第一，平穩階段（20~230℃）。這期間熱失重僅2%左右，主要是涂料中尚未揮發的溶劑和其它易揮發小分子化合物揮發所致。在耐火實驗時看到涂層表層起火燃燒，這主要是涂料內的揮發分著火所致。此時，涂層中的成膜物質開始熔融軟化，可以看出：在180℃有一小的吸熱峰，約47 J/g，這主要是成膜物質熔融軟化吸收了外部能量所致。
第二，發泡炭化階段（230~420℃）。這期間熱失重為43%左右。該階段是涂料揮發的過程，防火阻燃體系中的三聚氰胺發泡劑首先熱分解，釋放出非燃性氣體NH3，同時成膜物質中部分組分分解產生NH3、HCl和水蒸汽等，促使第一階段已熔融軟化的成膜物質持續地膨脹發泡，形成泡沫層。此時脫水催化劑聚磷酸銨分解，釋放出能酯化多元醇和作為脫水劑的無機聚偏磷酸，與多元醇成炭劑季戊四醇、成膜物質等含羥基有機化合物發生酯化反應，生成強吸水性物質，在空氣中的吸水率達到原物質量的55%左右。體系中的胺則作為酯化反應的催化劑，使酯化反應加速進行。與此同時，多元酸和酯脫水炭化，形成無機物及炭化殘余物，使體系進一步膨脹發泡。反應接近完成時，體系膠化和固化，脫水成炭，生成的不飽和主鏈再進行環化架橋反應，最后生成致密堅硬的黑色蜂窩狀炭化層。蜂窩狀炭化層的厚度比原有涂層厚度大幾十倍，其導熱系數接近于空氣的導熱系數，可以有效地隔絕外部熱源，保護鋼結構基材。成膜物質、發泡劑、脫水催化劑、成炭劑必須具有良好的匹配性，否則就不能形成理想的炭化層。由DTA曲線可以看出：在330℃左右，有一強吸熱峰，約為350 J/g，主要為這階段的發泡炭化過程吸收的外部能量，以使反應得以順利進行。
第三，失炭階段（420~770℃）。這期間熱失重為18%左右，主要是炭化層中的碳逐漸被氧化成CO2而逸出體系，同時有一部分炭化層由于附著力欠佳而被氣流帶走。從DTA曲線可以看出：在560℃、670℃左右分別有一強放熱峰，約為830 J/g、250 J/g，主要是炭化層中的碳逐漸被氧化而釋放出能量。
第四，無機層階段（770~1 000℃以后）。這期間熱失重為0.24%左右，主要是炭化層中碳被氧化逸出后，剩余的約37%無機材料形成白色無機骨架。超薄型鋼結構防火涂料防火后期，主要是這些無機骨架組成的無機隔熱層在起防火隔熱作用。其主要成分是焦磷酸鈦形成的多孔物質，它由聚磷酸銨和TiO2反應所生成。
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