一種高阻燃膨脹型防火保溫板

摘要：本文介紹了一種高阻燃膨脹型防火保溫板，該板以聚苯乙烯泡沫顆粒板為保溫基體，采用聚磷酸銨、三聚氰胺和季戊四醇作阻燃劑，與其他改性劑、固化劑漿料經真空吸附法填充其中制成。該防火保溫板在高溫條件下形成的碳化層可在一定時間內起到隔熱阻火的作用，同時高溫作用能夠脫去分子中的結晶水，發生分解吸熱反應，從而降低不燃保溫防火板在燃燒時放出的熱量，進而提高保溫裝飾材料的燃燒性能并達到阻斷火勢蔓延的作用。其符合國標GB 8624—2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》B1級要求，是一種兼顧保溫性能和燃燒性能的保溫裝飾材料。

關鍵詞：聚磷酸銨；三聚氰胺；季戊四醇；燃燒性能

中圖分類號：TQ637.8文獻標志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.041

基金項目：遼寧省檢驗檢測認證中心創新創業項目（SC202309）：采用聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇制備膨脹型防火保溫材料的研究。

高層建筑一旦發生火災，火勢借助風勢迅速蔓延，為火災撲救和人員疏散帶來了極大的困難。目前，高層建筑外立面保溫裝飾材料已成為引發城市火災主要著火源之一，即使不是著火源，遇火時也是火災迅速蔓延的主導者之一。發生火災時釋放出的煙、毒氣和熱量也是除了火焰外對人的主要傷害源。2011年某大廈因燃放煙花不慎引起樓體外部燃燒所致高樓被大火吞噬，火災再次敲響消防安全警鐘。XPS板（擠塑聚苯乙烯保溫板）、EPS板（模塑聚苯乙烯保溫板）和聚氨酯板等有機類保溫材料比較巖棉、玻璃絲綿等材料具有相對低廉的價格和保溫效果好等特點，目前建筑外墻外保溫系統采用的保溫裝飾建筑材料80%以上是有機類保溫裝飾材料。同時這類保溫裝飾材料的燃燒性能一般，具有一定的消防安全隱患。一旦發生火災會在短時間內迅速燃燒，并向周圍快速擴散，進而將一整套外墻保溫系統燃盡。在燃燒過程中往往會伴隨大量的熱輻射和濃煙，由于建筑外立面引發火災，火借風勢、風助火威還能造成火勢的大范圍蔓延，從而加大火災的破壞性。同時，這類保溫裝飾材料在高溫環境下產生的燃燒滴落物又不易被撲滅給消防救援帶來更大的難度。因此，制備出一種兼顧保溫性能和燃燒性能的保溫裝飾材料成了建筑行業亟待解決的重要問題。

1阻燃機理

燃燒現象的發生一般需要四個必要的基本條件，即可燃物、氧化劑、引火源、鏈式反應自由基。為了抑制燃燒的傳播，提高材料的阻燃性能，需要切斷燃燒所需的四個基本條件之間的連接。

一種高阻燃膨脹型防火保溫板以聚苯乙烯泡沫顆粒板為保溫基體，在發揮其原有保溫性能的同時，利用聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇在火源高溫作用下可形成膨脹型防火體系中的酸源、氣源和炭源，同時組成膨脹型防火體系的脫水催化劑、成炭劑和發泡劑。當高阻燃膨脹型防火保溫板處于火或高溫環境時，首先促使材料聚合物表面發生軟化和熔融現象，發泡劑分解生成不燃性氣體，材料內部生成的氣體促使軟化的樹脂層發生鼓泡膨脹現象，隨著生成氣體的增多，膨脹體積逐漸增大；脫水催化劑發生分解而釋放出游離的酸（如磷酸等），其與多元醇類（如季戊四醇）發生反應，使多元醇脫水成炭化；在材料的表面覆蓋一層膨脹炭化層，將外部熱量和材料機體隔絕起來，起到隔熱阻火，控制火勢蔓延。同時，組分中加入水合物無機鹽后，該水合物無機鹽在高溫條件下能夠脫去分子中的結晶水，發生分解吸熱反應，從而降低不燃保溫防火板在燃燒時放出的熱量，進而提高保溫裝飾材料的燃燒性能和改變其原有的燃燒態勢，達到阻斷火勢蔓延的作用。

2燃燒性能

GB 8624—2012中對建筑保溫裝飾材料按照燃燒性能分級做出了詳細的分級：燃燒性能A級（不燃材料）；燃燒性能B1級（難燃材料）；燃燒性能B2級（可燃材料）；燃燒性能B3級（易燃材料）。其中，燃燒性能A級根據材料特征和檢測依據又可細分為燃燒性能A1級和燃燒性能A2級[1]。建筑裝飾材料燃燒性能分級判定依據如表1所示。

GB 50016—2014《建筑設計防火規范》中對建筑保溫和外墻裝飾做了規定。建筑保溫系統，宜采用A級保溫材料，不宜采用B2級保溫材料，嚴禁采用B3級保溫材料。當住宅建筑高度大于100 m時和當公共建筑高度大于50 m時應采用燃燒性能為A級的保溫材料；當住宅建筑高度大于27 m但不大于100 m以及當公共建筑高度大于24 m但不大于50 m時，應采用燃燒性能為B1級的保溫材料；當住宅建筑高度不大于27 m以及當公共建筑的建筑高度不大于24 m時，應采用燃燒性能為B2級的保溫材料[2]。建筑保溫裝飾材料的燃燒性能以A級為最佳。以建筑市場上可達到燃燒性能A級的保溫材料巖棉保溫板為例，比較XPS板（擠塑聚苯乙烯保溫板）、EPS板（模塑聚苯乙烯保溫板）和PU（聚氨酯板）等有機類保溫材料具有更為優良的燃燒性能，但其在保溫性能和價格方面又有著顯而易見的劣勢。通過提高無機材料的占比固然會提高復合保溫材料的燃燒性能測試數據，但是以喪失保溫性能為代價，沒有實際的指導意義。

3試驗結果

以聚苯乙烯泡沫顆粒板為保溫基體采用真空吸附的生產方式將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇替代阻燃劑添加到聚苯乙烯泡沫顆粒板制備中。制成的一種高阻燃膨脹型防火保溫板在標準要求條件下進行燃燒性能分級檢測，檢測結果如表2所示。

通過上表可知高阻燃膨脹型防火保溫板在全部滿足標準GB 8624—2012中對建筑材料燃燒性能B1級要求的同時，部分參數達到了建筑材料燃燒性能A級要求。由于高阻燃膨脹型防火保溫板以聚苯顆粒為基材導致材料的總熱值PCS達到7.5 MJ/kg，遠超標準要求。同時，不燃性實驗中的持續燃燒數據也是由于聚苯顆粒在高溫實驗環境下燃燒引起的。在實驗數據滿足B1級要求前提下通過對實驗現象的觀測，實驗開始階段高阻燃膨脹型防火保溫板在火源攻擊環境下表面的聚苯顆粒發生燃燒釋放熱量，但在炭化膨脹層發生作用后可有效地抑制表面材料的燃燒發展，并且可有效地起到隔熱阻火、抑制火勢蔓延的效果。

高阻燃膨脹型防火保溫板目前還不能達到燃燒性能A級要求。通過調整聚苯顆粒和阻燃劑的配比可適當提高其測定數據。研究發現，大范圍地降低聚苯顆粒的比例固然可以降低不燃性實驗的持續燃燒時間，甚至可能符合建筑材料燃燒性能A2級要求，但保溫板的整體保溫性能也隨著聚苯顆粒占比的下降而降低。通過簡單的降低有機材料占比的方式來提高材料燃燒性能的方法，不符合制備出一種兼顧保溫性能和燃燒性能的保溫裝飾材料的研究初衷。

4結束語

一種高阻燃膨脹型防火保溫板將原有的膨脹型防火涂料的阻燃方式添加到聚苯顆粒保溫板的生成和制備中，有效地改良聚苯顆粒保溫板在阻燃方面的劣勢，提高其燃燒性能。這種保溫板利用其特點，在火源攻擊條件下，生成的炭化膨脹層可有效地抑制表面材料的燃燒發展，并且起到隔熱阻火、抑制火勢蔓延的效果。

參考文獻

[1]建筑材料及制品燃燒性能分級：GB 8624—2012[S].

[2]建筑設計防火規范：GB 50016—2014[S].

作者簡介

史云龍，男，1988年出生，工程師，學士，研究方向為建筑材料及消防器材檢測方法。

（編輯：李鈺雙，收稿日期：2024-06-05）