第46卷 第12期
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CHINA RUBBER/PLASTICS TECHNOLOGY AND EQUIPMENT (PLASTICS)
橡塑技术与装备（塑料）
作者简介：李永庆（1986-），硕士研究生，现主要从事消防部门装饰装修材料阻燃性能的检测工作。 收稿日期：2020-03-24
目前建筑用外墙保温材料中聚苯乙烯保温板因其经济、低吸水性、高机械强度和优良的隔热性能，而被广泛应用 [1]
。虽然聚苯乙烯的使用量较大，但是普
通的聚苯乙烯为可燃易燃物，且燃烧时会产生大量的毒烟，对人们的生命和财产安全构成了极大的威胁，这在一定程度上限制了其应用 [2]
。目前，大量的火灾
都是由于建筑的外墙保温材料采用了高烟量、易燃的聚苯乙烯引起的。因此，对可发性聚苯乙烯进行阻燃处理，使其在遇到明火时不燃，或者在离开火源时能够自行熄灭成为研究重点。目前我国使用的聚苯乙烯阻燃剂主要为含卤阻燃剂，包括十溴二苯醚、四溴双酚A （TBBA ）、六溴十二烷（HBCD ）等，这些阻燃剂在燃烧发烟时会产生大量有毒气体
[3]
。
本文以热固性酚醛树脂为基体，复合无机阻燃材料，并将这种复合材料包覆在聚苯乙烯颗粒表面，然后将包覆有阻燃材料的聚苯乙烯粒料在模具中打板成型，制得的保温板氧指数可达30.5。燃烧过程中聚苯乙烯泡沫无塌陷、低落现象，并且产生极少的烟量，燃烧后颗粒表面包覆的阻燃材料形成连续骨架，从而起到了隔绝空气的作用。 1 生产工艺
1.1 生产配方
聚苯乙烯生产配方见表1。
1.2 工艺流程图
聚苯乙烯保湿板生产工艺流程图见图1。
使用间歇式预发泡机，聚苯乙烯珠粒的预发泡温
无卤阻燃聚苯乙烯保温板生产工艺研究
李永庆
(北京市消防救援总队，北京 100035)
摘要：研究了在发泡聚苯乙烯表面包覆无卤阻燃有机-无机复合材料并制备保温板的工艺方式和工艺参
数，重点研究了预发泡温度和时间对于聚苯乙烯珠粒的直径和密度以及对聚苯乙烯保温板压缩强度和导热系数的影响。制备了氧指数为30.5，压缩强度为205 KPa ，导热系数为0.039 W/(m .℃）的阻燃保温板。
关键词：聚苯乙烯；包覆；无卤阻燃中图分类号：TQ325.2
文章编号：1009-797X(2020)12-0022-04
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2020.12.004
表1 聚苯乙烯生产配方
原料名称
用量/kg 聚苯乙烯30热固性酚醛树脂
30.2固化剂5多聚磷酸铵6微胶囊化红磷4硅烷偶联剂1氢氧化镁
0.8
图1 聚苯乙烯保温板生产工艺流程图
度为70~100 ℃，预发时间为3~5 min ，预发结束后得到聚苯乙烯泡沫于室温下熟化12 h 。由于后续包覆造粒阶段聚苯乙烯珠粒内部仍会有戊烷气体受热溢出，故预发泡阶段应严格控制预发泡的温度、时间，避免过多的发泡剂溢出，使得聚苯乙烯在打板成型时膨胀力不足，从而导致保温板的强度偏低。
1.4 包覆造粒
将酚醛树脂、多聚磷酸铵、微胶囊化红磷、氢氧化镁和硅烷偶联剂在搅拌机中搅拌均匀作为A 组分，同时在另外一个容器中称取固化剂为B 组分。在聚苯乙烯混合机中送入已经预发泡并熟化好的泡沫，开动
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李永庆·无卤阻燃聚苯乙烯保温板生产工艺研究
2020年 第46卷
模具制作·23·
搅拌后将A 组分缓慢倒入混合机。搅拌均匀以后再倒入固化剂，混合1 min 以后排料，在烘干床上进行烘干造粒。
烘干造粒的温度为60~80 ℃，时间为10~30 min ，温度过高、时间过长会使得聚苯乙烯表面的酚醛树脂固化程度高，从而束缚聚苯乙烯泡沫的膨胀，导致板材不密实。
1.5 模压成型
聚苯乙烯泡沫板材的成型工艺为：预热—合模—加料—加热—冷却—脱模—熟化。使用蒸汽吹洗法对模具进行预热，预热温度控制在100 ℃左右。预热后合模，加料，通入一定压力的蒸汽加热14 s 后通过负压抽除模具内的水分，保持30 s 后开模—脱模。
模具预热温度过高会导致制品表面固化速度过快，从而阻碍蒸汽向制品内部的流动，导致内部受热不均形成缺陷。蒸汽压力过大、加热时间过长会使得聚苯乙烯内戊烷气体溢出过快导致制品塌陷。如发
现有粘模现象，应在下一周期开始之前，将模具加热，在腔壁上涂刷脱模剂，但不宜涂刷太多，以免影响包覆材料的附着。聚苯乙烯板材在刚出模时强度很低，制品中心温度约在90~105 ℃之间，含有加热时水蒸汽产生的凝结水。应在脱模后立即放入60~70 ℃的室温内进行烘干处理。
1.6 性能测试及表征
1.6.1 最低氧指数测试
使用最低氧指数测试仪，最低氧指数测试标准：根据GB/T 2046—2008《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》，试样尺寸：长100 mm ，宽10 mm ，厚4 mm 的长条。
1.6.2 压缩强度测试
使用压缩强度试验机进行测试。压缩强度测试标准：GB/T1041—2008，试样尺寸：长100 mm ，宽13 mm ，厚4 mm 的长条。测试温度：25 ℃。
1.6.3 导热系数测试
使用平板导热仪进行测试。导热系数测试标准：GB3399—1982，试样尺寸：长300 mm ，宽300 mm ，厚10 mm 的片条。测试温度：25 ℃。
2 结果与讨论
2.1 预发泡工艺参数确定
2.1.1 预发泡工艺对苯乙烯珠粒的影响
聚苯乙烯珠粒的预发泡的温度一般在70~100 ℃，
对于具有不同的物理性能聚苯乙烯保温板应该采用不同的预发泡温度和时间。分别在70 ℃、80 ℃和90 ℃下对聚苯乙烯珠粒进行预发泡，时间分别为3 min 、4 min 和5 min 。预发结束后测试聚苯乙烯珠粒的直径和珠粒密度，数据见表2。
表2 预发泡温度和时间对聚苯乙烯珠粒直径和密度的影响
序号预发泡温度/℃预发泡时间/min 珠粒直径/mm 珠粒密度/(kg .m -3)1754 3.1998.852755 3.3092.623853 3.4687.434854 3.5882.355953 3.9362.366
95
4
40.5
59.64
从表2可以看出，在相同预发泡时间下，预发泡温度越高，聚苯乙烯珠粒的直径越大，珠粒密度也就越小，这是因为随着预发温度的升高，气体逸出更剧烈。在相同的预发泡温度下，预发泡时间长的珠粒直径略微增加，密度略有减小，这是因为在预发泡后期聚苯乙烯珠粒的增大速度趋于平缓。
2.1.2 聚苯乙烯预发泡对压缩强度和导热系
数的影响
渣土车管理系统将1~6号预发泡的聚苯乙烯珠粒进行包覆造粒、模压成型后测试压缩强度和导热系数，见表3。
表3 预发泡温度和时间对聚苯乙烯板物理性能的影响
序号密度/(kg .m -3)压缩强度/kPa 导热系数/ W.(m .℃)-1
140.652530.048238.682460.044337.122180.043436.852050.039533.681860.039632.58
1820.036
从表3中可以看出，在相同的预发泡温度下，预发泡时间延长得到的聚苯乙烯保温板的密度较低；在相同预发泡时间下，随着预发泡操作温度的升高，最终得到的聚苯乙烯保温板密度也较低。这主要是由于较高的预发泡温度和较长的预发泡时间能够使聚苯乙烯珠粒内的戊烷气体在受热情况下膨胀更为剧烈，从而导致聚苯乙烯材料密度减小。
同时随着预发泡时戊烷气体大量逸出，导致在二次发泡过程中戊烷气体减少，聚苯乙烯珠粒膨胀程度降低进而导致珠粒之间的交联密度降低，保温板的压缩强度也就更小。随着聚苯乙烯保温板密度减小，导热系数也逐渐减小，这是因为随着珠粒直径的增加同等体积内珠粒间的接触界面也越少，导热效果也就越差。
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综合上述实验结果，为降低聚苯乙烯保温板成本同时保证一定的的压缩强度和导热系数，确定预发泡的温度为85 ℃，预发泡时间为4 min 。
2.2 阻燃性能
根据GB/T 2046《塑料燃烧性能试验方法-氧指数法》测定包覆无卤阻燃聚苯乙烯保温板的氧指数为30.5，试样燃烧后的形态结构如图2所示。图中白部分为聚苯乙烯泡沫，棕网格状结构为掺有无机阻燃填料的酚醛树脂。由图可以看出在聚苯乙烯泡沫粒子界面上均包覆有酚醛树脂，试样燃烧过的部分变成了黑。
图2 聚苯乙烯保温板氧指数试样燃烧照片
板材模压成型过程中聚苯乙烯泡沫表面包覆的酚醛树脂交联固化，在体系中起到了骨架的作用，当聚苯乙烯泡沫遇到明火时酚醛树脂可以起到隔绝空气的作用。同时在燃烧后形成的酚醛树脂骨架在表面继续起到了隔绝空气的作用。此外，由于热固性酚醛树脂的骨架作用，试样在燃烧过程无滴落现象，从而有效避免了着火点的传递。
3 结论
（1）聚苯乙烯珠粒预发泡温度越高预发泡时间越长，最终制得的聚苯乙烯保温板密度越低、压缩强度越小，导热系数越小。综合考虑成本和性能，选择预发泡温度为85 ℃，预发泡时间4 min 。
（2）制得的聚苯乙烯保温板的导热系数为0.039 W/(m .℃）
，压缩强度为205 kPa ，氧指数为30.5，燃烧无滴落现象，燃烧后产物可起到隔绝空气的作用。该生产工艺制备的保温板环保、阻燃，综合性能良好，
可进行批量生产。参考文献：
[1] 陈学江.可发性聚苯乙烯珠粒（聚苯乙烯）的生产工艺[M].塑料科技，2009,(4):16~18.
[2] 李荣才.可发性聚苯乙烯的国内外概况及发展趋势[J].江苏化工，1999,27(2):7~13.
[3]
刘行.包覆法无卤阻燃发泡聚苯乙烯.华东理工大学硕士学位论文.
Study on production technology of halogen-free flame-retardant
polystyrene insulation board
Li Yongqing
(Beijing Fire and Rescue Corps, Beijing 100035, China)
Abstract: In this paper, the process and parameters of coating halogen-free flame-retardant organic-inorganic composite material on the surface of expanded polystyrene and preparing thermal insulation board were studied. The effects of pre-foaming temperature and time on the diameter and density of polystyrene beads and on the compressive strength and thermal conductivity of polystyrene thermal insulation board were studied. The flame-retardant insulation board with oxygen index of 30.5, compression strength of 205 Kpa and thermal conductivity of 0.039 W / (m•℃) was prepared.
Key words: polystyrene; coating; halogen free flame retardant无骨花灯
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(R-03)
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