牛貴來，楊守生，龐雲(yún)文，孟 濤，周俊偉，牛少偉

(1.駐馬店市消防救援支隊，河南 駐馬店 463000； 2.中國人民警察大學(xué)，河北 廊坊 065000； 3.沈陽市消防救援支隊，遼寧 沈陽 110000； 4.濮陽市消防救援支隊，河南 濮陽 457000)

0 引言

對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行防火保護，就是將防火保護材料施加于鋼結(jié)構(gòu)表面，防止鋼結(jié)構(gòu)被直接灼燒，阻隔熱量向鋼結(jié)構(gòu)傳遞，延緩溫度的變化，提高鋼結(jié)構(gòu)的耐火極限以滿足防火設(shè)計要求。防火涂料、防火板、卷材或混凝土等均是市面上常見的防火保護材料，在鋼結(jié)構(gòu)防火工程項目中噴涂鋼結(jié)構(gòu)防火涂料和包覆鋼結(jié)構(gòu)防火板材兩種方法應(yīng)用最為廣泛[1]。防火卷材是近年來興起開發(fā)的新型防火材料，是以樹脂為基料，添加膨脹阻燃劑及有關(guān)助劑的復(fù)合材料[2-5]。氯化聚乙烯(CPE)/聚氯乙烯(PVC)/順丁橡膠(BR)為基料的防水材料具有優(yōu)良的使用性能[6]，本文以此為基礎(chǔ)，將聚磷酸銨、三聚氰胺、季戊四醇(APP/MEL/PER)膨脹型阻燃體系合理引入，經(jīng)條件優(yōu)化制備膨脹型鋼結(jié)構(gòu)防火保護材料。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

順丁橡膠(BR)、癸二酸二辛酯、聚氯乙烯(PVC)、氯化石蠟，工業(yè)級，山東優(yōu)素化工科技有限公司；氯化聚乙烯(CPE)，工業(yè)級，臨沂奧星化工有限公司；聚磷酸銨(APP)：Ⅱ型，江蘇鎮(zhèn)江星星阻燃劑公司；三聚氰胺(MEL)，中國醫(yī)藥上?；瘜W(xué)試劑公司；季戊四醇(PER)、鄰苯二甲酸二異辛酯，工業(yè)級，天津市化學(xué)試劑批發(fā)公司；乙烯基三氯硅烷，工業(yè)級，南京創(chuàng)世化工助劑有限公司；防火膠，廊坊碩達(dá)保溫材料有限公司。

1.2 主要儀器及設(shè)備

開放式煉膠(塑)機，X(S)K-160，無錫美鈺橡膠機械制造有限公司；平板硫化機，XLB-D350×350×2-Z，上海第一橡膠生產(chǎn)廠；氧指數(shù)測定儀，HC-2，南京江寧分析儀器廠；水平垂直燃燒儀，UL94SCZ-3，南京上元分析儀器廠；建筑材料煙密度測試儀，SCY-1，南京上元分析儀器廠；掃描電子顯微鏡，日本日立，TM3030型；熱重分析儀，TGA/SDTA851e，METTLER TOLEDO COMPANY;耐火性能測試儀，自制。

1.3 鋼板的選擇及耐火測試試件的制備

采用Q235鋼板作底材，經(jīng)除銹、無水乙醇擦拭除雜、表面干燥后涂300～350 g·m-2的防火硅凝膠，貼150 mm×150 mm×2 mm防火保護材料，經(jīng)熱壓得試件。

2 性能測試

2.1 耐火性能測試

參考標(biāo)準(zhǔn)《飾面型防火涂料》(GB 12441—2005)進(jìn)行檢測。圖1、圖2為自制耐火性能測試裝置結(jié)構(gòu)示意圖，能實現(xiàn)圖3所示的標(biāo)準(zhǔn)升溫。測試時試件背火面溫度升至300 ℃的時間為耐火時間[7]。

2.2 防火性能測試

極限氧指數(shù)測試、垂直燃燒測試參照《橡膠燃燒性能的測定》(GB/T 10707—2008)[8]；煙密度測試參照《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》(GB/T 8627—2007)[9]；熱重分析的升溫速率為20 ℃·min-1，氮氣氣氛流速為40 mL·min-1。

圖1 耐火試驗儀器正面圖

圖2 耐火試驗儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖3 耐火試驗爐升溫曲線

利用掃描電鏡，將耐火性能測試后形成的炭層粘到樣品盤上，對其表面進(jìn)行噴金處理，掃描電壓 15 kV，對炭層進(jìn)行放大觀察并拍照。

2.3 CPE/PVC/BR鋼結(jié)構(gòu)防火卷材的制備

以氯化聚乙烯(CPE)、聚氯乙烯(PVC)、順丁橡膠(BR)為鋼結(jié)構(gòu)防火卷材的基料，引入聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)膨脹型阻燃體系，添加癸二酸二辛酯、鄰苯二甲酸二異辛酯、氯化石蠟、乙烯基三氯硅烷等改性劑制備防火卷材，其流程如圖4。

圖4 鋼結(jié)構(gòu)防火卷材的制備流程

3 結(jié)果與討論

3.1 膨脹阻燃體系的作用與影響

表1 P-N-C阻燃體系正交試驗因子水平表

表2 L9(34)正交試驗結(jié)果

注：Ti為不同因素i水平的T總和，R為T值的極差。

3.2 基料與阻燃體系配比的影響

表3 基料與阻燃體系配比與耐火時間的關(guān)系

圖5 試樣A0膨脹炭層微觀形貌(×200)

圖6 試樣A3膨脹炭層微觀形貌(×200)

從表4試件A0、A1、A2、A3、A4在氮氣氣氛中的熱分析結(jié)果看，試件熱分解均存在兩個階段，這與單一組分分解階段基本一致，即組分間相互作用未改變分解階段，但APP/MEL/PER復(fù)合阻燃體系與CPE/PVC/BR復(fù)合高分子材料相互作用，使CPE/PVC/BR鋼結(jié)構(gòu)防火卷材的初始分解溫度較分解溫度最低PER的初始分解溫度[10](248.52 ℃)提前，變化幅度與基料/阻燃體系配比有關(guān)。

表4 試件熱分解階段

注：Tonset為初始分解溫度；Tend為終止分解溫度；Tp為最大分解速率時的溫度。

鋼結(jié)構(gòu)防火卷材的防火性能(阻燃性)、耐火性能是其基本性能，表5為試樣的燃燒性能。

表5 CPE/PVC/BR基鋼結(jié)構(gòu)防火卷材防火性能

由表5可知，未阻燃CPE/PVC/BR基復(fù)合材料氧指數(shù)為21.8%，水平燃燒性能為FH-4-81mm·min-1，垂直燃燒測試時，一次點火就蔓延至夾具，且有熔融滴落現(xiàn)象；經(jīng)50%的APP/MEL/PER復(fù)合阻燃體系阻燃后氧指數(shù)達(dá)到32.2%，提高了47.7%，水平、垂直燃燒性能分別達(dá)到FH-1、FV-0級，具有較好的防火性能。但膨脹阻燃劑使CPE/PVC/BR基復(fù)合材料的最大煙密度值、煙密度等級提高，產(chǎn)煙性增加。

4 結(jié)論