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前言
火災(zāi)一直以來(lái)都是艦船的多發(fā)事故，具有代表性的有：美國(guó)航母在1951年到2008年間就發(fā)生了大小火災(zāi)18次，平均每3年就會(huì)發(fā)生1次火災(zāi);美國(guó)“小鷹號(hào)”航母1968年機(jī)庫(kù)外的輪胎儲(chǔ)藏室發(fā)生火災(zāi);1969年美國(guó)“企業(yè)號(hào)”核動(dòng)力航母、“福萊斯特號(hào)”航母發(fā)生火災(zāi);1994年核動(dòng)力航母“喬治•華盛頓號(hào)”發(fā)生了一起較嚴(yán)重的火災(zāi)，2008年再次起火，雖然這次火災(zāi)尚屬“輕微”，但損失仍高達(dá)7000萬(wàn)美元;俄羅斯的“庫(kù)茲涅佐夫”號(hào)航母2002年、2003年、2006年3次因不同原因遭遇火災(zāi)襲擊。
由于艦船本身的特點(diǎn)，無(wú)法避免火災(zāi)的發(fā)生。為減少艦船火災(zāi)造成的損失，除了采取先進(jìn)的滅火設(shè)備外，使用各種防火材料也是一項(xiàng)必要的措施。防火涂料作為一種功能性涂料，在火災(zāi)過(guò)程中特別是在火災(zāi)的初期，能夠有效地阻止或延緩火勢(shì)的蔓延，減緩底材和背火面在火災(zāi)中迅速升溫，起到防火隔熱保護(hù)的作用。與防火板、耐火毯等防火材料相比，防火涂料具有防火效率高、涂裝厚度小、施工維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，適合于各種復(fù)雜形面。在艦船上使用具有一定優(yōu)勢(shì)。
1艦船防火涂料的發(fā)展現(xiàn)狀
20世紀(jì)70年代膨脹型防火涂料的開發(fā)已經(jīng)引起了研究人員和的重視。這種材料在受到火焰高溫輻射時(shí)，能迅速膨脹形成具有隔熱作用的炭化層，從而在火焰和被保護(hù)基體之間筑成一道熱屏障。防止基材和背火面在火災(zāi)中迅速升溫，起到防火隔熱保護(hù)的作用。特別是在火災(zāi)的初期，能夠有效阻止火焰的蔓延，為實(shí)行撲救贏得時(shí)間。
與現(xiàn)在廣泛使用的纖維毯、板類耐火分隔材料相比，防火涂層具有防火性能優(yōu)良且施工維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，其使用厚度僅為其他防火材料的1/10，能夠大量節(jié)省空間，減輕重量，在艦船防火的使用中具有很大的優(yōu)勢(shì)。
目前美國(guó)、英國(guó)、日本及澳大利亞等國(guó)都選用了不同種類的防火涂料的對(duì)其船舶進(jìn)行防護(hù)，并已經(jīng)研制出能夠達(dá)到A級(jí)和N級(jí)防火隔熱標(biāo)準(zhǔn)的防火涂料。由于國(guó)內(nèi)防火涂料的研究起步較晚，技術(shù)水平相對(duì)落后，在艦船防火涂料的應(yīng)用方面與國(guó)外有一定差距。近年來(lái)國(guó)內(nèi)的研究人員一直致力于艦船防火涂料的技術(shù)開發(fā)，目前海洋化工研究院已經(jīng)研制出一種能夠達(dá)到“A-30”級(jí)艙壁防火隔熱要求的防火涂料。
2艦船防火涂料的應(yīng)用現(xiàn)狀
2.1艦船鋼結(jié)構(gòu)及其他等效材料的防火保護(hù)
我國(guó)艦船的主體結(jié)構(gòu)和艙壁基本為鋼結(jié)構(gòu)或其他等效材料，鋼材作為艦船主體結(jié)構(gòu)材料具有強(qiáng)度高、受荷能力強(qiáng)、抗震性能好、自重輕、占空間體積小、構(gòu)件制造與安裝方便等許多優(yōu)點(diǎn)，但鋼結(jié)構(gòu)致命的弱點(diǎn)是耐火極限低，在火災(zāi)高溫作用下極易毀壞失效。而且鋼材雖是一種不燃燒的材料，卻是熱的良導(dǎo)體，極易傳導(dǎo)熱量。無(wú)保護(hù)的鋼構(gòu)件，耐火極限一般只有0.25h。在火場(chǎng)高溫作用下。如800～1000℃，裸露的鋼結(jié)構(gòu)會(huì)很快出現(xiàn)塑性變形，產(chǎn)生局部破壞，甚至引起鋼結(jié)構(gòu)整體倒塌。
在鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷防火涂料后，一般可使其耐火極限達(dá)到2～3h，為撲滅艦船火災(zāi)、搶救人員，贏得寶貴時(shí)間，所以對(duì)于艦船艙室的鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護(hù)是十分必要的。我國(guó)艦船以往只在某些重要艙室涂裝防火涂料，沒(méi)有對(duì)其他艙室進(jìn)行必要的防火保護(hù)。建議在新的配套體系中將防火涂料的涂裝范圍擴(kuò)大到輔機(jī)艙、生活艙、指揮艙、工作艙、儲(chǔ)存室、以及通道及梯道的外露表面等，更有效地進(jìn)行防火保護(hù)。
2.2非金屬材料的防火保護(hù)
2.2.1裝飾材料的防火保護(hù)
隨著造船技術(shù)的不斷發(fā)展，艦船的舒適性和裝飾性也不斷提高，隨之而來(lái)的是大量可燃性非金屬材料在艦船上得到應(yīng)用，例如各種木質(zhì)材料、塑料制品、纖維制品等。這些材料在火災(zāi)中具有加速火勢(shì)蔓延的危險(xiǎn)性，因此對(duì)這些材料表面進(jìn)行防火處理也是十分必要的。在這些裝飾材料的表面涂刷一層防火涂料能夠顯著提高其耐火阻燃性能，提高裝飾材料在艦船上使用的安全性。
2.2.2管路、電纜的防火保護(hù)
英阿馬島海戰(zhàn)中，英艦“謝菲爾德”號(hào)中彈起火，點(diǎn)燃了艙內(nèi)聚氯乙烯絕緣電纜，大火迅速蔓延，致使火勢(shì)無(wú)法控制，導(dǎo)致沉沒(méi)。目前許多艦船在管路和電纜的防火保護(hù)上沒(méi)有足夠的重視，而實(shí)際火災(zāi)中電纜、管路的防火也極為重要，特別對(duì)于穿越防火隔墻兩側(cè)的電纜、管路等的防護(hù)。在艦船發(fā)生火情后，如果對(duì)電纜防護(hù)不當(dāng)，將造成大面積停電或其他連鎖災(zāi)難。目前日本等國(guó)家的艦船上重要部位的電纜除要求使用耐火電纜外，還要求必須涂刷防火涂料進(jìn)行雙重防火保護(hù)。特別是對(duì)于穿越防火隔墻兩側(cè)的電纜、管路等必須涂刷一段距離的防火涂料進(jìn)行保護(hù)。
2.3特殊部位的防火保護(hù)
一些特殊部位如導(dǎo)彈發(fā)射筒支撐環(huán)以下部位及水面艦艇發(fā)射架及周邊甲板等需要涂覆耐氣流沖擊和耐燒蝕隔熱涂料以使其基材得到保護(hù)，海洋化工研究院研制的無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料在2000℃以上的氧乙炔焰的灼燒30min膨脹層仍結(jié)實(shí)致密，黏結(jié)強(qiáng)度高，可以進(jìn)行多次導(dǎo)彈發(fā)射，不需像以前那樣發(fā)射一次重涂一次，而且有更好的隔熱耐溫效果，使得基材得到更好地保護(hù)。
2.4防火涂料用于耐火甲板敷料
現(xiàn)代艦船為了安全舒適和美觀的需要,在艙室甲板和露天甲板上都敷設(shè)一層合適的材料作為甲板敷料。目前,我國(guó)船廠普遍使用的是乳膠水泥甲板敷料,但這種甲板敷料的耐燃性不夠理想。而能夠達(dá)到A-15、A-30、A-60級(jí)的專用耐火甲板敷料，雖然耐火性能優(yōu)良，但其耐潮性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝維護(hù)困難，具有一定的使用局限性。防火涂料用于耐火甲板敷料，其耐火性能夠達(dá)到A級(jí)艙室甲板敷設(shè)的耐火要求,具有一定的彈性、良好的抗振性和耐潮性差,且防火涂料結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工維護(hù)方便，適用于艙室甲板和露天甲板的大面積敷設(shè)。
3艦船防火涂料用于耐火分隔結(jié)構(gòu)
3.1艦船耐火分隔的目的和要求
所謂艦船耐火分隔，就是從艦船的構(gòu)造上保證艦船的各部位處于與其失火危險(xiǎn)性相適應(yīng)的保護(hù)之中，可以在一定時(shí)間內(nèi)有效地維護(hù)艦船結(jié)構(gòu)的耐火完整性，有效地防止火災(zāi)的發(fā)生，并且一旦發(fā)生火災(zāi)，可將火災(zāi)產(chǎn)生的煙氣、熱量和火焰控制在局部范圍內(nèi)，為人員疏散和撲滅火災(zāi)贏得時(shí)間，最大限度地減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。船舶耐火分隔，按其阻火性能的差異分為A級(jí)、B級(jí)、C級(jí)、N級(jí)等。
3.2國(guó)內(nèi)外艦船耐火分隔的發(fā)展
從20世紀(jì)60年代中后期開始，歐美等造船發(fā)達(dá)國(guó)家紛紛進(jìn)行了耐火分隔材料的研究，主要成果是:研究出了硅酸鈣板、膨脹珍珠巖板、蛭石板、石膏板等硬質(zhì)材料;巖棉、陶瓷棉、超細(xì)玻璃棉等軟質(zhì)氈毯及防火涂料等。
1974年國(guó)際海事組織在《1974年國(guó)際海上人命安全公約》(SOLAS1974)，提出了艙室的耐火分隔要求。因此，歐美日等國(guó)家又開始進(jìn)行耐火艙室系統(tǒng)的研究，并形成了許多不同耐火基材、不同結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)。特別是近年來(lái)為了應(yīng)對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下艦船的防護(hù)要求，美國(guó)海軍海上系統(tǒng)司令部有對(duì)艦船耐火分隔提出了更高要求，即N級(jí)耐火分隔要求。同時(shí)艦船為了減輕上層建筑的重量，使用了大量復(fù)合材料和鋁合金材料，因此對(duì)結(jié)構(gòu)件的耐火分隔技術(shù)和材料的要求比A級(jí)耐火分隔有了進(jìn)一步的提高。N級(jí)耐火分隔與A級(jí)耐火分隔的關(guān)鍵區(qū)別是A級(jí)耐火燃燒試驗(yàn)采用的是標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線，而N級(jí)耐火燃燒試驗(yàn)采用的是烴類火燃燒升溫曲線。烴類火比纖維素(標(biāo)準(zhǔn))火更猛烈(見圖1)。
艦船防火涂料的發(fā)展及應(yīng)用
美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室針對(duì)防火涂料應(yīng)用于N級(jí)耐火分隔進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究，認(rèn)為膨脹型防火涂料能達(dá)到N級(jí)隔熱的要求，但還存在燃燒時(shí)涂層會(huì)掉落等問(wèn)題，需要繼續(xù)改進(jìn)。
我國(guó)艦船的耐火分隔結(jié)構(gòu)以復(fù)合巖棉板、硅酸鈣板和陶瓷棉氈等材料為主。是在20世紀(jì)70年代末、80年代初為滿足S0LAS1974所規(guī)定的要求，仿照國(guó)外耐火分隔系統(tǒng)開發(fā)的。A級(jí)耐火分隔的結(jié)構(gòu)形式是鋼圍壁加隔熱材料，即將耐火板、毯等采用機(jī)械固定的形式固定在鋼圍壁上，組合成結(jié)構(gòu)耐火艙壁。目前，這種耐火分隔在使用中存在一定的局限性，耐火板、毯類材料用于結(jié)構(gòu)耐火分隔時(shí)，使用厚度為40～圖1烴類火與纖維素火的升溫曲線比較50mm。由于其使用厚度很大，減小了艙室的空間，加重了艦船的重量;且其采用機(jī)械固定，安裝維護(hù)復(fù)雜，在實(shí)際使用過(guò)程中存在很多弊端。
3.3防火涂料在艦船耐火分隔中的優(yōu)勢(shì)
防火涂料用于艦船耐火分隔具有防火效率高、使用厚度小、施工維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。可將防火涂料直接涂刷在鋼圍壁上，組合成結(jié)構(gòu)耐火艙壁。我國(guó)一直以來(lái)沒(méi)有在耐火分隔中使用防火涂料主要是由于我國(guó)防火涂料的研發(fā)起步較晚，技術(shù)水平與國(guó)外有一定差距，研制的防火涂料不能滿足A級(jí)艙壁的耐火要求。
針對(duì)這一問(wèn)題近年來(lái)海洋化工研究院進(jìn)行了大量的科研開發(fā)工作，目前已經(jīng)研制出一種能夠達(dá)到A-30級(jí)耐火分隔的防火涂料，其防火涂料的涂裝厚度僅為原有結(jié)構(gòu)分隔耐火材料的1/10。同時(shí)海洋化工研究院研制成功的無(wú)溶劑環(huán)氧膨脹型防火涂料在2000℃以上的氧乙炔焰中灼燒30min，膨脹層仍結(jié)實(shí)致密，理論上能夠達(dá)到美國(guó)海軍艦船N級(jí)耐火分隔的要求。但由于目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有N級(jí)耐火分隔的檢測(cè)裝置，不能進(jìn)行N級(jí)耐火分隔的檢測(cè)。而隨著用國(guó)內(nèi)對(duì)耐火分隔防火涂料的研制成功，艦船防火涂料有希望部分取代現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)分隔耐火材料用于艦船的耐火結(jié)構(gòu)分隔。
4結(jié)語(yǔ)
我國(guó)對(duì)艦船防火涂料的認(rèn)識(shí)、研究、檢測(cè)及應(yīng)用都與國(guó)外存在較大差距。無(wú)論技術(shù)方面還是阻燃理論方面，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)外先進(jìn)水平。因此，我國(guó)必須加大此領(lǐng)域的科研開發(fā)力度，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，提高自主創(chuàng)新能力，提高核心競(jìng)爭(zhēng)力，為我國(guó)海軍裝備的現(xiàn)代化做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
