1、一种新型不燃复合聚苯乙烯防火保温板 的制备及性能研究 李碧英 张泽江 朱剑 颜明强 公安部四川消防研究所 摘 要： 对一种新型不燃复合聚苯乙烯防火保温板的制备进行了研究, 采用极限氧指数、 UL94垂直燃烧、热值测试、力学性能测试、导热系数测试对其性能进行了表征, 结果表明不燃复合聚苯乙烯防火保温板在燃烧性能、 力学性能以及保温性能等方 面均有明显提高。 经对其进行性能测试, 所研制的不燃复合聚苯乙烯防火保温板 满足A2 级燃烧测试要求, 且材料产烟毒性达到 ZA1级要求。 关键词： 防火; 保温板; 聚苯乙烯; 作者简介：李碧英, 四川省成都市金牛区金科南路 69号 作者简介：张泽江, 四川
2、省成都市金牛区金科南路 69号 作者简介：朱剑, 四川省成都市金牛区金科南路 69号 作者简介：颜明强四川省成都市金牛区金科南路 69号 基金：国家十三五科技支撑计划项目 (2016FCD80060402) 目前, 很多地方出台强制性文件规定, 新建建筑物和旧楼改造必须使用节能材 料, 这给外墙保温新行业带来了无限的市场发展空间。已实施的 GB 50016-2014 建筑设计防火规范1, 明确规定人员密集公共场所, 100 m以上住宅建筑, 以及50 m 以上的其它建筑所使用的外墙保温材料, 燃烧等级均必须达到 A级。 然而目前的A级防火保温材料, 诸如无机保温砂浆、 胶粉聚苯颗粒保温砂浆等经
3、 过实体工程实际应用, 虽具有较好的防火性能, 但却暴露出了一系列安全隐患, 诸如板材太重施工困难 (表观密度200 kg/m) 、板材易开裂、易渗水、长时间 使用还可能造成坠落等安全隐患, 以及还存在节能效率低 (导热系数普遍 0.06 W/ (mK) ) 等问题。目前建设部关于发布建设事业“十一五”推广 应用和限制禁止使用技术 (第一批) (建设部公告第 659号) 2, 以及一些 地方省市已出台限制无机保温砂浆材料和禁止胶粉聚苯颗粒保温砂浆、 无机水泥发泡保温板系统使用的相关文件。 因此, 研发一种具有良好综合性能及施工性能 的新型轻质不燃复合聚苯乙烯防火保温板便成了建筑消防科研人员的当
4、务之急。 本文采用氧指数测试仪、垂直燃烧测试仪、热值测试仪、导热系数测试仪、电子 万能材料试验机、SBI 墙角火燃烧测试系统等等方法, 研究了使用防火胶黏剂及 防火助剂对聚苯乙烯保温板燃烧性能的影响, 最终研究出了一种集优异燃烧性 能、保温性能与力学性能于一体的一种新型不燃复合聚苯乙烯防火保温板。 1 实验部分 1.1 实验原料 实验原料: (1) 可发性聚苯乙烯, 市售; (2) 耐高温无机胶黏剂, 市售工业品; (3) 复合防火助剂, 实验室自配;有机胶黏剂, 市售工业品; (4) 酚醛树脂, 山 东圣泉新材料股份有限公司。 1.2 实验设备 实验设备。 (1) 氧指数测试仪:HC-2型,
5、 南京江宁分析仪器厂; (2) 垂直燃烧 测试仪:CZF-3型, 南京江宁分析仪器厂; (3) 导热系数测试仪:DRH-300, 湘潭 市仪器仪表有限公司; (4) 热值测试仪:SDC612 型, 长沙三德实业有限公司; (5) 电子万能材料试验机:5967型, 美国instron 公司。 1.3 实验步骤 (1) 配制防火胶黏剂。分别向耐高温无机胶黏剂、有机胶粘剂、无机有机复合胶 黏剂中添加自配复合防火助剂, 在搅拌机内搅拌均匀后得到防火胶黏剂。 (2) 将防火胶黏剂在0.31.0 MPa的压力下加入到放置有聚苯乙烯泡沫板材的苯 板改性设备中, 然后在0.010.1 MPa的压力下让防火胶黏
6、剂穿透包覆10600 s, 使得防火胶黏剂穿透入聚苯乙烯泡沫板材内而达到均匀包覆聚苯乙烯泡沫颗粒 目的, 最后将包覆处理的 EPS板材干燥成型。 2 实验结果与讨论 2.1 防火胶黏剂对聚苯乙烯复合保温板材燃烧性能的影响 热值是衡量保温板能否满足 A级燃烧性能要求的关键指标, 为研究防火胶黏剂 对EPS 防火保温板燃烧性能的影响, 本实验在固定防火助剂配方不变情况下, 分别选用热固性酚醛树脂、 无机胶黏剂 A、 有机无机复合胶黏剂 B做基础胶黏剂, 最后经防火改性的聚苯乙烯保温板燃烧性能见表 1。 表1 胶黏剂对保温板燃烧性能的影响 下载原表 通过上表1可以看出, 当选用无机胶黏剂A以及有机无
7、机复合胶黏剂B在同等防 火助剂添加量下, 保温板的热值均能满足 A 级燃烧性能测试要求。 但纯无机胶粘 剂A存在防水性能不够好、后期应用存在返碱、返霜等问题, 而有机、无机复合 胶粘剂B在满足防火性能要求的同时兼具有较好的防水性能, 且在保温板后期 应用中较好的克服了返碱问题, 因此本研究选择有机、 无机复合胶粘剂 B为较优 胶粘剂。 2.2 防火助剂添加量对不燃复合聚本乙烯保温板燃烧性能的影响 为研究防火助剂添加量对保温板燃烧性能的影响, 本研究在选用较优的复合胶 黏剂B 固定不变情况下, 仅改变防火助剂添加量, 研究防火助剂添加量对不燃 复合聚本乙烯保温板燃烧性能的影响, 最后结果见表 2
8、, 影响曲线见图 1。 表2 防火助剂添加量对保温板燃烧性能的影响 下载原表 图1 防火助剂添加量对保温板热值的影响 下载原图 由表2 可以看出, 随着防火助剂添加量的增加, 制备的保温板热值呈逐步下降 趋势, 保温板的导热系数及 10%形变抗压强度呈逐渐增加趋势, 且保温板的比 重随着防火助剂添加量的增加而不断增加。其中当防火助剂添加量达到 42%时, 保温板的热值达到 2.964 MJ/kg, 应满足GB 8624-2012 建筑材料燃烧性能分级 (以下简称GB 8624) A 级燃烧热值小于3.0 MJ/kg 要求。为兼顾生产效率、燃烧 性能及保温性能要求, 本项目选择添加量42%为较优
9、添加量。经测试, 该不燃聚 苯乙烯保温板垂直燃烧等级达到UL94V-0, 氧指数70%, 比重为110 kg/m, 导热 系数达到0.055 W/ (mK) , 10%形变抗压强度150 k Pa, 且600 k Pa 压力下 未破坏 (见图2) 。 图2 试样 A级EPS 板压600 k Pa压力试验 下载原图 2.3 不燃复合聚苯乙烯保温板 SBI 墙角火燃烧性能分级测试 根据GB 8624 A2 级燃烧性能分级测试方法, 对本文制备的A级EPS 保温板进行 了SBI 墙角火燃烧性能分级测试, 检验方法采用 GB/T 20284-2006建筑材料及 制品燃烧性能分析 (以下简称GB/T 2
10、0284) 、GB/T 14402-2007建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定 (以下简称 GB/T 14402) 、GB/T 20285-2006 材料产烟毒性危险分级 (以下简称GB/T 20285) , 结果见表3。 表3 不燃复合聚苯乙烯保温板燃烧性能分级测试 下载原表 由表3 可以看出, 本研究制备的 A级EPS保温板燃烧增长速率指数, 600 s 内总 热释放量、火焰横向蔓延长度、烟气生成速率指数、燃烧热值等均满足 A2级燃 烧标准要求, 且材料产烟毒性达到ZA1级要求, 因此本文所研制的A级EPS保温 板的燃烧等级为A2, S1, d0, t0 级。由图 3还可以看出, 研制
11、的A 级EPS保温 板燃烧后仅在火焰燃烧部分发生了炭化, 未出现火焰蔓延现象。 图3 A 级 EPS保温板燃烧试验 下载原图 3 结论 (1) 通过对防火胶黏剂的配方研究, 当防火胶黏剂选用有机、无机复合胶黏剂 B 时所制备的一种新型不燃复合聚苯乙烯防火保温板兼有较好的燃烧性能、 防水性 能及返碱返霜性能, 本文选择有机无机复合胶黏剂为较优胶黏剂。 (2) 通过新型不燃复合聚苯乙烯保温板的制备及性能研究, 其保温板的垂直燃 烧等级达到UL94V-0, 氧指数70%, 比重达到110 kg/m, 导热系数达到0.055 W/ (mK) , 10%形变抗压强度150 k Pa, 并且 600 k Pa压力下未破坏。 (3) 通过GB 8624测试, 本文所研制的一种新型不燃复合聚苯乙烯保温板燃烧后 仅发生了炭化, 未出现火焰蔓延现象。 此外本文研制的 A级EPS保温板燃烧增长 速率指数, 600 s内总热释放量、火焰横向蔓延长度、烟气生成速率指数、燃烧 热值等均满足A级燃烧标准要求, 且材料产烟毒性达到 ZA1级要求。 参考文献 1GB 50016-2014, 建筑设计防火规范S. 2建设部公告第659号2007.关于发布建设事业“十一五”推广应用和限制 禁止使用技术 (第一批) S.
