淺析XPS擠塑板保溫材料對(duì)消防火災(zāi)的影響現(xiàn)狀和發(fā)展

張銓

摘要：XPS（擠塑聚苯乙烯）是上世紀(jì)60年代開發(fā)和利用的一種建筑類新型絕熱材料，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在使用過程中發(fā)現(xiàn)XPS有機(jī)保溫材料已成為引發(fā)城市建筑火災(zāi)的主要著火源因素。本文將對(duì)XPS擠塑板保溫材料對(duì)消防火災(zāi)影響研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析總結(jié)，提出使用XPS保溫材料的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：XPS擠塑板保溫材料;消防火災(zāi);現(xiàn)狀和發(fā)展

工業(yè)化革命以來，全球?qū)δ茉吹男枨笤絹碓酵ⅲ貏e在1973年和1979年爆發(fā)的能源危機(jī)，更是使得能源問題已上升到關(guān)乎國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略問題。我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展以及工業(yè)化加速階段，對(duì)能源的需求量是十分龐大的。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局最新發(fā)布的統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)在2009-2018年間能源消耗總量不斷增加，平均每年的增長(zhǎng)速度達(dá)到3.8%，是全球能源增長(zhǎng)速度的2倍多。建筑能源消耗作為能源的消耗大戶在我國(guó)能源消耗中所占比重是十分巨大的。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，我國(guó)到2017年建筑能耗約占全國(guó)總能耗的33%，使用在建筑墻體保溫材料有90%以上是有機(jī)保溫材料，XPS是其中份額占比最大的一種有機(jī)保溫材料。主要應(yīng)用于各種建筑的建造及改造中，然而XPS有機(jī)保溫材料在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)存在較大的火災(zāi)隱患。

一、XPS擠塑板保溫材料簡(jiǎn)介及特征

XPS是“絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料”的英文簡(jiǎn)寫，是目前應(yīng)用最為廣泛的一種保溫板，它以聚苯乙烯樹脂作為原料，通過添加發(fā)泡劑和輔料混合后加熱擠出成型的泡沫塑料板，整個(gè)生產(chǎn)流程為物理變化過程。XPS性能具有如下特點(diǎn)：（1）隔熱效果好;（2）吸水性極低;（3）密度小;（4）抗壓性強(qiáng);（5）性質(zhì)穩(wěn)定;（6）健康安全。

二、XPS擠塑板對(duì)火災(zāi)影響的研究現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)從材料性能等對(duì)聚苯乙烯擠塑板材料火災(zāi)影響進(jìn)行了大量細(xì)致的研究。如章濤林、張威等人對(duì)聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS以及模塑聚苯板的失重速率、溫度場(chǎng)分布以及火蔓延速率、豎向燃燒的發(fā)展規(guī)律等特性進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，都利用FDS計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS以及模塑聚苯板火蔓延方向向上，不同的雙火點(diǎn)或者單火點(diǎn)燃燒蔓延情況是一樣的，同時(shí)豎向燃燒的速度不同材料存在明顯差異。牛志榮等研究了保溫系統(tǒng)的燃燒速度和在明火作用下火蔓延的范圍、溫度及溫度場(chǎng)的變化規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)聚苯板貼砌系統(tǒng)損壞程度最嚴(yán)重，內(nèi)部聚苯板已燃燒或受熱熔融出現(xiàn)空腔。從火災(zāi)事故案例發(fā)現(xiàn)，目前使用的部分XPS保溫材料存在很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性。

三、國(guó)內(nèi)外對(duì)XPS材料阻燃技術(shù)研究現(xiàn)狀

在XPS聚苯乙烯擠塑板材料阻燃技術(shù)方面國(guó)內(nèi)外學(xué)者也展開了系統(tǒng)的研究，取得了大量的研究成果。如張立強(qiáng)在對(duì)阻燃材料的開發(fā)中，生產(chǎn)由蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨脹石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）生產(chǎn)出阻燃EPS板，再通過試驗(yàn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨脹石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）材料使得EPS板具有很高的阻燃性能，結(jié)果也顯示EPS板極限氧指數(shù)提高到29.7%。竇家林在聚苯乙烯原料生產(chǎn)階段進(jìn)行阻燃劑添加獲得阻燃性聚苯乙烯。通過不同比例的添加劑使用發(fā)現(xiàn)阻燃劑六溴環(huán)十二烷（HBCD）含量占單體4.3%以上時(shí)，生產(chǎn)的保溫材料阻燃性能良好，同時(shí)自熄時(shí)間2s以內(nèi);甚至通過添加劑比例的調(diào)整材料燃燒等級(jí)能達(dá)到難燃級(jí)別。姜長(zhǎng)樂等使用玻化微珠和阻燃劑進(jìn)行阻燃聚氨酯泡沫復(fù)合材料制備，在通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玻化微珠和阻燃劑相結(jié)合構(gòu)成的復(fù)合材料阻燃性能和熱穩(wěn)定性明顯提高，其中極限氧指數(shù)可達(dá)30%以上。

四、火災(zāi)中XPS擠塑板保溫材料火災(zāi)特性和防火要素

XPS保溫材料在火災(zāi)危險(xiǎn)性方面主要由如下兩個(gè)方面：

（1）材料易燃燒：XPS保溫材料火災(zāi)中容易燃燒，同時(shí)易產(chǎn)生嚴(yán)重的黑煙和刺激性氣味，不但對(duì)求援和逃生造成干擾，也對(duì)火場(chǎng)中的人們產(chǎn)生毒害和窒息。

（2）材料火蔓延速度快：由于樓層高，在上下形成了風(fēng)壓差，使得一旦外墻面發(fā)生火焰將直接向上蔓延和卷入建筑物內(nèi)部;也由于材料的物理特性，XPS外墻保溫材料在受熱時(shí)會(huì)收縮形成空腔，火勢(shì)沒有任何規(guī)律可循，材料中的火焰?zhèn)鞑?huì)向任意方向蔓延，極不利于消除火情。

由此想要建筑物具有防火和保溫功能，就需要對(duì)XPS相關(guān)特性進(jìn)行控制，具體有如下幾個(gè)方面：

（1）減少結(jié)構(gòu)中的空腔：降低XPS中的聚苯乙烯（PS）含量，減少XPS中結(jié)構(gòu)中空腔構(gòu)造，同時(shí)減少易燃燒物質(zhì)PS在保溫材料中的含量，通過增加其他的難燃的材料，在確保保溫等關(guān)鍵指標(biāo)不顯著降低的情況下，以提高保溫材料的燃燒等級(jí)。

（2）物理分割：XPS在外墻施工時(shí)采用分倉或設(shè)置防火隔離帶來實(shí)現(xiàn)堵斷。能有效控制火情的發(fā)生面積。

（3）化學(xué)阻燃：在XPS材料生產(chǎn)中添加相關(guān)的化學(xué)物質(zhì)，發(fā)生火災(zāi)時(shí)，化學(xué)物質(zhì)與XPS發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，阻止進(jìn)一步燃燒。如在XPS生產(chǎn)中加入氫氧化鋁，在高溫下將吸收熱量生成氧化金屬而降低溫度和阻隔燃燒。

（4）物理阻隔：通過在XPS材料表面涂一層不燃的漆料等，使之在燃燒環(huán)境中隔絕了空氣中的氧氣而不能燃燒。

五、對(duì)策

根據(jù)上述研究及發(fā)展分析，XPS保溫材料在建筑中的使用需要考慮如下幾個(gè)方面：

（1）開工前的優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)建筑物當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)和防火功能要求，進(jìn)行外墻外保溫和防火性能設(shè)計(jì)，其主要從建筑外墻的基本層、XPS保溫層以及涂料層來綜合考慮。

（2）選取阻燃性XPS材料

目前市面上各自燃燒等級(jí)的XPS材料都有銷售，在確保墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)的前提下，選擇合適的保溫材料。

（3）施工工藝的選擇和完善

施工工藝和方案從基礎(chǔ)層、保溫層以及涂料面層施工著手，制定施工工法。

（4）“三同時(shí)”原則

建筑的施工消防安全設(shè)備配套和管理需要執(zhí)行“三同時(shí)”原則：同時(shí)施工、同時(shí)配置、同時(shí)投入使用。

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