抑烟剂对阻燃中纤板的燃烧性能影响研究

摘要：文章主要就抑烟剂对阻燃中纤板的燃烧性能影响进行了研究，最后研究出了一种低烟毒阻燃中纤板。经测试在阻燃剂添加量30kg/m3情况下，当复合抑烟剂添加量2%时阻燃中纤板的氧指数为37.5%，UL94点燃续燃时间为3.5s，阴燃时间为11.2s，烟密度等级SDR由5.7下降到4.0。经GB8624-2012对阻燃中纤板进行燃烧性能测试，结果表明未发生火焰的横向、纵向蔓延，具有较好的阻燃、成炭性能。

关键词：抑烟剂;阻燃中纤板;燃烧性能

中纤板由于具有良好的物理力学性能，又具有绿色环保性能，且制品具有重量轻、强度高、绝缘性好、加工容易且外观宜人等优点，目前已广泛用于家具制造、隔断、假墙、车船制造、家用电器等领域，是我国家具、室内装饰装修业需求量最大的原材料之一。然而由于普通中纤板均由可燃材料组成，装饰装修时一旦使用明火或超負荷用电，极易引发火灾，且在火灾发生时会加速火势的蔓延或扩散。其中2017年“2·25”江西南昌海航白金汇酒店“唱天下”KTV装修火灾，2017年“2·5”浙江台州“足馨堂”足浴中心内装饰火灾，2017年12月1日天津“城市大厦”装修改造重大火灾等更是给了我们惨痛的教训[1]。因为它不仅危及了人们的生命和财产安全，而且影响了社会稳定，引起了政府和主管部门的高度重视。鉴于此，无染色、低烟毒中纤板的阻燃技术研究便引起了消防科研人员和相关企业的广泛关注。

针对现有家具制造、室内装修场所用中纤板产烟毒性大、环保性能差等问题[2-3]，本研究主要采用阻燃、抑烟协效机理，以磷-氮-硼复合阻燃剂为基础，研究抑烟剂对阻燃中纤板燃烧性能的影响，有效解决传统阻燃中纤板燃烧产烟毒性大、产烟量多等问题。

1  实验部分

1.1  实验主要原料

木纤维（桉木：松木：杂木=7：1：2）;硼酸、硼砂、二茂铁、氧化锌、氧化镁、三氧化铝、二氧化锰、实验室自配复合抑烟协效剂、硅烷偶联剂KH-550等。

1.2  实验设备

三口烧瓶、电动搅拌器、水浴加热锅、木纤维阻燃处理施胶混合机、中纤板压板机、木纤维水分测定仪、粘度测定仪（涂4杯）、电子万能试验机。

1.3  阻燃中纤板制备

1.3.1  三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂的合成

（1）甲醛1350g+氨水40g+氢氧化钠溶液（25%）适量，调pH=6.5～8.5，加尿素475g，升温到80～95℃，保温20～40min;

（2）控制温度88～91℃下，加甲酸（25%）调pH=4.8～6.0反应大约35～50min，测粘度13.5～15s，加氢氧化钠溶液（25%）调pH=5.0～6.5，加尿素100g继续反应，保温反应1～1.5h，粘度达到18.5～20s;

（3）控制温度88～91℃下，当粘度达到18.5～19s（热秒90℃），加氢氧化钠（25%）调pH=6.0～7.5，加三聚氰胺45～60g，尿素20～45g继续反应，保温反应1～1.5h，粘度达到19～21s;

（4）控制温度88～91℃下，当粘度达到19～21s，加氢氧化钠（25%）调pH=7.0～9.0;

（5）降温到80℃，加尿素130～150g，然后继续降温到60℃，再加尿素100～125g，然后开始降温到45～60℃。

（6）继续降温到45℃，加氢氧化钠（25%）调pH=8.0～8.5，得到三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂。

1.3.2  磷-氮-硼复合阻燃剂的制备

按照复合阻燃剂100份计，分别以聚磷酸铵10～50份、硼酸10～55份、硼砂10～55份为基本阻燃剂，按照一定的比例添加协效剂5～30份、抑烟协效剂2～30份后进行粉碎过筛，然后用KH-550进行包覆处理，制备磷-氮-硼多种元素复合的复合阻燃剂。

1.3.3  配置阻燃胶粘剂

根据配方称取上述1.3.1中已经合成的三聚氰胺脲醛树脂胶粘剂，并根据配方向上述胶粘剂中添加阻燃剂，通过搅拌装置混合均匀。

1.3.4  阻燃中纤板制备

将已经干燥好的木纤维放入搅拌机内预搅拌5～10min，使木纤维分散无结块。然后在搅拌下将上述1.3.3已经配置好的阻燃剂和胶粘剂混合物通过喷枪施入纤维中，继续高速搅拌10～20min，取出施胶后的纤维在烘箱干燥（或晾干）至含水率7%±1%。最后将干燥好的阻燃木纤维在已经准备好的模框中铺装，在热压温度180～200℃、20～25MPa压力下热压8～10min后成型。

1.4  性能表征方法

本研究拟通过测试所研制的阻燃中纤板的燃烧性能分级、产烟量、烟气毒性等级甲醛释放量等来表征阻燃剂对阻燃中纤板、理化性能性能、环保性能的影响。具体性能表征及测试方法如下：

1.4.1  氧指数测试

采用南京江宁分析仪器厂HC-2型氧指数测试仪进行测试，依据GB/T2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》，实验室自测和委托国家防火材料检测中心进行检测，用方法A进行测试，式样尺寸100mm×10mm×3mm。

1.4.2  垂直燃烧测试

依据GB/T2408-1996《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》，实验室自测和委托国家防火材料检测中心进行检测，式样尺寸125mm×10mm×3mm。

1.4.3  烟密度测试

依据GB/T8627-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度实验方法》，实验室自测和委托国家防火材料检测中心进行检测，式样尺寸25mm×25mm×6mm。

1.4.4  燃燒性能测试

按照GB8624-2012标准要求及测试方法进行测试，委托国家防火材料检测中心进行测试。

2  结果与讨论

2.1  抑烟剂对阻燃中纤板燃烧性能的影响

为研究不同抑烟剂对阻燃中纤板燃烧性能的影响，本研究在固定基本阻燃剂硼酸、硼砂不变情况下，在控制阻燃剂用量25kg/m3情况下，仅改变抑烟剂种类，最后通过测试氧指数、垂直燃烧、烟密度等级研究不同抑烟剂对材料燃烧性能的影响，具体结果如下表1。

由上表1可以看出，通过对多种抑烟效果的添加剂进行抑烟效果研究，结果表明传统抑烟添加剂对阻燃中纤板的燃烧性能影响均不明显，在抑烟方面氧化锌、实验室自配复合抑烟协效剂对阻燃中纤板的抑烟效果相对较优。其中当本研究自配复合抑烟协效剂添加量5%时，在固定阻燃剂添加量为25kg/m3不变情况下，阻燃中纤板的烟密度等级SDR由4.5降低到2.6，氧指数由31.8%上升到34.5%，UL94垂直燃烧续燃时间由5.1s降低到4.0s，阴燃时间由20.4s降低到13.8s。由此表明本研究复合抑烟协效剂的添加一方面既可以增加阻燃中纤的燃烧性能，另一方面又降低了阻燃中纤板的烟密度等级。

2.2  复合抑烟协效剂添加量对阻燃中纤板燃烧性能及抑烟性能的影响

为研究复合抑烟协效剂添加量对阻燃中纤板燃烧性能的影响，在控制阻燃剂用量30kg/m3不变情况下，本研究仅改变复合协效剂的添加量，研究不同抑烟剂添加量下对阻燃中纤板燃烧性能及抑烟性能的影响，具体结果如下表2所示。

由上表2及图1可以看出，在控制阻燃剂添加量30kg/m3不变情况下，随着复合抑烟剂量的增加，阻燃中纤板的氧指数降低，烟密度等级也是先降低后升高。当复合抑烟剂添加量2%时阻燃中纤板的氧指数为37.5%、UL94点燃续燃时间为3.5s，阴燃时间为11.2s，烟密度等级SDR由5.7下降到4.0。由此表明本研究复合抑烟剂既满足了中纤板阻燃要求，又降低了阻燃中纤板的烟密度。

2.3  阻燃中纤板SBI墙角火燃烧性能测试

将制备的低烟毒阻燃中纤板经GB8624-2012燃烧性能测试，火焰传播结果如下图2：

由上图2可以看出，本研究阻燃中纤板经SBI燃烧测试后，未发生火焰的横向和纵向蔓延，具有较好的阻燃、抑烟性能。

3  结语

（1）通过抑烟剂对阻燃中纤板燃烧性能的研究，本研究自配复合抑烟协效剂添加量5%时，在固定阻燃剂添加量为25kg/m3不变情况下，阻燃中纤板的烟密度等级SDR由4.5降低到2.6，氧指数由31.8%上升到34.5%，UL94垂直燃烧续燃时间由5.1s降低到4.0s，阴燃时间由20.4s降低到13.8s。

（2）在固定阻燃剂添加量30kg/m3不变情况下，随着复合抑烟剂量的增加，阻燃中纤板的氧指数降低，烟密度等级先降低后升高。当复合抑烟剂添加量2%时阻燃中纤板的氧指数为37.5%、UL94点燃续燃时间为3.5s，阴燃时间为11.2s，烟密度等级SDR由5.7下降到4.0。由此表明，本研究复合抑烟剂既满足了中纤板阻燃要求，又降低了阻燃中纤板的烟密度。

（3）通过阻燃剂不同添加量情况下的燃烧性能研究，当阻燃剂添加量30kg/m3，复合抑烟剂添加量2%时，中纤板具有较好的阻燃、抑烟性能。

（4）通过对本研究低烟毒阻燃中纤板燃烧性能研究，经GB8624-2012燃烧性能测试后，未发生火焰的横向和纵向蔓延，具有较好的阻燃、抑烟性能。

参考文献：

[1]李碧英，颜明强，朱剑.低烟毒阻燃中纤板发展现状及趋势[J].今日消防，2021，6（05）：28-30.

[2]崔飞，颜龙.磷酸二氢铵与硼酸对木材的阻燃和抑烟作用[J].消防科学与技术，2018，37（04）：523-526.

[3]王威，张辉.钼系阻燃抑烟剂的应用与发展前景[J].武警学院学报，2007，4（08）：5-7.

Study on the influence of smoke suppressant

on the combustion performance of flame retardant MDF

Li Biying

Sichuan Fire Research and Technology Research Institute of MEM

Abstract：In this paper， the effect of smoke suppressant on the combustion performance of flame retardant MDF was studied， and a low smoke poison flame retardant MDF was developed. Under the condition of adding 30Kg/m3 flame retardant， the oxygen index of MDF was 37.5% ， the ignition time of UL94 was 3.5 seconds， and the smoldering time was 11.2 seconds when the compound smoke suppressor was 2% ， and the smoke density  SDR decreased from 5.7 to 4.0.According to GB8624-2012 combustion performance test， the results show that there is no transverse and longitudinal flame spread， and it has good flame retardant and char forming properties.

Keywords：smokesuppressant;flameretardantMDF;combustion performance