不同涂覆比值對飾面型防火涂料阻燃性能的影響

林　鵬 齊　澤 林克輝 王凱翀 李向濤

（廣東省建筑材料研究院）

不同涂覆比值對飾面型防火涂料阻燃性能的影響

林鵬 齊澤 林克輝 王凱翀 李向濤

（廣東省建筑材料研究院）

本文選取厚度為9mm的難燃B1-C級膠合板作為基材，采取500g/m2、750g/m2和1000g/m2三種涂覆比值涂覆于基材制備試樣，采用建筑材料或制品的單體燃燒試驗法(GB/T 20284-2006)研究了不同涂覆比值對飾面型防火涂料阻燃性能的影響。研究結果表明，和沒有涂覆飾面型防火涂料的試樣相比，三種涂覆比值情況下試樣的燃燒增長速率指數和600s總放熱量顯著下降，飾面型防火涂料起到有效的阻燃作用；隨著涂覆比值的增加，涂料對基材的阻燃作用增強。但是，飾面型防火涂料的使用不一定具有很好的消煙效果；由試驗結果可知，涂覆比值1000g/m2時膠合板煙氣生成速率指數和600s總煙氣生成量出現下降；而涂覆比值500g/m2和750g/m2時膠合板的煙氣生成速率指數和600s總煙氣生成量呈現增加的現象。

飾面型防火涂料；阻燃性能；涂覆比值；單體燃燒試驗法

1　引言

隨著我國城鎮化進程的不斷發展，人民生活水平的逐步提高，各類高層建筑、地下工程、寫字樓、娛樂場所和商住樓的內部裝修使用了大量的高檔化和豪華化建筑裝飾材料，隨之而來的是增大了火災隱患。為了防火保護和裝飾性的更好協調，目前常用的、操作比較簡便、適應性較好的處理方法是涂覆飾面型防火涂料[1-3]。

飾面型防火涂料按分散介質分為溶劑型和水溶性兩類[4]，按阻燃機理分為膨脹型和非膨脹型兩類[5]。施工過程中，將涂料涂覆于可燃基材表面，成膜后具有一定的防火阻燃保護和裝飾作用。常溫下與普通漆膜無異，但在火焰或高溫作用下，涂層劇烈發泡炭化，形成一個比原膜厚幾十倍至幾百倍的難燃性泡沫炭化層，導熱系數大幅降低，通過泡沫炭化層傳遞到基材的熱量只有未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，涂層發生的軟化、熔融、蒸發、膨脹等物理變化及聚合物、填料等組分發生的分解、降解、化合等化學變化也吸收大量的熱，抵消一部分外界作用與物體的熱，從而對被保護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物熱分解產生的可燃氣體及氧氣的濃度，抑制燃燒[6]。非膨脹型防火涂料阻燃作用的發揮途徑主要有：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(水蒸汽、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釉膜層，該釉膜層結構致密，能有效隔絕氧氣，并在一段時間內具有一定的隔熱功能[6]。因此，在基材一定的情況下，使用過程中涂料涂覆比值將會對其防火阻燃性能起到重要的影響。

本文采用單體燃燒試驗法，以厚度為9mm的膠合板作為基材，研究三種涂覆比值對對飾面型防火涂料阻燃性能的影響。

2　試驗及試驗結果

2.1原材料

試驗用的基材為市售的難燃B1-C級膠合板，厚度為9mm，生產單位：廣州市廣豐牌阻燃膠合板廠。飾面型防火涂料為廣州白云山雷威化工有限公司生產的市售產品。

2.2試樣的制備

2.2.1基材尺寸

將膠合板裁切為1500×1000(mm)和1500×500 (mm)。

2.2.2涂覆比值

采取500g/m2、750g/m2和1000g/m2三種涂覆比值涂覆于基材制備試樣，單面涂覆，涂覆誤差控制在目標值的±3%以內。分次涂刷時，兩次涂覆的間隔時間不得少于24h。

2.2.3樣品的狀態調節

基材在涂覆飾面型防火涂料后應在溫度(23± 2)℃,濕度(50±5)%條件下養護至恒重(相鄰24h的兩次稱量質量差不超過0.5%)。

2.3試驗方法概述

基材的燃燒性能試驗和涂覆涂料后樣品的阻燃性能試驗采用單體燃燒試驗法，依據GB/T 20284-2006《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》進行[7]。

單體燃燒試驗由兩個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生的火焰中，火焰由丙烷氣體燃燒產生，丙烷氣體通過砂盒燃燒器并產生（30.7±2.0）kW的熱輸出。試樣的燃燒性能或阻燃性能通過20min的試驗過程來進行評估。通過測量試驗期間溫度、光衰減、氧氣濃度的變化，以及管道中煙氣流量、CO2濃度等指標，通過計算得到某一時刻的體積流速、熱釋放速率和產煙率。其中，表征樣品熱釋放/火焰傳播性能的參數主要有燃燒增長速率指數(FIGRA)，總熱釋放量(THR)和火焰橫向傳播(LFS)等；表征樣品產煙性能的參數主要有總產煙量(TSP)和煙氣生成速率指數(SMOGRA)。

2.4試驗結果

2.4.1基材的燃燒性能試驗結果

難燃B1-C級膠合板的單體燃燒試驗結果，見表1。

2.4.2涂覆涂料后樣品的阻燃性能試驗結果

采用單體燃燒試驗法對500g/m2、750g/m2和1000g/m2三種涂覆比值的樣品進行阻燃性能試驗，結果見表2。

表1　難燃B1-C級膠合板的單體燃燒試驗結果

表2　三種涂覆比值樣品的阻燃性能試驗結果

3　試驗結果分析

3.1飾面型防火涂料對基材樣品熱釋放/火焰傳播性能的影響

由圖1可以看出，飾面型防火涂料的使用能極大地提高膠合板基材的阻燃性能。和沒有涂覆涂料的基材膠合板相比，涂覆后膠合板樣品的燃燒增長速率指數(FIGRA)和總熱釋放量(THR)均出現較大幅度的下降。這說明，飾面型防火涂料能有效降低在火焰轟擊下基材單位時間內的燃燒熱釋放量，即降低了基材燃燒熱釋放的強度；同時，也能抑制基材在火災初期的總熱釋放量，即降低了基材燃燒過程中的放熱量。這些將有利于阻礙火災的發生和延緩火焰的蔓延。

圖1　飾面型防火涂料對基材樣品熱釋放/火焰傳播性能的影響

另外，表1和表2也顯示，基材膠合板的阻燃性能隨飾面型防火涂料涂覆比值的增加而提高。其中，FIGRA0.2MJ和FIGRA0.4MJ分別由涂覆比值為0時的114.2W/s下降到涂覆比值為500g/m2時的10.27W/s、涂覆比值為750g/m2時的8.32W/s和涂覆比值為1000g/m2時的0.94W/s。

3.2飾面型防火涂料對基材樣品產煙性能的影響

由圖2可以看出，飾面型防火涂料對基材膠合板產煙性能的影響較復雜。飾面型防火涂料的使用不一定具有很好的消煙效果。和沒有涂覆涂料的基材膠合板相比，涂覆比值為500g/m2和750g/m2的基材膠合板總產煙量(TSP)和煙氣生成速率指數(SMOGRA)的值均出現上升的現象；而涂覆比值為1000g/m2的基材膠合板總產煙量(TSP)和煙氣生成速率指數(SMOGRA)的值則出現下降。這說明，使用飾面型防火涂料時只有當其涂覆比值達到一定量才能起到抑制基材樣品產煙的作用。否則，會適得其反，涂覆涂料后反而起到增加基材樣品產煙的效果。一般而言，飾面型防火涂料中加入了一定量的阻燃劑(如氧化銻)，而阻燃劑的加入往往在燃燒中產生較大量的煙氣；另外，涂料分散性能不佳或涂覆比值不夠導致使用過程中的涂覆不均勻，亦會使基材樣品在燃燒時產生大量煙氣。這時，飾面型防火涂料的使用不僅增加了基材樣品在火災初期的產煙總量，而且還提高了其產煙的強度，這在實際火災中將降低人們逃生的機會。

圖2　飾面型防火涂料對基材樣品產煙性能的影響

表1和表2顯示，SMOGRA、TSP600s分別由涂覆比值為0時的3.7m2/s2、34.30m2增加到涂覆比值500g/m2時的36.0m2/s2、61.66m2，和增加到涂覆比值為750g/m2時的10.0m2/s2、44.20m2。這可能是涂覆比值較小時，存在基材的某些部位沒有被涂料完全覆蓋，此時測得的數值是涂料和基材煙氣性能綜合作用的結果，所以產煙增加。而當涂覆比值為1000g/m2時，SMOGRA、TSP600s由涂覆比值為0時的3.7m2/s2、34.30m2降低到1.0m2/s2和24.62m2。這說明，涂覆比值1000g/m2時，涂料能很好地起到抑制基材樣品產煙的作用，此時測得的數值反映了飾面型防火涂料在火焰作用下的煙氣性能。

4　結論

⑴飾面型防火涂料的使用能極大地提高膠合板基材的阻燃性能。和沒有涂覆涂料的基材膠合板相比，涂覆后膠合板樣品的燃燒增長速率指數(FIGRA)和總熱釋放量(THR)均出現較大幅度的下降。

⑵基材膠合板的阻燃性能隨飾面型防火涂料涂覆比值的增加而提高。涂覆比值越大，燃燒增長速率指數(FIGRA)和總熱釋放量(THR)下降地越多。

⑶飾面型防火涂料的使用不一定具有很好的消煙效果。只有當其涂覆比值達到一定量才能起到抑制基材樣品產煙的作用。否則，會適得其反，涂覆涂料后反而起到增加基材樣品產煙的效果。●

[1]王新鋼,徐曉奕,李書平,等.我國飾面型防火涂料的發展現狀及其展望[J].新型建筑材料,2005(10):64-66.

[2]劉平.飾面型防火涂料在木質裝修防火處理中存在的問題[J].新型建筑材料,2005(12):39-40.

[3]鄧小波,王繼剛,劉白玲.錐形量熱儀在飾面型防火涂料防火性能研究中的應用[J].涂料工業,2011,41(12):50-53.

[4]段曉東.建筑物用防火涂料的研究現狀及進展[J].硅酸鹽通報,2012,31(5):1190-1193.

[5]王新鋼,戚天游.古建筑水性膨脹性防火涂料的研制[J].新型建筑材料,2016,43(2):28-31.

[6]高仲亮,周汝良,崔飛,等.飾面型防火涂料對幾種木材阻火性能的影響[J].消防科學與技術,2010,29(8):682-685.

[7]公安部四川消防研究所.GB/T 20284-2006建筑材料或制品的單體燃燒試驗[S].北京：中國標準出版社，2006.

廣東省省級科技計劃項目(項目編號:2014A040401069)