建筑阻燃保温材料的制备以及性能研究

2022-05-16王来明寿光市住房和城乡建设局山东寿光262700

城市建设理论研究（电子版） 2022年1期

王来明寿光市住房和城乡建设局山东寿光 262700

当前，我们正处在高速发展时期，我们的能源需求越来越大，而节能观念的引入更有利于它的发展。建筑节能已成为建筑业发展的必然趋势，建材的隔热是其主要的技术途径和手段。政府还出台了一套强制的政策，建议建设企业要达到50%的能源节约目标，从而更好的提升建筑物的性能，有效保证建筑工程的实际效果，提升工作有效程度，为工作建设的良性发展奠定坚实基础。

1 阻燃剂类型及燃烧作用机制

1.1 阻燃材料类型的研究

按照阻燃剂的类型和加入的比例来划分，主要有三个类别：一是加入阻燃剂，在使用后与阻燃性的基本材料不会发生化学反应，主要是作为一种物理性质的，主要用于某些具有较高的可塑性。与其他耐火性的基本材料发生化学反应，并在一定程度上会产生耐火性的基本材料，这是一种新型的耐火性材料。正如它的名字一样，使用后会产生一种类似于膨胀的效果，可以有效地防止隔热层被破坏。

1.2 阻火剂作用机制研究

其燃烧机制包括：第一，其吸收机制；而当隔热层发生加热时，可以通过阻隔层来吸收一定的热量，从而保证隔热层在加热过程中会发生分解，从而达到降温效果。第二，由于阻燃剂本身存在的机制，可以在分子降解中形成蒸汽，并对隔热层的衬底起到一定的防护效果；通常情况下，采用油漆作为阻燃材料，一旦加热，就会释放出不可燃的气体，从而防止基质的着火。从而在火灾发生时起到良好的阻燃作用，保证建筑物的安全性。三是阻燃剂对易燃性气体也会有中和的效果，而且中和过程中和后残留的废气也能起到保护隔热层的效果。这种阻燃剂具有一定的游离基团，并且会在分子中释放出湿气，从而在一定程度上保护隔热层[1]。这也是实现防火效果的重要措施之一，保证了建筑物使用的安全性。

2 防火隔热涂料的研制

2.1 试验资料

用于合成耐火复合材料的试验材料有： ESP颗粒，空心微珠，快硬硫铝酸盐水泥，11级粉煤灰，硅灰，氢氧化钙，可分散胶粉末 SOlON，有机硅憎水剂SilresBS1042，聚丙烯纤维和经丙基甲基纤维素醚，可分散胶粉末 SOlON和经丙基甲基纤维素醚进行了纯度的测定。为了生产出优异的耐火复合隔热层，本文根据其在不同的用途上进行了划分，其中 EPS和中空珠粒在某种程度上起到了支承和充填的效果，并且其热传导率很小，可以被称作轻质集料；而快速硬化的硫铝酸盐水泥、二级粉煤灰、硅灰、氢氧化钙等是一种新型的粘结剂。

图1 建筑阻燃复合保温材料的制备流程

2.2 试验设备

电子秤（SPS4001）、搅拌机（QSD）、电热鼓风烘干机（101-3 A）、导热系数测定器（DRE-2C）、计算机系统拉伸机（GT-TCS-2000）、扫描电子显微镜（JSM-6700E）、标准锥体热量计和烟雾浓度测试器（JQMY-2）。

2.3 生产工艺

在研制防火复合绝热材料时，将标准空气温度设定为（23+2)℃，相对湿度设定为60+115%，同时在模腔内喷涂一种离型剂，便于在成型后进行脱模，在脱模剂涂抹后，将保温浆置于模腔，该脱模剂以润滑油为主。为了确保测试的精确度，在测试前，样品在标准温度下保存28天。

3 防火隔热复合材料的试验研究

3.1 干法密度侧试法

测定干表密度时，以合成法生产防火涂料的工艺路线为主要参考，试验步骤如下：在规范的环境下，将已制成的原料装入已备好的模具内，在其上方用聚乙烯膜进行密封和保养5天，即可进行脱模工序，待脱模后，再用聚乙烯膜进行密封保养2天后，再将其除去。试验样品在保存21天后就能获得，样品放入（65-12）℃的烤炉中进行干燥，直到样品的重量保持不变，再测定样品的质量；采集到样品的质量后，再进行测定，再根据样品的大小和容积来确定其干表密度[2]。

3.2 传热性侧试件

本文以DRE-2C型热传导率计为测试中心，测试样品的大小为300毫米*300毫米*30毫米，采用瞬变平板热源法进行测试，测试范围广，材料种类多，对热传导率测量精度高。

3.3 侧向压缩试验

对耐火复合材料进行压力试验时，其大小应为100毫米*100毫米*30毫米，以确保样品的光滑程度。当试验原料做好后，把样品放在一个压盘上，用（10+11）毫米/分钟的速率来增大样品的压力负载，直到样品被损坏为止，然后就可以获得压缩强度的资料。如果试件的外形比以前的试件变形5%以上，表明试件仍然没有破损，那么5%的试件就是保持了基本稳定状态的。

3.4 侧向拉伸试验

对耐火复合材料进行拉伸试验时，其大小应为40毫米*40毫米*40毫米，以确保样品的光滑程度。采用粘合性粘合剂将测试样品的上下受检表面和测试面板结合，放入张力测试机上，张力测试器的张力设定为（5-1）毫米/分钟，直到测试样品被损坏为止，然后精确地将这个结果进行测量，然后将这个结果除以取样截面的大小，就可以得出张拉强度。

3.5 软性试验

实验结束后，用（20+-5）℃的水将未经检测的实验样品浸渍到水里48小时，确保水的水位超过实验样品2厘米，然后将样品从样品中取出来，抹去样品的浮水性，然后测量样品的抗压强度。

3.6 侧吸水率试验

为了检验耐火复合材料的吸水性，对其进行了维护，将其切成200 毫米*200 毫米*20毫米的实验样品，并对样品进行全面的密封和防水，再测量样品的质量；在准备工作结束时，样品的表面向下在水里浸泡1小时，使样品的水平面高于样品10毫米。然后，把样品抽出来，用来测量样品的重量，把样品浸泡在水中，把样品的重量和浸泡水中的样品的体积相加，得出样品的吸水率[3]。

4 建材防火技术的最新发展

4.1 建筑物防火材料中聚合物的使用

聚合物在高层建筑中具有良好的隔离、冷却和消除自由基的效果，可以起到很好的保护和防火的效果。在聚合物绝缘效应方面，当高温持续上升时，聚合物阻燃剂的表层会形成一层薄膜，将热量阻挡在物体外面，从而阻止物料的持续燃烧。聚合物绝缘薄膜一般分为两种，一种是聚合物在温度较高的情况下，被分解为一种不易溶解的玻璃体，其表面会有较大的致密性。在这种薄膜的作用下，热量不能渗透到物体内部，从而起到防火的作用。另一种是利用聚合物中的热能分解产物，在温度较低的情况下，在物料的表层发生脱水反应，从而形成碳化层，起到防护和阻隔的效果。在聚合物的降温作用中，聚合物在高温下会发生脱水、相变、分解等作用，从而保证物料的表面温度高于着火点，从而起到防火的作用。聚合物在一定温度下，会产生大量的游离基，从而引起气体的燃烧，在这个过程中，聚合物会吸收自由基，从而阻止自由基的产生，从而起到防火的效果。聚合物在高层建筑中的运用，既可以提高结构的耐火能力，又可以确保结构的安全性和环境友好性，因此在目前的高层建筑中，聚合物是一个非常关键的概念。聚合物在环保、阻燃的设计中，其用途有以下几个：首先，用于改善建筑材料的耐火特性。在高层建筑施工中，往往需要使用某些可燃性的物料，从而增加了火灾的危险性。因此，利用聚合物作为传统的聚氯乙烯、树脂等替代传统的建筑材料，可以有效地改善建筑的耐火特性。在聚合物材料的实际运用中，可以采用直接取代常规材料、将材料表面包覆等方法。其次，将其用于改善电器外壳的耐火特性。在建筑工程中，聚合物材料作为替代保护开关外壳、仪表箱等常规的外包装，在电器设备引发高温、火星等安全风险时，聚合物材料外包装可有效减少电气火灾引发几率，进一步减少电气火灾事故；另一方在某些小型火灾事故中，聚合物材料外包装可有效阻隔电子设备遭受火灾影响，进而防止引发二次火灾或电气事故[4]。并将其用于改善导线着火的阻燃效果。在建筑物发生火灾时，线路的电缆往往是引起火灾和发生火灾的主要因素，因此在选用导线时，选用合适的聚合物作为阻燃导线。聚合物的优势十分明显，也在当前的一系列生产和建设的过程中有着广泛的应用，目前具有良好的发展前景，从而使得建筑行业的发展能力得到了较大的提升，有效的保证了工作能力。

表1 建筑材料及制品燃烧性能等级

4.2 建筑外墙防火材料的使用

在建筑的外墙上，通常采用的是塑胶产品，对房屋的耐火安全起着关键的作用，因此使用具有相当强度耐火等级的耐火性的塑胶产品是必不可少的。目前广泛应用于建筑工程的防火塑料产品有：聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等。

聚苯乙烯泡沫塑料是目前应用最多的一种，它是一种将聚苯乙烯、发泡剂和其他原材料一次加入到塑料挤压机中，将聚苯乙烯、发泡剂、助剂等一系列原材料，然后在发泡剂的作用下将聚苯乙烯泡沫压实，挤压，然后进行剪切，将其切成一定的形状。前者是将聚苯乙烯原材料加入到预发泡装置中，通过调节温度、进料速度和蒸汽压力等因素来控制泡沫的体积，进而达到预发泡，再将预发泡的聚苯乙烯干燥、熟化，最后进入成形模具，利用蒸汽进行泡沫处理，冷却定型即可得到合格的产品。根据有关资料进行了统计，挤塑聚苯乙烯泡沫的密度分别是36公斤/立方米和18公斤/立方米，与之相比，前者的蜂窝结构彼此之间几乎没有间隙，具有更好的封闭孔洞，因此挤出的聚苯乙烯泡沫也更加光滑均匀，适用于建筑的外墙具有更加理想的隔热效果。很大程度上提升了建筑物的保温性能，也有助于更加舒适的建筑物室内环境的营造。聚氨酯泡沫具有高强度、低导热系数和低密度、隔音效果好、容易加工成形等优点，是一种性能稳定的建筑外墙隔热材料。建筑外用 PU泡沫产品的技术性能要求详见表格2。另外，由于 PU的造价较高，其应用价值不如 PU泡沫。根据表格2的资料， PU自身的氧气含量也很低，是一种可燃性物质，因此需要对其进行改进，目前比较常见的阻燃剂有增加型、反应型等，其中加入型阻燃剂使用方便，应用范围广。

表2 建筑工程外用 PU泡沫产品技术参数

4.3 耐火胶条用于建筑物的总体火灾防护

橡胶不是常规的防火材料，但它在保护、耐火等方面有着广泛的应用前景。防火防火胶条可同时实现防火、防烟、隔音等功能，在实际中有着广泛的用途和开发价值。以3 M型防火隔声胶条为例，在密闭的防火隔离间中使用，能很好地防止烟雾从一区域向其他区域的蔓延。胶条与填缝剂、喷涂材料相比，有着诸多优点，比如在建筑工程中，它可以有效地确保工程的连续性。建筑工人不必担忧使用过多或少于标准用量的耐火材料，原因在于在建筑之前，根据胶条的厚度来决定粘合的类型。而且，该产品便于运输，比其它建筑材料只需要少量设备就能与之配合使用。比如，一条8X75号的粘合剂，其效果相当于一瓶5 gal混凝土的1/8英寸的粘合剂，可以大大减少工人的劳动量。另外，粘合效果非常好，可以大大减少建筑工人搬运填料或填料的重压，因此不需安装任何设备，也不需清洗或搬运建筑废物，因此可以在某种意义上减少工程造价。