摘要：随着21世纪进程的加快，人们的生活水平得到了迅速的提高。与此同时，出现的问题日渐增多，能源危机就是极为突出的一种。为实现社会可持续发展，全球对保温节能材料的需求正逐年增加。然而，却频发有关保温材料的火灾事故，其中一定比例的火灾事故是由外墙保温材料引发，给人们的生命和财产带来了极大的威胁。因此，对于外墙保温材料的阻燃性研究，世界各国都给予了极大的重视。在本文中，通过对外墙保温材料氧指数的研究，来更好地评价外墙保温材料的阻燃性。
关键词：外墙保温材料；阻燃性；氧指数
1引言：
近年，随着全球人口激增，能源和环保问题恶化，节能环保材料成为了世界关注的焦点。在中国，人口基数大、能源利用率低以及储备不足，使得能源问题更加严峻。而新农村和城镇化建设脚步的加快，使建筑材料的消耗迅增。为更好地节能环保，外墙保温材料成为了我国建筑节能的一大有效方法。
1.1外墙保温材料的研究现状
目前，全球对保温材料愈加青睐，研究投入剧增。而外墙保温材料作为保温材料的一种，占比很大。美国约80%的保温材料是被应用到外墙保温材料上的[1]。外墙保温材料的应用最早是在欧美国家，防火性能是他们应用外墙保温材料的首要考虑因素。在美国，就有国家标准ANSI FM4880《内外装修系统的火灾实验》 对外墙保温材料防火性能进行规定。中国针对频发外墙保温材料引发的火灾安全事故，也划出了规定，如：《关于进一步明确民用建筑外墙保温材料消防监督管理有关要求的通知》 [2]。由此可见，外墙保温材料的阻燃性能一直是国内外的研究重点。
1.2外墙保温材料的类型
建筑外墙保温材料是指建筑外墙外保温系统中保温层所采用的材料。目前，国内常用的外墙保温材料主要有两种：有机类外墙保温材料、无机类外墙保温材料。有机类外墙保温材料由发泡聚苯板、聚苯颗粒和喷涂聚氨酯等高分子保温材料组成，它们易于加工，但也易燃，安全系数较低。无机类外墙保温材料则由膨胀珍珠岩、岩棉和玻璃棉等组成，它们的性能相对稳定、并且耐用，但是容量大、变化系数高。聚合物材料作为一种新型的导热系数低的材料，被广泛使用到外墙保温材料中，例如：聚氨酯、聚苯乙烯等高聚物的材料[3]。
1.3氧指数检测研究概述
大量研究报道，在建筑外墙保温材料的阻燃性能评估系统中，氧指数测试仪、单体燃烧测试装置和锥形量热-红外光谱联用仪等仪器和试验方法都是经常使用的，用于评估保温材料的毒性成分、燃烧特性，从而得出对建筑工程有益的指导性数据或结论[4]。氧指数法又名极限氧指数法，在GB/T2406中规定，氧指数是指在氧气和氮气组成的混合气流中，测出的能够保持试样燃烧的最低的氧气浓度，用体积百分数表示。氧指数测定试验是把试样以垂直状态固定在透明的燃烧桶中，使氧氮混合气流以向上流动的方式充满燃烧桶。然后，点燃试样的顶端，对试样的燃烧现象进行观察记录。通过观察在不同氧浓度下的试样连续燃烧时间和燃烧长度，估算出氧浓度的最小值。氧指数测试试验包括两种点燃方式，一种是顶面点燃法，另一种是扩散点燃法[5]。
2实验方法和材料：
2.1实验样品和仪器：
2.1.1实验样品:
本文中的试样有聚氨酯、改性酚醛树脂、酚醛树脂、聚碳酸酯、阻燃聚苯乙烯、橡塑保温材料、XPS挤塑板、PEF保温板、普通聚苯乙烯，均来自广东保温市场。
2.1.2实验仪器
名称厂家
HC-2CZ氧指数测定仪南京上元分析仪器有限公司
游标卡尺广州双圈牌
钢直尺广州双圈牌
秒表JOEREX
2.2实验方法:
2.2.1试样的制备
试验应在监督条件下实施，根据GB/T2406中的规定，取样数为15根，每个试样尺寸保证在：100(mm)×10±0.5(mm)×10±0.5(mm)；每组试样均在离顶端50 mm处用墨水划线，并在相邻的两面用记号笔标记来更好地进行观察记录；在试验前，每组试样一定要先放置在湿度50%±5%和23 ℃±2 ℃的恒湿恒温的室内预处理在88 h以上。
2.2.2设备的调试和试样的安装
图1氧指数测定仪
氧指数测定仪放置在23 ℃±2 ℃环境中，所有预处理完后的试样都应放置在湿度为50%±5%和温度为23 ℃±2 ℃的容器中。试验时，通过对试样在空气中的燃烧现象进行观察，来确定试验的初始氧浓度：若试样燃烧非常迅速，则将起始氧浓度设置在18%（体积分数）左右；若试样燃烧缓慢或燃烧不稳定，则将起始氧浓度设置在21%（体积分数）左右；若试样燃烧不连续，则起始氧浓度最低应设置在21%（体积分数）。使燃烧筒保持垂直，然后使试样垂直于燃烧筒的中心，同时使试样的顶端离燃烧筒顶口100 mm以下，并保证试样底端的暴露部分要高于燃烧筒基座的气体分散装置顶面100 mm[6]。
2.2.3点燃试样
在本文中，所用的试样都是Ⅱ型自撑材料，试验均采用顶面点燃法，即用火焰的最低部分施加于试样的顶面。根据试验需要，也可覆盖整个顶面，但注意不要让火焰对着试样的垂直面或棱。火焰施加时间30 s，每隔5 s移开一次，观察样品有无燃烧，若试样持续燃烧，马上将点火器移开，同时记录试样燃烧时间和燃烧长度。
2.2.4检测数据的处理
若试样点燃后的燃烧时间不足180 s或者燃烧长度短于试样顶端以下50 mm，记作“○”反应。若试样点燃后的燃烧时间超过180 s或者燃烧长度超过试样顶端以下50 mm，记录燃烧行为，记作“×”反应。通过少量样品升-降法逐步选择氧浓度，以任意补偿使氧浓度进行一定的变化。初始氧浓度的选择：通过合适的补偿重复点燃方式，得到氧浓度之差≤1.0%，只要出现一次“○”反应和一次“×”反应，即停止试验。选择“○”反应组的氧浓度作为初始氧浓度。氧浓度的调节：采用初始氧浓度重复点燃方法，通过升-降法调节氧浓度，点燃试样，当氧浓度的变化量在总混合气体的占比为0.2%时，记录cO值和相应的反应，直到观察到反应不同为止。保持氧浓度增量（d）=0.2%（体积分数），将四个以上的试样点燃，将每个试样的氧浓度cO和反应类型记录下来，其中，最后一个试样的浓度记为cf[7]。
（1）氧指数的计算公式：
OI=cf+kd
式中：cf——NT系列中最后一个氧浓度值，以体积分数表示（%），取一位小数；
k——Dixon’s“升-降法”进行测定时用于计算氧指数浓度的系数；
d——使用和控制氧浓度的差值，以体积分数表示（%），取一位小数[8]。
3实验结果：
试验检测结果如表1-1，通过结果图表和柱形图，我们发现：仅少量外墙保温材料达到难燃级别，像酚醛树脂、PEF保温材料、阻燃橡塑保温材料的氧指数达到32%以上，其中改性酚醛树脂高达65.6%；像普通聚苯乙烯只有23.3%、聚氨酯23.6%，这类材料即是易燃材料；像阻燃聚苯乙烯和一些阻燃处理不到位的PEF保温材料均在32%以下，即达不到难燃材料的要求。
表1-1 外墙保温材料氧指数测定结果
图2外墙保温材料氧指数柱状图
4结论：
氧指数虽然能够作为一种相对指标对外墙保温材料的阻燃性进行评价。但是，它只是众多评价材料燃烧级别标准中的一个，不能真实体现材料本身的燃烧性能，得和其他燃烧测试方法及参数综合起来，才能客观有效评价材料的燃烧性能。日本昭和公司利用氧指数OI对材料燃烧性进行区分，氧指数在 21以下定义为续然性；氧指数在22—23之间定义为自熄性；对于阻燃性要求高的地方，氧指数则应在26—27以上[6]；在中国，也有相似的标准，在GB8624-2012《建筑材料燃烧性能分级方法》中规定，氧指数在2—32的是可燃材料，32以上的是难燃材料，26以下的是易燃材料。在本文中，针对外墙体保温材料氧指数进行了研究，对建筑工程材料的使用提供了有价值的参考。
参考文献:
[1]陈朝俊, 建筑外墙保温材料阻燃剂现状及发展趋势. 消防技术与产品信息 2015, (12), 52-54.
[2]安伟光. PS建筑外墙保温材料燃烧及火蔓延行为研究. 中国科学技术大学, 2015.
[3]陈学; 刘渊; 白时兵; 王琪 In 外墙保温聚合物材料的火灾危险性评价及新型有机/无机复合保温材料的研究, 全国高分子学术论文报告会, 2011.
[4]潘鑫波, 建筑外墙保温技术及保温材料发展综述. 江西建材 2015, (8), 15-15.
[5]方小林. 膨胀蛭石复合阻燃保温材料的制备与性能研究. 天津工业大学, 2016.
[6]李斌; 王建祺, 聚合物材料燃烧性和阻燃性的评价—锥形量热仪(CONE)法. 高分子材料科学与工程 1998, (5), 15-19.
[7]刘煜琪, 建筑形态数字建构的现状与生成机制研究. 建材与装饰 2016, (48).
[8]Twilley, W. H.; Babrauskas, V., User's guide for the cone calorimeter. Nasa Sti/recon Technical Report N 1988, 89.
论文作者:徐蕾
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/12
标签：保温材料论文; 试样论文; 外墙论文; 浓度论文; 指数论文; 材料论文; 阻燃论文; 《防护工程》2018年第21期论文;