飾面型防火涂料阻燃性能評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展

林鵬，林克輝，李向濤

（廣東省建筑材料研究院，廣東 廣州 510160）

飾面型防火涂料阻燃性能評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展

林鵬，林克輝，李向濤

（廣東省建筑材料研究院，廣東 廣州 510160）

飾面型防火涂料作為一種應(yīng)用越來越廣泛的新型涂料，其阻燃性能的評(píng)價(jià)是人們關(guān)注的熱點(diǎn)。簡(jiǎn)要介紹了飾面型防火涂料的應(yīng)用、分類、阻燃機(jī)理和涂料阻燃性能的評(píng)價(jià)方法。重點(diǎn)闡述了GB 12441—2005《飾面型防火涂料》規(guī)定的方法、單體燃燒試驗(yàn)法和錐形量熱儀法在評(píng)價(jià)飾面型防火涂料阻燃性能上的研究。單體燃燒試驗(yàn)法既考慮了真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景，又考慮了材料的最終用途，能更全面地評(píng)價(jià)飾面型防火涂料的阻燃性能。

飾面型防火涂料；阻燃性能；評(píng)價(jià)方法

0 引言

飾面型防火涂料是指涂覆于木材、纖維板、紙板及其制品等可燃基材表面，能形成具有防火阻燃保護(hù)及一定裝飾作用涂膜的專用涂料[1]。隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷發(fā)展，人民生活水平的逐步提高，各類高層建筑、地下工程、寫字樓和商住樓等的內(nèi)部裝修使用了大量的高檔和豪華建筑裝飾材料，為了防火保護(hù)和裝飾性的更好協(xié)調(diào)，目前常用的、操作比較簡(jiǎn)便、適應(yīng)性較好的處理方法是涂覆飾面型防火涂料[2-4]。因此，飾面型防火涂料的應(yīng)用空間非常廣闊。

飾面型防火涂料按分散介質(zhì)分為溶劑型和水溶性2類[5]，按阻燃機(jī)理分為膨脹型和非膨脹型2類[6]。膨脹型防火涂料成膜后，常溫下與普通漆膜無異，但在火焰或高溫作用下，涂層劇烈發(fā)泡炭化，形成一個(gè)比原涂膜厚幾十倍至幾百倍的難燃性泡沫炭化層，導(dǎo)熱系數(shù)大幅降低，通過泡沫炭化層傳遞到基材的熱量只有無膨脹涂層的幾十分之一，甚至幾百分之一，從而起到有效阻燃的作用；另一方面，在火焰或高溫作用下，涂層發(fā)生的軟化、熔融、蒸發(fā)、膨脹等物理變化及聚合物、填料等組分發(fā)生的分解、降解、化合等化學(xué)變化也吸收大量的熱，抵消一部分外界作用與物體的熱，從而對(duì)被保護(hù)材料的受熱升溫過程起延緩作用。另外，涂層在高溫分解出的不燃性氣體能稀釋有機(jī)物熱分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w及氧氣的濃度，抑制燃燒[7]。非膨脹型防火涂料阻燃作用的發(fā)揮途徑主要有：一是涂層自身不燃或難燃；二是在火焰或高溫作用下防火涂料分解釋放出不燃性氣體（水蒸氣、氨氣、二氧化碳等），沖淡氧氣等可燃性氣體；三是在火焰或高溫條件下涂層形成不可燃的無機(jī)釉膜層，該釉膜層結(jié)構(gòu)致密，能有效隔絕氧氣，并在一段時(shí)間內(nèi)具有一定的隔熱功能[7]。因此，對(duì)于不同種類和不同阻燃機(jī)理的飾面型防火涂料，能否采用一種方法全面地評(píng)價(jià)其阻燃性能的優(yōu)劣成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。

1 國(guó)內(nèi)外飾面型防火涂料阻燃性能的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)外飾面型防火涂料的性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)主要有ASTM E84、ASTM D1360、JIS A1321和JIS K5661。ASTM E84是對(duì)建筑物裝飾材料的防火性能進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)項(xiàng)目有火焰?zhèn)鞑ニ俣?、煙濃度和燃燒溫度；ASTM D1360是對(duì)木質(zhì)基材涂料防火性能進(jìn)行測(cè)試，檢測(cè)項(xiàng)目有失重率和炭化指數(shù)等；JIS A1321是針對(duì)建筑裝飾材料防火性能試驗(yàn)，檢測(cè)指標(biāo)主要有延燃性、殘焰時(shí)間、熔融、變形損壞程度、發(fā)煙量、底材溫度和阻燃時(shí)間；JIS K5661是對(duì)建筑飾面型防火涂料燃燒性能進(jìn)行測(cè)試，它是按JIS A1321的難燃2級(jí)和難燃3級(jí)進(jìn)行判定[2]。我國(guó)飾面型防火涂料的阻燃性能評(píng)價(jià)主要按照GB 12441—2005《飾面型防火涂料》中的大板燃燒法、隧道燃燒法和小室燃燒法進(jìn)行。同時(shí)國(guó)內(nèi)外研究者也致力于開發(fā)新的、能更全面反映產(chǎn)品阻燃性能的試驗(yàn)方法，包括采用單體燃燒試驗(yàn)法和錐形量熱儀法等先進(jìn)的設(shè)備來設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案以求更全面地反映飾面型防火涂料的阻燃性能。

2 評(píng)價(jià)飾面型防火涂料阻燃性能的主要方法

根據(jù)上面的論述，結(jié)合國(guó)內(nèi)的研究應(yīng)用實(shí)際，本文主要介紹GB 12441—2005規(guī)定的方法、單體燃燒試驗(yàn)法和錐形量熱儀法在評(píng)價(jià)飾面型防火涂料阻燃性能上的研究情況。

2.1 GB 12441—2005評(píng)價(jià)阻燃性能的研究

GB 12441—2005規(guī)定的評(píng)價(jià)阻燃性能的方法是目前國(guó)內(nèi)最普遍采用的檢測(cè)方法，即用大板燃燒法、隧道燃燒法和小室燃燒法測(cè)量防火涂料的耐燃時(shí)間、火焰?zhèn)鞑ケ戎怠⑻炕w積和質(zhì)量損失等參數(shù)，從而評(píng)價(jià)產(chǎn)品的阻燃性能是否合格。大板燃燒法是在規(guī)定基材和特定燃燒條件下，測(cè)試涂覆于可燃基材表面的防火涂料耐燃特性，并以此評(píng)定防火涂料耐燃性能的優(yōu)劣。整個(gè)試驗(yàn)過程按時(shí)間—溫度標(biāo)準(zhǔn)曲線的要求升溫，從試件受火那一時(shí)刻起到試件背火面溫度達(dá)到220℃或試件背火面出現(xiàn)穿火時(shí)止，這段時(shí)間即為飾面型防火涂料的耐燃時(shí)間[1]。隧道燃燒法以小型隧道爐測(cè)試涂覆于基材表面的飾面型防火涂料的火焰?zhèn)鞑ヌ匦?，并以此評(píng)定防火涂料。處理好的涂覆試件安置在隧道爐試件支架內(nèi)，涂覆面向下進(jìn)行燃燒試驗(yàn)，并測(cè)得涂覆試件的火焰?zhèn)鞑ケ戎?，根?jù)比值判定涂料合格與否[1]。小室燃燒法是在實(shí)驗(yàn)室條件下測(cè)試涂覆于基材表面的飾面型防火涂料的阻火性能。以其燃燒質(zhì)量損失，炭化體積來評(píng)價(jià)防火涂料是否合格[1]。GB 12441—2005給出的阻燃性能評(píng)價(jià)指標(biāo)見表1。很多研究者采用GB 12441—2005的方法對(duì)所研發(fā)的防火涂料產(chǎn)品進(jìn)行了阻燃性能的驗(yàn)證工作[7-13]。

表1 GB 12441—2005規(guī)定的飾面型防火涂料阻燃性能指標(biāo)

但上述試驗(yàn)方法未考慮材料本身的一些特性，如燃燒增長(zhǎng)速率、放熱量、煙氣生成特性等參數(shù)，且僅適用于膨脹型飾面防火涂料，顯然存在不足。GB 12441—2005規(guī)定的評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)主要是針對(duì)產(chǎn)品的合格性檢驗(yàn)判定，只要檢驗(yàn)結(jié)果符合阻燃性能指標(biāo)要求的就是合格產(chǎn)品，但不能對(duì)合格產(chǎn)品的阻燃性能作進(jìn)一步區(qū)分。因此，在全面深入評(píng)價(jià)產(chǎn)品特性方面存在一定的缺陷。

2.2 單體燃燒試驗(yàn)法評(píng)價(jià)阻燃性能的研究

單體燃燒試驗(yàn)的主要過程為2個(gè)成直角的垂直翼組成的試樣暴露于直角底部的主燃燒器產(chǎn)生的火焰中，火焰由丙烷氣體燃燒產(chǎn)生，丙烷氣體通過砂盒燃燒器并產(chǎn)生（30.7±2.0）kW熱輸出。試樣的燃燒性能通過1560 s的試驗(yàn)過程進(jìn)行評(píng)估。得出的性能參數(shù)包括：燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)（FIGRA），總熱釋放量（THR）、總產(chǎn)煙量（TSP）、煙氣生成速率指數(shù)（SMOGRA）、火焰橫向傳播和燃燒滴落物及顆粒物[14]。

李曉増等[15]采用單體燃燒試驗(yàn)研究了涂刷防火涂料（涂覆量為500 g/m2）對(duì)9 mm厚膠合板燃燒性能的影響；研究表明，涂刷防火涂料后膠合板的燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)（FIGRA）和總熱釋放量（THR）分別由170.7 W/s、9.3 MJ下降到63.6 W/s、2.5 MJ，提高了膠合板的防火性能。楊森等[16]通過單體燃燒試驗(yàn)裝置研究發(fā)現(xiàn)，涂刷防火涂料（涂覆量為450 g/m2）的細(xì)木工板及難燃膠合板均具有明顯的減緩燃燒作用且具有較低的煙釋放量，能夠在真實(shí)火災(zāi)中延緩火勢(shì)蔓延，并提供充足的逃生時(shí)間；而普通細(xì)木工板及橡塑保溫板均易燃燒且后者燃燒時(shí)產(chǎn)生大量有毒煙氣，在實(shí)際火災(zāi)中降低了人員的逃生機(jī)會(huì)。普通細(xì)木工板、涂刷防火涂料的細(xì)木工板、難燃膠合板及橡塑保溫板等立面裝飾材料的單體燃燒試驗(yàn)結(jié)果見表2[16]。孫玉泉等[17]通過單體燃燒試驗(yàn)裝置檢測(cè)了裝修板材的燃燒性能發(fā)現(xiàn)，防火涂料涂刷細(xì)木工板和難燃膠合板各項(xiàng)指標(biāo)明顯優(yōu)于普通細(xì)木工板和橡塑保溫板。羅振海等[18]基于單體燃燒試驗(yàn)檢測(cè)了飾面型防火涂料對(duì)紙面石膏板（12 mm）和膠合板（5 mm）的阻燃效果。結(jié)果表明，涂覆于紙面石膏板和膠合板上的飾面型防火涂料制品比單個(gè)紙面石膏板基材和膠合板基材的燃燒性能要好，防火涂料能同時(shí)阻礙基材的燃燒和產(chǎn)煙行為，單體燃燒試驗(yàn)更能體現(xiàn)防火涂料的對(duì)火反應(yīng)特性，測(cè)試結(jié)果見表3[18]。

表2 單體燃燒試驗(yàn)測(cè)定的立面裝飾材料的燃燒結(jié)果

表3 飾面型防火涂料試件及基材的單體燃燒試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果

單體燃燒試驗(yàn)法采用的是直接火源引燃，且樣品尺寸較大，既考慮了真實(shí)的火災(zāi)場(chǎng)景，又考慮了材料的最終用途，試驗(yàn)過程更具有實(shí)際代表性[19]。因此，被廣泛應(yīng)用于材料燃燒性能分級(jí)檢測(cè)中。歐盟標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)（CEN）已將該法納入EN 13501-1：2007+A1：2009《建筑制品和構(gòu)件的火災(zāi)分級(jí)第一部分：用對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分級(jí)》中，作為重要的分級(jí)依據(jù)[20-21]。實(shí)際裝飾工程中，飾面型防火涂料最終是被應(yīng)用到各類建筑制品表面上的（如木材、纖維板、紙板及其制品），所以，采用單體燃燒試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)應(yīng)用后的飾面型防火涂料的阻燃性能是可行的，也符合現(xiàn)今檢測(cè)評(píng)價(jià)的潮流和理念。單體燃燒試驗(yàn)在我國(guó)檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)已引入應(yīng)用多年，各項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)完善，目前已在材料檢測(cè)和新材料研究中發(fā)揮重要作用。

2.3 錐形量熱儀法評(píng)價(jià)阻燃性能的研究

錐形量熱儀法主要觀測(cè)在一定功率（50 kW）熱輻射作用下，板材的熱分解，及釋放的可燃?xì)怏w被引燃后，氧氣消耗、質(zhì)量損失、生煙速率等情況[17]。通過錐形量熱儀可以得到試樣熱釋放速率、質(zhì)量損失速率、煙生成速率、有效燃燒熱、點(diǎn)燃時(shí)間等多個(gè)性能參數(shù)。

高亞萍[22]采用錐形量熱儀對(duì)涂覆飾面型防火涂料的不同木質(zhì)基材樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，涂覆防火涂料后，各種木質(zhì)基材的點(diǎn)燃時(shí)間比未涂覆的都有不同幅度增加。鄧小波等[4]采用錐形量熱儀的方法，探討了含有不同阻燃劑（阻燃劑含量75%、25%和0%）的飾面型防火涂料的燃燒特性。研究發(fā)現(xiàn)，未添加阻燃劑時(shí)，板材在十幾秒內(nèi)迅速燃燒，隨著阻燃劑含量的增加，點(diǎn)燃時(shí)間逐漸增大，熱釋放速率和熱釋放速率峰值明顯減小，有效燃燒熱和總產(chǎn)煙量呈遞減趨勢(shì)。

雖然錐形量熱儀能用于阻燃處理后板材樣品的燃燒性能研究，但是該裝置采用熱輻射加熱及電火花間接引燃的方式，且樣品尺寸較小，與實(shí)際火災(zāi)關(guān)聯(lián)性不好。錐形量熱儀設(shè)備的使用在我國(guó)主要集中在高?？蒲性核?，且設(shè)備成本較高，各項(xiàng)試驗(yàn)技術(shù)也不甚完善。

3 結(jié)語

阻燃性能是評(píng)價(jià)飾面型防火涂料產(chǎn)品質(zhì)量的重要方面。我國(guó)與美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的飾面型防火涂料在阻燃性能方面總體上的要求是類似的。但美、日標(biāo)準(zhǔn)都有煙濃度或發(fā)煙量測(cè)試的規(guī)定，而國(guó)標(biāo)GB 12441—2005中卻沒有規(guī)定類似的指標(biāo)。火災(zāi)事故中人員致死原因和財(cái)產(chǎn)損失很大比例與材料燃燒產(chǎn)生的濃煙有關(guān)。另外，飾面型防火涂料的消煙問題是制約其質(zhì)量和品位的關(guān)鍵，人們對(duì)阻燃-消煙協(xié)同效果也是越來越重視。因此，評(píng)價(jià)飾面型防火涂料的阻燃性能時(shí)，除了關(guān)注延緩和阻礙燃燒的效果外，也應(yīng)考慮發(fā)煙量、煙氣濃度、燃燒的難易程度及火焰蔓延狀況等性能的情況。

GB 12441—2005的評(píng)價(jià)方法僅是針對(duì)產(chǎn)品的合格性檢驗(yàn)判定，不能對(duì)合格產(chǎn)品的阻燃性能作進(jìn)一步的區(qū)分，且沒有考慮燃燒增長(zhǎng)速率、放熱量、煙氣生成特性等參數(shù)，在全面深入評(píng)價(jià)阻燃性能方面存在一定的缺陷。錐形量熱儀雖適用于阻燃處理后板材樣品的燃燒性能研究，但該裝置采用間接引燃的方式，且樣品尺寸較小，與實(shí)際火災(zāi)關(guān)聯(lián)性差別較大。單體燃燒試驗(yàn)與真實(shí)火災(zāi)相關(guān)性好，既考慮實(shí)際的火災(zāi)場(chǎng)景，又考慮材料的最終用途，試驗(yàn)過程更具有實(shí)際代表性；通過試驗(yàn)得出的指標(biāo)除了能反映飾面型防火涂料阻礙和延緩燃燒的效果外，還表征了發(fā)煙量和煙氣濃度等產(chǎn)品特性，能更全面地評(píng)價(jià)飾面型防火涂料的阻燃性能。

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Research progress on assessment method of fire resistance for finishing fire retardant paint

LIN Peng，LIN Kehui，LI Xiangtao
（Guangdong Building Material Research Institute，Guangzhou 510160，China）

As a new type of paint used widely，the assessment of fire resistance for finishing fire retardant paint is a hot topic.The application，classification，fire resistant mechanism and the assessment method of fire resistance at home and abroad were introduced briefly at first.Then，the GB 12441—2005 standard test method，the single burning item test method and the cone calorimeter test method for the research on assessment method of fire resistance for finishing fire retardant paint were described in detail.With the considering of real fire scene and final use of materials，the fire resistance of finishing fire retardant paint can be evaluated entirely via single burning item test method.

finishing fire retardant paint，fire resistance，assessment method

TU56+1.66

A

1001-702X（2016）11-0104-04

廣東省省級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目（2014A040401069）

2016-05-11；

2016-06-02

林鵬，男，1982年生，廣東博羅人，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：新型高性能建筑材料。