有機類保溫材料應用現狀分析

秦硯瑤，劉軍

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司綠色建筑技術中心，重慶400016）

有機類保溫材料應用現狀分析

秦硯瑤，劉軍

（中煤科工集團重慶設計研究院有限公司綠色建筑技術中心，重慶400016）

該文分析了現階段保溫材料的燃燒性能與保溫性能的矛盾，并對有機類熱塑性和熱固性保溫材料進行了重點介紹和分析，提出了應對有機類保溫材料的“燃燒過程”、“燃燒形態”和“燃燒危害”進一步細化分類，使有機類保溫材料做到真正的“既保溫、又安全”。

保溫材料，燃燒性能，熱塑性，熱固性，防火等級

0 引言

近年來，我國各領域的能耗問題已經成為制約我國經濟和社會可持續發展的重要問題。建筑能耗已成為我國能源消耗的重要組成部分，據統計，當前我國建筑耗能占社會總能耗的比例已達到30%以上。為緩解我國能源和環境所面臨的困境，十六大以來，我國各級政府和管理部門相繼提出發展低碳循環經濟、建立資源節約型、環境友好型社會的理念；國務院下發綠色建筑行動計劃，明確提出綠色建材理念，應大力發展“節能環保、安全、耐久性、施工便捷”的建材產品，綠色、低碳已成為我國建筑發展的主導方向。

同時，制約我國建筑節能發展的因素也不容忽視。近年來，全國各地陸續發生多起由建筑外墻保溫材料引發的重大火災事故，如沈陽皇朝萬鑫酒店、中國科技館新館、央視文化中心大樓等火災事故，均造成重大人員和財產損失。這使得我們對建筑節能材料有了新的認識，保溫材料除了應滿足基本的保溫隔熱性能外，其“安全性”也是建筑領域必須面對的問題。

1 我國《建筑材料及制品燃燒性能分級》標準簡析

我國國家標準《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB8624作為建筑材料燃燒性能分級的統一準則，近幾十年來，在材料燃燒等級劃分、指導建筑相關防火設計、政府部門監督管理等方面發揮了巨大作用。從頒布實施以來，該標準共經歷了1997、2006、2012三個標準版本，在原理、分級類別等方面有較大差異，主要區別如表1所示。

表1 《建筑材料及制品燃燒性能分級》GB8624三次修訂的主要區別

2 保溫材料的燃燒性能與保溫性能的矛盾

目前建筑圍護結構的保溫材料中，主要使用的材料分為有機類和無機類，從使用的實際情況來看，我國北方寒冷地區和夏熱冬冷地區圍護結構絕大多數使用的為有機類保溫材料，這主要是由這些地區氣候條件對圍護結構保溫性能的要求決定的。一般來講，從材料的本質來看，有機材料的保溫性能遠優于無機類；但從建筑對防火等級的要求來看，采用有機保溫材料與此存在一定矛盾，造成“保溫性能好的材料不防火、防火性能好的材料不保溫”的局面。

現階段，我國的城市化進程主要以興建高層建筑為主，在建筑施工和建成后的使用過程中一旦發生火災很難及時撲滅，這為人們生命財產安全帶來一系列安全隱患。不可否認，在建筑保溫領域，有機材料明顯優于無機材料，但在安全、環境保護方面卻存在較多問題。有機材料具有重量輕，保溫性能好，可加工性好等優勢，但其最大的缺點是防火性能差，穩定性差，易老化，同時，在有明火的情況下，材料在燃燒過程中容易發生“溶滴”現象，當溫度高于250℃，仍然會燃燒。在這種情況下，如何更好地對建筑領域保溫材料的防火性及應用進行深入研究，在材料的燃燒性和保溫性二者之間實現較好的平衡，已經成為相關政府管理部門和科研單位值得思考的問題。

目前，對建筑保溫材料引起的重大火災事故的原因已有較多的研究結果，主要存在以下兩個方面，一是材料自身的燃燒等級較差，有機類保溫材料盡管通過了改性等優化措施，但材料仍屬于可燃類，遇到明火極易引燃；二是建筑保溫材料施工中的安全管理問題。有資料顯示，發達國家（如德國、英國、美國）可燃類建筑保溫材料占建筑保溫材料的應用比例均在70%以上，有的甚至達到90%，這一比例在我國也一直保持在90%以上。有機類保溫材料優異的保溫性能成為建筑保溫領域的首選材料，而我國之所以經常會發生由建筑保溫材料引發的安全事故，與國內眾多施工企業對建筑保溫材料的防火安全的管理和重視程度不夠有著直接的關系。因此，一味強調使用燃燒等級為A級的保溫材料來確保防火安全仍有待進一步探討。

從國家政策上看，從2011年發布的“關于進一步明確民用建筑外保溫材料消防監督管理有關要求的通知”規定“民用建筑外墻保溫材料應采用燃燒性能為A級的材料”到2012年“關于民用建筑外保溫材料消防監督管理有關事項的通知”規定“B1級燃燒等級的材料也可用于建筑保溫領域”，表明國家對建筑保溫采用有機類保溫材料的燃燒等級放寬了要求，但有機類保溫材料在施工和使用過程中的安全性仍不可忽視。

3 熱固性與熱塑性保溫材料安全性探討

根據有機類材料在遇火燃燒后所表現出的熱力學特點，為便于研究可將其分為兩大類：熱塑性和熱固性。重慶市目前常用的保溫材料中，大量使用的難燃型膨脹聚苯板和難燃型擠塑聚苯板屬于熱塑性保溫材料；復合硬泡聚氨酯板和復合酚醛泡沫板屬于熱固性保溫材料。大部分有機類保溫材料能過添加阻燃劑后燃燒性能可達到B級標準的要求，但由于阻燃劑價格昂貴，不少企業在生產過程中為節約成本，阻燃劑添加量不足，保溫材料的送檢與施工質量要求不一致等，造成有機類保溫材料的質量不達標的情況時有發生。表2為市面抽樣的難燃型膨脹聚苯板和難燃型擠塑聚苯板燃燒性能試驗結果，表中材料的氧指數是在標準規定環境下，有機保溫材料在氧氮混合氣體環境中維持有焰燃燒所需的最低氧氣濃度指標值。

表2 難燃型膨脹聚苯板（EPS）和難燃型擠塑聚苯板（XPS）燃燒性實驗結果

表3 聚苯乙烯保溫材料燃燒過程的階段特征

從表3中可知，同為EPS和XPS保溫板，在燃燒等級相同的情況下，有機材料的氧指數即材料的可燃性差異較大，垂直燃燒的高度差異也較大，該結果反映出有機類保溫材料產品質量參差不齊，與市場上聚苯乙烯泡沫類保溫材料的實際情況基本一致。

（1）熱塑性保溫材料

EPS和XPS保溫材料作為熱塑性保溫材料的代表，燃燒過程可以分為5個階段：加熱熔化、熱降解和熱分解、材料著火，燃燒和火焰傳播，各階段的特征如表3所示。只要燃燒能夠自維持，這5個階段就會不斷循環進行，越來越多的材料參與燃燒，熱量不斷累積并反饋。若在燃燒材料周圍存在其它可燃物，則燃燒規模將從局部區域擴散到外界體系，發生群體燃燒，若得不到控制，最終群體燃燒將會失去控制而發展為火災。

采用熱塑性保溫材料時，受火區域的保溫材料收縮熔化，并積聚至系統內的底部，熱解氣體使系統內形成過高的壓力，失去依托的保護面層不足以承載積聚的熔化物或壓力時，保護面層變形開裂，失去穩定性，熱解氣體逸出，熔化狀態的保溫材料被點燃，造成更大范圍的破壞。同時，在燃燒過程中熱塑性保溫材料將產生熔滴和發煙的現象，產生大量的有毒氣體，這加劇了對人體的傷害。

（2）熱固性保溫材料

熱固性保溫材料遇火后不會發生收縮熔化現象，材料表面首先形成炭化體，該層碳化體具有較好的阻火作用，在材料燒損面積的增加的過程中，炭化體的面積也隨之增加，在該層炭化體阻火材料的作用下，可有效擬制材料的進一步燃燒；而遠離過火區域的保溫材料形態基本保持原狀，不會出現明顯的理化性能改變。

在建筑節能對材料保溫性能不斷提升的形勢下，并不能一味強調燃燒性能達到A級才是解決建筑保溫安全性的唯一途徑。在發達國家，對建筑保溫領域材料的燃燒等級也有明確的規定，但工程應用過程中，建筑保溫的產品仍以有機類材料為主，對有機類保溫材料更多的是對保溫系統的“燃燒過程”、“燃燒形態”和“燃燒危害”全面研究和細化分類，充分考慮保溫材料燃燒時煙氣及毒性對人體的危害，并依此將保溫材料分為若干等級，以適應不同類型建筑的防火要求。

通過以上分析，控制建筑保溫材料引發的火災事故可從控制保溫材料的可點燃性以及提高材料的燃燒安全性入手，而未必一味強調使保溫材料達到A級不燃狀態。與熱塑性保溫材料相比，熱固性保溫材料最大的優勢在于保溫層燃燒時材料表面能迅速形成碳化層，可有效隔絕空氣與保溫材料的接觸，從而有效阻止火勢的進一步蔓延，同時，熱塑性保溫材料在燃燒過程中不會出現熔融滴落現象，產生的有毒煙氣也相對較少，因此，熱固性保溫材料更適應建筑節能對保溫材料的要求。

4 結語

現階段，我國城鎮化進程仍將持續，可以預見，有機類保溫材料仍將是建筑節能領域的主導產品，目前市面上絕大部分有機類保溫材料通過改性處理燃燒等級均能達到B級以上，但在遇火后的表現相差甚遠，因此，應對可燃性保溫材料的燃燒等級進一步細化分類，應針對建筑類型、建筑高度和使用部位等方面進行相關細分燃燒等級及燃燒形態的規定。

同時，在有機保溫材料的工程應用中，政府監管部門要加強材料市場的管理，生產企業也應加強自律，確保材料的性能能夠滿足產品標準的相關要求，其次應加強施工現場監管、總體協調施工進度和施工工序、規范工程施工工序，保證可燃類保溫材料的使用安全，真正實現有機類保溫材料的“既保溫、又安全”。

[1]黃新杰.不同外界環境下典型保溫材料PS火蔓延規律研究[D].北京：中國科學技術大學，2011.

[2]肖永清.關注安全節能的建筑裝飾防火保溫新材料[J].聚氨酯，2003，18（4）：25-27.

[3]賈令龍.建筑防火中外墻保溫材料防火性能的重要性[J].科技資訊，2013（27）：52-55.

[4]李航.建筑外墻外保溫材料的建筑節能與防火[J].建材世界，2011（32）：86-87.

[5]朱春玲.新型熱固改性保溫材料的防火性能研究[J].建設科技，2011：42-45.

[6]張昭瑞，唐軍貞，周寧，等.聚氨酯硬泡在既有建筑節能改造中的應用研究[J].聚氨酯，2012（6）：67.

責任編輯：孫蘇

Analysis on Current Application Situation of Organic Insulation Material

The contradiction between the combustion performance and insulation performance of insulation materials are analyzed and organic insulation materials of thermo-plasticity and thermo-setare especially introduced and analyzed.Itis proposed thatorganic insulation materials should be specified and classified in accordance with combustion process,combustion form and combustion damage so thatorganic insulation materials can be really insulated and safe.

insulation materials；combustion performance；thermo-plasticity；thermo-setting；fireproofgrade

TU52

A

1671-9107（2014）10-0044-03

基金論文：該論文為中國煤炭科工集團有限公司科技創新基金“承重節能型燒結頁巖多孔磚成套技術體系及工程應用”（項目編號：2012MS023）論文之一。

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.10.044

2014-08-29

秦硯瑤（1982-）女，重慶人，研究生，工程師，主要從事建筑節能與綠色建筑技術研究。