铝塑复合板的燃烧性能分析及阻燃技术进展

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1、铝塑复合板的燃烧性能分析及阻燃技术进展刘志鹏;陈英杰;代培刚;张阳【摘 要】本文介绍了铝塑复合板的燃烧性能试验方法,由试验得出,普通铝塑板和低烟无卤防火铝塑板的燃烧性能分别达到D-s2,d0,t2级和B-s1,dO,t1级最后对防火铝塑极的阻燃技术进展进行了简要介绍.期刊名称】广东建材年(卷),期】2010(026)008【总页数】4页(P149-152) 【关键词】 SBI 试验;燃烧增长速率指数;烟气生成速率指数;产烟毒性;阻燃【作 者】 刘志鹏;陈英杰;代培刚;张阳【作者单位】 广东产品质量监督检验研究院;广东产品质量监督检验研究院;广东产品质量监督检验研究院;广东产品质量监督检验研究院

2、【正文语种】 中 文铝塑复合板简称铝塑板，是指以塑料为芯层，两面为铝材的三层复合板材，并在产 品表面覆以装饰性和保护性的涂层或薄膜作为产品的装饰面1。20世纪70年代 在欧洲问世以来，以质轻环保、美观时尚、施工方便等诸多优点在国内外得以广泛 应用。作为幕墙材料主要用于户外广告、餐饮、娱乐、健身、休闲、交通等公共娱 乐场所的装饰面板。铝塑复合板的大量使用对其安全性能提出了更高的要求，而防 火性能是安全性的一项最重要指标。随着火灾科学和消防工程学科领域的不断深入和发展，对燃烧特性的内涵也从单纯 的火焰传播和蔓延，扩展到包括燃烧热释放速率、燃烧热释放量、燃烧烟密度以及 燃烧产物毒性等参数2。根据 G

3、B 8624-2006建筑材料及制品燃烧性能分级， 本文采用单体燃烧试验(Single Burning Item,SBI)和烟气毒性试验取代传统的 难燃、烟密度、氧指数和水平垂直燃烧等试验方法，研究了普通铝塑板和低烟无卤 防火铝塑板两者之间的防火特性差异，以期对铝塑板的规范使用起到一定的指导作 用。1 实验1.1 样品准备样品采用广州市广丰装饰材料有限公司生产的普通铝塑复合板和低烟无卤防火铝塑 板，规格同为1220x2440x4(mm),受火面为装饰面，合金铝板厚0.5mm。小白鼠购自广东省医学试验动物中心，全部满足GB/T 20285-2006中规定的实验 动物要求。1.2 试验仪器英国Fi

4、re Fighting Technology生产的单体燃烧测试装置。 南京上元产烟气毒性测试装置。1.3 试验方法GB/T 20284-2006建筑材料或制品的单体燃烧试验 ，该方法标准为等同采用EN 13823 : 2002。单体燃烧试验方法是一个中型试验，与墙角火试验ISO 9705有良好的相关性，因此能较为全面的评价材料的燃烧性能。实验原理为由两个成直 角的垂直翼组成的试样暴露于直角底部的主燃烧器产生的火焰中，火焰由丙烷气体 燃烧产生，丙烷气体通过砂盒燃烧器并产生(30.72.0) kW的热输出。试样的燃烧性能通过20min的试验过程来进行评估。性能参数包括：热释放、产 烟量、火焰横向传

5、播和燃烧滴落物及颗粒物。烟气毒性测试根据GB/T 20285-2006材料产烟毒性危险分级进行测试。1.4 试样的安装方式及固定方式SBI试验要求的安装固定方式应能代表制品的最终应用状态，幕墙用铝塑复合板的 最终用途为室外幕墙装饰。本试验中将铝塑复合板用螺丝固定在基材硅酸钙板上。 基材背面用背板（硅酸钙板）支撑，样品未存在接缝。2 结果与分析 为了考察铝塑复合板芯料不同对其燃烧性能的影响，分别采对普通铝塑板和低烟无 卤防火铝塑板进行了 SBI试验。所得燃烧增长速率指数、600s内总释放热量、烟 气生成速率指数、600s内总产烟量以及产烟毒性等结果见表1。表1 两种样品的燃烧性能参数项目 普通铝

6、塑板 低烟无卤防火铝塑板FIGRA0.2MJ,W/s 760.1 6.4 FIGRA0.4MJ,W/s 760.1 6.4 THR600s,MJ 16.61.0 LFS,m v 式样边缘 v 式样边缘 SMOGRA,m2/s2 8.3 0 TSP600S,m2 99.2 38.1燃烧滴落物/微粒600s内无燃烧滴落物/微粒600s内无燃烧滴落物/微粒产 烟毒性，级t2 t1燃烧性能分级D-s2,d0,t2 B-s1,d0,t1由表1可知，在总厚度4mm，合金厚度0.5mm的条件下，低烟无卤防火铝塑板 的燃烧性能等级明显高于普通铝塑板，前者燃烧性能等级为B-s1,d0,t1 ,而后者 仅为 D-

7、s2,d0,t2。2.1燃烧速率增长指数（FIGRA ）FIGRA0.2MJ和FIGRA0.4MJ都表示为燃烧增长速率指数，分别代表THR临界值 达到0.2MJ和0.4MJ以后，试样热释放速率与受火时间的比值的最大值。FIGRA 值越大，表明材料受热分解释放热量的速率更快，能更快的促进火灾的发展，因此， FIGRA值越大，材料的火灾危险性就大。普通铝塑板的FIGRA值超过低烟无卤防火铝塑板的100倍，600s内总释放热量 达到低烟无卤防火铝塑板的16.6倍，具有相当的火灾危险性。未经过阻燃处理的 普通铝塑板在持续受火时会因为PE芯材受热融化，产生滴落物和变形而造成火势 扩大，且熔融流淌的芯材会

8、造成燃烧的蔓延。2.2烟气增长速率指数（SMOGRA）SMOGRA 表示烟气生成速率与时间的比值，是表征材料的烟气生成率快慢的参数， 主要用于评价材料的产烟能力。普通铝塑板在燃烧过程中产生大量的浓烟和有毒腐 蚀性气体，对人员的危害性更大。而低烟无卤防火铝塑板则由于添加了阻燃剂和抑 烟剂，能极大地降低火灾的潜在危害性。2.3 产烟毒性采用材料产烟浓度均为 6.15mg/L 的烟气进行试验，结果显示，普通铝塑板对小 鼠染毒后，小鼠出现流泪、闭目、眼睛肿胀、呼吸加快、痉挛、视力丧失，2 只小 鼠死亡。产烟毒性为t2。而低烟无卤防火铝塑板试验过程中的小鼠仅仅出现流泪、 闭目、眼睛肿胀、呼吸加快，并没有

9、出现死亡，产烟毒性能达到t1。这说明普通 铝塑板燃烧产生大量有毒的烟气。图2低烟无卤防火铝塑板燃烧过程中的HRR，THR，FIGRA曲线3 铝塑复合板的阻燃技术进展 铝塑复合板的燃烧性能指标主要取决于芯材的类型和阻燃程度。国内铝塑板的芯材 正在完成由PVC-PE-无卤阻燃PE的过渡。近几年的研究发现，无卤阻燃芯材在数 据和效果上明显优于含卤芯材，加上环保优势，在聚乙烯芯材中添加金属氢氧化物 等无机阻燃剂制备无卤阻燃专用料方法，是目前国际上铝塑复合板芯材的一种最有 效的阻燃芯材制备技术。图3普通铝塑板燃烧过程中的SPR，TSP，SMOGRA曲线图4低烟无卤防火铝塑板燃烧过程中的SPR，TSP，S

10、MOGRA曲线3.1 无卤阻燃剂的选择和阻燃机理聚乙烯因无毒、且易于加工成型而广泛用作铝塑复合板的芯材。普通聚乙烯塑料氧 指数仅为 17.4，在高压、放热、放电等条件下极易燃烧引发火灾，加上聚乙烯在 燃烧时产生熔融物滴落，容易引燃其他物品，导致火灾的蔓延。目前常用的无卤阻燃剂有金属氢氧化物如 Al(OH)3、Mg(OH)2 阻燃剂、磷系阻燃 剂、硅系阻燃剂等,另外加入硼酸锌、微胶囊化红磷、聚磷酸铵、三聚氰胺化合物 等可以达到阻燃抑烟的作用。金属氢氧化物阻燃剂的阻燃机理是,一旦发生火灾,其 芯材在200工以上的温度下吸热脱水，可以带走产生的燃烧热,其脱水生成的氧化物 在材料表面形成一道坚固致密的

11、阻燃屏障,起到绝热防护作用,从而降低燃烧速度、 防止火焰蔓延,达到抑制燃烧的目的3。在诸多无机阻燃剂中,ATH与MH是研究最多的阻燃剂，具有阻燃、消烟、填充三 大功能。MH有两种生产方法一化学合成法与利用天然水镁石通过精选、超细粉 碎后处理的直接生产法。水镁石结构与MH相似,与卤水合成法相比成本低,但需要 通过微粒化处理及表面处理, 才可作为阻燃剂应用于塑料中。3.2 防火铝塑复合板新产品的研发与生产 防火铝塑复合板目前主要采用的是连续热压复合工艺生产。生产时采用高分子膜或 其他胶结材料作粘结材料,通过加热挤出加工,将铝板和塑料复合在一起形成,该工艺 能保持生产连续,自动化程度高,产品质量稳定

12、性好,为目前国内绝大多数企业采用。 无卤阻燃塑料芯材就是在聚烯烃或接枝改性聚乙烯中添加金属氢氧化物/金属氧化 物等无卤复合阻燃剂、阻燃增效剂、消烟剂及加工助剂包括抗氧剂、相容剂、流变 剂等,经特殊的高效塑化混炼工艺和配方技术制成的阻燃清洁材料。依据该方法制 作的无卤阻燃PE芯材在着火燃烧时速度极慢，且不产生浓黑烟和有毒气体、发烟量 轻微,无熔融滴落现象,不会对现场造成二次污染,这样就会为火灾现场人员以足够的 逃生时间,不会因吸入大量的有毒气体而窒息死亡。是一种比较理想的阻燃技术,适 宜用作防火铝塑复合板用芯材。3.3 防火铝塑板阻燃技术的发展趋势防火铝塑复合板芯材阻燃技术总的发展方向：环保安全

13、第一，严格三低两高要求: 低烟、低毒、低腐蚀,高阻燃、耐高温；提高产品的高科技含量(如：相界面相容 技术、抗老化技术，阻燃纳米复合技术，特殊加工技术等)；提高阻燃芯材的质量/ 价格比。无卤阻燃技术的发展对防火铝塑复合板材料的发展密不可分,下面的几种 新型技术值得注意：膨胀型阻燃技术：包括化学型与物理型两大类；聚合物/ 纳米技术：聚合物层状硅酸盐(Polymer Layered Si licates);茂金属催化聚合 技术：通过此种技术可以得到特殊性能的聚乙烯等原料。绿色化、环保化、可回收化、多功能化是未来铝塑复合板材料的发展趋势。尽管铝 塑复合板阻燃的价格要比不阻燃的高,但权衡防火铝塑复合板在提高防火安全性、 减少火灾中人民生命财产的损失及保护环境方面的突出贡献,铝塑复合板的阻燃仍 然是必要和明智的选择。而作为防火铝塑复合板重要组成之一的阻燃芯材,要注重 防火安全与环保研究,提高质量性价比和产品附加值,使防火铝塑板成为实用价值非 常高的资源节约型和环境友好型阻燃清洁装饰材料。【参考文献】【相关文献】1 GB/T 17748-2008建筑幕墙用铝塑复合板.2 GB 8624-2006建筑材料及制品燃烧性能分级.3 赵成刚等编著建筑材料及制品燃烧性能分级评价.北京;中国标准出版社.2007.5.rdant