新型阻燃型建筑保溫材料的防火性能及應用

1前言

隨著城市化進程加快與建筑高度密集化，高層建筑火災事故頻發。傳統建筑保溫材料因阻燃性能不足，在火災中很容易成為火勢蔓延的載體。在這種情況下，研發具有高效阻燃、環保與施工便捷性的新型建筑保溫材料，開始成為提升建筑物防火安全的核心內容。新型阻燃型建筑保溫材料是通過復合特定成分或優化材料結構，同時實現高效保溫與阻燃性能的一類建筑材料。但是，現有新型阻燃型建筑保溫材料依舊面臨多種挑戰：阻燃劑與基材的兼容性不足可能影響力學性能；低成本與高阻燃性能無法兼顧，導致出現市場惡性競爭；復雜火災環境下建筑保溫材料的穩定性與抑煙減毒效果亟需優化。本文聚焦新型阻燃型建筑保溫材料的防火性能提升與應用實踐，系統分析其阻燃性能、性能優化路線及實際工程效果。在研究中，結合實驗數據與案例分析，分析了新型阻燃型建筑保溫材料的防火性能，以此為建筑防火設計提供理論支持和技術參考。

2新型阻燃型建筑保溫材料的應用價值

一是提升建筑防火安全。通過阻燃劑添加或材料改性，新型保溫材料可形成碳層或分解吸熱，顯著降低熱釋放速率（降幅超 30% ）并阻斷氧氣接觸，延緩火勢蔓延30分鐘～120分鐘，為消防救援爭取關鍵時間。無機材料（如水泥基防火保溫板）具有A1級防火性能，不燃燒且無熔滴擴散，避免火勢垂直蔓延；氣凝膠材料耐溫達600^°C 以上，遇火不燃且無有毒氣體釋放。

二是推動綠色節能與低碳發展。硅質聚合聚苯板、氣凝膠等材料導熱系數低至 0.018W/（m?K） ，保溫性能優于傳統材料，可減少建筑能耗 20%～40%^/7 。無鹵阻燃劑及鋁箔復合技術減少毒煙釋放與環境污染；氣凝膠憎水率達 99.7% ，避免受潮失效，使用壽命為傳統材料的5倍以上8。

3新型阻燃型建筑保溫材料的阻燃性試驗 及結果分析

3.1新型阻燃型建筑保溫材料的阻燃性試驗設計

在實驗過程中，選擇了膨脹阻燃聚苯乙烯建筑外墻保溫材料，其由聚苯乙烯樹脂、發泡劑、改性添加劑等組成，具有多孔/閉孔結構、輕質高強、保溫隔熱、防水防潮等特點。在制備中，先要將提前準備的所有實驗材料放入溫度 80^°C 的恒溫箱中，干燥時間超過 ^12h 。在這種情況下，將聚苯乙烯放入密煉機中，并且對其加熱，設置轉速75r/min ，溫度 165°C ，按照表1設定的配方比依次添加各種實驗材料，促使其融入一體。等待 15min 后，關閉設備將混合料取出。另外，將混合料放到平板硫化機上進行模壓成型，從而得到新型阻燃型建筑保溫材料的標準試驗樣本。在測試過程中，主要測試內容包括氧化值測試、垂直燃燒測試、錐形量熱儀測試等。

3.2新型阻燃型建筑保溫材料的阻燃性實驗結果與分析

3.2.1氧化值

如表2所示，是氧化值測試和垂直燃燒測試的結果。從該表結果可知，編號001的氧化值是20，非常容易燃燒。但是，從編號002＼～004的氧化值都有明顯的增加，與單一材料組成的建筑保溫材料比較，其提高超過了20% ，最高達到了 60% 。在測試過程中，發現添加了聚磷酸銨、季戊四醇、硼酸鋅的建筑保溫材料和添加了聚磷酸銨、季戊四醇、氧化鋅的建筑保溫材料形成的氧化值是高僅僅添加聚磷酸銨、季戊四醇的建筑保溫材料形成的氧化值，整合說明硼酸鋅、氧化鋅在新型阻燃型建筑保溫材料燃燒中起到了很好的阻礙效果，進一步提升了單一性建筑保溫材料的阻礙性能。從垂直燃燒測試結果可知，所有參與試驗的樣品，都沒有通過級別測試，但是僅僅是聚苯乙烯成分的建筑保溫材料燃燒速度非常快，也會冒出大量的煙霧，也產生了嚴重的滴落現象，添加阻燃劑的建筑保溫材料燃燒時沒有出現滴落現象，燃燒速度相對緩慢，煙氣濃度相對下降。

3.2.2錐形量熱儀

（1）熱釋放速率

在衡量建筑保溫材料熱危險性時，需要重點考慮熱釋放速率、熱釋放總量等因素，并且其熱釋放速率最大值對預測建筑保溫材料在真實火災現場的火勢發展速度有著重大意義。基于這種情況下，在試驗過程中，通過對錐形量熱儀的使用，獲取了上述四個編號建筑保溫材料的熱釋放速率和熱釋放總量。從單一成分的建筑保溫材料可知，其燃燒后，燃燒速度非常快，熱釋放速率不斷上升，產生了較高的熱量。在加入阻燃劑后，編號002＼～003試樣的熱釋放速率開始下降，熱量也有顯著地降低，燃燒時間延長。從熱釋放總量分析，也有很大程度地降低，甚至趨于平衡。沒有加入任何阻燃劑的建筑保溫材料的熱釋放速率和熱釋放總量分別是 933kW/m² 、86MJ/m² ，其他試樣都高。在加入建筑保溫材料總重量40% 的聚磷酸銨、季戊四醇后，其熱釋放速率和熱釋放總量分別降到 465W/m²，66MJ/m² ，下降幅度分別是 49% 、28% ，釋放特性得到很好地改善，這與阻燃劑混合后受熱脫水、分散性的阻礙作用有關。在加入建筑保溫材料總重量 30% 的聚磷酸銨、季戊四醇、硼酸鋅或者聚磷酸銨、季戊四醇、氧化鋅后，編號003試驗的熱釋放速率和熱釋放總量與編號001比較，分別降低了 59%.38% ，而編號004分別降低了 62%45% ，這說明硼酸鋅、氧化鋅在建筑保溫材料燃燒中起到了很好的阻礙效果，可以抑制基本材料的降解，減少熱量的釋放，從而優化了試樣的釋放熱特性，尤其加入氧化鋅的建筑保溫材料的阻礙效果更好。

在新型阻燃型建筑保溫材料的防火性能分析中，需要關注火災性能指數FPI=TTI/PHRR，其可以體現表征材料在火災中的潛在危險性。而火災增長指數FGI=PHRR/T，可以很好地體現新型阻燃性建筑保溫材料燃燒后，火災在整個建筑物體內的蔓延趨勢。一般情況下，新型阻燃型建筑保溫材料如果具備很高的安全等級，就需要符合高火災性能指數和低火災增長指數這兩個條件。如表3所示，依托高火災性能指數和低火災增長指數，可知發現編號004試樣的火災危險性最低，編號

003試樣次之，這也說明了加入了硼酸鋅、氧化鋅后可以讓建筑保溫材料具備很好的協效阻燃作用

（2）煙釋放速率

在衡量新型阻燃型建筑保溫材料的煙危險性中，應當考慮煙釋放速率和煙釋放總量兩個指標的大小。基于這種情況，在試驗過程中，通過對錐形量熱儀的使用，獲取了上述四個編號建筑保溫材料的煙釋放速率和煙釋放總量。為此，從測試結果可知，編號001的煙釋放速率和煙釋放總量都非常高，但是添加阻燃劑后的建筑保溫材料，其煙釋放速率和煙釋放總量都得到一定的下降。沒有加入任何阻燃劑的建筑保溫材料，其煙釋放速率和煙釋放總量分別是 0.172m²/s?29m² ，比其他試樣都高。在加人建筑保溫材料總重量 40% 的聚磷酸銨、季戊四醇后，其煙釋放速率和煙釋放總量分別降到 0.154m²/s.27 m² ，下降幅度分別是 10%.8% 。在加入建筑保溫材料總重量 30% 的聚磷酸銨、季戊四醇、硼酸鋅后，其煙釋放速率和煙釋放總量分別降到 0.145m²/s.25m² ，相比編號001均降低了 15% ;在加入建筑保溫材料總重量 30% 的加入聚磷酸銨、季戊四醇、氧化鋅后，其煙釋放速率和煙釋放總量分別降到 0.137m²/s.23m² ，相比編號001均降低了23。基于這一結果可知，加入了硼酸鋅、氧化鋅后，其形成了很好的協效作用，兩種阻燃劑都可以很好地捕捉建筑保溫材料燃燒中的火焰自由基，從而中斷燃燒的鏈反應，降低了建筑保溫材料內部分子轉化為有機揮發物和懸浮顆粒的能力，以此避免產生較大的煙霧。

（3）CO釋放速率

在建筑保溫材料燃燒中，CO是煙氣中最主要的毒性氣體，對人體產生的危害系數最大。基于這種情況下，在新型阻燃型建筑保溫材料防火性能分析中，需要重點關注CO釋放速率，才能衡量新型阻燃型建筑保溫材料煙危險性。基于這種情況下，在試驗過程中，通過對錐形量熱儀的使用，獲取了上述四個編號建筑保溫材料的CO釋放速率。從測試結果可知，在編號001試樣燃燒中，45s時一氧化碳釋放速率顯著增加，95s時一氧化碳釋放速率達到了最大值，此時熱釋放速率也處于上升趨勢，這說明編號001試樣在燃燒開始階段沒有完全燃燒，從而釋放了較多的一氧化碳氣體，隨著一氧化碳濃度的降低，試樣進入了完全燃燒。在編號002＼～004中，一氧化碳釋放速率與編號001比較有了一定下降，并且一氧化碳釋放速率最大值降低，在 175s±75s 是平衡階段，這說明加入阻燃劑后，緩解了熱解過程，促使分解中產生的可燃氣體分子數量減少。但是，需要關注到加入了氧化鋅后形成的協效阻燃劑體系比加入了硼酸鋅后的協效阻燃體系形成的一氧化碳釋放速率和最大值都有所降低，說明氧化鋅在建筑保溫材料中的阻燃效果更為顯著，其源于其加熱中形成的裂解產物發生了物理和化學反應，形成了較為致密的膨脹炭層，可以很好地抑制氣體和熱量的轉移，以此達到延緩燃燒反應的自的。

4結論

新型阻燃型建筑保溫材料的產生，是充分發揮技術創新與性能優化的作用，可以顯著提升建筑防火水平，也可以實現綠色環保要求。雖然現階段市面上有非常多的新型阻燃型建筑保溫材料，但是這些材料或多或少存在一定的問題，如阻燃劑與基材兼容性不足、高成本與高性能矛盾等，直接影響新型阻燃型建筑保溫材料的應用效果。為解決這一問題，在新型阻燃型建筑保溫材料運用中，結合建筑物體的防火要求，測試新型阻燃型建筑保溫材料的防火性能，從而選擇符合要求的新型阻燃型建筑保溫材料，以此提升建筑防火水平。

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