一种高阻燃膨胀型防火保温板

2025-01-31史云龙白日昌张春野金富刘惠婧

品牌与标准化 2025年1期

摘要：本文介绍了一种高阻燃膨胀型防火保温板，该板以聚苯乙烯泡沫颗粒板为保温基体，采用聚磷酸铵、三聚氰胺和季戊四醇作阻燃剂，与其他改性剂、固化剂浆料经真空吸附法填充其中制成。该防火保温板在高温条件下形成的碳化层可在一定时间内起到隔热阻火的作用，同时高温作用能够脱去分子中的结晶水，发生分解吸热反应，从而降低不燃保温防火板在燃烧时放出的热量，进而提高保温装饰材料的燃烧性能并达到阻断火势蔓延的作用。其符合国标GB 8624—2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》B1级要求，是一种兼顾保温性能和燃烧性能的保温装饰材料。

关键词：聚磷酸铵；三聚氰胺；季戊四醇；燃烧性能

中图分类号：TQ637.8文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.041

基金项目：辽宁省检验检测认证中心创新创业项目（SC202309）：采用聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇制备膨胀型防火保温材料的研究。

高层建筑一旦发生火灾，火势借助风势迅速蔓延，为火灾扑救和人员疏散带来了极大的困难。目前，高层建筑外立面保温装饰材料已成为引发城市火灾主要着火源之一，即使不是着火源，遇火时也是火灾迅速蔓延的主导者之一。发生火灾时释放出的烟、毒气和热量也是除了火焰外对人的主要伤害源。2011年某大厦因燃放烟花不慎引起楼体外部燃烧所致高楼被大火吞噬，火灾再次敲响消防安全警钟。XPS板（挤塑聚苯乙烯保温板）、EPS板（模塑聚苯乙烯保温板）和聚氨酯板等有机类保温材料比较岩棉、玻璃丝绵等材料具有相对低廉的价格和保温效果好等特点，目前建筑外墙外保温系统采用的保温装饰建筑材料80%以上是有机类保温装饰材料。同时这类保温装饰材料的燃烧性能一般，具有一定的消防安全隐患。一旦发生火灾会在短时间内迅速燃烧，并向周围快速扩散，进而将一整套外墙保温系统燃尽。在燃烧过程中往往会伴随大量的热辐射和浓烟，由于建筑外立面引发火灾，火借风势、风助火威还能造成火势的大范围蔓延，从而加大火灾的破坏性。同时，这类保温装饰材料在高温环境下产生的燃烧滴落物又不易被扑灭给消防救援带来更大的难度。因此，制备出一种兼顾保温性能和燃烧性能的保温装饰材料成了建筑行业亟待解决的重要问题。

1阻燃机理

燃烧现象的发生一般需要四个必要的基本条件，即可燃物、氧化剂、引火源、链式反应自由基。为了抑制燃烧的传播，提高材料的阻燃性能，需要切断燃烧所需的四个基本条件之间的连接。

一种高阻燃膨胀型防火保温板以聚苯乙烯泡沫颗粒板为保温基体，在发挥其原有保温性能的同时，利用聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇在火源高温作用下可形成膨胀型防火体系中的酸源、气源和炭源，同时组成膨胀型防火体系的脱水催化剂、成炭剂和发泡剂。当高阻燃膨胀型防火保温板处于火或高温环境时，首先促使材料聚合物表面发生软化和熔融现象，发泡剂分解生成不燃性气体，材料内部生成的气体促使软化的树脂层发生鼓泡膨胀现象，随着生成气体的增多，膨胀体积逐渐增大；脱水催化剂发生分解而释放出游离的酸（如磷酸等），其与多元醇类（如季戊四醇）发生反应，使多元醇脱水成炭化；在材料的表面覆盖一层膨胀炭化层，将外部热量和材料机体隔绝起来，起到隔热阻火，控制火势蔓延。同时，组分中加入水合物无机盐后，该水合物无机盐在高温条件下能够脱去分子中的结晶水，发生分解吸热反应，从而降低不燃保温防火板在燃烧时放出的热量，进而提高保温装饰材料的燃烧性能和改变其原有的燃烧态势，达到阻断火势蔓延的作用。

2燃烧性能

GB 8624—2012中对建筑保温装饰材料按照燃烧性能分级做出了详细的分级：燃烧性能A级（不燃材料）；燃烧性能B1级（难燃材料）；燃烧性能B2级（可燃材料）；燃烧性能B3级（易燃材料）。其中，燃烧性能A级根据材料特征和检测依据又可细分为燃烧性能A1级和燃烧性能A2级[1]。建筑装饰材料燃烧性能分级判定依据如表1所示。

GB 50016—2014《建筑设计防火规范》中对建筑保温和外墙装饰做了规定。建筑保温系统，宜采用A级保温材料，不宜采用B2级保温材料，严禁采用B3级保温材料。当住宅建筑高度大于100 m时和当公共建筑高度大于50 m时应采用燃烧性能为A级的保温材料；当住宅建筑高度大于27 m但不大于100 m以及当公共建筑高度大于24 m但不大于50 m时，应采用燃烧性能为B1级的保温材料；当住宅建筑高度不大于27 m以及当公共建筑的建筑高度不大于24 m时，应采用燃烧性能为B2级的保温材料[2]。建筑保温装饰材料的燃烧性能以A级为最佳。以建筑市场上可达到燃烧性能A级的保温材料岩棉保温板为例，比较XPS板（挤塑聚苯乙烯保温板）、EPS板（模塑聚苯乙烯保温板）和PU（聚氨酯板）等有机类保温材料具有更为优良的燃烧性能，但其在保温性能和价格方面又有着显而易见的劣势。通过提高无机材料的占比固然会提高复合保温材料的燃烧性能测试数据，但是以丧失保温性能为代价，没有实际的指导意义。

3试验结果

以聚苯乙烯泡沫颗粒板为保温基体采用真空吸附的生产方式将聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇替代阻燃剂添加到聚苯乙烯泡沫颗粒板制备中。制成的一种高阻燃膨胀型防火保温板在标准要求条件下进行燃烧性能分级检测，检测结果如表2所示。

通过上表可知高阻燃膨胀型防火保温板在全部满足标准GB 8624—2012中对建筑材料燃烧性能B1级要求的同时，部分参数达到了建筑材料燃烧性能A级要求。由于高阻燃膨胀型防火保温板以聚苯颗粒为基材导致材料的总热值PCS达到7.5 MJ/kg，远超标准要求。同时，不燃性实验中的持续燃烧数据也是由于聚苯颗粒在高温实验环境下燃烧引起的。在实验数据满足B1级要求前提下通过对实验现象的观测，实验开始阶段高阻燃膨胀型防火保温板在火源攻击环境下表面的聚苯颗粒发生燃烧释放热量，但在炭化膨胀层发生作用后可有效地抑制表面材料的燃烧发展，并且可有效地起到隔热阻火、抑制火势蔓延的效果。

高阻燃膨胀型防火保温板目前还不能达到燃烧性能A级要求。通过调整聚苯颗粒和阻燃剂的配比可适当提高其测定数据。研究发现，大范围地降低聚苯颗粒的比例固然可以降低不燃性实验的持续燃烧时间，甚至可能符合建筑材料燃烧性能A2级要求，但保温板的整体保温性能也随着聚苯颗粒占比的下降而降低。通过简单的降低有机材料占比的方式来提高材料燃烧性能的方法，不符合制备出一种兼顾保温性能和燃烧性能的保温装饰材料的研究初衷。