玻璃鋼如何滿足高速船建造材料阻火性能要求

中國船級社重慶分社 段 昊

玻璃鋼如何滿足高速船建造材料阻火性能要求

中國船級社重慶分社 段 昊

玻璃鋼，即玻璃纖維增強塑料（FRP），是纖維增強塑料的一種，主要特點為以玻璃纖維及制品（包括玻璃纖維布、帶、氈、紗等）作為增強材料，以合成樹脂作為基體的一種復合材料，具有質量輕、強度高、耐腐蝕等特點，更有優良的可設計性和工藝性能，因而通常被選擇用于輕質船體及結構，為常見的船舶建造材料，尤其在小船、游艇和高速船中，更是應用廣泛。但是，因其本身不具耐火特性，因此如何滿足現行規則、法規對高速船建造材料的阻火性能要求成為業界關注的問題。

按照現行規則、法規要求（《2000年國際高速船安全規則》(2000HSC Code)第7.4.1.3條、《國內航行海船法定檢驗技術規則》（2011）第6篇第5章第2.2條、《內河船舶法定檢驗技術規則》（2011）第10章第2節第5.2.1.1條），對于高速船建造材料，均有類似的表述：“船體、上層建筑、結構艙壁、甲板、甲板室和立柱應以認可的具有足夠結構性能的不燃材料建造。只要符合本章要求及材料符合《耐火試驗程序規則》，可以允許采用其他阻火材料。”

玻璃鋼基體材料的合成樹脂是有機化合物組成的大分子（高分子聚合物），不可能是本質不燃材料；不經特殊處理的合成樹脂，也并不具有阻火特性。那么，當玻璃鋼（FRP）被用作高速船建造材料時，如何滿足現行規則、法規對高速船建造材料的阻火性能要求呢？

直接影響玻璃鋼（FRP）燃燒特性是作為基體材料的合成樹脂，作為船舶建造材料的玻璃鋼所用到的合成樹脂中，最常見的是不飽和聚酯樹脂和環氧樹脂，其本身都不具備阻火特性，而且還容易燃燒。

采用普通不飽和聚酯樹脂制+玻璃纖維氈、布制作玻璃鋼（FRP）試板，按照《國際耐火試驗程序應用規則》2010（FTP Code2010）第10部分高速船阻火材料試驗的規定，進行ISO9705耐火試驗（表面產品全尺寸房間火試驗：試驗時間總計20分鐘，分為10分鐘的100KW熱輸出以及其后10分鐘的300KW熱輸出）。

試驗表現如表1。

試驗情況表明：不做防火處理或防護的普通玻璃鋼（FRP）的確存在比較大的火災隱患，規則和法規對高速船建造材料的阻火性能要求的確是必要的。

為改變玻璃鋼（FRP）材料的燃燒特性，在實際應用中，可通過在加工過程加入助劑的方式，提高玻璃鋼的耐熱、耐燃性，達到阻止燃燒、抑制火焰傳播的目的；根據助劑加入的方式可分為添加型和反應性阻燃劑。其中，添加型阻燃劑是通過機械混合方法將助劑加入到聚合物中，使聚合物具備阻燃特性（添加型助劑包括以溴系、磷氮系、氮系、紅磷及化合物等為代表的有機阻燃劑，以三氧化二銻、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硅系等為代表的無機阻燃劑，還有鹵系和非鹵阻燃劑）；添加型阻燃劑對制品的物理機械性能影響較大。反應型阻燃劑是通過在高分子聚合反應過程中將助劑加入反應體系，以單體形式參加到反應中，通過化學鍵合成為聚合物的一部分；因而，反應性阻燃劑具有對制品的物理機械性能影響小且阻燃效果持久的優點，以其應用于船舶建造材料中顯得更有優勢。

為了解玻璃鋼（FRP）的燃燒特點，再分別以普通和阻燃樹脂采用同樣的手糊工藝制作FRP對比試樣，在ISO5660試驗中的表現如下（此為FTP Code2010第10部分附錄2要求的試驗，達到分級衡準要求的材料，可以被用于高速船的家具和其他部件）。

試驗結果呈現如下特點：

1、無論是普通不飽和聚酯樹脂，還是乙烯基反應型阻燃樹脂的FRP試樣，引燃時間都達到了分級衡準20s的兩倍以上，兩種試樣引燃時間接近。說明完全硬化的FRP著火溫度相對較高（達到350℃～400℃），采用阻燃樹脂對提高FRP著火溫度貢獻有限。

2、采用乙烯基反應型阻燃樹脂的FRP試樣，其熱釋放值，相對于普通樹脂明顯下降（約50%），但都高于分級衡準值的要求。

3、采用乙烯基反應型阻燃樹脂的FRP試樣，其發煙率，相對于普通樹脂明顯增大（約50%），均遠高于分級衡準值的要求。

4、無論是普通不飽和聚酯樹脂，還是乙烯基反應型阻燃樹脂的FRP試樣，在整個試驗過程中，都有明火燃燒情況；作為增強材料的玻璃纖維氈、布在試驗結束時均被保留了下來，所以參與燃燒的應當是合成樹脂。其中，普通樹脂FRP試樣中的樹脂分解燃燒比較徹底，受火面表層的玻璃纖維氈、布已經分離；而阻燃樹脂FRP試樣需用工具才能將受火面表層的玻璃纖維氈、布分離，其樹脂分解燃燒是不徹底的。說明阻燃助劑的確有效延緩了FRP的燃燒過程，但在高溫輻射的作用下，還是會分解燃燒。由此可以推論：采用真空成型工藝制作的玻璃鋼，由于樹脂含量比手糊工藝制作的玻璃鋼低很多，因此其抗燃燒特性應優于手糊工藝同類制品。

表1

以乙烯基反應型阻燃樹脂的FRP試樣為代表，讓我們了解到阻燃樹脂類玻璃鋼（FRP）的耐火表現：盡管未能達到FTP Code 2010第10部分附錄2分級衡準的要求，但的確有效降低了熱釋放值，改變了FRP的燃燒特性。只是，這種程度的改變，并不足以使其具備作為高速船建造材料所需的阻火性能。

加上采用阻燃樹脂的玻璃鋼（FRP）材料，其物理機械性能下降明顯，并且還有阻燃助劑本身慢性毒性的問題困擾，在技術未有大的突破前，筆者并不建議以改變玻璃鋼（FRP）材料的燃燒特性方式來滿足現行規則、法規對高速船建造材料的阻火性能要求。

規則和法規的規定是針對高速船建造材料本身的，如果按此要求，則以玻璃鋼（FRP）為代表的纖維增強塑料在應用于高速船建造時都面臨一個尷尬的狀態，那么，還有什么辦法能解決此問題呢？

鑒于玻璃鋼（FRP）的燃燒特性，造船發達國家的做法是：對FRP進行保護，同時盡可能消除火災原因，并完善消防設備。以日本小型船舶工業協會出版的《FRP船技術指導書》所建議的處理方式為例，其對FRP進行保護的措施包括：（1）在FRP表面安裝巖棉、陶瓷棉、玻璃棉等不燃隔熱材料，甚至覆蓋玻璃板、鋁箔等；（2）在FRP的表面樹脂中加入阻燃助劑（包括添加型和反應型助劑）；（3）設置與FRP有空隙的鋼板等。

2013年6月24日， 國 際 海事組織（IMO）發布了MSC.1/Circ.1457，其中對《2000年國際高速船安全規則》(2000HSC Code)第7.4.1.3條進行了統一解釋，免除了沒有失火危險處所建造材料的阻火性能要求，并提出以隔熱防護的方式來替代對建造材料的阻火性能要求（具體內容見MSC.1/Circ.1457. Paragraph 7.4.1.3 Fire-restricting materials）。

MSC.1/Circ.1457統一解釋對于失火危險處所，無論艙壁、甲板，還是地板，達到滿足條件的隔熱防護要求后，提出可以接受作為構芯的建造材料為非阻火材料。值得注意的是，在《國內航行海船法定檢驗技術規則》（2011）和《內河船舶法定檢驗技術規則》（2011）及其目前已發布的修改通報中，這個解釋還尚未被引用，筆者以為可以被借鑒。

綜上所述，筆者認為，玻璃鋼（FRP）被用作高速船建造材料時，為達到現行規則、法規對材料阻火性能的要求，在做阻熱處理時建議如下：

一、對被判定為需要滿足建造材料為阻火材料的處所（失火危險處所），對艙壁、甲板做隔熱防護。

1、采用滿足《國際耐火試驗程序應用規則》2010（FTP Code 2010）要求的不燃材料將艙壁、甲板敷設為30min或60min耐火結構，則作為其構芯的建造材料可以不必是阻火材料。簡單來說，就是將失火危險處所的艙壁、甲板做成耐火結構，以滿足規則、法規對高速船建造材料阻火性能的要求，且此種情況不需要再驗證。

2、采用其他方式做隔熱防護（非認可的耐火結構），則需要按照FTP Code2010第10部分進行阻火性能試驗，亦即按照ISO-9705：1993的試驗結果來驗證是否達到阻火性能要求。

二、對被判定為需要滿足建造材料為阻火材料的處所（失火危險處所），對地板做隔熱防護：采用滿足FTP Code2010第2和第5部分要求的低播焰材料刷涂地板（有的需要驗證）；這里沒有免除條款，通常將水線以下300mm的地板不做任何處理的做法是沒有依據的。

三、就我國現行法規的適用性而言，《國內航行海船法定檢驗技術規則》（2011）高速船篇適用于“船長20m及以上……高速船”，而《內河船舶法定檢驗技術規則》（2011）高速船篇適用范圍則包含了“船長大于或等于15m”和“船長5m～15m”最大航速滿足設定條件的船舶；對內河船的要求明顯高于海船，這種設定，使得普通船用玻璃纖維增強塑料（FRP）作為船舶建造材料在內河小船上應用時，顯得過于嚴苛。