有机类保温材料应用现状分析

秦砚瑶，刘军

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司绿色建筑技术中心，重庆400016）

有机类保温材料应用现状分析

秦砚瑶，刘军

（中煤科工集团重庆设计研究院有限公司绿色建筑技术中心，重庆400016）

该文分析了现阶段保温材料的燃烧性能与保温性能的矛盾，并对有机类热塑性和热固性保温材料进行了重点介绍和分析，提出了应对有机类保温材料的“燃烧过程”、“燃烧形态”和“燃烧危害”进一步细化分类，使有机类保温材料做到真正的“既保温、又安全”。

保温材料，燃烧性能，热塑性，热固性，防火等级

0 引言

近年来，我国各领域的能耗问题已经成为制约我国经济和社会可持续发展的重要问题。建筑能耗已成为我国能源消耗的重要组成部分，据统计，当前我国建筑耗能占社会总能耗的比例已达到30%以上。为缓解我国能源和环境所面临的困境，十六大以来，我国各级政府和管理部门相继提出发展低碳循环经济、建立资源节约型、环境友好型社会的理念；国务院下发绿色建筑行动计划，明确提出绿色建材理念，应大力发展“节能环保、安全、耐久性、施工便捷”的建材产品，绿色、低碳已成为我国建筑发展的主导方向。

同时，制约我国建筑节能发展的因素也不容忽视。近年来，全国各地陆续发生多起由建筑外墙保温材料引发的重大火灾事故，如沈阳皇朝万鑫酒店、中国科技馆新馆、央视文化中心大楼等火灾事故，均造成重大人员和财产损失。这使得我们对建筑节能材料有了新的认识，保温材料除了应满足基本的保温隔热性能外，其“安全性”也是建筑领域必须面对的问题。

1 我国《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准简析

我国国家标准《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624作为建筑材料燃烧性能分级的统一准则，近几十年来，在材料燃烧等级划分、指导建筑相关防火设计、政府部门监督管理等方面发挥了巨大作用。从颁布实施以来，该标准共经历了1997、2006、2012三个标准版本，在原理、分级类别等方面有较大差异，主要区别如表1所示。

表1 《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624三次修订的主要区别

2 保温材料的燃烧性能与保温性能的矛盾

目前建筑围护结构的保温材料中，主要使用的材料分为有机类和无机类，从使用的实际情况来看，我国北方寒冷地区和夏热冬冷地区围护结构绝大多数使用的为有机类保温材料，这主要是由这些地区气候条件对围护结构保温性能的要求决定的。一般来讲，从材料的本质来看，有机材料的保温性能远优于无机类；但从建筑对防火等级的要求来看，采用有机保温材料与此存在一定矛盾，造成“保温性能好的材料不防火、防火性能好的材料不保温”的局面。

现阶段，我国的城市化进程主要以兴建高层建筑为主，在建筑施工和建成后的使用过程中一旦发生火灾很难及时扑灭，这为人们生命财产安全带来一系列安全隐患。不可否认，在建筑保温领域，有机材料明显优于无机材料，但在安全、环境保护方面却存在较多问题。有机材料具有重量轻，保温性能好，可加工性好等优势，但其最大的缺点是防火性能差，稳定性差，易老化，同时，在有明火的情况下，材料在燃烧过程中容易发生“溶滴”现象，当温度高于250℃，仍然会燃烧。在这种情况下，如何更好地对建筑领域保温材料的防火性及应用进行深入研究，在材料的燃烧性和保温性二者之间实现较好的平衡，已经成为相关政府管理部门和科研单位值得思考的问题。

目前，对建筑保温材料引起的重大火灾事故的原因已有较多的研究结果，主要存在以下两个方面，一是材料自身的燃烧等级较差，有机类保温材料尽管通过了改性等优化措施，但材料仍属于可燃类，遇到明火极易引燃；二是建筑保温材料施工中的安全管理问题。有资料显示，发达国家（如德国、英国、美国）可燃类建筑保温材料占建筑保温材料的应用比例均在70%以上，有的甚至达到90%，这一比例在我国也一直保持在90%以上。有机类保温材料优异的保温性能成为建筑保温领域的首选材料，而我国之所以经常会发生由建筑保温材料引发的安全事故，与国内众多施工企业对建筑保温材料的防火安全的管理和重视程度不够有着直接的关系。因此，一味强调使用燃烧等级为A级的保温材料来确保防火安全仍有待进一步探讨。

从国家政策上看，从2011年发布的“关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知”规定“民用建筑外墙保温材料应采用燃烧性能为A级的材料”到2012年“关于民用建筑外保温材料消防监督管理有关事项的通知”规定“B1级燃烧等级的材料也可用于建筑保温领域”，表明国家对建筑保温采用有机类保温材料的燃烧等级放宽了要求，但有机类保温材料在施工和使用过程中的安全性仍不可忽视。

3 热固性与热塑性保温材料安全性探讨

根据有机类材料在遇火燃烧后所表现出的热力学特点，为便于研究可将其分为两大类：热塑性和热固性。重庆市目前常用的保温材料中，大量使用的难燃型膨胀聚苯板和难燃型挤塑聚苯板属于热塑性保温材料；复合硬泡聚氨酯板和复合酚醛泡沫板属于热固性保温材料。大部分有机类保温材料能过添加阻燃剂后燃烧性能可达到B级标准的要求，但由于阻燃剂价格昂贵，不少企业在生产过程中为节约成本，阻燃剂添加量不足，保温材料的送检与施工质量要求不一致等，造成有机类保温材料的质量不达标的情况时有发生。表2为市面抽样的难燃型膨胀聚苯板和难燃型挤塑聚苯板燃烧性能试验结果，表中材料的氧指数是在标准规定环境下，有机保温材料在氧氮混合气体环境中维持有焰燃烧所需的最低氧气浓度指标值。

表2 难燃型膨胀聚苯板（EPS）和难燃型挤塑聚苯板（XPS）燃烧性实验结果

表3 聚苯乙烯保温材料燃烧过程的阶段特征

从表3中可知，同为EPS和XPS保温板，在燃烧等级相同的情况下，有机材料的氧指数即材料的可燃性差异较大，垂直燃烧的高度差异也较大，该结果反映出有机类保温材料产品质量参差不齐，与市场上聚苯乙烯泡沫类保温材料的实际情况基本一致。

（1）热塑性保温材料

EPS和XPS保温材料作为热塑性保温材料的代表，燃烧过程可以分为5个阶段：加热熔化、热降解和热分解、材料着火，燃烧和火焰传播，各阶段的特征如表3所示。只要燃烧能够自维持，这5个阶段就会不断循环进行，越来越多的材料参与燃烧，热量不断累积并反馈。若在燃烧材料周围存在其它可燃物，则燃烧规模将从局部区域扩散到外界体系，发生群体燃烧，若得不到控制，最终群体燃烧将会失去控制而发展为火灾。

采用热塑性保温材料时，受火区域的保温材料收缩熔化，并积聚至系统内的底部，热解气体使系统内形成过高的压力，失去依托的保护面层不足以承载积聚的熔化物或压力时，保护面层变形开裂，失去稳定性，热解气体逸出，熔化状态的保温材料被点燃，造成更大范围的破坏。同时，在燃烧过程中热塑性保温材料将产生熔滴和发烟的现象，产生大量的有毒气体，这加剧了对人体的伤害。

（2）热固性保温材料

热固性保温材料遇火后不会发生收缩熔化现象，材料表面首先形成炭化体，该层碳化体具有较好的阻火作用，在材料烧损面积的增加的过程中，炭化体的面积也随之增加，在该层炭化体阻火材料的作用下，可有效拟制材料的进一步燃烧；而远离过火区域的保温材料形态基本保持原状，不会出现明显的理化性能改变。

在建筑节能对材料保温性能不断提升的形势下，并不能一味强调燃烧性能达到A级才是解决建筑保温安全性的唯一途径。在发达国家，对建筑保温领域材料的燃烧等级也有明确的规定，但工程应用过程中，建筑保温的产品仍以有机类材料为主，对有机类保温材料更多的是对保温系统的“燃烧过程”、“燃烧形态”和“燃烧危害”全面研究和细化分类，充分考虑保温材料燃烧时烟气及毒性对人体的危害，并依此将保温材料分为若干等级，以适应不同类型建筑的防火要求。

通过以上分析，控制建筑保温材料引发的火灾事故可从控制保温材料的可点燃性以及提高材料的燃烧安全性入手，而未必一味强调使保温材料达到A级不燃状态。与热塑性保温材料相比，热固性保温材料最大的优势在于保温层燃烧时材料表面能迅速形成碳化层，可有效隔绝空气与保温材料的接触，从而有效阻止火势的进一步蔓延，同时，热塑性保温材料在燃烧过程中不会出现熔融滴落现象，产生的有毒烟气也相对较少，因此，热固性保温材料更适应建筑节能对保温材料的要求。

4 结语

现阶段，我国城镇化进程仍将持续，可以预见，有机类保温材料仍将是建筑节能领域的主导产品，目前市面上绝大部分有机类保温材料通过改性处理燃烧等级均能达到B级以上，但在遇火后的表现相差甚远，因此，应对可燃性保温材料的燃烧等级进一步细化分类，应针对建筑类型、建筑高度和使用部位等方面进行相关细分燃烧等级及燃烧形态的规定。

同时，在有机保温材料的工程应用中，政府监管部门要加强材料市场的管理，生产企业也应加强自律，确保材料的性能能够满足产品标准的相关要求，其次应加强施工现场监管、总体协调施工进度和施工工序、规范工程施工工序，保证可燃类保温材料的使用安全，真正实现有机类保温材料的“既保温、又安全”。

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责任编辑：孙苏

Analysis on Current Application Situation of Organic Insulation Material

The contradiction between the combustion performance and insulation performance of insulation materials are analyzed and organic insulation materials of thermo-plasticity and thermo-setare especially introduced and analyzed.Itis proposed thatorganic insulation materials should be specified and classified in accordance with combustion process,combustion form and combustion damage so thatorganic insulation materials can be really insulated and safe.

insulation materials；combustion performance；thermo-plasticity；thermo-setting；fireproofgrade

TU52

A

1671-9107（2014）10-0044-03

基金论文：该论文为中国煤炭科工集团有限公司科技创新基金“承重节能型烧结页岩多孔砖成套技术体系及工程应用”（项目编号：2012MS023）论文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.10.044

2014-08-29

秦砚瑶（1982-）女，重庆人，研究生，工程师，主要从事建筑节能与绿色建筑技术研究。