摘要：采用錐形量熱儀法研究了P-N-B型低煙毒阻燃中纖板與傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板的燃燒性能。研究發(fā)現(xiàn)P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的熱釋放速率峰值、總熱釋放量、有效燃燒熱值均明顯較傳統(tǒng)阻燃中纖板低，而成炭率卻較傳統(tǒng)阻燃中纖板高。其中，熱釋放速率峰值從196.723kW/m2下降到112.371kW/m2，總熱釋放量從87.664MJ/m2下降到81.929MJ/m2，有效燃燒熱值從69.156MJ/kg下降到16.479MJ/kg。結(jié)果表明P-N-B型低煙毒阻燃中纖板較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板阻燃性能更好。

關(guān)鍵詞：阻燃中纖板；低煙毒；錐形量熱儀；熱釋放速率；成炭率

中圖分類號：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）10-0001-03

中纖板由于具有良好的物理力學(xué)性能，又具有綠色環(huán)保性能，且制品具有重量輕、強(qiáng)度高、絕緣性好、加工容易且外觀宜人等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛用于家具制造、隔斷、假墻、車船制造、家用電器等領(lǐng)域，是我國家具、室內(nèi)裝飾裝修業(yè)需求量最大的原材料之一[1]。GB50222—2017《建筑內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB50016—2014（2018年版）《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》以及GB50354—2005《建筑內(nèi)部裝修防火施工及驗(yàn)收規(guī)范》等均要求建筑內(nèi)裝修設(shè)計(jì)應(yīng)妥善處理裝修效果和使用安全的矛盾，積極采用不燃材料或難燃材料。然而從目前阻燃中纖板發(fā)展情況來看，國內(nèi)絕大部分阻燃中纖板存在燃燒性能不夠理想、環(huán)保性能差，且中纖板煙氣毒性無法達(dá)到ZA3級要求等問題[2]，迫切需要對中纖板開展低煙毒、高阻燃改性技術(shù)研究。

為研究不同類型阻燃體系對中纖板燃燒性能的影響，本文采用錐形量熱儀法對比研究了P-N-B型低煙毒阻燃中纖板與傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板的熱釋放速率峰值、總熱釋放量、有效燃燒熱值、成炭率等性能指標(biāo)在燃燒狀態(tài)下的動態(tài)變化，結(jié)果表明P-N-B型低煙毒阻燃中纖板較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板具有更好的凝聚相阻燃效果，為阻燃中纖板的高阻燃、低煙毒發(fā)展指明了方向。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1" 阻燃中纖板制備

將已經(jīng)干燥好的木纖維放入攪拌機(jī)內(nèi)預(yù)攪拌5～10min，使木纖維分散無結(jié)塊。然后在攪拌下將傳統(tǒng)P-N型聚磷酸銨阻燃劑、硼系化合物和金屬氧化物抑煙劑按照比例配制好的低煙毒P-N-B型阻燃劑或者傳統(tǒng)P-N型聚磷酸銨阻燃劑和膠黏劑混合物通過噴槍施入纖維中，繼續(xù)高速攪拌10～20min，取出施膠后的木纖維在烘箱干燥（或晾干）至含水率7%±1%。最后將干燥好的阻燃木纖維在已經(jīng)準(zhǔn)備好的?？蛑袖佈b，在熱壓溫度180～200℃、20～25MPa壓力下熱壓8～20min后成型。

1.2" 錐形量熱測試

為研究不同類型阻燃體系對中纖板燃燒性能的影響，本文通過采用錐形量熱儀測試阻燃中纖板的熱釋放速率、總熱釋放量、有效燃燒熱值以及成炭率等來表征低煙毒阻燃中纖板的燃燒性能。具體性能表征及測試方法如下：

樣品制備：將熱壓成型后的阻燃中纖板制備成100mm×100mm×15mm試樣，3塊；

測試方法：采用錐形量熱儀，按照GB/T16172—2007《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》，實(shí)驗(yàn)室自測和委托國家防火材料檢測中心進(jìn)行檢測，熱輻照功率為50kW/m2，電弧點(diǎn)燃，每5s自動采集數(shù)據(jù)1次。

2 結(jié)果與討論

2.1" 阻燃中纖板的錐形量熱儀法燃燒性能測試結(jié)果

為研究不同類型阻燃體系對中纖板燃燒性能的影響，本研究在同等阻燃劑添加量情況下，分別采用錐形量熱儀對制備的P-N-B型低煙毒阻燃中纖板和傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板的燃燒性能進(jìn)行對比研究，具體燃燒性能測試結(jié)果見表1。

由表1可知，相對傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板，本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的點(diǎn)燃時(shí)間從32s延長到39s，到達(dá)熱釋放速率峰值時(shí)間從51s延長到66s。同時(shí)，本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的熱釋放速率峰值、總熱釋放量、最大有效燃燒熱值均得到了顯著下降，其中總熱釋放量從87.664MJ/m2下降到81.929MJ/m2，最大有效燃燒熱值從69.156MJ/kg下降到16.479MJ/kg，熱釋放速率峰值也從196.723kW/m2下降到112.371kW/m2，

遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于素板的熱釋放速率峰值462.31kW/m2。此外，本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板燃燒后的成炭率為25.297%，較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板燃燒后的成炭率24.736%提高了0.561%，說明本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板具有較好的成炭效果。

綜上表明P-N-B型低煙毒阻燃中纖板較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板阻燃性能更優(yōu)。這可能一方面是因?yàn)镻-N-B型低煙毒阻燃中纖板在燃燒時(shí)產(chǎn)生的聚偏磷酸可快速催化木材脫水炭化，另一方面硼系化合物在受熱燃燒時(shí)會形成玻璃體覆蓋層，兩種阻燃體系共同形成致密炭層使木纖維材料的熱解速率降低，造成釋放出可燃性有機(jī)揮發(fā)性氣體的速率降低，最后達(dá)到持續(xù)燃燒所需可燃性氣體濃度的時(shí)間延長，使材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性明顯降低。

2.2" 動態(tài)熱釋放速率對比

熱釋放速率是指在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，在單位時(shí)間內(nèi)材料燃燒所釋放的熱量。熱釋放速率越大，燃燒反饋給材料表面的熱量就越多，造成材料熱解速度加快和揮發(fā)性可燃物生成量增多，從而加速了火焰的傳播。為研究不同類型阻燃體系對阻燃中纖板熱釋放速率的影響，本研究采用錐形量熱儀對熱釋放速率動態(tài)變化趨勢進(jìn)行研究，結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出P-N-B型低煙毒阻燃中纖板（1#）第一放熱峰出現(xiàn)時(shí)間為66s，第二放熱峰出現(xiàn)時(shí)間為690s，較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板（2#）第一放熱峰51s滯后15s，較第二放熱峰540s滯后150s，增加了出現(xiàn)第一次試樣被點(diǎn)燃的時(shí)間和出現(xiàn)較高火焰的時(shí)間，表明材料的耐火性能有明顯提高。與此同時(shí)，P-N-B型低煙毒阻燃中纖板第一放熱峰值為112.371kW/m2、第二放熱峰值為91.784kW/m2，分別較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板第一放熱峰值196.723kW/m2，第二放熱峰值162.738kW/m2降低84.352kW/m2和70.954kW/m2。這主要是因?yàn)楸狙芯縋-N-B型低煙毒阻燃中纖板燃燒后形成的致密炭層抑制了中纖板材料的熱解速度和揮發(fā)性可燃物的生成，導(dǎo)致反饋給材料表面的熱量相對較少造成。

2.3" 總熱釋放量對比

總熱釋放量是指在預(yù)置的入射流強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。總熱釋放量越小，阻燃性能越好。為研究不同阻燃體系對阻燃中纖板總熱釋放量的影響，本研究采用錐形量熱儀對總熱釋放量動態(tài)變化進(jìn)行研究，結(jié)果見圖2。

由圖2可以看出本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板（1#）火焰完全熄滅時(shí)間為1908s，較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板（2#）的火焰完全熄滅時(shí)間1179s滯后729s，總熱釋放量81.929MJ/m2較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板的總熱釋放量87.664MJ/m2降低5.735MJ/m2。這主要是因?yàn)镻-N-B型低煙毒阻燃中纖板較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板燃燒過程中釋放揮發(fā)性可燃物的速度更加緩慢，揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度相對不劇烈，最后導(dǎo)致總熱釋放量降低，從而降低了中纖板材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性。

2.4" 有效燃燒熱值對比

為研究不同阻燃體系對阻燃中纖板有效燃燒熱值的影響，本研究采用錐形量熱儀法對有效燃燒熱值動態(tài)變化進(jìn)行研究，結(jié)果見圖3。

由圖3可以看出，兩種阻燃中纖板均在675s達(dá)到了最大有效燃燒熱值，其中P-N-B型低煙毒阻燃中纖板（1#）的有效燃燒熱值為16.479MJ/kg，較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板（2#）的有效燃燒熱值69.156MJ/kg低52.677MJ/kg，表明P-N-B型阻燃中纖板燃燒裂解后產(chǎn)生的揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板。另外，傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板在1170s左右就沒有揮發(fā)性氣體進(jìn)行氣相燃燒。而本研究P-N-B型低煙毒阻燃中纖板在1429s后還有揮發(fā)性氣體氣相燃燒，這主要是因?yàn)镻-N-B型阻燃劑燃燒過程中產(chǎn)生的玻璃化炭層較傳統(tǒng)P-N型阻燃劑燃燒過程中產(chǎn)生的炭層更加致密，有效抑制了揮發(fā)性氣體的快速釋放，造成氣相燃燒速度相對緩慢。

3 結(jié)論

本文通過采用錐形量熱儀法對P-N-B型低煙毒阻燃中纖板和傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板的燃燒性能進(jìn)行對比研究，得出以下結(jié)論：①P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的熱釋放速率峰值、總熱釋放量、有效燃燒熱值均明顯較傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板低，而成炭率卻較傳統(tǒng)阻燃中纖板高。②相對傳統(tǒng)P-N型阻燃中纖板，本文P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的點(diǎn)燃時(shí)間從32s延長到39s，到達(dá)熱釋放速率峰值時(shí)間從51s延長到66s。且熱釋放速率峰值從196.723kW/m2下降到112.371kW/m2，總熱釋放量從87.664MJ/m2下降到81.929MJ/m2，有效燃燒熱值從69.156MJ/kg下降到16.479MJ/kg，表明P-N-B型低煙毒阻燃中纖板的凝聚相阻燃減毒效果更優(yōu)。

參考文獻(xiàn)

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