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1、不同试验条件下聚氨酯泡沫的燃烧性能表现文：赵成刚（国家防火建筑材料质量监督检验中心）（四川省都江堰市外北街266号，611830）搞要：本文介绍了聚氨酯材料的质量现状，并以多个燃烧性能参数进行试验，对硬质和软质聚氨酯材料及其复合制品的燃烧性能进行了试验研究，分析了热释放速率、火焰蔓延、烟气毒性和烟密度等级参数，从应用的角度阐述了该类该类材料的火灾特性及今后的发展方向。关键词：聚氨酯泡沫，防火性能，防火性能分级，热释放速率，烟密度，烟气毒性1 前言 聚氨酯泡沫塑料是以聚酯或聚醚树脂为主要原料，加入一定比例的发泡剂、阻燃剂等助剂发生交联后应而形成的开孔泡沫制品，按形态可分为软泡和硬泡两大类。由于聚
2、氨酯泡沫塑料具有质轻、比强度高、隔热性能好等优点，在发达国家发展很快，特别是在美国、欧洲、日三等发达国家和地区已有大规模的工业化生产，我国的泡沫塑料工业起步较晚，但随着人们对它的认识不断搞高，其良好的保温绝热性能和回弹、吸音等性能，使其已经在建筑装饰装修行业、家具制造和保温制冷行业得到广泛应用，成为我国化工产业中重要的组成部分。由于聚氨酯泡沫塑料在保温、隔热、隔音等方面具有无可比拟的优点，它被广泛地应用于各种大型公共设施和高级宾馆、饭店。但是，虽然聚氨酯泡沫塑料具有许多优良的性能，其燃烧性能差却是不容忽视的缺陷，这在很大程度上限制了它在建筑物中的使用。聚氨酯泡沫塑料由于自身的特点，在有火源的情
3、况下容易被点燃，火焰传播迅速，并且伴随大量的烟气产生，有“固体燃料”的别称。国内近几年的不少火灾都是因为小火源引燃聚氨酯泡沫制品造成火灾迅速扩大，形成群死群伤的恶性事故。因此，在实际应用中聚氨酯泡沫塑料的燃烧特性和火灾危险性越来越受人们的关注。2 阻燃性能评价方法 对建筑材料和制品的燃烧性能评价方法很多，基地不同规模和不同原理的试验标准也很多，对同一制品的评价可能有不同的表现。总体来说，对建材制品的阻燃防火性能主要评价以下参数：可点燃性（可燃性）、火焰蔓延性、产烟性能、烟气毒性、热释放性。这些性能对应的标准方法较多，如评价材料的可点燃性主要有GB/T8626可燃性试验方法和GB/T2406的氧
4、指数法，GB/T8626主要考察制品在常温常用态下能否被小火焰点燃，是社会大众最常用的标准方法。氧指数是评价材料阻燃程度的试验方法。常见的阻燃性能标准试验和分级评价方法见表1。 表1 阻燃性能评价方法项目性能标准试验方法可燃性（可点燃性）GB/T8626；GB/T2406火焰蔓延性GB/T8625；GB/T8333；GB/T20284产烟性能GB/T8627；GB/T20284烟气毒性GB/T20285热释放性GB/T16172；GB/T20284分级方法建材燃烧性能分级体系GB 8624-2006/分为A1、A2、B、C、D、E、FGB 8624-1997/分为A、B1、B2、B3阻燃制品分
5、级体系GB 20286-2006/分为A2、B、C、D和阻燃1级、阻燃2级 对聚氨酯泡沫的防火阻燃性能进行全面评价同样需要采用不同的方法测试以上5项性能指标，并可依据相关的分级标准进行分级评价，针对聚氨酯泡沫的质量现状，我们寻求了部分样品分别进行了相关试验，试验结果能反映泡沫材料的实际现状。3 聚氨酯泡沫的燃烧性能 聚氨酯泡沫按形态分主要有硬泡和软泡，按合成树脂分为聚氨酯（PU）和聚异氰酸酯（PIR）泡沫。用于建筑材料保温隔热用主要为硬泡，用于吸音、家具沙发的为软泡。我们选取了经过不同程度阻燃的PU软泡、PU硬泡和PIR硬泡材料及制品进行上述试验，试验结果见表2。 表2序号材料/厚度试验方法试
6、验结果GB8624分级GB20286分级1普通PU软泡/25GB/T 872779未达到B1级GB/T 240618.2%B3级GB/T 8626损毁长度150B3级GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到B1级GB/T 20284FIGRA=10210W/sF级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值1200W阻燃1级不合格2普通PU软泡/50GB/T 872779未达到B1级GB/T 240618.2%B3级GB/T 8626损毁长度150B3级GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到B1级GB/T 20284FIG
7、RA=11314W/sF级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值1200W阻燃1级不合格3普通PU软泡表面包裹致密玻璃纤维布/25GB/T 2406GB/T 872766达到B1级GB/T 8626损毁长度150B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为260最高烟气温度123B1级GB/T 20284FIGRA=112W/sB级B级GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值98W阻燃1级4后期阻燃剂浸泡阻燃PU软泡/25GB/T 240628.3%达到B2级GB/T 872773达到B1级GB/T 8626损毁长度150B2级
8、GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到B1级GB/T 20284FIGRA=1029W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值567W阻燃1级不合格5后期阻燃剂加倍浸泡阻燃PU软泡/25GB/T 240628.9%达到B2级GB/T 872771达到B1级GB/T 8626损毁长度150B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到B1级GB/T 20284FIGRA=587W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值345W阻燃1级不合格6阻燃软泡-1/25GB/T
9、 240630.5%达到B2级GB/T 872764达到B1级GB/T 8626损毁长度150B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为160最高烟气温度124达到B1级GB/T 20284FIGRA=654W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值345W阻燃1级不合格7阻燃软泡-2/25GB/T 240632.5%达到B2级GB/T 872869达到B1级GB/T 8626损毁长度150B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为160最高烟气温度134达到B1级GB/T 20284FIGRA=462W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2
10、GB/T 16172热释放速率峰值275W阻燃1级不合格8普通PU硬泡/25GB/T 240620.6%未达到B2级GB/T 872782未达到B1级GB/T 8626损毁长度150未达到B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到B1级GB/T 20284FIGRA=1954W/sF级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值1250W阻燃1级不合格9阻燃PU硬泡/25GB/T 240628.5%达到B2级GB/T 872771达到B1级GB/T 8626损毁长度150达到B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为0最高烟气温度200未达到
11、B1级GB/T 20284FIGRA=850W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值224W阻燃1级不合格10PU硬泡/50GB/T 240627.5%达到B2级GB/T 872762达到B1级GB/T 8626损毁长度150达到B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为160最高烟气温度120达到B1级GB/T 20284FIGRA=692W/sE级不合格GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值224W阻燃1级不合格11双面复合铝箔PIR硬泡-1/25GB/T 2406GB/T 872771达到B1级GB/T 862
12、6损毁长度150达到B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为210最高烟气温度115达到B1级GB/T 20284FIGRA=87W/sB级B级GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值113W阻燃1级合格12双面复合铝箔PIR硬泡-1/25GB/T 2406GB/T 872768达到B1级GB/T 8626损毁长度150达到B2级GB/T 8625燃烧剩余长度为240最高烟气温度117达到B1级GB/T 20284FIGRA=154W/sC级C级GB/T 20285危险级WXt2t2GB/T 16172热释放速率峰值163W阻燃1级不合格4 结果分析 聚氨酯材料及
13、其制品的燃烧性能现状从以上的试验数据可以得以了解。硬质聚氨酯泡沫作为建筑绝热保温材料已经有多年应用，以此为主要原料而制作的复合建材制品品种也较多，质量有好有坏，但从技术能力上能够将硬泡聚氨酯泡沫制品的燃烧性能提高到GB8624-2006规定的C级以上。而聚氨酯软泡在建筑物装饰装修时的应用除了作为墙体吸音材料使用外，更多的是应用在家具组件上，这从是以前消防管理比较薄弱的地方，因此软质聚氨酯泡沫的防火安全性能比较堪忧。从以上的数据可以看到，新旧版本的GB8624分级标准对同一材料可能有不同的等级判定。聚氨酯泡沫由于含可燃的碳氢链段、密度小、比表面积大、遇火会迅速燃烧并分解，产生大量有毒烟雾，特别是
14、聚氨酯软泡开孔率较高，可燃成分较多，燃烧时由于较高的空气流通性供给氧气，且不易自熄，会造成火势的迅速扩大，因此其燃烧行为主要表现在着火快、蔓延快、燃烧烟气多的特点，泡沫受热后会很快分解释放出可燃挥发物，造成受火初期的表面迅速燃烧，即便是阻燃处理较好，氧指数较高的泡沫同样也会出现这种现象，因此在进行GB/T20284单体燃烧SBI试验时，热释放速率指数较高的现象，由此获得的燃烧性能等级也不高。但同样材料按老GB 8624进行难燃性试验还能获得较好的B1级。因为两个主要的试验方法的原理不同，GB/T20284试验主要考察燃烧过程的热释放大小同时间的关系，而GB/T8625试验则强调试验10分钟后样
15、品的的状态。了解了试验的原理和考察着重点后，就能理解当对泡沫进行表面复合后，会在一定程度上提高整个制品的燃烧性能等级，从试验数据和经验来分析，经过阻燃处理的聚氨酯泡沫表面复合铝箔、彩钢板或者无机板后制成的复合建材制品的燃烧性能等级是比较理想的。聚氨酯泡沫的火灾危险性主要体现的一个方面是烟密度很大，烟气生成率很大，从以上数据来看，无论是怎么样的处理和复合，烟密度都很大。按GB/T20284测试时，会同时测量烟气生成率指数SMOGRA，每种样品的SMOGRA值都很大，为最低附加分级S3。这成为聚氨酯行业需要着重对待的方面。除了烟气生成量较大，烟密度等级较高外，聚氨酯泡沫的烟气毒性等级都较低，我们进
16、行试验的样品毒性都是WX级，按GB 8624-2006规定，其附加分级为t2。烟气毒性是依据GB/T20285进行试验分级的，试验主要以试验动物小白鼠的生理反应为评价依据，烟气的生成主要通过高温扫描加热，促使材料热解形成。这是比较极限的产烟方式，被认为是烟气毒性最大的产烟模型。聚氨酯泡沫在热解时会产生大量浓烟，其成分主要以CO、氰化氢、异氰酸酯为主，对神经系统有较大的毒害，因此大量在沙发等家具中使用，必须对烟气毒性的危害加以重视。从消防部门得到的火灾案例可知，有些火灾就是因为一套沙发着火释放的烟雾导致多人中毒死亡。因此，聚氨酯行业在不断提高泡沫阻燃性的同时，应将技术改进的重点转移到降低烟气生成量、降低烟气毒性方面。5 发展 从以上的介绍可以看到，聚氨酯泡沫材料的燃烧性能还需要整个行业共同努力。今后在提高聚氨酯泡沫防火安全性方面需要开展的工作主要有以下几个方面：1、提高软质聚氨酯泡沫的燃烧性能等级；2、提高阻燃聚氨酯硬泡材料的生产和应用量，逐渐在建筑行业、家电保温行业代替普通泡沫；3、采用新技术，在保证基本功能基础上降低烟密度，降低烟气生成量；4、通过多种阻燃方式，提高阻燃等级的同时，隆低烟气毒性等级；5、开发和完善以聚氨酯泡沫为主要组成的新型复合建材，以此发展聚氨酯行业。