常見的保溫材料燃燒熱值分析

劉 歡 劉 濤 龍志凡

（新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊市 830013）

0 引言

近年來，我國建筑業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，并且在城市化發(fā)展的進(jìn)程中，城市建筑逐漸趨于高層化發(fā)展、現(xiàn)代化發(fā)展，與此同時建筑的節(jié)能與安全問題也是建筑業(yè)需要重視的關(guān)鍵問題。保溫材料是建筑物中的關(guān)鍵材料之一，同時也是建筑御寒的重要材料。但是，在日常生活中因建筑物的保溫材料而引發(fā)的火災(zāi)事故頻頻發(fā)生，對現(xiàn)代建筑的居住人員造成較大的生命和財(cái)產(chǎn)威脅，保溫材料已成為一類新的火災(zāi)隱患。從20世紀(jì)70年代之后，我國對保溫材料領(lǐng)域展開研究與分析，對保溫材料的燃燒熱值等特性利用實(shí)驗(yàn)法等方式進(jìn)行測試，逐步加深了對保溫材料燃燒值相關(guān)的特性了解。最初，在對一些材料進(jìn)行研究中僅能對保溫材料的可燃性和阻燃性等分析，后又將燃燒熱值、單體燃燒、燃燒熱釋放速率等相關(guān)實(shí)驗(yàn)加入到保溫材料的燃燒特性研究中。以此來豐富保溫材料的燃燒現(xiàn)象、燃燒等級等評價方法來完善保溫材料安全性能。燃燒值是保溫材料再單位條件下的充分燃燒后所產(chǎn)生的熱量總數(shù)，是當(dāng)前保溫材料的重要屬性之一。燃燒熱值與材料的形狀、使用形態(tài)等關(guān)聯(lián)性較小，是建筑物保溫材料判定火災(zāi)安全等級的主要參數(shù)，也是評價保溫材料安全等級的關(guān)鍵指標(biāo)。所以，本文對多種保溫材料進(jìn)行燃燒熱值試驗(yàn)，以期能夠?yàn)楸夭牧系拈_發(fā)與利用提供一定的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)樣品

我國建筑使用的保溫材料按照其各自的燃燒性能等級主要分為A級、B1級、B2級、B3級。其中A級屬于不燃材料，一般由無機(jī)材料構(gòu)成，主要有巖棉板、泡沫玻璃等；B1級屬難燃材料，其具有較強(qiáng)的阻燃性能，主要有進(jìn)過特殊處理之后的擠塑聚苯板和聚氨酯、酚醛等；B2級則屬于具有一定可燃性的材料，這種材料具有一定的阻燃作用，主要包括有模塑聚苯板、聚乙烯等；B3級屬于易燃性材料，阻燃性能較弱，屬于危險性較大的保溫材料。這類保溫材料再應(yīng)用中主要承載姜迪熱損的功能，以導(dǎo)熱系數(shù)不高于0.14W（/m·K）的材料為主。根據(jù)我國建筑材料使用相關(guān)規(guī)定，建筑保溫材料的燃燒性能必須在B2級以上，以保障建筑物的防火能力和保溫材料安全性，降低火災(zāi)事故的發(fā)生概率和損失。

本文研究中，根據(jù)市場上常用的幾種保溫材料，選取其中的四大類，14種進(jìn)行燃燒熱值的研究。在無機(jī)類保溫材料中選取：發(fā)泡水泥板、玻璃棉板、巖棉板、無機(jī)保溫砂漿；有機(jī)類保溫材料選取：酚醛板、硬泡聚氨酯板、XPS板、EPS板；復(fù)合類保溫材料包括：金屬面夾芯板（芯板為EPS）、抗裂砂漿復(fù)合聚氨酯板、抗裂砂漿復(fù)合EPS板、真空絕熱板；新型保溫材料包括：無機(jī)改性EPS板、勻質(zhì)防火板。產(chǎn)品品種的選擇涵蓋了建筑市場主要使用的產(chǎn)品，具有代表性。

1.2 檢測標(biāo)準(zhǔn)

燃燒熱值在保溫材料的安全性能等級測定中的重要要素之一，也是研究保溫材料再發(fā)生火災(zāi)情況下所能承受的載荷和釋放熱量的關(guān)鍵評定標(biāo)準(zhǔn)。在對建筑保溫材料機(jī)型燃燒熱值研究中，根據(jù)《建筑材料及制品的燃燒性能燃燒熱值的測定》（GB/T14402—2007）中的相關(guān)規(guī)定，本文采用氧彈量熱法對保溫材料的燃燒阻值進(jìn)行評定和計(jì)算。

檢測儀器：保溫材料燃燒熱值測試儀。

檢測材料：實(shí)驗(yàn)室用材料均為0.5~l.0g之間的粉末狀保溫材料，分量精確到0.1mg。

檢測方法：使用≥99.5%純度的高壓氧氣，純度優(yōu)于摩爾比99.97%的，熱標(biāo)準(zhǔn)值為26460J/g的苯甲酸，發(fā)熱量為3104J/g的直徑0.1mm的點(diǎn)火絲，對保溫材料進(jìn)行點(diǎn)火檢測器釋放熱能。

1.3 結(jié)果分析

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)測試的保溫材料的燃燒熱值見表1。

表1 保溫材料燃燒熱值實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

根據(jù)表1數(shù)據(jù)我么可以發(fā)現(xiàn)，無機(jī)保溫砂漿是無機(jī)類的保溫材料中熱值最低的一種材料。燃燒熱值最低僅有0.46MJ/kg，最高的玻璃棉板為2.454MJ/kg，可見無機(jī)類保溫材料具有較強(qiáng)的阻燃性，其燃燒熱值處于較低水平。其中巖棉板和玻璃棉板這兩類材料中一般會含有一定的有機(jī)膠粘劑，這種膠粘劑會在在保溫材料燃燒過程中，吸熱燃燒。然而這類膠粘劑是保溫材料生產(chǎn)中提升產(chǎn)品的力學(xué)性能必不可少的材料之一，隨著膠粘劑含量的增加，也會造成材料的燃燒熱值屬性發(fā)生一定的升高，由此導(dǎo)致的保溫材料火災(zāi)安全威脅較大。而無機(jī)保溫砂漿、發(fā)泡水泥板等無機(jī)類保溫材料無需有機(jī)類材料輔助，所以屬于較為穩(wěn)定的無機(jī)類保溫材料，具有較高的安全性能。

新型保溫材料中的勻質(zhì)防火板的熱值≤4.0MJ/kg，無機(jī)改性EPS板熱值≤9.890MJ/kg也基本屬于熱值較低的保溫材料，無機(jī)改性EPS相較于傳統(tǒng)的EPS材料具有非常大的進(jìn)步，在其生產(chǎn)中加入一定的阻燃劑和無機(jī)材料，經(jīng)過改良之后，燃燒熱值有了較大的降低，具有燃燒熱值低，保溫性能好，且具有火災(zāi)隱患小的優(yōu)點(diǎn)，但仍實(shí)際應(yīng)用中扔然需要進(jìn)一步改進(jìn)。

復(fù)合類保溫材料中的真空絕熱板、抗裂砂漿復(fù)合聚氨酯板、抗裂砂漿復(fù)合EPS板等燃燒熱值在3-10MJ/kg之間，這一類保溫材料相對于無機(jī)保溫材料來說在實(shí)際應(yīng)用中的保溫性能較強(qiáng)。但是其燃燒熱值也有所增加。在真空絕熱板的燃燒熱值實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都能夠符合要求，但是這種材料在式樣密度增加的情況下燃燒熱值也有所升高，在達(dá)到一定程度下，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果也難以符合A1級的性能要求，復(fù)合保溫材料在生產(chǎn)中會添加一定的粘合劑和其他材料，比如染色劑等物品，這攜物品都會直接導(dǎo)致保溫材料的燃燒熱值增高。有機(jī)保溫材料中，這類保溫材料的保溫性能最好，但是EPS板和XPS板是熱塑性材料，在實(shí)驗(yàn)中材料受熱之后會發(fā)生一定的裂解現(xiàn)象，保溫材料在此時會產(chǎn)生大量的熱值，一部分保溫材料的燃燒熱值達(dá)到40MJ/kg以上，在實(shí)際應(yīng)用中具有很高的危險性。雖然實(shí)驗(yàn)中酚醛板的燃燒并不劇烈，但是其隨著燃燒程度的不斷加劇，發(fā)生較為緩慢的燃燒或陰燃，產(chǎn)生較大的熱值。

由以上分析來看，不同種類保溫材料的燃燒熱值評價為：無機(jī)類保溫材料的熱值＜復(fù)合類保溫材料＜新型保溫材料＜有機(jī)類保溫材料。

2 結(jié)論

（1）無機(jī)類保溫材料因?yàn)槠湓谌紵裏嶂瞪陷^低，所以在防火、防災(zāi)上具有不可比擬的優(yōu)勢，阻燃性一班具有較高水平，燃燒性能等級也普遍在八級水平以上。但是因?yàn)闊o機(jī)材料的本身材質(zhì)原因，其保溫效果與其他材料相比較差。無機(jī)材料要想實(shí)現(xiàn)較好的保溫性能，就必須較大材質(zhì)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部空隙，這樣子也會對材料的物理性能造成一定影響。而巖棉類材料在生產(chǎn)中，還會造成較為嚴(yán)重的污染，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境、工人等造成較大的損害，所以其發(fā)展和應(yīng)用范圍也會受到限制。無機(jī)保溫砂漿、發(fā)泡水泥板等水泥基類保溫材料阻燃性能較為穩(wěn)定，在實(shí)際應(yīng)用中也是建筑公司比較愿意使用的保溫材料。

（2）有機(jī)保溫材料一本具有較高的保溫性能，且板材機(jī)械性能比較優(yōu)良，且比較易于加工、生產(chǎn)和使用。但是，有機(jī)保溫材料的燃燒熱值多數(shù)處于較高水平，燃燒過程中小可避免會產(chǎn)生一定的熱量。建筑一旦發(fā)生火災(zāi)，這類保溫材料將對火勢控制造成一定的影響，不利于建筑的火災(zāi)防范，對建筑的火災(zāi)安全造成較大的威脅。針對有機(jī)保溫材料的使用進(jìn)行分析，在實(shí)際使用過程中必須對這類材料的使用進(jìn)行特別處理，對保溫材料進(jìn)行一定的防火措施處理，以保障保溫材料再擁有一定保溫性恩能夠的同時具有較強(qiáng)的防火性能，避免因保溫材料導(dǎo)致的火災(zāi)威脅增加。

（3）復(fù)合類保溫材料在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較好的性能，雖然燃燒熱值相對較低，但是仍舊存在一定的風(fēng)險，所以在實(shí)際應(yīng)用中必須注意防范。