錐形量熱儀研究飾面型防火涂料的阻燃性能

尹碧軍+徐發良+劉東發+李業添+陳宏業

摘 要：利用錐形量熱儀（CONE），按照ISO05660，對幾種飾面型防火涂料的點燃時間（TTI）、熱釋放速率（HRR）、總釋放熱（THR）進行了測量。通過上述參數的比較，對飾面型防火涂料的阻燃性能進行了研究。

關鍵詞：飾面型防火涂料；阻燃性能；熱釋放速率；總釋放熱

飾面型防火涂料是一種集裝飾和防火于一體的新型涂料，當它涂覆于可燃基材表面，具有一定的裝飾作用，一旦發生火災，涂層發生膨脹碳化，起到阻燃、隔熱、防止火勢蔓延的作用。目前我國飾面型防火涂料阻燃性能的主要通過大板燃燒法測定的耐燃時間來評價，但該方法規定的燃燒環境不同于真實火災環境，因此其測試結果難以真實全面地反映涂料在火災條件下的阻燃性能。錐形量熱儀是目前火災科學研究領域最為重要的大型試驗儀器，其實驗數據與全尺寸火災試驗中的材料燃燒行為具有相關性，更接近于火災實際。本研究基于錐形量熱儀，通過點燃時間、熱釋放速率、總釋放熱等燃燒性參數，研究飾面型防火涂料的阻燃性能，并與大板法評價方法進行對比研究。

1 實驗部分

1.1 主要原料

飾面型防火涂料：A、B、C、D，送檢樣品。

1.2 樣品制備

將飾面型防火涂料均勻涂覆在100mm×100mm×（5±0.2）mm及900mm×900mm×（5±0.2）mm的膠合板表面，涂覆量按250g/m2、500g/m2、750g/m2，制成試樣自然干燥，備用。不涂覆防火涂料的膠合板為空白樣板。

1.3 測試儀器及方法標準

英國產FTT錐形量熱儀，按照ISO05660標準進行實驗。將樣品水放置在錐形量熱儀的試驗臺上，用不銹鋼絲網保護，以避免樣品的翹曲和膨脹。在25kW/m2熱輻射功率下對樣品進行實驗，實驗數據由錐形量熱儀的專用軟件進行數據分析和處理。

2 結果與討論

2.1 耐燃時間

耐燃時間是衡量材料防火性能的重要評價指標，通過大板法測定。不同涂覆量下的耐燃時間見表1。在未涂覆防火涂料時，空白板耐燃時間達不到防火性能要求，隨著防火涂料涂覆量增加，耐燃時間變長。在標準涂覆量500g/m2，C、D耐燃時間均小于15min，達不到標準要求耐燃時間15min；A、B耐燃時間均大于15min。防火涂料耐燃時間越長其防火性能越好，耐燃時間大小順序是D

2.2 點燃時間

點燃時間（TTI）是評價材料耐燃性的一個重要參數，它是在預置的入射熱流強度下，從材料表面受熱到表面持續出現時所用的時間。TTI可用來評估和比較材料的耐燃性能，TTI越長，耐燃性能越好，火災危險性越小。由表2可知，涂覆防火涂料后，其點燃時間明顯變長，涂覆量500g/m2試樣的點燃時間最長；繼續增加涂覆量，試樣點燃時間變長但不明顯，點燃時間大小順序是D

2.3 熱釋放速率

熱釋放速率（HRR）或熱釋放速率峰值（pkHRR）是表征火焰行為的重要參數，其值越大，材料的熱解速度越快，產生的揮發性可燃物越多，加速火焰傳播，材料在火災中的危險性就越大。從樣板燃燒過程中HRR隨時間變化（見圖1）可以看出，D的熱釋放速率最大，其峰值達到100kW/m2，其次是C，最小的是A。熱釋放速率和熱釋放峰值越大，說明材料在燃燒時釋放熱速率越快，放熱量越多，火災危險性越大，在發生火災時阻火性越差。HRR和pkHRR是衡量材料在火災中危險性的重要參數之一，反映材料燃燒過程的危險性，而材料在燃燒之前必須被外部火源或熱源點燃，因此，點燃時間同樣評價材料火災危險性的重要指標。結合耐燃時間評價，涂覆不同飾面型防火涂料后，防火性能順序D

2.4 總釋放熱

總釋放熱（THR）是單位面積的材料從開始燃燒到結束所釋放的熱量。由THR隨時間的變化曲線（見圖2）可知，受熱過程中，A防火涂料的THR曲線最低。在火災過程中，THR越小，說明材料燃燒所釋放的熱量就越少，材料在火災中危險性越小。

2.5 質量損失

熱損失質量曲線反映了材料在一定火焰強度下的熱解行為及某一刻的殘余物含量。通過熱失質量曲線的比較，可以推斷材料在相同條件下燃燒的難易程度。從材料熱失質量曲線（見圖3）可以看出，質量損失主要來自涂層在自然干燥過程中未完全揮發剩余的溶劑以及水在受熱后揮發所致，在受熱約100s后，由于防火涂料形成的碳化層，對基材起到阻燃保護作用，從而降低了基材的熱解速度，質量損失變化很小。

3 結語

（1）利用錐形量熱儀，通過參數點燃時間、熱釋放速率、總釋放熱評價飾面型防火涂料的阻燃性能，其結果與大板燃燒法評價飾面型防火涂料的阻燃性一致。

（2）飾面型防火涂料的點燃時間越長，耐燃性越好；熱釋放速率值越大，材料的熱解速度越快，火災危險性越大；總釋放熱越小，說明材料燃燒所釋放的熱量就越少，阻燃性越好。

參考文獻

[1] 李少春.膨脹型飾面防火涂料現狀及進展[J].中國涂料，2009，24（03）： 19-28.

[2] GB 12441-2005，飾面型防火涂料[S].北京：中國標準出版社，2005.

[3] Nelson M I.Ignition mechanisms of thermally thin thermoplastics in the cone calorimeter[C].London：Proceedings of the Royal Society， 1998：789-814.

作者簡介：尹碧軍（1979- ），男，碩士，研究方向：阻燃材料及消防產品檢測方法和標準研究。