泡沫塑料由于具有轻质、保温等优点,是一种新型的保温材料,目前主要用于复合风管、复合板、地面铺装等。缺点是燃烧性能差和价格高。泡沫塑料在结构上可分为开孔和闭孔,刚性泡沫和柔性泡沫不同,建筑中主要采用刚性闭孔泡沫。品种有聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、酚醛塑料(PF)、PVC等。
1.两种常用的泡沫塑料
聚苯乙烯和聚氨酯泡沫是保温材料的主要核心材料。PS吸水率低,机械强度高,与其他建筑屋面、墙面、地面材料相比,该材料具有更好的保温性能,具有良好的隔声、防潮、耐腐蚀等优点,是一种热固性泡沫塑料,不仅容量小,低温或高温下尺寸稳定性好,使用寿命长。而且还具有小的热导率和优异的绝热性能。强度高于PS,可为墙体、屋面和管道提供良好的保温效果。
PS由苯乙烯单体聚合而成,PS燃烧时会出现黄橙色火焰,并产生大量黑烟烟尘,产生特殊的苯乙烯气味。
聚氨酯是由含异氰酸酯基的多异氰酸酯(NCO)与聚醚或含聚冷基团反应而成的聚合物,其分子结构中含有聚氨酯基团,易于聚合。甚至可以在建筑工地上主要以建筑中的泡沫形式喷射泡沫。
2.阻燃机理和方法
由于泡沫塑料的特殊化学结构,大部分塑料制品都是易燃的,有些材料在燃烧过程中会产生熔滴,很难消除。当塑料泡沫被点燃时,聚合物链中的一些弱链被分解,分解可燃气体、CO2、H2O和烟雾等,随着混合气体浓度的增加,当温度超过燃烧极限时,燃烧会释放大量热量,塑料热分解的产物大部分是复杂的气体、液体、固体三相混合物。有机物的阻燃剂是控制热分解的产生和发展。
阻燃剂是一种物理化学作用,它通过使某些物质或传热系数较低的绝热层吸热,抑制燃烧的化学反应,从而减少和延缓火灾的蔓延。常用的阻燃方法如下:
(1)减少材料中的可燃物量。在泡沫中加入一定量的不可燃材料,降低材料的热值,可以改善材料的燃烧性能,如酚醛泡沫中加入大量无机材料,甚至可以达到不可燃A级。
(2)与阻燃添加剂混合,以抑制材料燃烧的气体反应。在合成材料过程中,加入人体添加剂以捕获燃烧过程中沉淀的自由基(OH),从而达到阻燃的目的。目前常用的阻燃添加剂是卤素类添加剂,卤素类阻燃剂是指添加到材料中的含卤素阻燃剂和由有毒锑化合物组成的卤素-锑阻燃体系。当卤化物热分解时,产生活性卤素基团HX,并且HX与自由基的作用可以有效地改变聚合物的热氧化过程。然而,由于卤素的存在,热分解产生的卤化氢会造成二次污染,因此添加金属氢氧化物是目前更有效的方法。金属氢氧化物Al(OH)3和Mg(OH)2在高于200℃的温度下进行吸热脱水以去除产生的燃烧热,脱水后的氧化物在材料表面形成强大而致密的阻燃屏障。另外,本发明具有隔热保护功能,从而降低燃烧速度,防止火焰蔓延,达到抑制燃烧目的。
(3)通过隔离氧气控制传热的方法。如果在泡沫塑料表面刷上防火涂料,燃烧产生碳化层可以隔离火焰与材料的接触,或粘贴金属箔(板),不仅可以通过反射降低吸热,而且可以防止泡沫芯材与火焰直接接触,达到阻燃目的。
3.燃烧性能要求
根据建筑消防设计规范的规定,墙面采用B1级阻燃剂或A级不燃材料,按GB8624-1997,B1级阻燃剂检验项目及要求见表1。
表1大型耐火试验项目及要求
检查项目
基于标准
指标
最小燃烧剩余长度/mm
GB/T8625-88
>0
剩余燃烧长度平均值/mm
≥150
最高烟气温度平均值/℃
≤200
尖端高度/mm
GB/T8626-88
<150
烟密度等级
GB/T8627-1999
≤75
管道保温用泡沫塑料,特殊用途材料的燃烧性能为GB8624-1997B1级,见表2。
表2小型阻燃剂试验项目及要求
检查项目
基于标准
指标
氧指数
GB/T2406
>32
平均燃烧时间/s
GB/T8333
≤30
平均燃烧高度/mm
≤250
烟密度等级
GB/T8627-1999
≤75
根据表1中的试验项目进行的试验通常被称为大型耐火试验,并且根据表2进行的试验也被称为小型耐火试验。
表3大阻燃性试验数据
产品名称
燃烧性能
最小剩余长度/mm
平均剩余长度/mm
最高烟气温度/℃
烟气密度
等级
聚苯乙烯阻燃泡沫塑料板
聚苯乙烯挤塑板芯材
聚苯乙烯挤出发泡保温板
聚苯乙烯挤塑泡沫保温板
聚苯乙烯挤塑泡沫保温板
聚苯乙烯挤塑泡沫保温板
挤塑聚苯乙烯保温板
聚苯乙烯挤塑泡沫保温板
阻燃聚苯乙烯泡沫塑料
铝箔聚氨酯风管板
风管用聚氨酯铝箔夹芯板
聚氨酯铝箔夹层风管板
铝箱复合保温聚氨酯冷却空气管板
铝箔复合酚醛泡沫保温材料
酚醛复合泡沫板
顶端有酚醛泡沫
4.燃烧性能状况
由于泡沫塑料燃烧性能差,在应用中通常需要进行阻燃处理,或与其他材料结合使用,制成复合夹层板和彩钢板。与传统保温材料相比,泡沫塑料的燃烧性能相对较差,但经过阻燃处理或结构阻燃处理的材料也能满足国家防火建筑材料标准中不同的燃烧性能要求。以下是国家消防建材质量检验中心对目前市场上的泡沫材料的抽样检查,主要选用PS、PU材料的泡沫片材或管材。
表4小型阻燃剂试验数据
产品名称
燃烧性能
氧指数
燃烧时间
燃烧高度/mm
烟雾密度等级
聚苯乙烯泡沫板
挤塑聚苯乙烯保温板
聚苯乙烯阻燃泡沫板
豪氏挤塑聚苯乙烯保温板
XPS挤出聚苯乙烯保温板
聚苯乙烯挤塑泡沫保温板
挤塑聚苯乙烯保温板
聚苯乙烯自熄泡沫板
软质聚氨酯保温材料
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软质聚氨酯塑料
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软质聚氨酯塑料
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