防火性能研究
陈基
(中国建筑东北设计研究院有限公司，广东佛山100071)
【摘要】聚苯乙烯是一种被广泛使用的建筑保温材料，由于其本身具有可燃性，以聚苯乙烯 为代表的有机外墙保温隔热材料所引起的建筑火灾，已成为一类新的火灾隐患广受关注6因此，研 究聚苯乙烯材料的燃烧性能并对此类材料进行阻燃处理是十分有必要的； 【关键词】聚苯乙晞建筑保温材料防火阻燃
【中图分类号】TU55+1.2 【文献标志码】B
〇.引言
建筑节能是国家节能的重要组成部分，聚苯乙 烯(PS)塑料作为建筑外墙保温材料起到了很好的 节能效果[1_3]。但由于聚苯乙烯属于有机高分子材 料，极易燃烧，并会放出大量烟雾，同时产生熔融滴 落现象。
tcl2966近些年来，我国多次发生因建筑外墙聚苯 乙烯保温材料燃烧引发的大火，如济南奥体中心、上海胶州教师公寓、北京央视新址附属文化中心等 火灾的相继发生，表明建筑易燃可燃外保温材料已 成为一类新的火灾隐患。为了从根本上消除建筑外 墙聚苯乙烯保温材料引燃的隐患，需对聚苯乙烯进 行阻燃处理，而通过添加阻燃剂对聚苯乙烯基体进 行阻燃处理是一种行之有效的方式#]。
本文对聚苯乙烯进行膨胀阻燃，并在膨胀阻燃 体系的基础上分别加人不同的协效剂，分析两者协 效阻燃聚苯乙烯时其性能的变化，以期为IFR在 PS阻燃中的应用提供可靠依据。
1.阻燃性实验
1.1实验材料芜湖市民心声
聚苯乙烯（PS)、聚磷酸铵（APP)、(PER)、硼酸锌(ZB)、氧化锌(ZnO)。
1.2 膨账阻燃聚苯乙烯的制备
实验前先把所需的材料放在70丈的恒温干燥 箱中干燥15 h以上。然后将PS置于密炼机中加热，设置转速80 r/min，温度170丈，接着按表1给 出的配方表，按比例称量所需APP、PER、ZB和ZnO，放人密炼机中与先期加热的PS进行熔融共 混，混合20 min，停机后将混料取出。最后，采用平板 硫化机将密炼所得的材料在190丈下模压成型，制得 100 m m xlOO mmx3 m m和 100 mmx6.5mmx3 m m
的标准试样。
膨胀阻燃P S复合材料的实验配比（单位:％) 表1
编号PS APP PER ZB ZnO
PS01000000
PS17028.59.500
PS27021720
PS37021702
1.3 测试
(1) 氧指数(i〇/)测试。
采用HC-2型号的氧指数测试仪，按照ASTM D2863标准来采集PS复合材料的LO/值。
(2) 垂直燃烧(UL-94)测试。
采用CZF-3型号的垂直燃烧测试仪，按照 UL-94标准对PS复合材料进行测试。
(3) 锥形量热仪(CONE)测试。
采用Standard型锥形量热仪，按照ISO5660标 准进行火灾燃烧性能测试，热辐射强度为35 kW/m2。
72
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
T/s
图1样品H R R曲线大幅度降低，更加缓慢地趋于平衡。
未添加任何阻燃剂的PS0的P//R/?和77//?分 别为922 kW/m2和90 M J/m2，比其他样品皆高。当加人20 %总重的膨胀阻燃剂（SPP/PER)后，PS1的P//R/?和 77/« 分别降至 454 kW/m2 和 70 M J/m2，分别降低了 51 %和30 %，释热特性得到了显著的 改善，这与IFR受热脱水、催化成炭、良好分散的阻 燃作用有关。在阻燃剂添加总量保持在30 %总重 的情况下，再加入ZB或ZnO后，PS2的册/?«和7W/?相比于PS0，分别降低了 60 %和40 %，而PS3 分别降低了 61 %和44 %，可见ZB或ZnO与IFR 在阻燃PS过程中具有协效作用，能抑制基体的降 解过程，减少热释放，更好地发挥阻燃作用，进一步 地改善了样品的释热特性，其中氧化锌的复配效果 要好于硼酸锌。 火灾性能指数可以很好地表
征材料在火灾中的潜在危险性；火灾增长指数
则反映出材料着火后火灾蔓延情况。通常情况下，材料如具有较高安全等级则需要满足 高火灾性能指数和低火灾增长指数2个条件经
计算可得4组样品的FP/和FC/数值，见表3。综 合火灾性能指数和火灾增长指数，可知PS3的火灾 危险性最小，PS2次之，再次说明ZB或ZnO与IFR 在PS基体中可发挥较好的协效阻燃作用。
各样品燃烧特性参数值 表3
燃烧特性777/s
PHRR/
(k W-m"2)
THR/
(M J.nT2)
FGI FPl
PS070922100 5.950.076
PS15145470 5.840.112
PS24536660 5.570.123
PS34736256 5.340.130
烟释放速率(SP/?)和烟释放总量（TSP)是评价 材料烟危险性的重要参数[9]〇图2、图3分别为4组 样品的烟释放速率和烟释放总量曲线。由图可知，PS0基本保持着很高的释烟率和总释烟量，而添加 阻燃剂的PS1、PS2和PS3释烟率和总释烟量均有 所降低。未添加任何阻燃剂的PS0的PSP/f和T O T?分别为0.161 m2/s和31 m2，比其他样品皆高。当加 人30%总重的膨胀阻燃剂（SPP//«/〇后，PS1的RSPR和rS/?分别降至0.143 m7s和28 m2，分别降 低了 11 %和9 %。而在阻燃剂添加总量保持在 30%总重的情况下，再加人ZB或ZnO后，PS2的
2.实验结果与分析
2.1氧指数
表2给出了 L0/和UL-94测试结果n由表2
可知，PS0的L0/仅为18，极易燃烧。而PS1、PS2
和PS3的L0/都有显著提高，与纯样相比，分别提
高了 25 %、44 %和56 %。值得注意的是，添加
APP/PER/ZB的PS2 和APP/PER/ZnO的PS3 的
[〇/高于仅添加IFR的PS1，可见ZB或ZnO在膨
胀阻燃P S中与IFR起到了协效阻燃作用，进一步
地提高了 PS基体的阻燃性能。UL-94测试结果显
示所有样品均未通过级别测试，但相对于纯样
PS0的燃烧速率迅猛并冒出大量烟雾，且有严重
滴落现象，添加有阻燃剂的PS1、PS2和PS3在燃
烧时无熔融滴落产生，燃烧速率相对缓慢且烟气
浓度有所降低。
LO/和UL-94测试结果 表2
编号L01UL-94
PSO18No rating
PS124No rating
PS226No rating
PS328No rating
2.2 锥形量热仪
2.2.1热释放速率
热释放速率（//狀）和热释放总量（77//〇是评
价材料热危险性的重要参数，同时热释放速率峰值
对于预测材料在真实火灾场景的火势具有
空气动力学学报重要意义[74;。图1为4组样品的热释放速率曲线。
表3为各样品的燃烧参数值。结合图表可知，PS0
真武庙在点燃之后燃烧很迅速,///?/?急剧上升，有较高的
值，当在P S中添加阻燃剂后，PS1、PS2、和
PS3的///?/?曲线都大幅度降低，P Z/狀都显著降
低，且总的燃烧时间都有所延长。同时77//?曲线也
1000-
00
00
00
r目
Z
A
s
m
H
73
PS/5/?和71S7?分别降至0.134 mVs和26 m\相比于 PS0均降低了 16 %;PS3的R S/货和7S Z?分别降
至0.126 mVs和24 m2，均降低了 22 %。综合以上结果 可知，ZB或ZnO与IFR在阻燃PS过程中具有协 效作用，两者协效同时捕捉火焰自由基，中断燃烧 的链反应，从而降低了聚苯乙烯内部分子转化为有 机挥发物和悬浮颗粒，这是烟雾颗粒的主要来源。
2.2.3 C0释放速率
C0是烟气中主要毒性气体，在实际火灾中毒 性气体释放速率对人员危害的影响最大，因此C0 释放速率也是衡量材料烟危险性的重要参数[|0~|2]。4组样品的C0释放速率曲线如图4所示。由图可 知，PS0燃烧时,50 s时C0释放速率开始激增，100 s时速率达到峰值，结合图1，此时对应热释放速率 曲线///?/?正在上升初始阶段，说明PS0在燃烧初 始阶段燃烧不完全，释放出大量C0气体，随后C0 浓度下降，燃烧完全。PS1、PS2和PS3的C0释放 速率曲线较PS0有所下降，同时C0释放速率峰值 均有所减少，而且在100〜250 s间有一段相对平缓 的平台期，这表明阻燃剂的加人延缓了 PS热解过程，使体系分解过程产生的可燃气体小分子量减
少。值得注意的是，加人ZnO与丨FR协效阻燃剂体
系的PS3，相比仅添加IFR的PS1,C0释放速率及
其峰值进一步地降低，说明了 ZnO与IFR在阻燃
聚苯乙烯过程中具有最佳协效作用，由于它们在加
热过程中裂解产物发生了一些物理和化学作用，形
成了更加致密的膨胀炭层，抑制了气体和热量的转
移，延缓了燃烧反应。
3.结论
综上所述，相较于聚苯乙烯纯样，掺加阻燃剂
的三个样品的阻燃性能有显著提高。PS3样品，即
70 %聚苯乙烯+28%膨胀阻燃剂〇4件>：/«尺=3：丨）+2
%氧化锌的阻燃性能最佳，能够有效控制温度的急
速上升、烟气毒性和大量烟气的释放。在火灾现场
中，此种建筑保温材料可降低火灾危险性。
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C O nSTR LIC TiO n S A F E T Y2021年第5期消防安全
建筑防排烟系统相关问题探讨
孙强
(淄博市消防救援支队，山东淄博256400)
【摘要】防排烟系统在建筑物中发挥着重要的作用，有效的防排烟系统可以保障火灾发生 后烟气得以迅速扩散从而预防火势蔓延，同时也能为人员疏散、火灾扑救工作的顺利开展提供良 好保障但由于受到诸多因素的影响，建筑防排烟系统中还存在着一些问题，导致防排烟系统无法 起到其应有作用，文章主要对建筑防排烟系统问题的原因及其针对性策略进行了分析。
【关键词】建筑防排烟系统消防安全
【中图分类号】TU998.13 【文献标志码】A
近年来，我国建筑火灾事故频发，严重威胁人 们的身体健康、财产安全。众所周知，火灾发生后，可
燃物燃烧过程中会产生大量的烟气，烟气中存在 大量的有毒、有害物质，如c o、c o2、H2s等。吸人有 毒烟气后发生窒息是火灾导致人员死亡的首要原 因，所占比例高达80 %左右。防排烟系统的主要作 用便是加快烟气扩散，是火灾救援中的一项基本设 施保障为确保防排烟系统的作用可以得到充分发 挥，须及时解决防排烟系统存在的问题，提高防排 烟系统的有效性。
1.建筑防排烟系统问题的原因
1.1因设计不合理而导致的问题
防排烟系统设计，需要综合考虑多个方面的因 素，才能确保其有效性若防排烟系统设计中存在 -些不合理之处，便会造成诸多隐患。
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首先，在防排烟方式方面。具有成本较低、维护 简单便捷、日常可兼作换气用等诸多优势的自然排 烟方式得到了广泛应用。但自然排烟设计不当，便 会影响排烟效果。如，将自然排烟窗口设计为较小 的斜开窗、半开窗或者是固定窗，导致自然排烟效 果不佳。同时，自然排烟会受到烟气温度、自然风向 等诸多因素的影响，因此排烟效果并不十分理想，甚至会提高火势蔓延的可能性。鉴于此，我国相关 规范标准中有明确的要求，对于高度在100 m以上 的住宅建筑以及高度在50 m以上的工业建筑、公 共建筑，消防电梯前室、防烟楼梯间应采用机械加 压送风方式的防烟系统。但是，针对机械加压送风 系统，若是未综合考虑建筑的材料、层数以及漏风量 等因素对送风量进行合理设计，会造成送风量偏小 则会降低排烟效果；送风量偏大又会导致能源浪费
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(本文收稿：2021-03-17)
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