防火涂料與未添加可膨脹石墨防火涂料的熱失重分析結(jié)果。
  在熱失重分析中，樣品分解失重達50％的溫度是衡量樣品耐熱性能的一個標準。分解達到50％所需的溫度越高，樣品耐熱效果越好。
  對于防火涂料來說，在受熱后殘留的炭量越多，涂層的防火效果越好，添加可膨脹石墨的試樣殘?zhí)苛棵黠@大于沒有添加可膨脹石墨的空白樣品。
  分解溫度的分布區(qū)間越大，體系耐熱性越好。就實干后涂膜的分解溫度分布區(qū)間上來說，添加了可膨脹石墨的試驗溫度分布大多在180～450℃，而空白樣品的分解溫度分布在168～434℃。無論從起始分解溫度還是分解停止溫度，添加可膨脹石墨的防火涂料都大于空白試樣。
  對于物質(zhì)分解來說，當大分解速度出現(xiàn)的時候，整個體系的分解達到快。大分解速度的溫度點越高，物質(zhì)耐熱的時間就越長。因此，防火涂料的耐火時間得到一定幅度的提高。