5种典型有机保温材料的耐火性能分析_保温快讯_行业动态

导读：有机保温材料包括以发泡性聚苯乙烯(EPS)、挤塑性聚苯乙烯(XPS)和石墨聚苯乙烯(SEPS)等为代表的热塑性材料及以聚氨酯(PU)、酚醛树

有机保温材料包括以发泡性聚苯乙烯(EPS)、挤塑性聚苯乙烯(XPS)和石墨聚苯乙烯(SEPS)等为代表的热塑性材料及以聚氨酯(PU)、酚醛树脂(PF)为代表的热固性材料，因其导热系数低、质量较轻、便于施工、价格相对便宜等优点使其在保温材料应用方面占有主导地位。但有机材料均具有遇火易燃烧的特性，阻燃性能远不及无机材料。针对有机保温材料耐火反应及受热行为时，配合使用锥形量热仪，可以在一定，程度上更加客观地反映真实火灾及材料受热降解的情况，确保实验数据的可参考性。1、实验部分1.1仪器与原料

表1 保温材料及性能

所用保温材料及性能见表1。锥形量热仪(PL型),FTT公司，见图1。

图1试样用锥形量热仪示意图

1.2 实验方法称取一定量样品(精度0.001g)，用铝箔包封后称重，置于试样安装架上。在使用锥形量热仪前，先检查气体分析仪、样品气路、烟尘过滤器处于正常状态，冷阱、烟气气流速度处于规定值，调节试样安装架与辐射锥表面为 25mm, 将辐射锥辐射强度设定为 SOkW,进行点火，当样品表面点燃时启动计时按钮，移出点火器，观察实验过程，记录样品燃熔化、崩裂等现象，实验持续至 CO浓度在2 X 10-6 以下，此时燃烧已经结束，热固性材料隐燃也结束，然后取出燃烧后的样品，冷却后称取质量。最后进行数据处理，将各时段称取的样品质量、记录的点火时间、样品编号和设定的辐射强度等参数输入计算机中，利用计算机自带程序对结果进行处理。2、结果与讨论本实验采用锥形量热仪所得实验数据见表2。

表2 5种典型有机保温材料的锥形量热仪

2.1 HRR 分析5 种典型有机保温材料的 HRR 曲线见图 2由表2和图 2可知，相比于热塑性材料而言，PU和PF在热辐射强度为 50kW/m2 时，其点燃时间更短，并分别在 10s和 20s 即达到峰值，但是其HRR峰值数据远小于这 3 种热塑性材料，尤其是PF, 其 HRR 峰值仅为 58. 7kW /m2 ，而 XPS 高达484kW /m2 , 二者相差 8倍之多。热固性材料的燃烧时间远大于热塑性材料，导致其平均热释放速率也相对较低。热塑性材料的 HRR 在点燃后迅速增大并达到峰值，之后由于试样的消耗使得可燃性气。

图2 5种典型有机保温材料的 HRR曲线图

体浓度降低，其HRR也开始缓慢降低直至为零，曲线整体上呈单峰形式。而热固性材料则是在材料点燃后其HRR在很短时间内达到峰值，之后由于可燃性气体浓度的降低直至火焰熄灭，其HRR也迅速降低，但是其HRR并未达到零值，而是开始发生阴燃 , 其HRR也是保持在一个较低的常数，继续进行燃烧，直至试样被完全燃烧。2.2 MLR分析5种典型有机保温材料的 MLR 曲线见图3。

图3 5种典型有机保温材料的MLR曲线图

由图可见，热塑性材料的MLR峰值出现的时间较热固性材料要延后不少。在辐射锥热流的作用下，热塑性材料发生熔融，吸收大量热量，减缓材料的进一步燃烧过程，而热固性材料则是在外部高温作用下，材料表面迅速发生裂解反应，并剧烈燃烧，从而产生相对较大的MLR , 但是热固性材料在反应过程中，后期会在材料表面产生较厚的炭层，隔离空气中的氧气，抑制材料的进一步燃烧，使得其MLR逐渐减缓，在后期阴燃阶段较长时间内MLR都在0.02g/s 附近波动，并且其热反应时间远大于热塑性材料。在平均质量损失速率方面，热固性材料较小，仅为0. 012g/s, 而其中热塑性材料至少为0. 035g/s,3倍于热固性材料的平均质扯损失速率，EPS的平均质量损失速率更是达到0. 079g/s, 是热固性材料的6倍之多。2.3烟生成速率(SPR)分析5种典型有机保温材料的SPR曲线见图4。

图4 5种典型有机保温材料的SPR曲线图

由图可见，热塑性材料与热固性材料的SPR 与HRR 趋势极其相似，并且试样均是在燃烧过程中有较大的烟气产率，这说明试样燃烧越剧烈，产烟速率越大。相比而言，在反应的中后期，热塑性材料的SPR远大于热固性材料，尤其是热固性材料PF, 仅在试样燃烧初期阶段有一个较小的峰值。而热固性材料仅在试样表面产生明火时，才有较大的SPR, 而在试样阴燃阶段，其SPR极小，趋近于零。并且PU的SPR曲线具有双峰，其第二个峰的产生是由于在热辐射强度的持续作用下，PU内部产生的挥发物成分逐渐增多并被表面炭层阻挡，难以释放出来，最终导致其表面的炭层膨胀并发生破裂，挥发物不断逸出使得SPR增加，从而产生另一个烟值峰值。相比于热塑性材料，可以发现热固性材料的总产烟量相对而言要小很多，尤其是PF的总产烟量仅有0.02m2 /m2 左右。这些均说明相比于热塑性材料，热固性材料具有更小的烟气危害性。2.4 COY分析5种典型有机保温材料的COY曲线见图5。

图5 5种典型有机保温材料的COY曲线图

由图可见，试样在开始燃烧过程中，其COY保持在一个常数附近波动，而在试样火焰熄灭后，其 COY出现几个较为明显的峰值，特别是对千热固性材料而言，在其阴燃阶段，出现了一些COY峰值，这是因为在阴燃阶段时，试样不能完全燃烧分解，因而产生较多的CO气体。相对于热塑性材料而言，热固性材料的COY则要多出不少，在热辐射强度为50kW/m2 时，热塑性材料的平均CO产率仅为 o. 068kg/kg, 而热固性材料的平均CO产率则达到了0.2~0. 3kg/kg之间，是其3倍之多。3、结语我国现有建筑有机保温墙材火灾频发，造成市民巨大的生命及财产损失，而我国在保温材料及相关改进措施方面的研究有待进一步完善，为深入探索材料的燃烧特性，对其中具有代表性的材料的耐火行为及其燃烧性能进行了相当深入的研究。旨在通过对不同类型材料从熔融降解、对火反应到燃烧等一系列特性进行探索，并分析材料的燃烧机理，为保温材料之后的应用及研究提供参考，进一步完善保温材料及保温系统的防火措施设计并提供一定的帮助。