建筑阻燃保溫材料的制備以及性能研究

王來明壽光市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局 山東 壽光 262700

當(dāng)前，我們正處在高速發(fā)展時期，我們的能源需求越來越大，而節(jié)能觀念的引入更有利于它的發(fā)展。建筑節(jié)能已成為建筑業(yè)發(fā)展的必然趨勢，建材的隔熱是其主要的技術(shù)途徑和手段。政府還出臺了一套強(qiáng)制的政策，建議建設(shè)企業(yè)要達(dá)到50%的能源節(jié)約目標(biāo)，從而更好的提升建筑物的性能，有效保證建筑工程的實(shí)際效果，提升工作有效程度，為工作建設(shè)的良性發(fā)展奠定堅實(shí)基礎(chǔ)。

1 阻燃劑類型及燃燒作用機(jī)制

1.1 阻燃材料類型的研究

按照阻燃劑的類型和加入的比例來劃分，主要有三個類別：一是加入阻燃劑，在使用后與阻燃性的基本材料不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，主要是作為一種物理性質(zhì)的，主要用于某些具有較高的可塑性。與其他耐火性的基本材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并在一定程度上會產(chǎn)生耐火性的基本材料，這是一種新型的耐火性材料。正如它的名字一樣，使用后會產(chǎn)生一種類似于膨脹的效果，可以有效地防止隔熱層被破壞。

1.2 阻火劑作用機(jī)制研究

其燃燒機(jī)制包括：第一，其吸收機(jī)制；而當(dāng)隔熱層發(fā)生加熱時，可以通過阻隔層來吸收一定的熱量，從而保證隔熱層在加熱過程中會發(fā)生分解，從而達(dá)到降溫效果。第二，由于阻燃劑本身存在的機(jī)制，可以在分子降解中形成蒸汽，并對隔熱層的襯底起到一定的防護(hù)效果；通常情況下，采用油漆作為阻燃材料，一旦加熱，就會釋放出不可燃的氣體，從而防止基質(zhì)的著火。從而在火災(zāi)發(fā)生時起到良好的阻燃作用，保證建筑物的安全性。三是阻燃劑對易燃性氣體也會有中和的效果，而且中和過程中和后殘留的廢氣也能起到保護(hù)隔熱層的效果。這種阻燃劑具有一定的游離基團(tuán)，并且會在分子中釋放出濕氣，從而在一定程度上保護(hù)隔熱層[1]。這也是實(shí)現(xiàn)防火效果的重要措施之一，保證了建筑物使用的安全性。

2 防火隔熱涂料的研制

2.1 試驗資料

用于合成耐火復(fù)合材料的試驗材料有： ESP顆粒，空心微珠，快硬硫鋁酸鹽水泥，11級粉煤灰，硅灰，氫氧化鈣，可分散膠粉末 SOlON，有機(jī)硅憎水劑SilresBS1042，聚丙烯纖維和經(jīng)丙基甲基纖維素醚，可分散膠粉末 SOlON和經(jīng)丙基甲基纖維素醚進(jìn)行了純度的測定。為了生產(chǎn)出優(yōu)異的耐火復(fù)合隔熱層，本文根據(jù)其在不同的用途上進(jìn)行了劃分，其中 EPS和中空珠粒在某種程度上起到了支承和充填的效果，并且其熱傳導(dǎo)率很小，可以被稱作輕質(zhì)集料；而快速硬化的硫鋁酸鹽水泥、二級粉煤灰、硅灰、氫氧化鈣等是一種新型的粘結(jié)劑。

圖1 建筑阻燃復(fù)合保溫材料的制備流程

2.2 試驗設(shè)備

電子秤（SPS4001）、攪拌機(jī)（QSD）、電熱鼓風(fēng)烘干機(jī)（101-3 A）、導(dǎo)熱系數(shù)測定器（DRE-2C）、計算機(jī)系統(tǒng)拉伸機(jī)（GT-TCS-2000）、掃描電子顯微鏡（JSM-6700E）、標(biāo)準(zhǔn)錐體熱量計和煙霧濃度測試器（JQMY-2）。

2.3 生產(chǎn)工藝

在研制防火復(fù)合絕熱材料時，將標(biāo)準(zhǔn)空氣溫度設(shè)定為（23+2)℃，相對濕度設(shè)定為60+115%，同時在模腔內(nèi)噴涂一種離型劑，便于在成型后進(jìn)行脫模，在脫模劑涂抹后，將保溫漿置于模腔，該脫模劑以潤滑油為主。為了確保測試的精確度，在測試前，樣品在標(biāo)準(zhǔn)溫度下保存28天。

3 防火隔熱復(fù)合材料的試驗研究

3.1 干法密度側(cè)試法

測定干表密度時，以合成法生產(chǎn)防火涂料的工藝路線為主要參考，試驗步驟如下：在規(guī)范的環(huán)境下，將已制成的原料裝入已備好的模具內(nèi)，在其上方用聚乙烯膜進(jìn)行密封和保養(yǎng)5天，即可進(jìn)行脫模工序，待脫模后，再用聚乙烯膜進(jìn)行密封保養(yǎng)2天后，再將其除去。試驗樣品在保存21天后就能獲得，樣品放入（65-12）℃的烤爐中進(jìn)行干燥，直到樣品的重量保持不變，再測定樣品的質(zhì)量；采集到樣品的質(zhì)量后，再進(jìn)行測定，再根據(jù)樣品的大小和容積來確定其干表密度[2]。

3.2 傳熱性側(cè)試件

本文以DRE-2C型熱傳導(dǎo)率計為測試中心，測試樣品的大小為300毫米*300毫米*30毫米，采用瞬變平板熱源法進(jìn)行測試，測試范圍廣，材料種類多，對熱傳導(dǎo)率測量精度高。

3.3 側(cè)向壓縮試驗

對耐火復(fù)合材料進(jìn)行壓力試驗時，其大小應(yīng)為100毫米*100毫米*30毫米，以確保樣品的光滑程度。當(dāng)試驗原料做好后，把樣品放在一個壓盤上，用（10+11）毫米/分鐘的速率來增大樣品的壓力負(fù)載，直到樣品被損壞為止，然后就可以獲得壓縮強(qiáng)度的資料。如果試件的外形比以前的試件變形5%以上，表明試件仍然沒有破損，那么5%的試件就是保持了基本穩(wěn)定狀態(tài)的。

3.4 側(cè)向拉伸試驗

對耐火復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試驗時，其大小應(yīng)為40毫米*40毫米*40毫米，以確保樣品的光滑程度。采用粘合性粘合劑將測試樣品的上下受檢表面和測試面板結(jié)合，放入張力測試機(jī)上，張力測試器的張力設(shè)定為（5-1）毫米/分鐘，直到測試樣品被損壞為止，然后精確地將這個結(jié)果進(jìn)行測量，然后將這個結(jié)果除以取樣截面的大小，就可以得出張拉強(qiáng)度。

3.5 軟性試驗

實(shí)驗結(jié)束后，用（20+-5）℃的水將未經(jīng)檢測的實(shí)驗樣品浸漬到水里48小時，確保水的水位超過實(shí)驗樣品2厘米，然后將樣品從樣品中取出來，抹去樣品的浮水性，然后測量樣品的抗壓強(qiáng)度。

3.6 側(cè)吸水率試驗

為了檢驗?zāi)突饛?fù)合材料的吸水性，對其進(jìn)行了維護(hù)，將其切成200 毫米*200 毫米*20毫米的實(shí)驗樣品，并對樣品進(jìn)行全面的密封和防水，再測量樣品的質(zhì)量；在準(zhǔn)備工作結(jié)束時，樣品的表面向下在水里浸泡1小時，使樣品的水平面高于樣品10毫米。然后，把樣品抽出來，用來測量樣品的重量，把樣品浸泡在水中，把樣品的重量和浸泡水中的樣品的體積相加，得出樣品的吸水率[3]。

4 建材防火技術(shù)的最新發(fā)展

4.1 建筑物防火材料中聚合物的使用

聚合物在高層建筑中具有良好的隔離、冷卻和消除自由基的效果，可以起到很好的保護(hù)和防火的效果。在聚合物絕緣效應(yīng)方面，當(dāng)高溫持續(xù)上升時，聚合物阻燃劑的表層會形成一層薄膜，將熱量阻擋在物體外面，從而阻止物料的持續(xù)燃燒。聚合物絕緣薄膜一般分為兩種，一種是聚合物在溫度較高的情況下，被分解為一種不易溶解的玻璃體，其表面會有較大的致密性。在這種薄膜的作用下，熱量不能滲透到物體內(nèi)部，從而起到防火的作用。另一種是利用聚合物中的熱能分解產(chǎn)物，在溫度較低的情況下，在物料的表層發(fā)生脫水反應(yīng)，從而形成碳化層，起到防護(hù)和阻隔的效果。在聚合物的降溫作用中，聚合物在高溫下會發(fā)生脫水、相變、分解等作用，從而保證物料的表面溫度高于著火點(diǎn)，從而起到防火的作用。聚合物在一定溫度下，會產(chǎn)生大量的游離基，從而引起氣體的燃燒，在這個過程中，聚合物會吸收自由基，從而阻止自由基的產(chǎn)生，從而起到防火的效果。聚合物在高層建筑中的運(yùn)用，既可以提高結(jié)構(gòu)的耐火能力，又可以確保結(jié)構(gòu)的安全性和環(huán)境友好性，因此在目前的高層建筑中，聚合物是一個非常關(guān)鍵的概念。聚合物在環(huán)保、阻燃的設(shè)計中，其用途有以下幾個：首先，用于改善建筑材料的耐火特性。在高層建筑施工中，往往需要使用某些可燃性的物料，從而增加了火災(zāi)的危險性。因此，利用聚合物作為傳統(tǒng)的聚氯乙烯、樹脂等替代傳統(tǒng)的建筑材料，可以有效地改善建筑的耐火特性。在聚合物材料的實(shí)際運(yùn)用中，可以采用直接取代常規(guī)材料、將材料表面包覆等方法。其次，將其用于改善電器外殼的耐火特性。在建筑工程中，聚合物材料作為替代保護(hù)開關(guān)外殼、儀表箱等常規(guī)的外包裝，在電器設(shè)備引發(fā)高溫、火星等安全風(fēng)險時，聚合物材料外包裝可有效減少電氣火災(zāi)引發(fā)幾率，進(jìn)一步減少電氣火災(zāi)事故；另一方在某些小型火災(zāi)事故中，聚合物材料外包裝可有效阻隔電子設(shè)備遭受火災(zāi)影響，進(jìn)而防止引發(fā)二次火災(zāi)或電氣事故[4]。并將其用于改善導(dǎo)線著火的阻燃效果。在建筑物發(fā)生火災(zāi)時，線路的電纜往往是引起火災(zāi)和發(fā)生火災(zāi)的主要因素，因此在選用導(dǎo)線時，選用合適的聚合物作為阻燃導(dǎo)線。聚合物的優(yōu)勢十分明顯，也在當(dāng)前的一系列生產(chǎn)和建設(shè)的過程中有著廣泛的應(yīng)用，目前具有良好的發(fā)展前景，從而使得建筑行業(yè)的發(fā)展能力得到了較大的提升，有效的保證了工作能力。

表1 建筑材料及制品燃燒性能等級

4.2 建筑外墻防火材料的使用

在建筑的外墻上，通常采用的是塑膠產(chǎn)品，對房屋的耐火安全起著關(guān)鍵的作用，因此使用具有相當(dāng)強(qiáng)度耐火等級的耐火性的塑膠產(chǎn)品是必不可少的。目前廣泛應(yīng)用于建筑工程的防火塑料產(chǎn)品有：聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫等。

聚苯乙烯泡沫塑料是目前應(yīng)用最多的一種，它是一種將聚苯乙烯、發(fā)泡劑和其他原材料一次加入到塑料擠壓機(jī)中，將聚苯乙烯、發(fā)泡劑、助劑等一系列原材料，然后在發(fā)泡劑的作用下將聚苯乙烯泡沫壓實(shí)，擠壓，然后進(jìn)行剪切，將其切成一定的形狀。前者是將聚苯乙烯原材料加入到預(yù)發(fā)泡裝置中，通過調(diào)節(jié)溫度、進(jìn)料速度和蒸汽壓力等因素來控制泡沫的體積，進(jìn)而達(dá)到預(yù)發(fā)泡，再將預(yù)發(fā)泡的聚苯乙烯干燥、熟化，最后進(jìn)入成形模具，利用蒸汽進(jìn)行泡沫處理，冷卻定型即可得到合格的產(chǎn)品。根據(jù)有關(guān)資料進(jìn)行了統(tǒng)計，擠塑聚苯乙烯泡沫的密度分別是36公斤/立方米和18公斤/立方米，與之相比，前者的蜂窩結(jié)構(gòu)彼此之間幾乎沒有間隙，具有更好的封閉孔洞，因此擠出的聚苯乙烯泡沫也更加光滑均勻，適用于建筑的外墻具有更加理想的隔熱效果。很大程度上提升了建筑物的保溫性能，也有助于更加舒適的建筑物室內(nèi)環(huán)境的營造。聚氨酯泡沫具有高強(qiáng)度、低導(dǎo)熱系數(shù)和低密度、隔音效果好、容易加工成形等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能穩(wěn)定的建筑外墻隔熱材料。建筑外用 PU泡沫產(chǎn)品的技術(shù)性能要求詳見表格2。另外，由于 PU的造價較高，其應(yīng)用價值不如 PU泡沫。根據(jù)表格2的資料， PU自身的氧氣含量也很低，是一種可燃性物質(zhì)，因此需要對其進(jìn)行改進(jìn)，目前比較常見的阻燃劑有增加型、反應(yīng)型等，其中加入型阻燃劑使用方便，應(yīng)用范圍廣。

表2 建筑工程外用 PU泡沫產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

4.3 耐火膠條用于建筑物的總體火災(zāi)防護(hù)

橡膠不是常規(guī)的防火材料，但它在保護(hù)、耐火等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。防火防火膠條可同時實(shí)現(xiàn)防火、防煙、隔音等功能，在實(shí)際中有著廣泛的用途和開發(fā)價值。以3 M型防火隔聲膠條為例，在密閉的防火隔離間中使用，能很好地防止煙霧從一區(qū)域向其他區(qū)域的蔓延。膠條與填縫劑、噴涂材料相比，有著諸多優(yōu)點(diǎn)，比如在建筑工程中，它可以有效地確保工程的連續(xù)性。建筑工人不必?fù)?dān)憂使用過多或少于標(biāo)準(zhǔn)用量的耐火材料，原因在于在建筑之前，根據(jù)膠條的厚度來決定粘合的類型。而且，該產(chǎn)品便于運(yùn)輸，比其它建筑材料只需要少量設(shè)備就能與之配合使用。比如，一條8X75號的粘合劑，其效果相當(dāng)于一瓶5 gal混凝土的1/8英寸的粘合劑，可以大大減少工人的勞動量。另外，粘合效果非常好，可以大大減少建筑工人搬運(yùn)填料或填料的重壓，因此不需安裝任何設(shè)備，也不需清洗或搬運(yùn)建筑廢物，因此可以在某種意義上減少工程造價。

5 結(jié)論

為了檢驗防火隔熱材料的性能，采用煙霧測定器在火焰試驗中測定了各種摻入 EPS隔熱層的光流量，發(fā)現(xiàn) EPS的加入是決定其性能的主要因素。為了獲得防火涂料的最優(yōu)配方，采用正交設(shè)計方法對其進(jìn)行了性能測試，結(jié)果表明：該方法具有很好的優(yōu)越性，可以用于施工中。