饰面型防火涂料阻燃性能评价方法的研究进展

林鹏，林克辉，李向涛

（广东省建筑材料研究院，广东 广州 510160）

饰面型防火涂料阻燃性能评价方法的研究进展

林鹏，林克辉，李向涛

（广东省建筑材料研究院，广东 广州 510160）

饰面型防火涂料作为一种应用越来越广泛的新型涂料，其阻燃性能的评价是人们关注的热点。简要介绍了饰面型防火涂料的应用、分类、阻燃机理和涂料阻燃性能的评价方法。重点阐述了GB 12441—2005《饰面型防火涂料》规定的方法、单体燃烧试验法和锥形量热仪法在评价饰面型防火涂料阻燃性能上的研究。单体燃烧试验法既考虑了真实的火灾场景，又考虑了材料的最终用途，能更全面地评价饰面型防火涂料的阻燃性能。

饰面型防火涂料；阻燃性能；评价方法

0 引言

饰面型防火涂料是指涂覆于木材、纤维板、纸板及其制品等可燃基材表面，能形成具有防火阻燃保护及一定装饰作用涂膜的专用涂料[1]。随着我国城镇化进程的不断发展，人民生活水平的逐步提高，各类高层建筑、地下工程、写字楼和商住楼等的内部装修使用了大量的高档和豪华建筑装饰材料，为了防火保护和装饰性的更好协调，目前常用的、操作比较简便、适应性较好的处理方法是涂覆饰面型防火涂料[2-4]。因此，饰面型防火涂料的应用空间非常广阔。

饰面型防火涂料按分散介质分为溶剂型和水溶性2类[5]，按阻燃机理分为膨胀型和非膨胀型2类[6]。膨胀型防火涂料成膜后，常温下与普通漆膜无异，但在火焰或高温作用下，涂层剧烈发泡炭化，形成一个比原涂膜厚几十倍至几百倍的难燃性泡沫炭化层，导热系数大幅降低，通过泡沫炭化层传递到基材的热量只有无膨胀涂层的几十分之一，甚至几百分之一，从而起到有效阻燃的作用；另一方面，在火焰或高温作用下，涂层发生的软化、熔融、蒸发、膨胀等物理变化及聚合物、填料等组分发生的分解、降解、化合等化学变化也吸收大量的热，抵消一部分外界作用与物体的热，从而对被保护材料的受热升温过程起延缓作用。另外，涂层在高温分解出的不燃性气体能稀释有机物热分解产生的可燃气体及氧气的浓度，抑制燃烧[7]。非膨胀型防火涂料阻燃作用的发挥途径主要有：一是涂层自身不燃或难燃；二是在火焰或高温作用下防火涂料分解释放出不燃性气体（水蒸气、氨气、二氧化碳等），冲淡氧气等可燃性气体；三是在火焰或高温条件下涂层形成不可燃的无机釉膜层，该釉膜层结构致密，能有效隔绝氧气，并在一段时间内具有一定的隔热功能[7]。因此，对于不同种类和不同阻燃机理的饰面型防火涂料，能否采用一种方法全面地评价其阻燃性能的优劣成为人们关注的热点。

1 国内外饰面型防火涂料阻燃性能的测试标准

国外饰面型防火涂料的性能测试标准主要有ASTM E84、ASTM D1360、JIS A1321和JIS K5661。ASTM E84是对建筑物装饰材料的防火性能进行测试，检测项目有火焰传播速度、烟浓度和燃烧温度；ASTM D1360是对木质基材涂料防火性能进行测试，检测项目有失重率和炭化指数等；JIS A1321是针对建筑装饰材料防火性能试验，检测指标主要有延燃性、残焰时间、熔融、变形损坏程度、发烟量、底材温度和阻燃时间；JIS K5661是对建筑饰面型防火涂料燃烧性能进行测试，它是按JIS A1321的难燃2级和难燃3级进行判定[2]。我国饰面型防火涂料的阻燃性能评价主要按照GB 12441—2005《饰面型防火涂料》中的大板燃烧法、隧道燃烧法和小室燃烧法进行。同时国内外研究者也致力于开发新的、能更全面反映产品阻燃性能的试验方法，包括采用单体燃烧试验法和锥形量热仪法等先进的设备来设计试验方案以求更全面地反映饰面型防火涂料的阻燃性能。

2 评价饰面型防火涂料阻燃性能的主要方法

根据上面的论述，结合国内的研究应用实际，本文主要介绍GB 12441—2005规定的方法、单体燃烧试验法和锥形量热仪法在评价饰面型防火涂料阻燃性能上的研究情况。

2.1 GB 12441—2005评价阻燃性能的研究

GB 12441—2005规定的评价阻燃性能的方法是目前国内最普遍采用的检测方法，即用大板燃烧法、隧道燃烧法和小室燃烧法测量防火涂料的耐燃时间、火焰传播比值、炭化体积和质量损失等参数，从而评价产品的阻燃性能是否合格。大板燃烧法是在规定基材和特定燃烧条件下，测试涂覆于可燃基材表面的防火涂料耐燃特性，并以此评定防火涂料耐燃性能的优劣。整个试验过程按时间—温度标准曲线的要求升温，从试件受火那一时刻起到试件背火面温度达到220℃或试件背火面出现穿火时止，这段时间即为饰面型防火涂料的耐燃时间[1]。隧道燃烧法以小型隧道炉测试涂覆于基材表面的饰面型防火涂料的火焰传播特性，并以此评定防火涂料。处理好的涂覆试件安置在隧道炉试件支架内，涂覆面向下进行燃烧试验，并测得涂覆试件的火焰传播比值，根据比值判定涂料合格与否[1]。小室燃烧法是在实验室条件下测试涂覆于基材表面的饰面型防火涂料的阻火性能。以其燃烧质量损失，炭化体积来评价防火涂料是否合格[1]。GB 12441—2005给出的阻燃性能评价指标见表1。很多研究者采用GB 12441—2005的方法对所研发的防火涂料产品进行了阻燃性能的验证工作[7-13]。

表1 GB 12441—2005规定的饰面型防火涂料阻燃性能指标

但上述试验方法未考虑材料本身的一些特性，如燃烧增长速率、放热量、烟气生成特性等参数，且仅适用于膨胀型饰面防火涂料，显然存在不足。GB 12441—2005规定的评价技术指标主要是针对产品的合格性检验判定，只要检验结果符合阻燃性能指标要求的就是合格产品，但不能对合格产品的阻燃性能作进一步区分。因此，在全面深入评价产品特性方面存在一定的缺陷。

2.2 单体燃烧试验法评价阻燃性能的研究

单体燃烧试验的主要过程为2个成直角的垂直翼组成的试样暴露于直角底部的主燃烧器产生的火焰中，火焰由丙烷气体燃烧产生，丙烷气体通过砂盒燃烧器并产生（30.7±2.0）kW热输出。试样的燃烧性能通过1560 s的试验过程进行评估。得出的性能参数包括：燃烧增长速率指数（FIGRA），总热释放量（THR）、总产烟量（TSP）、烟气生成速率指数（SMOGRA）、火焰横向传播和燃烧滴落物及颗粒物[14]。

李晓増等[15]采用单体燃烧试验研究了涂刷防火涂料（涂覆量为500 g/m2）对9 mm厚胶合板燃烧性能的影响；研究表明，涂刷防火涂料后胶合板的燃烧增长速率指数（FIGRA）和总热释放量（THR）分别由170.7 W/s、9.3 MJ下降到63.6 W/s、2.5 MJ，提高了胶合板的防火性能。杨森等[16]通过单体燃烧试验装置研究发现，涂刷防火涂料（涂覆量为450 g/m2）的细木工板及难燃胶合板均具有明显的减缓燃烧作用且具有较低的烟释放量，能够在真实火灾中延缓火势蔓延，并提供充足的逃生时间；而普通细木工板及橡塑保温板均易燃烧且后者燃烧时产生大量有毒烟气，在实际火灾中降低了人员的逃生机会。普通细木工板、涂刷防火涂料的细木工板、难燃胶合板及橡塑保温板等立面装饰材料的单体燃烧试验结果见表2[16]。孙玉泉等[17]通过单体燃烧试验装置检测了装修板材的燃烧性能发现，防火涂料涂刷细木工板和难燃胶合板各项指标明显优于普通细木工板和橡塑保温板。罗振海等[18]基于单体燃烧试验检测了饰面型防火涂料对纸面石膏板（12 mm）和胶合板（5 mm）的阻燃效果。结果表明，涂覆于纸面石膏板和胶合板上的饰面型防火涂料制品比单个纸面石膏板基材和胶合板基材的燃烧性能要好，防火涂料能同时阻碍基材的燃烧和产烟行为，单体燃烧试验更能体现防火涂料的对火反应特性，测试结果见表3[18]。

表2 单体燃烧试验测定的立面装饰材料的燃烧结果

表3 饰面型防火涂料试件及基材的单体燃烧试验测试结果

单体燃烧试验法采用的是直接火源引燃，且样品尺寸较大，既考虑了真实的火灾场景，又考虑了材料的最终用途，试验过程更具有实际代表性[19]。因此，被广泛应用于材料燃烧性能分级检测中。欧盟标准化委员会（CEN）已将该法纳入EN 13501-1：2007+A1：2009《建筑制品和构件的火灾分级第一部分：用对火反应试验数据的分级》中，作为重要的分级依据[20-21]。实际装饰工程中，饰面型防火涂料最终是被应用到各类建筑制品表面上的（如木材、纤维板、纸板及其制品），所以，采用单体燃烧试验方法评价应用后的饰面型防火涂料的阻燃性能是可行的，也符合现今检测评价的潮流和理念。单体燃烧试验在我国检验检测行业已引入应用多年，各项试验技术完善，目前已在材料检测和新材料研究中发挥重要作用。

2.3 锥形量热仪法评价阻燃性能的研究

锥形量热仪法主要观测在一定功率（50 kW）热辐射作用下，板材的热分解，及释放的可燃气体被引燃后，氧气消耗、质量损失、生烟速率等情况[17]。通过锥形量热仪可以得到试样热释放速率、质量损失速率、烟生成速率、有效燃烧热、点燃时间等多个性能参数。

高亚萍[22]采用锥形量热仪对涂覆饰面型防火涂料的不同木质基材样品进行实验。结果表明，涂覆防火涂料后，各种木质基材的点燃时间比未涂覆的都有不同幅度增加。邓小波等[4]采用锥形量热仪的方法，探讨了含有不同阻燃剂（阻燃剂含量75%、25%和0%）的饰面型防火涂料的燃烧特性。研究发现，未添加阻燃剂时，板材在十几秒内迅速燃烧，随着阻燃剂含量的增加，点燃时间逐渐增大，热释放速率和热释放速率峰值明显减小，有效燃烧热和总产烟量呈递减趋势。

虽然锥形量热仪能用于阻燃处理后板材样品的燃烧性能研究，但是该装置采用热辐射加热及电火花间接引燃的方式，且样品尺寸较小，与实际火灾关联性不好。锥形量热仪设备的使用在我国主要集中在高校科研院所，且设备成本较高，各项试验技术也不甚完善。

3 结语

阻燃性能是评价饰面型防火涂料产品质量的重要方面。我国与美国、日本等发达国家的饰面型防火涂料在阻燃性能方面总体上的要求是类似的。但美、日标准都有烟浓度或发烟量测试的规定，而国标GB 12441—2005中却没有规定类似的指标。火灾事故中人员致死原因和财产损失很大比例与材料燃烧产生的浓烟有关。另外，饰面型防火涂料的消烟问题是制约其质量和品位的关键，人们对阻燃-消烟协同效果也是越来越重视。因此，评价饰面型防火涂料的阻燃性能时，除了关注延缓和阻碍燃烧的效果外，也应考虑发烟量、烟气浓度、燃烧的难易程度及火焰蔓延状况等性能的情况。

GB 12441—2005的评价方法仅是针对产品的合格性检验判定，不能对合格产品的阻燃性能作进一步的区分，且没有考虑燃烧增长速率、放热量、烟气生成特性等参数，在全面深入评价阻燃性能方面存在一定的缺陷。锥形量热仪虽适用于阻燃处理后板材样品的燃烧性能研究，但该装置采用间接引燃的方式，且样品尺寸较小，与实际火灾关联性差别较大。单体燃烧试验与真实火灾相关性好，既考虑实际的火灾场景，又考虑材料的最终用途，试验过程更具有实际代表性；通过试验得出的指标除了能反映饰面型防火涂料阻碍和延缓燃烧的效果外，还表征了发烟量和烟气浓度等产品特性，能更全面地评价饰面型防火涂料的阻燃性能。

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Research progress on assessment method of fire resistance for finishing fire retardant paint

LIN Peng，LIN Kehui，LI Xiangtao
（Guangdong Building Material Research Institute，Guangzhou 510160，China）

As a new type of paint used widely，the assessment of fire resistance for finishing fire retardant paint is a hot topic.The application，classification，fire resistant mechanism and the assessment method of fire resistance at home and abroad were introduced briefly at first.Then，the GB 12441—2005 standard test method，the single burning item test method and the cone calorimeter test method for the research on assessment method of fire resistance for finishing fire retardant paint were described in detail.With the considering of real fire scene and final use of materials，the fire resistance of finishing fire retardant paint can be evaluated entirely via single burning item test method.

finishing fire retardant paint，fire resistance，assessment method

TU56+1.66

A

1001-702X（2016）11-0104-04

广东省省级科技计划项目（2014A040401069）

2016-05-11；

2016-06-02

林鹏，男，1982年生，广东博罗人，高级工程师，硕士，研究方向：新型高性能建筑材料。