聚氨酯硬质泡沫板材以具有容重强度高、吸水率小、低温或高温尺寸稳定性好、使用寿命长、绝热性能优异等特点,广泛应用于石油、化工、建筑、包装、冷藏、军工、航天、航空、交通运输、工业造型设计等诸方面作结构材料和绝热材料。随着人们对聚氨酯研究越来越深,聚氨酯的优异性能逐渐得到了认识和使用。然而聚氨酯硬泡材料在生产、施工和使用中的火灾事故屡有发生,给人们的生命和财产造成了严重危害。本文笔者以2003年青岛“4·5”火灾和2004 年青岛丰旭实业有限公司青州分公司“4·22”火灾为例,分析聚氨酯泡沫材料(简称PU)在生产、施工和使用中存在的火灾危险性,给出聚氨酯泡沫材料的阻燃方法和在生产、施工和使用中的火灾防范措施。 双联齿轮油泵一、聚氨酯硬泡材料推广使用趋势
在我国改革开放,社会文明日新月异的背景下,中国经济发展取得举世瞩目的成就,但这种令世人瞩目的快速增长有2 /3是在对生态环境透支的基础上实现的。在中国消耗的能源中,建材及建筑耗能占47. 3%。经济发展离不开资源的支撑,资源的承载能力也制约着经济的发展,因此,建设部决定在全国全面推广新型建筑节能技术,到2020年,我国住宅和公共建筑建设的资源
消耗水平要接近或达到现阶段中等发达国家的水平。建设部科学技术司梁俊强处长明确表示:“发展节能省地型住宅和公共建筑是建筑业、建材业可持续发展必然要求,提高各级
政府与民众对建筑节能的认识十分必要。推广聚氨酯在建筑中的应用,将有助于缓解日益紧张的能源状况,推动绿产业的深入发展,国家也将在立法和政策上支持建筑节能材料的生产和应用。”聚氨酯硬泡材料(简称PU硬泡)是目前国际上性能最好的保温材料,原料方面,中国是拥有生产异氰氨酯这一高新技术自主知识产权的五个国家之一。硬质聚氨酯具有重量轻、导热系数低、耐热性好、耐老化、容易与其它基材黏结、燃烧不产生溶滴等其它材料不可比拟的优异性能,广泛用作建筑物的屋顶、墙体、天花板、地板、门窗等的保温隔热材料。聚氨酯可以根据不同物性要求灵活设计出各种高分子结构,而且还可以现场加工成型,推广聚氨酯材料作为我国建筑保温材料的替代品,是我国实现建筑节能的一个重要途径。聚氨酯作一种塑料,而塑料都是可燃的,在一定条件下,燃烧还相当迅速猛烈,这给人类的生命和财产安全带来了极大的危险性。目前有关聚氨酯硬泡材料的行业规范、规程均尚未面世,聚氨酯硬泡材料在生产、施工和使用中的火灾事故屡有发生,对聚氨酯硬泡材料替代传统建筑保温材料的应用技术进行探讨具有十分重要的意义。 二、聚氨酯泡沫材料的成分、燃烧特性和火灾分析
(一)聚氨酯泡沫材料的成分
聚氨酯是一种高分子材料,其主要特征是分子链中含有多个重复的“氨基甲酸酯”基团。聚氨酯全称是聚胺基甲酸酯,是由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物。以聚酯树脂或聚醚树脂为主要原料与甲苯二异氰酸脂(TD I)或二苯基甲烷二异氰酸脂(MD I)或聚次甲基聚苯基异氰酸脂( PAP I)按一定比例加入发泡剂、催化剂等,在适宜的温度下智能无线测温装置,经混合搅拌进行发泡所成的泡沫材料即为聚氨酯泡沫材料。
(二)聚氨酯泡沫材料的燃烧性能
聚氨酯泡沫材料的燃烧性能,可以用氧指数来表示。氧指数在26%以上的可以认为具有难燃性,在平常空气中燃烧,比较安全。氧指数越大,越难燃烧;反之,氧指数越小,越易燃烧。实验表明,聚氨酯泡沫材料,其氧指数为25. 4%,且离开火焰后继续燃烧。聚氨酯泡沫材料的原料都是低闪点有机高分子化合物,燃烧产生大量的一氧化碳、氰化氢等剧毒气体和有毒烟雾,极易造成人员伤亡。为了减少火灾,应对其进行阻燃处理,以提高其难燃性。
(三)聚氨酯硬泡材料的火灾分析
聚氨酯泡沫无论软硬,都具有很大的着火危险性,且一旦着火就会迅速蔓延、火热浓烈,产生大量有毒烟雾,且极易形成立体燃烧,严重影响人员的疏散和消防队员的灭火救人行动。聚氨酯泡沫材料的原料都是低闪点有机高分子化合物,燃烧产生大量的一氧化碳、氰化氢等有毒烟雾,极易造成人员的大量伤亡。2004年4月22日上午10时58分,位于山东青州市的青岛丰旭实业有限公司青州分公司肉食鸡加工车间发生火灾,造成38 人死亡(其中男4 人,女34人) , 20人受伤。事故发生前,出于卫生考虑,肉食鸡加工车间需要低温和密闭,对封口包装工段要求作业水温在0～4℃。为了达到这个温度,分公司于1996年对封口包装工段吊顶上喷涂了平均厚达8cm的聚氨酯泡沫作保温层; 1998年增加中央空调系统时,又在分割加工等工段吊顶的PVC扣板之上直接喷涂了聚氨酯泡沫保温层。分公司采用聚氨酯泡沫作保温层,喷涂施工时将电气线路或部分日光灯镇流器直接喷涂包裹进了聚氨酯泡沫板层或埋在了泡沫里面,没有埋进里面的就直接放置在裸露、易燃的聚氨酯泡沫板上。通过对聚氨酯泡沫材料的热稳定性和对镇流器的过热情况进行技术鉴定,结果为:聚氨酯泡沫材料起始发热温度为201. 9℃,镇流器的过热温度600℃。由此认定火灾是由于肉食鸡加工车间封口包装工段吊顶内日光灯镇流器发热引燃聚氨酯保温材料造成的。解剖分析表明,死者主要是一氧化碳中毒窒息死亡。这起火灾造成如此惨重的人员伤亡,燃烧产生大量有毒烟雾,及加工车间使用聚氨酯泡
沫作保温层而未采取有效的防火分隔,是至关重要的因素。2003年4月5日,位于即墨市龙泉镇的青岛正大有限公司食品分公司熟食品加工一厂因员工违章使用电炸炉忘记断电导致炉内油温过高,引燃周围可燃物引发火灾,造成21人死亡, 8人受伤,直接财产损失3 745万元。失火的熟食品加工一厂厂房内房顶由铁皮覆盖,墙面、吊顶、隔墙均为彩夹芯钢板(夹芯为聚胺酯泡沫) ,起火后由于没有竖向分隔而形成立体燃烧,设备层内设有的送排风、排油烟、供水、供气、输油管道及电缆桥架,管道相互连通,错综相连,闷顶没有隔断,与车间全部连通成一体,火焰烧穿顶棚后,通过闷顶迅速蔓延,塌落、扭曲、变形的墙面、吊顶、隔墙(均为聚氨酯泡沫夹芯的彩钢板)严重影响了人员疏散导致惨剧的发生。事实证明,聚氨酯作为一种塑料是可燃的,在一定条件下,燃烧还是相当迅速和猛烈的,这给人类的生命和财产带来了极大的危险性,引起了人们的共同关注。因此加强对聚氨酯材料的阻燃及其在生产、施工和使用中的防火技术研究,对于防止火灾事故,减少火灾损失,具有十分重要的意义。 三、聚氨酯泡沫材料的阻燃方法
对聚氨酯泡沫材料进行阻燃处理,是通过提高其氧指数,使其着火后燃烧缓慢,或者离开火焰后能自行熄灭。经过阻燃处理的塑料,虽然较难燃烧,但仍是可燃物质,仍不可直接接触明
组挂网火和高温。聚氨酯燃烧产生的烟气中含有大量的有毒气体,除了一氧化碳、二氧化碳外,还有剧毒如氰化氢、氰磷酸类和氨气等。因此,要根据生产性质使用要求采取相应的阻燃处理方式方法。
(一)聚氨酯泡沫材料阻燃方式
1. 反应型阻燃。反应型阻燃是将阻燃元素磷或卤通过化学反应同时或分别导入多元醇中,而使聚氨酯泡沫材料具有阻燃性能。如国产Ⅱ型阻火聚醚、601聚醚即是。含磷多+ 5价,这种磷化物除有较好阻燃效果外,价格也最便宜。磷在聚氨酯泡沫材料中含量在1. 5%～2%即可满足一般阻燃要求。含卤多元醇中,氯桥酸为基础的反应产物的聚酯多元醇和含卤聚醚多元醇是比较重要的两种。若采用四溴量达到4%优糖米时就能产生自熄效果, 8% ～10%时则可大大延缓其燃烧, 12% ～14%时泡沫材料则很难燃烧。也可将磷和卤导入氰酸酯,同样可以起到阻燃作用。
2. 添加型阻燃。添加型阻燃就是添加阻燃剂同样也可赋予聚氨酯泡沫材料满意的阻燃效果。目前国内外最常用的添加型阻燃剂有磷酸三( 一氯乙基)酯、磷酸三( 2, 3一二氯丙基)酯、磷酸三(溴氯丙基)酯等。也有添加卤- 锑阻燃体系的,含卤化物有氯化石蜡、氯化焦油、
溴代妥而油、四溴丁烷等。锑主要为三氧化二锑。近年来,添加无机阻燃剂的越来越多,特别是氢氯化铝和氢氧化镁。将这两种阻燃剂表面处理之后,克服了粘度高、添加量不大的缺点,为用于聚氨酯泡沫阻燃打下了基础。聚氨酯铵(APP)和磷酸铵盐能赋予聚氨酯泡沫材料较好的阻燃性能。
(二)聚氨酯泡沫材料的阻燃方法
聚氨酯材料的阻燃处理方法主要是聚合时加入阻燃剂。常用的阻燃剂,有锑、锌和铝的盐类;有机阻燃剂有氯化和溴化碳氢化合物、卤代有机磷化合物等。阻燃方法有: (1)化学方法,有合成新型耐热塑料、共聚法、接枝法和交联法四种。( 2 )物理方法,有添加阻燃剂、与阻燃聚合物共混、无机填料的稀释法和防火材料覆盖法四种。聚氨酯泡沫材料最常用的阻燃处理方法是防火材料覆盖法,即在泡沫材料表面直接涂刷或包覆贴盖一层防火材料,以保护泡沫材料。常见的这类材料有防火涂料、防火包带、阻燃织物、阻燃板材和贴面。由于这些材料本身具有很好的耐温阻燃性能,对泡沫材料能起到有效地防火保护作用。这种方法不仅不会降低泡沫材料的性能,反而起到保护和装饰作用。
四、聚氨酯材料的防火措施
(一)生产中的防火要求
聚氨酯生产多为放热反应,泡沫塑料容易自燃,这方面的火灾已多次发生,因此要切实做好聚氨酯生产中的防火工作。聚氨酯泡沫材料生产,主要是熟化、固化工艺容易发生火灾,具体要求有: ( 1)要控制反应温度。聚氨酯生产过程要放出热量,尤其是甲苯二异氰酸与水反应会产生大量的热。聚氨酯泡沫材料体积大,绝热性能好,能积聚热量,在熟化、固化时,体内温度可达200℃,这时有一氧化碳和醇类低分子物质放出,在中心开始燃烧,俗称“烧心”。聚氨酯泡沫材料一旦着火, 蔓延很快。据试验,400kg泡沫塑料能在5min内全部烧完。因此,在生产过程中要注意温度的变化,及时采取应急措施。在高温季节可加入少量抗氧剂、氟里昂- 11,以加速
散热。(2)慎重选用原料。不同的原料,其放热情况是不一样的。使用含水量高的聚醚(酯)有机光电材料容易发热。生产低密度产品(20kg/m3 以下)用水量大,也容易发热。因此,当更换新原料时要进行小批量试验,并加强观察,注意安全。苯胺的制备(3)严格配方比例。配方配比不当,容易发热。多加了活性催化剂,或聚醚(酯)用量不足,尤其是基料和异氰酸酯比例失调,或者搅拌不均,都会导致温度急剧升高。所以,一定要严格配方,防止比例失当。(4)生产车间要有良好通风,防止阳光
直射。电气要符合防爆要求,产品和边角料均严禁堆积在车间内。(5)刚生产出来的产品温度较高,有些未完全反应的物料仍在继续放热,应等到充分冷却后(一般要经过24h)方可入库。库房要
有良好通风,夏季要注意防暑降温,避免阳光直射。
(二)施工中的防火要求
聚氨酯泡沫材料具有可燃性,在施工过程中要合理组织工序,现场喷涂聚氨酯必须通风良好,严禁电焊等明火交叉作业,一般应在电焊及明火作业完成后再行喷涂,施工现场严禁吸烟、明火、高温、电火花。聚氨酯泡材固化过程为放热反应,放热高,其中最高温度可达150℃左右。为避免火灾发生,喷涂时每次喷涂厚度应控制25～38mm,最多不得超过50mm。聚氨酯泡材安装或喷涂完成后,如须进行电焊等明火作业时,必须申报消防主管部门,并派专人进行检验,严禁遗漏残火或焊渣落入聚氨酯泡沫材料中。
(三)应用设计上的防火要求
1. 认识上要加强引导。聚氨酯泡沫材料作为新型建筑材料,人们普遍认为是安全可靠的,
但聚氨酯泡沫只是一种阻燃材料,是可燃的。可见是聚氨酯泡沫材料的诸多优点蒙蔽人们对其安全缺陷的全面了解,而未引起足够的消防安全重视,应加强引导,纠正人们在认识上的误区。
2. 聚氨酯保温材料适用范围。聚氨酯泡沫无论软硬,都具有很大的火灾危险性,且一旦着火会迅速蔓延,产生大量有毒烟雾,危及生命安全。劳动密集型企业、公众聚集场所等公共场合在目前技术还不成熟的条件下,应避免使用聚氨酯泡沫材料作夹芯。就我国目前的技术水平,内部建筑结构和室内装修采用大面积的尤其是外露聚氨酯泡沫是极端危险的。墙面或天花板、压力通风系统、竖井等均应避免使用这类泡沫材料。国外典型的建筑法规要求用作墙内绝缘材料的泡沫塑料必须覆盖一层阻热材料,例如普通石膏板或采用其他可降低引燃及随后发生闪燃等危险倾向的各种方法。
3. 防火分隔保护措施。使用大面积的聚氨酯保温材料的单层或多层建筑应进行防火分隔保护措施,防止火烧连营或形成立体燃烧。设置设备层的建筑,其闷顶要采用不燃材料(例如普通石膏板或采用其他可降低引燃及随后发生闪燃等危险倾向的各种方法)隔断,防止火焰烧穿顶棚后,通过闷顶迅速蔓延。多层建筑应在每层楼板处设水平防火带作为竖向分隔,防火带
采用非燃烧材料制作。对于建筑内的聚氨酯保温材料外层防火保护,应根据建筑内所储藏物品包装材料和货物重量比确定,当重量比小于0. 1% ,储存物品可燃材料较少,只需造柱加圈梁120砖砌到2. 0m,保证地面有明火作业时不会引燃泡沫塑料;当重量比大于0. 1%时,储存可燃材料较多,泡沫塑料应完全封闭保护。采用钢筋混凝土内衬防护墙,可以采用在泡沫塑料内埋设木条,上挂钢筋进行水泥砂浆抹灰处理。
4. 电气线路的敷设要求。电气线路的敷设必须设置金属或阻燃PVC硬塑料套管保护;电缆、电线主线应尽量避免设置在设备层内。严禁将电气线路或将日光灯镇流器等灯具直接喷涂包裹于聚氨酯泡沫板层或泡沫里面,切实把好火灾源头关。
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