標簽： 酚醛
酚醛泡沫鋁單板幕墻保溫系統防火性能研究
黃振利1 居世寶1 季廣其2 殷宜初3（1.北京振利高新技術有限公司，北京 100073； 2．中國建筑科學研究院建筑防火研究所，北京 100013；3．上海市合成樹脂研究所，上海 201103）【摘 要】 酚醛泡沫作為防火保溫材料，其性能指標滿足外墻外保溫系統的各項要求，考察防火等級為B1難燃級的酚醛泡沫應用于最苛刻的鋁單板幕墻系統窗口火試驗中保溫材料的破損情況以及火焰在系統表面和內部傳播的范圍和狀態，分析該材料在有無防火構造措施情況下的燃燒性能。通過試驗研究，充分論證了防火隔離帶、防火保護層、無空腔構造措施的可行性和有效性，抓住防火的關鍵要素——熱釋放速率和火焰傳播兩個指標，明確外保溫防火實驗方法、防火分級標準和適用高度，才更有利于保障外墻外保溫系統防火的安全性和工程質量的長期穩定性?！娟P鍵詞】 防火保溫材料 防火構造措施 酚醛泡沫 實驗方法 防火分級標準 Fire Protection Performance Study of Phenolic Foam in Aluminum Curtain Wall Insulation System HANG Zhen-li1， JU Shi-bao1， JI Guang-qi2， YIN Yi-chu3(1. Beijing Zhen Li High-tech Co., Ltd. Beijing 100073, China; 2. China Academy of Building Research Institute of Building Fire, Beijing 100013, China; 3. Shanghai Research Institute Of Synthetic Resins, Shanghai 201103, China)【Abstract】 Phenolic foam is a fireproof and thermal insulation material,its performance and specifications satisfy exterior insulation for exterior wall external insulation system requirements. For the study of class B1 fire rating ,Phenolic foam board is tested with or without structural measures under the conditions of fire prevention. The window fire breakage of phenolic foam in aluminum curtain wall system is tested in the most critical demanding fire. The flame propagation in the system and the internal surface of the scope and status are tested. Analysis of the material structural measures in case of fire without burning performance based on the experiment, fully demonstrated the Fire Barrier, fire protection layer, no cavity feasibility and effectiveness of structural measures. adhere to the structural fire- based, supplemented by the concept of fire protection materials, seize the key elements of fire prevention, heat release rate and flame propagation of two indicators, Clear insulation fire test methods, fire classification standards and the applicable height, In the interest of protection of exterior insulation and fire safety systems and quality of long-term stability. 【Key words】 fireproof and thermal insulation material， fire protection structural measure，phenolic foam， experimental methods， grading Standard for fire protection0、前言酚醛泡沫（Phenolic Foam，簡稱PF）是新型有機高分子保溫材料，被譽為保溫之王。酚醛泡沫不僅導熱系數低、保溫性能好，還具有難燃、熱穩定性好、質輕、低煙、低毒、耐熱、力學強度高、隔音、抗化學腐蝕能力強等多項優點，酚醛泡沫塑料原料來源豐富，價格低廉，而且生產加工簡單，它可以現場澆注發泡、可模制、也可機械加工，可制成板材、管殼及各種異型產品。它克服了傳統泡沫塑料型有機高分子保溫材料易燃、多煙有毒、遇熱變形等缺點，保留了傳統泡沫塑料型保溫材料質輕、施工方便等特點。由于其本身特殊的結構特點所決定：酚醛樹脂分子主鏈上含有大量的芳基，熱解殘碳量高，燃燒的炭化層迅速覆蓋在燃燒著的復合物表面，從而使火焰熄滅。酚醛樹脂所具有的這些優良性能，為將它用于外墻外保溫防火保溫材料提供了可能性。1、酚醛泡沫優異的防火性能酚醛泡沫無需加入任何阻燃劑，氧指數即可高達40，屬B1級難燃材料。添加無機填料的高密度酚醛泡沫塑料氧指數可達60～70，燃燒等級可達到A級，酚醛樹脂分子結構中碳原子比例高，苯酚分子是良好的自由基吸收劑，在高溫分解過程中，由斷裂的甲撐橋生成的自由基迅速被苯酚分子吸收，組織反應繼續進行，泡沫遇見火時表面能形成結構碳的“石墨泡沫”層，有效地保護了層內的泡沫結構，在材料一側著火燃燒時，另一側的溫度不會升得較高，也不擴散，當火焰撤除后，火自動熄滅。由于石墨層的存在，表面無滴落物、無卷曲、無熔化現象、不具有火焰傳播性，燃燒時的最大煙密度（SDR）不超過5，酚醛分子中只有氫、碳和氧分子，在高溫分解時，只能產生氫、碳和氧構成的產物，除少量CO外，沒有任何其它有毒氣體，所以發生火災時也便于消防員救援。最終固化的酚醛泡沫具有包括數個苯酚環并有甲撐橋連接的結構，由熱力學可知，甲撐橋是有機物連接中受溫度影響最小最為穩定的連接之一，這使得酚醛泡沫具有優異的熱穩定性，可在150℃長期使用，短時間耐熱200℃。經測定酚醛泡沫在1000℃火焰溫度下，抗火焰能力可達120分鐘，因此在耐火板材中得到應用，可制成酚醛泡沫防火墻。利用酚醛泡沫塑料的絕熱、抗化學腐蝕性制成的保溫材料，廣泛用于石油化工、食品、交通運輸、賓館、公寓、醫院等高級建筑物的外墻外保溫板等行業，節能效果極其明顯。2、外墻外保溫系統的構造防火研究外墻外保溫系統是否具有防火安全性，要考慮點火性和傳播性兩個方面的問題。點火性是指在火源或火種的條件下，系統是否能夠被點燃或引起燃燒的產生，即系統自身的燃燒性能要求。傳播性是指當有燃燒或火災時，系統是否具有傳播火焰的能力，即系統對外部火源攻擊的抵抗力或抗火性能要求。從防火安全性的角度來看，外保溫系統大致分為兩類：一類是采用不燃保溫材料的外保溫系統，系統自身構造具有良好的防火安全性能；另一類是采用有機高分子保溫材料的外保溫系統，系統自身構造不能完全滿足防火安全性要求，或具有較大的火災危險性，應采取有效的防火構造措施。當外保溫系統的保溫材料采用不燃性材料或不具有傳播火焰的難燃性材料時，外保溫系統幾乎不存在防火安全性問題。但是，在中國目前的技術條件下，聚苯乙烯泡沫（EPS、XPS）聚氨酯泡沫（PU）等可燃有機高分子保溫材料在建筑外保溫系統中的使用最為廣泛，這是產生外保溫系統防火安全性問題的起因，而隨著節能標準逐步提高，膠粉聚苯顆粒、膨脹珍珠巖等漿料保溫材料因為其導熱系數高，無法滿足較高節能標準，逐漸被限制和禁止使用。自 2005年至今，因為保溫材料引發的火災越來越多，2009年比較典型的火災有央視新址園區在建的文化中心樓、中央美院宿舍樓、中國科技館新館、濟南全運會場館火災、南京中環國際大廈又是一場大火等。面對外墻外保溫材料引發火災事故的嚴酷現實，市場對提高保溫材料防火性能的呼聲也越來越高。觸目驚心的火災案例給我們以足夠的警示，因此，高層建筑的外保溫防火安全性問題必須提上日程。2.1 外墻外保溫防火技術現狀2007年由北京振利高新技術有限公司、中國建筑科學研究院防火研究所、 北京六建公司、清華大學、北京建筑設計標準院、建設部發展促進中心、中國建筑材料科學研究院、北京市消防產品質量監督監測站八家單位共同完成了目前全國唯一一個國家科研成果“外墻保溫體系防火試驗方法、防火等級評價標準及建筑應用范圍的技術研究”，與 2007年9月正式通過專家驗收，并明確將外墻外保溫系統防火試驗方法、防火分級及適用高度列入標準。經建設部正式批準后成為《建設部2006年科學技術項目計劃》研究開發項目編號：06-K5-35。在保溫材料燃燒性能等級滿足基本要求的條件下，以熱釋放速率峰值和火焰傳播性的技術指標對外保溫系統整體構造的防火性能進行分級（熱釋放速率峰值和總放熱量是評價外保溫系統抗火能力的關鍵技術指標，與其火焰傳播性具有一定的內在對應關系。從本質上講，熱釋放速率的大小與保護層的厚度直接相關，而保護層厚度是影響外保溫防火性能的關鍵要素之一，因此，熱釋放速率峰值是評價外保溫系統整體防火安全性能的主要技術參數），并確定不同等級外保溫系統的適用建筑高度，是解決我國外保溫防火問題的必由之路。外保溫系統防火等級劃分是提高防火安全性的有效途徑。表一 非幕墻式居住建筑外墻外保溫系統對火反應性能外保溫系統防火級別 對火反應性能 熱釋放速率峰值（kW/m2） 窗口火試驗 水平準位線溫度（℃） 燒損面積（m2）J-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300（當選用保溫燃燒性能等級為A級時） ≤5J-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10J-Ⅲ ≤25 T2≤300 ≤20J-Ⅳ ≤100 T2≤500 ≤40表二 非幕墻式公共建筑外墻外保溫系統對火反應性能外保溫系統防火級別 對火反應性能 熱釋放速率峰值（kW/m2） 窗口火試驗 墻角火試驗 水平準位線溫度（℃） 燒損面積（m2） 橫向火焰傳播距離 燒損面積（m2）G-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300（當選用保溫燃燒性能等級為A級時） ≤5 ≤1.52 ≤10G-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10 ≤3.04 ≤20G-Ⅲ ≤25 T2≤300 ≤20 ≤5.49 ≤40表三 幕墻式建筑外墻外保溫系統對火反應性能要求外保溫系統防火級別 對火反應性能 熱釋放速率峰值（kW/m2） 窗口火試驗 墻角火試驗 水平準位線溫度（℃） 燒損面積（m2） 橫向火焰傳播距離 燒損面積（m2）M-Ⅰ ≤5 T2≤200且T1≤300或T2≤300（當選用保溫燃燒性能等級為A級時） ≤5 ≤1.52 ≤10M-Ⅱ ≤10 T2≤200且T1≤500 ≤10 ≤3.04 ≤202.2 外保溫系統防火試驗方法對外保溫系統進行防火安全性能評價是以試驗為基礎的，試驗方法所采用的試驗模型應能夠表征系統在實際火災中的狀態，試驗結果應客觀地反映外保溫系統的防火安全性能。只有選擇正確的試驗方法，才能客觀、科學地評價外保溫系統防火安全性能。從試樣尺度劃分試驗方法的類別，包括小尺寸試件試驗、中尺寸試件試驗和大尺寸模型火試驗。表四 外保溫系統的防火安全性試驗方法表不同比例模型火試驗 試驗方法 試驗核心小比例的模型火試驗 錐型量熱計試驗ISO5660 針對局部構造或單一材料 可燃性試驗GB/T8626 針對單一材料 氧指數試驗GB/T2406 針對單一材料 泡沫垂直燃燒GB/T8333 針對單一材料中比例的模型火試驗 SBI試驗EN13823 針對局部構造或單一材料 燃燒豎爐試驗GB/T8625 針對局部構造或單一材料大比例的模型火試驗 墻角火試驗UL1040 針對整個構造系統 窗口火試驗BS 8414－1 針對整個構造系統2.3 外墻外保溫防火構造三種形式
