擠塑聚苯板密度和阻燃劑含量對其燃燒性能的影響

趙靜波 朱光偉 洪川 王鈞楠 王宏輝 鐘奇鳴

摘要：通過氧指數測定方法、單體燃燒試驗、熱釋放速率試驗測定了不同密度，不同阻燃劑含量添加情況下，擠塑聚苯板的燃燒性能變化情況，結果發現阻燃劑添加量在0—4%區間內，對阻燃性能的影響明顯，超過4%的添加量后，增量對阻燃性能影響較小。密度對擠塑板燃燒性能有一定影響，密度提高氧指數提高，但其他燃燒性能指標變差。通過對試驗結果的整理，為生產滿足GB 8624-2012所要求的防火等級的擠塑聚苯板提供了指導依據。

關鍵詞：密度;阻燃劑;氧指數;單體燃燒;熱釋放速率

擠塑聚苯板通常也稱為擠塑板（XPS板），主要以聚苯乙烯顆粒為原料，采用高溫混煉擠塑成型方法制造的輕質板材。具有極佳的保溫隔熱性能、高抗濕性能、極低的吸水性、良好的隔音性能、高抗壓強度等性能[1]，因此被廣泛應用于建筑物保溫、地面凍脹控制、中央空調通風管道、高速鐵路路基等。

聚苯乙烯保溫材料極易著火且蔓延速度快，一旦發生火災容易造成較大的財產損失，具有很高的火災危險性，因此建筑上使用的擠塑聚苯板，都需要添加一定的阻燃劑。但阻燃劑的添加并非越多越好，一方面是成本的原因，另一方面，阻燃劑含量越高，擠塑板著火后煙氣毒性也就越大，因此阻燃劑需要根據材料的燃燒性能指標合理添加。本文采用的阻燃劑為六溴環十二烷，研究了不算密度的擠塑聚苯板在不同阻燃劑添加量的情況下，氧指數、熱釋放速率燃燒性能指標的變化情況。

一、試驗方法及設備

本實驗的燃燒性能指標有：①氧指數OI，測試方法按GBT 2406.2-2009《塑料用氧指數法測定燃燒行為 第2部分室溫試驗》，測試儀器設備JF-3氧指數測定儀。

②FIGRA0.4MJ燃燒增長速率指數、THR600最初600秒內的總熱釋放量，按照GBT 20284-2006《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》，DT-2建材制品單體燃燒試驗裝置（SBI）。

③單位面積熱釋放速率的最大值單位面積的放熱總量，按GBT 16172-2007《建筑材料熱釋放速率試驗方法》，JCZ-2建材熱釋放速率試驗裝置。

二、試驗結果

（一）阻燃劑含量對樣品燃燒性能的影響

圖1—3分別為樣品表觀密度28kg/m3、30kg/m3及32kg/m3對應的燃燒性能實驗曲線，三條曲線的變化情況大致相似，隨阻燃劑含量的增加，樣品的氧指數升高，單體燃燒實驗的性能指標FIGRA0.4MJ及THR600在阻燃劑處于0—4%的范圍為，隨阻燃劑的添加，該兩項數值迅速下降，特別是THR600從60—70的范圍內降低到個位數，但隨阻燃劑含量的繼續增加，阻燃劑對燃燒性能的影響的邊際效應明顯下降。在4%—8%的阻燃劑添加范圍內，FIGRA0.4MJ及THR600下降的幅度不大。熱釋放速率試驗的兩個指標隨著阻燃劑的含量增加，也表現出數值降低的趨勢，同樣在4%出現了變化的拐點，但變化趨勢，不如FIGRA0.4MJ及THR600的變化那么明顯。

（二）表觀密度對樣品燃燒性能的影響

圖4—6分別是阻燃劑添加在0%、4%、8%的情況下，燃燒性能曲線。從圖中可以看出，隨樣品表觀密度的增加，氧指數均有一定的上升，但變化趨勢并不明顯。其他四項燃燒性能，隨著表觀密度的增加，單位體積的樣品質量增加，燃燒反應的化學能提高，FIGRA0.4MJ、THR600均上升。特別是在阻燃劑含量為0的情況下，化學能總量對燃燒性能的影響尤其明顯（圖4）。隨著阻燃劑含量的添加，弱化了樣品由于質量增加導致的燃燒性能下降，因此在4%、8%的阻燃劑添加情況下，熱釋放的總量和速率得到了抑制。

三、討論

從本次的試驗結果看，阻燃劑的含量對樣品的燃燒性能的影響較大，而密度對燃燒性能的影響相對小。

對于實際的使用情況，在相同的工藝情況下，表觀密度與樣品的導熱系數有十分密切的聯系，隨著表觀密度的增加，樣品的導熱系數降低，節能保溫的效果也較好[2]。因此，需要根據具體的保溫熱工設計要求及建筑防火規范的要求，選用合適阻燃劑添加量。根據GB 8624-2012標準規范的要求，阻燃保溫板可分為B1和B2兩大類，其燃燒性能的要求如表1所示。對于需滿足B2級要求的保溫板，氧指數要求在26以上，對于3個密度的阻燃板，添加4%的阻燃劑即可。對于需滿足B1級的，密度28kg/m3的擠塑板需要添加8%的阻燃劑，而密度30和32 kg/m3的擠塑板根據實測結果，在6%的阻燃劑含量添加下，氧指數超過30，且FIGRA0.4MJ及THR600S均滿足要求，因此對于密度30和32 kg/m3的擠塑板6%的阻燃劑含量可滿足B1級別的要求。

四、結語

樣品的表觀密度對阻燃性能有一定影響，高密度較低密度的氧指數提高，但其他燃燒性能指標下降。阻燃劑添加量在4%以內時，對樣品的阻燃效果影響較大，添加量超過4%阻燃效果降低。

參考文獻：

[1]賀傳友，戴新榮，江宏玲.擠塑板單體燃燒試驗熱輸出評價及其燃燒性能等級分析[J].建筑節能，2019，47（09）：94-97.

[2]范超.外墻外保溫系統材料選用與施工技術應用研究[D].沈陽建筑大學，2015.