李富華,張金娜，李慶初

(天津長蘆海晶集團(tuán)有限公司，天津 300457)

人口增長、農(nóng)村向城鎮(zhèn)化轉(zhuǎn)變等原因，促使了居民和商用建筑的集中化和大型化，因此增加了眾多火災(zāi)隱患，大型建筑火災(zāi)蔓延迅猛，撲救困難，極易造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，后果影響巨大，因而建筑的安全性，裝修材料的選用越來越引起人們的重視，對裝飾板材的綠色、環(huán)保、防火等性能提出了更高的要求[1]。

菱鎂防火板是以氧化鎂、氯化鎂為原料，輔以玻纖布、木屑及珍珠巖等增強(qiáng)材料為原料生產(chǎn)的防火板材，具有防火、防水、環(huán)保三大優(yōu)勢，是現(xiàn)階段市場上防火板綜合性能最好的板材。但是由于工藝條件復(fù)雜，產(chǎn)品研發(fā)投入少、不合格率較高，容易發(fā)生返鹵泛霜[2-4]、變形等。同時市場不良競爭，造成市場紊亂，嚴(yán)重限制菱鎂防火板的推廣及應(yīng)用。為了減少火災(zāi)隱患，降低火災(zāi)后的損失，菱鎂防火板品質(zhì)的研發(fā)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 菱鎂防火板性能及應(yīng)用

1.1 防火性能

菱鎂防火板屬于不燃材料，熔點(diǎn)為2 270 ℃，耐火極限可達(dá)4 h。從耐火溫度和時間來說，產(chǎn)品品質(zhì)明顯高于水泥甚至鋼材，防火不燃級別為A1級，不僅在阻燃過程中不會產(chǎn)生有害氣體，而且能夠在遇火時吸收大量熱能，進(jìn)而延遲周圍環(huán)境溫度的升高。

1.2 防水防潮性能

通過對菱鎂防火板防水防潮性能檢測，在濕度較大環(huán)境下，其防水防潮性能不發(fā)生較大變化，經(jīng)過在水中浸泡60 d后，取出后自然風(fēng)干，不會發(fā)生變形、變軟及表皮脫落現(xiàn)象，強(qiáng)度及防水性能無變化，經(jīng)過100 d浸泡檢測，其強(qiáng)度及防水性能變化<3%。

1.3 物理性能

板材表觀密度為0.85 g/cm3～1.5 g/cm3，抗沖擊強(qiáng)度≥4.5 kJ、抗折強(qiáng)度≥20 MPa，具有良好的力學(xué)性能，抗彎受力性能[5]。

1.4 環(huán)保性能

原料不含石棉、甲醛、苯及其他有害放射性元素，生產(chǎn)過程不產(chǎn)生其他污染物，節(jié)能環(huán)保，板材內(nèi)部具有獨(dú)特的自然細(xì)孔結(jié)構(gòu)，具有調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的作用，使居室和辦公場所更加舒適。

菱鎂防火板不僅具有防火、防水、環(huán)保三大特點(diǎn)，同時具有耐高溫、吸聲、防蟲、無毒無味無污染的特點(diǎn)，在后加工處理方面具有直接上油漆、貼面、可釘、可鋸、可粘等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于賓館、商場、酒店、銀行、寫字樓等的通風(fēng)管道、排煙管道、防火門、防火窗、墻板、吊頂板[6]、防火板、家具飾面等方面。

2 影響產(chǎn)品性能的因素

由于原材料、生產(chǎn)配方及生產(chǎn)工藝的影響，在高溫高濕地區(qū)的菱鎂防火板易出現(xiàn)返鹵泛霜，進(jìn)而造成產(chǎn)品強(qiáng)度降低，縮短使用壽命，嚴(yán)重影響產(chǎn)品性能[2-3]。為了更好地提高菱鎂防火板的性能，國內(nèi)外的研究學(xué)者主要就菱鎂防火板返鹵泛霜、耐水性差、翹曲變形等問題進(jìn)行研究[7]，表明主要影響因素有氯化鎂溶液濃度、MgO與MgCl2的摩爾比、H2O與MgO的摩爾比及養(yǎng)護(hù)條件等。

2.1 氯化鎂濃度與用量對產(chǎn)品性能影響

菱鎂防火板的返鹵、變形、開裂等問題與氯化鎂濃度及用量有極大關(guān)系，菱鎂防火板的抗折強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度隨著氯化鎂濃度的升高呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，氯化鎂濃度越高，反應(yīng)速度快，易造成內(nèi)部膨脹，進(jìn)而破壞板材內(nèi)部結(jié)構(gòu)，引起變形；當(dāng)氯化鎂濃度低，活性氧化鎂水化不完全，養(yǎng)護(hù)時間較長，產(chǎn)品強(qiáng)度低；因此氯化鎂濃度在18.6%～25%時為最佳濃度[8-9]。氯化鎂用量較大時，氯化鎂含量高，不反應(yīng)的游離氯化鎂高，易發(fā)生返鹵返霜，降低產(chǎn)品性能[10]，因此，氯化鎂濃度及用量是影響菱鎂防火板性能的重要因素。

2.2 MgO與MgCl2及H2O與MgCl2摩爾比對產(chǎn)品性能影響

菱鎂防火板主要原料為活性氧化鎂、六水氯化鎂、水及其他輔料，生產(chǎn)過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成5相與3相產(chǎn)物，反應(yīng)式如下[11]：

5MgO+MgCl2+13H2O→5Mg(OH)2·

MgCl2·8H2O

(5相)

3MgO+MgCl2+11H2O→3Mg(OH)2·

MgCl2·8H2O

(3相)

通過眾多的研究及實(shí)踐表明，5相生成物是菱鎂防火板強(qiáng)度的保證，菱鎂防火板的抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度隨著MgO與MgCl2的摩爾比呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢[12]，其理論摩爾比在4～6時，可以形成穩(wěn)定5相產(chǎn)物，但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于輔料具有一定含水量，MgO與MgCl2的摩爾比應(yīng)大于6，一般摩爾比控制在7～9之間，有研究表明摩爾比大時的產(chǎn)品，前期強(qiáng)度不高，但是在一定時間內(nèi)強(qiáng)度會出現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢[13]；摩爾比大于10時，體系中MgO含量過剩，硬化后位于產(chǎn)品內(nèi)部，遇到水分后會繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生更多的Mg(OH)2，造成產(chǎn)品變形、開裂甚至返霜；摩爾比小于6時，體系中MgCl2原料過剩，易發(fā)生吸潮返鹵，蒸發(fā)后形成白色霜[14]。Newman等[15]表示MgO與MgCl2的摩爾比將會影響產(chǎn)品的固熱效應(yīng)，造成產(chǎn)品變形。菱鎂防火板的孔結(jié)構(gòu)受H2O與MgCl2摩爾比的影響，比值大時，硬化后的孔隙率增大，減低產(chǎn)品的致密性，板材強(qiáng)度減小[16]。

2.3 養(yǎng)護(hù)條件對產(chǎn)品性能影響

養(yǎng)護(hù)的作用主要是促進(jìn)產(chǎn)品水化及提高強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)條件以濕熱養(yǎng)護(hù)為宜，5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的熱穩(wěn)定性較差，溫度過高，易發(fā)生分解，同時水分蒸發(fā)，不能滿足水化條件，進(jìn)而導(dǎo)致氯化鎂游離，產(chǎn)品吸潮返鹵；溫度過低，養(yǎng)護(hù)硬化時間較長，相應(yīng)能耗增加。菱鎂防火板的水化硬化為放熱過程，養(yǎng)護(hù)的最佳條件一般控制在20 ℃～35 ℃，濕度為60%～70%左右，養(yǎng)護(hù)時間24 h即可脫模進(jìn)行二次養(yǎng)護(hù)，二次養(yǎng)護(hù)后板材強(qiáng)度可以達(dá)到80%～90%[17]。

3 解決措施

菱鎂防火板產(chǎn)品主要問題是返鹵、返霜及變形問題，近幾年，學(xué)者及生產(chǎn)廠家主要就菱鎂防火板的改性及提高產(chǎn)品品質(zhì)進(jìn)行了一系列的研究[18-19]。

3.1 防止返鹵泛霜的措施

一方面，控制原料品質(zhì)，氧化鎂活性較低(低于50%)時，化學(xué)反應(yīng)速度慢，水合后的產(chǎn)物少，氯化鎂溶液過量，造成吸潮返鹵；當(dāng)活性氧化鎂含量較大(>70%以上)時，水化時間短，液相pH值增大，促使氧化鎂MgCl2·6H2O形成，能夠加劇返鹵及耐水性下降，確保MgO與MgCl2在合適的配比[20]。另一方面改性外加劑及憎水劑的使用，不僅能夠延緩反應(yīng)速度，確保氧化鎂充分反應(yīng)，而且能與氯離子形成絡(luò)合物，將其固結(jié)在一定的范圍內(nèi)，從而限制了其活潑游離，解決返鹵泛霜問題[21-22]。

3.2 改善變形措施

(1)控制原料中氧化鈣的含量小于2%，氧化鈣水化形成氫氧化鈣，體積膨脹超過90%，導(dǎo)致產(chǎn)品變形、開裂，有研究顯示采用草酸調(diào)和氧化鈣對產(chǎn)品的影響，提高產(chǎn)品穩(wěn)定性[23]。(2)加入適當(dāng)?shù)捏w積穩(wěn)定性良好的惰性粉狀填充材料，用于分散和緩沖內(nèi)應(yīng)力，添加軟性材料和海綿狀材料以吸引和緩沖內(nèi)應(yīng)力，從而解決變形問題。其他改性劑的使用可以改善產(chǎn)品變形，增強(qiáng)產(chǎn)品韌性[24]，同時合理調(diào)整氯化鎂濃度及填充料用量，可以減少水化過程中產(chǎn)生的結(jié)晶應(yīng)力，但部分填充料對產(chǎn)品的強(qiáng)度有負(fù)面影響[25]。(3)采取合理的養(yǎng)護(hù)工藝，處理好溫度、濕度、時間之間的關(guān)系，溫度控制范圍為40 ℃～60 ℃，最大限度地實(shí)現(xiàn)制品在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)完全充分反應(yīng)。

4 展望

建筑大型化、集中化，使得火災(zāi)隱患不斷增加，“預(yù)防為主、防消結(jié)合”的消防觀念逐漸深入人心，防火裝飾板材的需求量逐漸增加。國家提出了對建材工業(yè)轉(zhuǎn)型升級、健康發(fā)展，促進(jìn)綠色建材生產(chǎn)和應(yīng)用政策，因此研究具有防火、綠色環(huán)保、無毒無害性能的菱鎂防火板是防火裝修材料的發(fā)展趨勢。