固体材料的阻燃和防护技术-《消防燃烧学》成果

（一）高聚物的阻燃技术

塑料是以聚合物（或称树脂）为主要成分，再加入填料、增塑剂、抗氧化剂、阻燃剂及其他一些为实现某种功能而添加的助剂，并经过某种方法加工而成的材料。塑料实现阻燃有以下方法及技术途径。

1.物理共混技术

（1）与难燃聚合物共混法。这是在保持材料性能基本不变的情况下，将阻燃性差的聚合物与难燃聚合物共混，使共混后聚合物阻燃性提高，如ABS/PVC合金材料。ABS是一种易燃材料，其氧指数为19.0%左右。获得阻燃ABS的最常用方法是在ABS中添加无机阻燃剂，但无机阻燃剂会严重降低ABS的力学性能，影响使用。而在ABS中添加适量的滞型聚合物PVC，不仅可以降低无机阻燃剂的用量，也可以改善复合体系的力学性能。PVC可将ABS的氧指数提高到28.5%，但若对阻燃性能要求较高时，还需添加适量阻燃剂。

聚氯乙烯（PVC）分子中含氯量达56%，具有很好的阻燃效果，氧指数高于45，具有自熄性。但为制得软制品，需加入50%的增塑剂等各种助剂，含氯量下降到30%，氧指数降到20，是一种易燃材料。为改善阻燃性能，可在其中加入一定量的阻燃剂，详细配方见表2-6。

表2-6 PVC阻燃材料配方 （单位：份）

表2-6中Sb₂O₃加入聚氯乙烯中，在燃烧时会与HCl生成SbCl₃，起覆盖作用，同时在反应过程还要吸收热量，这都起到很好的阻燃作用。氯化石蜡本身就是一种阻燃剂，与Sb₂O₃合用可以增强阻燃效果。铅、钡等金属盐类作为稳定剂加入其中。CaCO₃是一种惰性填充材料，还是HCl的捕捉剂。

（2）添加阻燃剂法。在各类聚合物中添加阻燃剂，以达到改善材料阻燃性能的目的，这是目前最常采用的方法，也是最经济、最简便的方法。在生产实践中，为了增加添加无机阻燃剂与聚合物的相容性，一般要求对无机阻燃剂进行表面活性处理，以增加聚合物加工过程中的流动性和改善聚合物的物理机械性能。

2.化学反应技术

随着玻璃钢行业的发展，对树脂要求越来越高，特别是阻燃要求，以往多数阻燃剂均是在普通树脂中添加阻燃剂，这种添加型阻燃树脂存在阻燃效果不稳定、阻燃剂用量大、树脂加工性差、强度损失大等缺点。近几年，国内外把重点均放在开发反应型阻燃树脂上，反应型聚酯复合材料的阻燃主要是将可燃性基体树脂转变为难燃或不燃树脂。常用的主要原料有二溴新戊二醇、四溴苯酚等含卤原料。

（二）木材的阻燃处理

对木材及其制品的阻燃处理方法常用的有浸渍、涂刷和添加阻燃剂。对纤维板、木屑板等木制品采用添加阻燃剂进行阻燃处理；对于木材表面常采用涂刷防火涂料进行阻燃处理。对板材等原木制品可采用浸渍处理，它又可以分为常压浸渍处理和加压浸渍处理两种。常压浸渍处理是将木材在常压下浸渍在黏度较低的含有阻燃剂的溶液中，使阻燃剂溶液渗入到木材表面的组织中，经干燥后水分蒸发，阻燃剂便留在木材的浅表层内。这种方法由于浸入的阻燃剂不多，阻燃效果受到限制。但其方法简单，适用于阻燃效果要求不高、木材密度不大的薄材料。对于阻燃要求较高的木材可以先将其置于高压容器中，抽真空到7.9～8.6kPa，并保持15min～1h，再注入含有阻燃剂的浸渍液并加压至1.2MPa，在65℃的温度下保持7h，然后放入烘窑进行干燥。常用的阻燃剂有NH₄Cl、（NH₄）2SO₄、Na₂Cr₂O₇、（NH₄）2HPO₄、NH₄H₂PO₄、NaB₄O₇、H₃BO₃、ZnCl₂等。一般木材经处理后吸收阻燃剂干药量为20～80kg/m³时可达阻燃要求。常用木材阻燃剂主要成分及配比见表2-7。

表2-7 常用木材阻燃剂的主要成分及配比 （单位：份）(www.xing528.com)

在制造纤维板、木屑板时，添加一定量的阻燃剂，方法简单，阻燃效果好。例如，用木屑100份、聚磷酸铵50份、双季戊四醇12份、氢氧化铝8份、55%的甲醛-三聚氰胺-尿素共聚物40份，经热压后制得的木屑板，具有很好的阻燃特性。

（三）防火保护技术

防火涂料是涂覆于可燃性基材表面，能降低被涂材料表面的可燃性，阻滞火灾的迅速蔓延，或是涂覆于结构材料表面，用于提高构建耐火极限的一类物质。

防火涂料在基材表面，除具有阻燃作用外，还应具有防锈、防水、防腐、耐磨、耐热作用以及使涂层具有坚韧性、着色性、黏附性、易干性和一定的光泽等作用。

1.钢结构防火涂料

钢结构具有高强、高韧、抗震、轻质、价廉等独特的优点，在建筑业中得到了广泛的应用，尤其是在超高层及大跨度建筑方面更显示出强大的生命力。钢材虽属不燃材料，但它极易导热，高温下会迅速受热失去强度而变形。大量惨重的钢结构火灾案例及研究结果表明，钢结构的耐火性能较其他结构差。钢材的力学强度是温度的函数，一般随温度的升高而降低，当温度升高到钢材的临界温度值（一般为540℃）时，其屈服应力仅为常温的40%，导致承载能力急剧下降。火场温度大多在800～1200℃之间，在火灾发生的15min内，火场温度即可达到700℃以上。裸露的钢构件只要十几分钟就因达到其耐火极限而丧失承载能力，钢结构不可避免地发生变形，导致建筑物一部分或全部垮塌毁坏。因此，对钢结构作防火保护极为必要。

钢结构防火保护的原理是采用隔热、耐火材料阻隔火焰直接灼烧钢结构，降低热量向基材迅速传递的速率，推迟钢结构温度升高和强度变弱的时间。其防火原理有3个：①涂层对钢基材起屏蔽作用，隔离了火焰，使钢构件不至于直接暴露在火焰和高温之中。②涂层吸热后部分物质分解出水蒸气或其他不燃气体，起到消耗热量、降低火焰温度和燃烧速率、稀释氧气的作用。③涂层本身多孔轻质或受热膨胀后形成炭化层，阻止了热量迅速向基材传递，推迟了钢基材受热、温度升到极限温度的时间，从而提高了钢结构的耐火极限。

钢结构防火涂料发展到现在，基本上已形成多品种、系列化。钢结构防火涂料可用不同的方法来进行分类：①从所用的分散体来分类，可分为水溶性和溶剂性。②从防火形式来分类，则可分为膨胀型和非膨胀型。③从厚度来分类，有厚涂型、薄涂型和超薄型。目前使用的品种中厚涂型和薄涂型基本是水溶性的，超薄型有水溶性和熔剂性两类。薄涂型和超薄型基本上是膨胀型，厚涂型是非膨胀型。所以从钢结构防火涂料的厚度来分类是比较有代表性。目前，钢结构的防火保护措施很多，如涂装钢结构防火涂料、喷射无机纤维和粘贴柔性卷材等。在实际工程中应用最广泛且最经济有效的方法是涂装钢结构防火涂料。

2.饰面型防火涂料

我国的饰面型防火涂料研究始于20世纪60年代后期，目前我国共有约200家防火涂料生产企业，其中饰面型防火涂料生产企业约占1/3，生产的大多数为膨胀型防火涂料。根据分散介质类型的不同，饰面型防火涂料可分为熔剂性和水溶性两类，这两类涂料所采用的防火助剂基本相同。因此，它们的防火性能差不多，只是在涂料的理化性能以及耐火性能方面有所不同。就目前的技术情况而言，熔剂性防火涂料的理化性能优于水溶性防火涂料。但考虑到节约能源、安全和环境保护等因素，在实际应用中，水溶性防火涂料将是今后发展的主要方向。

溶剂性防火涂料是指以有机溶剂作为分散介质的一类防火涂料，成膜物质一般为高分子树脂，主要有酚醛树脂、过氯乙烯树脂、氯化橡胶、丙烯酸酯树脂、改性氨基树脂等。溶剂一般用200#溶剂汽油、香蕉水、醋酸丁酯等。采用炭化剂、催化剂、发泡剂、阻燃剂及其他填料组成防火体系，遇火时即形成均匀而致密的蜂窝状炭质泡沫层，对可燃基材有良好的保护作用。透明防火涂料是近几年发展起来的一类新型熔剂性饰面防火涂料，主要用于高级木质装饰材料的防火保护，其装饰效果类似普通油漆，同时又能起到防火保护作用。

水溶性防火涂料是指以水作为分散介质的一类防火涂料，其成膜物质一般为合成高分子乳液，如丙烯酸酯乳液、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚乳液（氯偏乳液）、氯丁乳液、醋酸乙烯酯乳液、苯乙烯-丙烯酸酯共聚乳液（苯丙乳液）等。此外，也有采用无机盐类（如硅酸钠、硅酸钾、硅溶胶等）作为成膜物质的无机饰面型防火涂料和采用水溶性氨基树脂作为成膜物质的水溶性饰面型防火涂料。