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聚氨酯硬泡阻燃泡沫研究30年的历史回顾与最新研发应用成果

  聚氨酯硬泡阻燃泡沫研究30年的历史回顾与最新研发应用成果

  (修改稿)

  杨宗焜

  【作者】

  杨宗焜,原北京市电子工艺技术研究中心教授、聚氨酯应用技术研究所所长、上海精洽科贸有限教授级高级工程师。(手机:13391919535)

  【摘要】

  ◆30年来我国聚氨酯(pu)硬泡阻燃研究历史的回顾。

  ◆当前pu泡沫研发的最新成果是取得低烟、无卤、低毒、难燃的技术路线。其技术创新点是在氨基甲酸酯分子结构中,引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物。

  ◆我国pu铝箔复合风管的低烟雾、低毒性将成为今后pu复合风管的发展主方向。

  ◆我国金属pu三明治板材防火产品中,如何控制pu阻燃泡沫材料的燃烧难易程度及如何控制pu阻燃泡沫材料燃烧过程中烟和毒气的释放,将成为我国今后重要的攻关课题。

  ◆我国建筑节能中pu防火泡沫产品必须重视防火安全问题,不解决中国建筑节能保温技术系统中的防火安全问题,将会成为无法交待的火灾大隐患。

  ◆当前中国外墙外保温防火安全体系的研究,必须按我国已颁布的消防法规标准进行。

  ◆创建具有中国特色的建筑保温节能环保安全体系的建议:

  1、易燃高效节能保温泡沫塑料在中国建筑节能中大规模应用中,必需重视解决其防火安全问题的研究。

  2、我国应大力开发外墙内保温的建筑节能环保安全体系。

  【关键词】 历史回顾 最新成果 防火安全 消防法规 外墙内保温

  正文

  一、30年来我国聚氨酯(pu)硬泡阻燃研究历史的回顾

  本人从事聚氨酯技术的研究及应用开发工作近30年,特别在低发烟、低毒性、难燃泡沫以及耐高温、耐焰型泡沫、热成型泡沫、大块泡沫等特种聚氨酯泡沫塑料等方面有较多的研究。

  1984年上海市公安局颁布了《关于生产、销售、使用高分子建筑材料的管理规定》,明确指出:硬质聚氨酯泡沫塑料使用在建筑上,氧指数不得小于26%。相当多的省市部门及公安消防机构参照此规定陆续颁布了地方和部门的法规。因而研制氧指数大于26%的硬质聚氨酯泡沫塑料,引起了国内聚氨酯研究部门的普遍重视。国家科委在六五、七五期间将硬质聚氨酯泡沫塑料氧指数大于26%的指标列为国家攻关课题,六五攻关失败,七五攻关获得成功。这对安全使用硬质聚氨酯泡沫塑料,减少和消除火灾事故,起了积极的作用。但随着我国科学技术不断提高,生产、使用硬质聚氨酯泡沫塑料的有关单位和公安消防部门的工作人员逐渐认识到,硬质聚氨酯泡沫塑料是一种有机的高分子材料,即使氧指数达到26%或者更高,并非意味着在火中不燃烧。高氧指数可用提高阻燃剂的含量来达到,而大量阻燃剂的使用却又带来了烟雾大、毒性大的弊端。随着我国聚氨酯泡沫塑料工业的发展,要求全面地了解泡沫塑料的燃烧性能,科学地确定阻燃性能的综合评价指标,达到真实地反映在实际火灾中材料的燃烧真实行为,已提到议事日程上来。最初的自熄性和氧指数作为评价材料燃烧难易程度的指标,已远远不够,还必须考虑到着火后,火焰传播扩散速度指标、产生烟雾大小及毒性情况。为此我国颁布了国家标准——建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料(gb10800-1989)。于1990年开始实施规定的水平燃烧法和垂直燃烧法测定聚氨酯泡沫塑料的阻燃性,即用火焰传播性来衡量材料的阻燃性。1997年颁布国家标准——建筑材料燃烧性能分级方法(gb864-1997)。于1997年4月1日实施,规定的氧指数、垂直燃烧法、烟密度三项指标,测定更为严格的硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性,即用着火性、火焰传播性,发烟性三项综合指标衡量材料的阻燃性。

  早在20世纪70年代初期,本人从有关火灾报告已证实,塑料燃烧时生成的烟和有毒气体是致人死命的罪魁祸首,是火灾中具有最大危险,且是最先造成威胁的有害因素之一,特别在高层建筑中情况更为严重。据统计,火灾中发生的死亡事故,有80%是由于烟和有毒气体的窒息造成的。另外,烟使火灾现场(甚至远离火灾现场的地点)的可见度大大降低,贻误灭火和抢救生命财产的时机。因此,近年来阻燃塑料领域中的重点研究课题之一,就是降低塑料燃烧时生成的烟量和有毒气体量。国外专家一致认为:pu材料的耐热、耐温、低烟、低毒以及防火技术能否攻关成功,已成为pu材料能否继续发展的关键性问题。

  我国对阻燃pu材料性能要求,经历了从比较单一燃烧性能评价指标,向全面性和燃烧性能评价指标方向发展。从20世纪70年代至今,共经历了4个阶段:20世纪70年代,只要求防火(阻燃);80年代,在防火中增加抑烟;90年代又提出要求低毒;进入21世纪,进一步增强安全意识,提出全面的环保要求。其演变见如下表:

  阻燃pu向环保绿色pu演变示意表

  20世纪70年代

  20世纪80年代

  20世纪90年代

  21世纪初

  阻燃

  阻燃

  阻燃

  阻燃

  抑烟

  抑烟

  抑烟

  低毒

  低毒

  环保

  我国最新颁布的gb8624-2007《建筑材料及制品燃烧性能等级》、gb20286-2007《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》、gb/t20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》及gb/t20285-2006《材料产烟毒性危险分级》等四项国家标准,充分体现了我国防火阻燃标准已跨入世界21世纪对pu阻燃标准要求。

  上述gb8624-2007标准已与欧盟标准en13501-1:2002国际标准接轨,而且要求高于欧盟en13501-1:2002标准。gb20286的内容中虽没有明确指出阻燃制品和组件的环保要求,但是它所限定的公共场所阻燃材料的燃烧性能指标(烟密度和烟气毒性)却包含了环保阻燃的内容。根据多年对pu防火阻燃应用研究,我认为,我国pu制品普遍存在烟密度大、毒性大的难题。许多企业是依靠添加大量阻燃剂,使制品达到b1等级(难燃级),这种做法,一旦发生火灾,会产生大量烟雾及气毒。目前我国使用的阻燃剂,大部分是非环保型的,卤系比重过高,估计60%以上,造成pu制品燃烧和热裂产物的腐蚀性大和毒性大的固有缺点。因而我国新pu防火法规gb8624-2007及gb20286-2007颁布,给pu阻燃应用研究指明了方向:既要严格遵守阻燃标准,又要坚决执行环保法规,两者必须同时兼顾,不得偏废一方。目前要大力研究和开发低烟、无卤、低毒的阻燃pu泡沫,是我国社会经济发展的历史必然。中国已开始进入了绿色pu泡沫发展时代,中国有远见的企业家应抓住这个发展机遇和挑战,为企业创造自己品牌,形成具有中国特色、具有中国自己知识产权的pu产品创造条件。

  二、当前在难燃级pu泡沫研究基础上,在降烟雾、降毒性方面取得的最新研究成果

  1、研究开发低烟、无卤、低毒、难燃pu泡沫的技术路线。

  20多年pu应用实验经验告诉,企图通过按照目前传统的运用添加高效阻燃剂阻燃化技术解决pu泡沫塑料的防火阻燃问题,以期达到我国颁布的一系列pu防火安全国家标准,这似乎是不可能的。经过多年攻关研究,已找到了使原易燃的pu泡沫达到氧指数高、火焰传播性小,烟雾小、毒性小、耐燃性好,火焰贯穿强的难燃化技术路线。其核心是采用化学结构改性技术,选用目前国际先进的无卤化、结碳膨胀性阻燃化技术路线。

  该技术路线的主要技术创新点:

  在pu易燃的氨基甲酸酯分子结构中,引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物(异氰脲酸环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺键),或引入具有难燃结构聚合物纳米颗粒。这样一方面大大提高了泡沫阻燃性、耐温性,同时大大地降低泡沫释放烟雾毒性的难题。

  pu泡沫塑料是一种易燃的高分子材料,片面强调提高pu泡沫氧指数来考核其安全性是远远不够的。通过对一系列火灾事故的分析,发现pu材料即使达到氧指数26%甚至更高,并非意味着泡沫在火中不燃烧,在火灾中80%以上人员的伤亡是由pu材料释放的烟雾及毒气所致。经历了几十年的探索,在b1等级配方体系中增加难燃结构型聚醚的用量,以及反应型无卤阻燃剂的用量,尽量减少甚至不用含卤素的阻燃剂用量,并总结出一条新路:发展芳香芳杂阻燃多元醇是解决pu难燃、低烟雾、低毒型的最好途径,起始剂是无卤素的磷、氮体系的反应型阻燃剂及添加型阻燃剂,即采用无卤化结炭膨胀型阻燃技术路线。pu泡沫难燃化技术路线是采用结构改性的办法,在易燃的氨基甲酸酯键的分子结构中,引入难燃、耐温、低发烟、低毒性环状结构化合物(异氰脲酸酯环、噁唑烷酮、芳香族杂环、苯环等)。现场测试证明,这种环状结构的存在一方面大大提高了泡沫的阻燃性、耐温性;另一方面又大大降低了泡沫释放烟雾毒性。

  采用高芳烃含量的芳香族聚酯多元醇生产的pir(异氰脲酸酯)泡沫成本低、阻燃性高、发烟量小,在欧洲、美国已取得成功经验,并已大规模用于pir板材的生产中。此项技术国内已正式采纳,并处在推广应用研究中。采用芳杂环难燃结构型聚醚多元醇,由于含有芳杂环结构存在,可大大提高pu泡沫塑料的阻燃性。认为:开发芳香族杂环多元醇同芳香族聚酯多元醇一样也是解决pu难燃、低烟雾、低毒性另一条技术路线。应开发应用双酚a、双酚s、苯酚一甲醛齐聚物、甲苯二胺(tda)、苯胺一甲醛齐聚物、三(2一羟乙基)异氰脲酸酯、三聚氰脲等。制备具有芳杂环结构的多元醇,特别重点开发不含环氧丙烷(po)特殊改性的曼尼希多元醇;开发以芳香族聚酯多元醇,并开展以芳杂环结构的多元醇为主的难燃化配方体系研究工作。从高聚物本质上结构上解决pu泡沫的防火安全问题,这也是今后pu泡沫防火安全技术的发展方向。

  总结国内外pu防火阻燃技术发展路线,下列pu阻燃技术路线也是值得借鉴的路子。即在聚醚多元醇体系中,引入经表面改性的微细粒子:三聚氰胺、聚磷酸铵(app)、红磷、纳米粘土等,在多元醇中形成一个稳定的触变性分散体或微胶囊分散体,可使pu泡沫防火阻燃性大大提高。此技术路线可充分发挥无机阻燃剂优越性:毒性低、不挥发、热稳定性好、不析出、阻燃效果持久等。这也是今后pu防火安全技术新的发展方向。

  从环保及材料的绿色eco标志考虑,pu泡沫塑料今后发展方向,要按环保标准要求生产。eco标志要求生产pu泡沫原料及最终获得pu泡沫产品均不允许对环境造成污染,而且要求制造pu原料是可再生的资源或可循环利用的资源。对pu产品也要求可回收并可循环、再生利用。因而pu泡沫大规模应用建筑节能领域中,按绿色环保建筑的要求,应当大力开展研究以植物油为资源的绿色环保型pu泡沫塑料,这也是今后pu防火安全技术的另一条新路子、新的发展方向。

  没有经过化学结构改性的pu泡沫,其氧指数在17-18%,它的闪点和自燃点分别为310oc和415oc,在空气中极易燃烧。在200oc至250oc,就开始逸出挥发物,释放有毒气体,并开始进行热分解反应,放出大量有毒气体及烟尘。

  经过化学结构改性的采用上述难燃化技术路线pu泡沫,温度即使达到400oc时,几乎无挥发物逸出。在高温下,泡沫在燃烧过程中,首先在pu泡沫表面生成具有焦碳皮结构的发泡阻隔层,此阻隔层起到了大大減少泡沫燃烧过程中产生的烟雾和毒性气体的作用。

  发泡阻燃层的主要功能:

  ①具有隔热功能,能防止提供继续燃烧的热量传递;

  ②具有隔气功能,一方面阻止对pu泡沫继续供氧,另一方面阻止pu泡沫继续燃烧;

  ③具有吸附pu燃烧产生热熔融滴落物,防止二次起火。

  发泡阻燃层起到的三重作用,达到防火、阻燃功能,又起到了在火灾发生时的真正防火功能。

  pu泡沫技术指标:

  30年来,通过探索、研制pu泡沫,采用上述难燃化技术路线后,攻克了pu泡沫耐燃、耐温中一系列技术难关,其技术指标可达到目前pu在国际上也难以达到的下列一系列难燃、耐温高指标:

  ①使pu耐温性从120oc提高到150oc,甚至达到170oc;

  ②使pu由氧指数17-18%提高到30%以上,甚至高达35%;

  ③使pu泡沫由原来烟雾大的状况大大降低,可使烟雾密度等级分别达到sdr≤75、sdr≤50、sdr≤30;;

  ④使pu泡沫由原来无火焰贯穿能力,达到耐半小时甚至高达一小时。

  应用研究的结论:

  聚氨酯泡沫塑料是一种有机高分子可燃材料。在燃烧初始阶段就产生烟气毒性。如果在生产pu泡沫不严格执行阻燃规定和标准,粗制滥造,不按消防法规随意存放,均会造成严重后果。生产单位必须严格规范地按不同的阻燃法规,选择不同级别阻燃标准来生产合格产品。然后按阻燃法规应用在不同领域,就可达到正确、安全、合理使用pu泡沫。pu泡沫经科学方法改性,使原来可燃的pu泡沫变成阻燃、难燃,甚至接近不燃性泡沫。即使原来pu泡沫燃烧时产生烟雾大、毒性大的,经改性后也可变成烟雾小、毒性小的泡沫。pu泡沫的应用和发展是同相应阻燃法规和标准制定紧密联系在一起的,离开阻燃性和法规及标准来谈泡沫使用防火安全性是片面的。按中国建筑节能的新规范、新标准,中国式具有抗火灾功能的新颖pu保温泡沫材料是能研制出来的。

  2、研发pu降烟雾、降毒性材料所取得的应用成果。

  本人历经多年的对聚氨酯泡沫塑料的低烟、无卤、低毒、难燃pu泡沫的技术路线的攻关研究,并在本人的统一部署下,通过国内一些企业专家团队的联合现场应用技术攻关实验,取得了许多研发成果。

  成果之一:

  采用上述技术路线,由青岛科技大学顾尧教授发明创造了具有国际国内领先水平“无卤无磷结构阻燃聚醚”,分子量可从500~5000范围内可调控,可提供硬泡、半硬泡、软泡、高回弹软泡十几种牌号系列结构阻燃聚醚。经北京中万盛聚氨酯有限及上海精洽科贸有限使用效果来看,该体系的硬泡制品具有下述特点:

  ①已达到类似的阻燃效果和力学性能,在工艺条件类似的情况下,使用“无卤无磷结构阻燃聚醚”,与使用普通的聚醚4110比较,其节省的异氰酸酯(mdi),达到25%以上,比pir体系可节约mdi达70%以上;

  ②应用该产品制作的硬质聚氨酯泡沫阻燃性,可达最高级别的氧指数32%,并具有很好的耐火焰击穿能力;

  ③用该材料制作的硬质聚氨酯泡沫,其导热系数在0.021w∕m.k,与普通非阻燃性聚氨酯相似;

  ④用“无卤无磷结构阻燃聚醚”制作的硬质聚氨酯泡沫具有较低的烟密度,烟密度在55以下。

  成果之二:

  采用上述技术路线,由北京中万盛聚氨酯有限高级工程师曹立峰为主,上海精洽科贸有限工程师杨玉楠为副,双方合作下,攻关研制了国际国内首创的烟密度≤25难燃pu硬泡。

  经国内四家单位对同一批样品检测数据如下:pu泡沫氧指数在28~29.5%范围内波动;烟密度sdr最小值为19.8,最大值为52,中间值大部份在30~38,个别在45~50范围,sdr测试结果波动比较大。

  在进口及国产三条pu铝箔风道生产线上,开机成功。

  成果之三:

  采用上述技术路线,由上海精洽科贸有限工程师杨玉楠为主,攻关研制了国内首创无卤化难燃级pu硬泡沫,经检测氧指数o2%在28~32%之间波动。sdr在30.5~55范围波动。在原有基础上,又经改进,并于2008年7月经上海市建委所属的上海建科检验有限检测,取得氧指数32.3~37.7%、烟密度等级61~67的国内最高水平,为我国全面实现高科技环保型聚氨酯难燃、低烟雾、低毒性的技术要求奠定坚实的理论和应用基础。

  根据最新国外研究资料表明:采用更环保的发泡技术生产的pir泡沫其燃烧性能会得到更好的提高,尤其是在烟气毒性方面会得到更好的改进。部分pir泡沫的烟气毒性能达到gb20285标准规定的za3级,甚至有资料显示国外复合风管在燃烧时的烟气毒性通过英国毒性检测nes713标准,毒性检测仅为6.4已满足英国海军工程标准,可运用于潜水艇等特殊场所。

  三、我国pu铝箔复合风管的发展方向

  1、中国pu防火标准给中国聚氨酯工业的发展,形成具有中国特色、具有中国自己知识产权的pu产品体系,创造了一个机遇。

  双面铝箔聚氨酯复合板材与风管技术最早起源于意大利,并在世界各地应用了20多年,在国际上列为节能、绿色环保产品。90年代初由意大利p3、alp打入了中国市场,并进行了技术推广、培训工作,获得了国内认可。但由于中国1997年颁布了gb-8642聚氨酯b1等级防火标准,意大利p3,alp达不到b1等级。由于这一门槛使推广工作受阻,进不了中国市场。中国企业家从2000年开始仿造、研制意大利p3、alp产品,投巨资成功研制开发了难燃b1等级聚氨酯泡沫塑料,在不到5年时间内,国内出现了十几条轻质、保温复合型风管生产线,既能生产酚醛型复合风管又能生产聚氨酯型复合风管,打出了十几个品牌,初步形成了一个新兴产业。其中个别企业真正掌握了pu b1等级风管生产的技术,初步形成拥有自己知识产权的品牌产品,并出口国际市场。

  pu铝箔复合风管在我国暖道行业使用的强制性规范《通风与空调工程施工质量验收规范》中,第4.2.4条中明确规定:“复合风管的覆面材料必须为不燃材料,内部的绝热材料应为不燃或难燃b1等级,且是对人体无害的材料”。

  1997年颁布的国家标准《建筑材料燃烧性能分级法》gb8624-1997,其b1等级pu材料指标,氧指数o2%必须大于或等于32,烟密度等级sdr≤25。2006年颁布的国家标准《建筑设计防火规范》gb50016-2006。对中央空调风道板材料提出了新的要求:“采用燃烧产物毒性较小,且烟密度等级小于等于25的难燃材料”。这是目前世界上pu防火标准中最为苛刻的标准,对pu工业发展这无疑既是发展机遇又是一场巨大挑战。制造复合风管蕊部难燃pub1级泡沫中,如果采用pir泡沫技术(异氰脲酸酯泡沫),由于pur反应条件比较苛刻,不易控制,往往在生产过程中出现泡沫流不到边,铝箔表面出现鼓包及凹坑。如果采用大量含磷、含卤素类阻燃剂来达达到b1等级泡沫,造成后果是pu泡沫燃烧性能烟雾大、毒性大后果,这是不符合绿色环保的要求。因而如何控制pu材料的燃烧达到难燃b1等级又要符合环保要求,控制燃烧过程中烟和有毒气体的释放,始终是pub1等级铝箔复合风管制造的难点。

  从1999~2006年的7年时间中,已成功研究的pu b1等级技术应用于中央空调聚氨酯复合板材生产中。双面压花铝箔b1等级聚氨酯风管板材,不仅其防火性能是目前世界上最高级别的,而且其制品性能要求也是迄今为止世界上pu硬泡板材生产线上最为苛刻、最为严格、难度最大的一种复合板。此种复合板材不仅防火性能要达到我国阻燃b1等级标准,其他pu性能指标不能下降,而且对双面铝箔(80μm)外表面要求极为严格,在安装后要经历温度范围-20℃~80℃冷热风交换循环使用,要经历一年四季春夏秋冬考验,其制品不变形、不鼓包、尺寸稳定性好,不允许有热胀或微缩现象存在。80μm铝箔的外表面不允许有凹坑出现,这无疑要比目前世界上现有各种类型面层(彩钢、玻纤、牛皮纸)的pu复合板生产难度大得多。

  近几年来,在国内外4条生产线上的攻关研究,基本上掌握了此项技术。总结这些年在聚氨酯板材生产线的工作经历,得出如下经验,供国内外专家及国内企业家们参考:一条pu连续板材生产线,从安装调试到中国b1等级合格产品,调试生产所花费的费用多则50万~100万元,少则30~50万元,视生产线情况而定。要达到并掌握稳定的生产b1等级技术和产品并达到一等品的技术,中间要经历春夏秋冬四季考验,起码要花两年时间,其费用在150万~200万。从国外生产厂商生产线考察,全面掌握生产此类产品的技术费用,一般也得在50万美金以上。目前中国pu连续板材生产线的技术,落后于先进国家达20年。目前在中国此项应用技术是一个断层,人才严重短缺,有价值的著作论文极少。

  经过连续多年的攻关研究,得出结论,pu在生产线上发泡过程是一个动态过程,同以往静态发泡完全不一样。要生产出一流产品必须掌握pu发泡反应在动态生产线上找到动态平衡点。pu防火级别不高,而且是采用pur体系发泡,相当于目前国外防火体系。在生产线上其动态平衡点范围比较宽,比较容易找,因而生产合格品难度不是太大。如果按中国b1等级防火级别,采用pir体系发泡,在生产线上其动态平衡点范围窄,极其难找。在动态的生产线上建立化学平衡(发泡反应、凝胶反应、三聚反应)是一件不容易的事。要掌握此项技术,既要有动态平衡理论知识,又要有生产线上大量试验数据,最终要靠原料化学结构及化学反应进行调试,才能成功。

  2、目前在中央空调pu风道板生产中,执行b1等级阻燃标准中所存在的问题。

  在最近以来,国内外厂商及研究机构如日本聚氨酯上海开发中心、美国陶氏化工聚氨酯部、江苏省化工所、兰州501所、烟台万华北京研究院均已攻下pu b1等级技术。在短短的3~4年间,国内出现了十几条生产中央空调pu风道板的生产线,年产量已达到200万m2左右,消耗pu原料在2500~3000吨左右。估计每年还会以30%的速度递增,这是一个潜在的不小的发展市场,也是目前执行b1等级pu泡沫国家标准的最大领域。到现在为止,已有六七家国内外原料供应商加入到我国内10几条生产线b1等级原料市场供应竞争中。经两年对近10家产品的考察,原料供应商同生产厂家并没有达到预期的双赢,有的在双方合作中出现双赔,有的原料供应厂商光提供原料的损失费就达几十万人民币。而板材生产厂家,生产过程中出现废品损失少的10几万人民币,多的甚至达几百万人民币。这些废板材鼓包收缩变形,无法制作合格风管。这种状况造成整个整个行业发展速度变慢,生产厂家无法形成真正的品牌,有的人提出按中国制定的pu b1等级标准去生产风道板能否成功?

  b1等级原料体系由芳香族聚酯多元醇,难燃结构性聚醚多元醇,反应型的阻燃剂,添加型阻燃剂等四种原料构成。由于我国在制定难燃b1等级标准中是把pu泡沫塑料着火性即氧指数≥32放在第一位,未经处理的pu泡沫氧指数只有17,要把氧指数提高到32,在配方体系中只能加入大量阻燃剂。要减少阻燃剂的用量就必须提高异氰酸指数。国外通常采用异氰酸指数为250,而体系中异氰酸指数少则400,多则要达到500~600,才能保证b1等级泡沫达到32氧指数的指标。在风道板材生产线上配合工艺要找到一个不影响pu泡沫性能的合适异氰酸指数,合适的阻燃剂用量,也不是一件容易的事。

  由于b1等级pu原料供应商之间价格竞争激烈,为了降低原料成本,通常在原料配方体系中提高芳烃聚酯多元醇的用量,难燃结构型聚醚尽量少用、甚至不用。总量由于氧指数≥32高指标情况下,在配方体系中大量采用不反应阻燃剂,以及采用高异氰酸指数,容易造成高分子反应不完全,pu板材收缩变形、鼓包以及凹坑。

  如果企业没有真正掌握此项目关键性原料及生产技术,无论企业采用哪家的b1等级的原材料,均会出现以下一系列产品质量问题:⑴如采用高异氰酸指数(500~600)添加型阻燃剂,低比例难然结构聚醚(或用普通聚醚替代)高芳烃聚酯多元醇体系。在风管安装运行3~6个月内普遍出现鼓包,甚至鼓大包;⑵如果采用低异氰酸指数(200~250)添加型阻燃剂,低比例难然结构聚醚(或用普通聚醚替代)高芳烃聚酯多元醇体系。风管运行后普遍出现凹坑、鼓小包、板材微缩(2~3mm);⑶如采用低异氰酸指数(200~250),添加型阻燃剂,全部采用高芳烃聚酯多元醇体系,在风管板材生产过程中在铝箔表面就出现平整度差,凹坑多的现象。风管在运行后常出现鼓包,pu板材出现微缩(2~3mm)现象。如果企业真正掌握了此项技术,并初步形成了自己知识产权的品牌体系,上述产品的技术质量问题会有办法解决并给予克服。

  总之中国目前双面铝箔pu板材市场,正处于由低级向高级转化的关键时刻,拥有中国自己知识产权的品牌在个别企业已初步形成,产品已进入国际市场。目前国内市场出现了新的情况,用户对质量保证的需求,对产品质量长期稳定的需求,呼声越来越大,甚至提出只要产品质量保证即使价位高也能接受。说明中国在这一新型产业发展过程中,企业应该走向高端高质量产品差异化的新路子,避开走低水平价格战的低端产品的老路子。

  3、低烟雾、低毒性将成为今后pu复合风管的发展主方向。

  根据新颁布的gb8624-2007及gb20286-2007标准,原旧标准中氧指数指标将由热释放率来取代,并且增加烟雾、毒性评价指标。新的分级体系是基于材料在真实火灾场景中的燃烧特征的一套评价体系,试验的设计和数据采集是建立在火灾基础理论之上的,并以实体火灾为参考场景,主要测试与材料潜在火灾危险相关的参数,如燃烧释放速率、产烟量、烟气毒性、火焰传播等多项参数。因此,新分级体系中试验方法对材料的燃烧特性评价更加科学合理、更加全面。尤其是将火灾的头号杀手“烟雾和毒气”列入了建筑材料中,将产烟等级和产烟毒性等级指标同建筑材料燃烧性能等级指标分开标示。而旧的gb8624-199《建筑材料燃烧性能分级方法》的试验主要侧重于评价材料的火灾传播特性。很多试验的方法采用单火点火方式,装置小巧简单,均是小规模、小尺寸试验,难以准确预测材料在实际火灾条件下的燃烧特性。无火灾头号杀手“烟雾和毒气”等级指标。

  因此,pu复合铝箔风管今后按新的gb8624-2007标准执行,pu低烟雾、低毒性将成为新科研攻关指标。高指标氧指数o2≥32%,在新标准中,已被热释放速率取代,由于试验方法、测试方法改变,这已不是科研攻关难点。

  四、我国金属pu三明治板材防火产品发展方向。

  金属pu三明治板材具有高强、轻质、载重负荷大,可在工厂大规模连续生产,可在建筑上直接安装,仍需额外的工序……等优点。目前已广泛用于建造大型工业厂房、飞机库、冷库和冷房;隔墙、屋顶……等领域是最为理想的新型建筑材料。

  这种新型建筑材料由于可广泛应用,我国公安部39号令和61号令规定公共场所,它不仅涵盖所有人员密集的休闲娱乐等公共聚集场所,而且还包括了商场、宾馆、医院、学校、车站、码头以及公共图书馆、展览馆、体育馆具有火灾危险性的文物保护单位等公共场所,最大范围的染涵盖了人员密集或可能密集场所。

  公安部第39号令(1999年5月11日发布)规定的场所为:

  ◇影剧院、录像厅、礼堂等演出、放映场所;

  ◇舞厅、卡拉ok厅等演出场所;

  ◇游艺、游乐场所;

  ◇保龄球馆、旱冷场、桑拿浴室等营业性健身、休闲场所。

  公安部第61号令(2001年10月19日发布)规定的场所为:

  ◇商场(市场)、宾馆(饭店)、体育场(馆)、会堂公共娱乐场所等公众聚集场所(统称公共聚集场所);

  ◇医院、养老院和寄宿制的学校、托儿所、幼儿园;

  ◇客运车站、码头、民用机场;

  ◇公共图书馆、展览馆、博物馆、档案馆,以及具有火灾危险性的文物保护单位。

  第39号令和第61号令所涵盖的所有场所使用的建筑材料和接收器都必须进行阻燃处理,其燃烧性能必须满足国际gb20286中相应的阻燃级别的指标要求。

  gb20286-2007强制性法规中对泡沫塑料不仅要求对其热释放速效率进行测量,而且还要对泡沫塑料的烟密度和烟气毒性进行评价。因此,金属pu三明治板材应用于公安部第39号令和第61号令所规定公共场所防火产品的发展方向。因而研究如何控制pu阻燃泡沫材料的燃烧难易程度及研究如何控制pu阻燃泡沫材料燃烧过程中烟和毒气的释放,将成为我国今后金属pu三明治板中pu泡沫塑料攻关课题。

  目前我国金属pu三明治板材连续生产线已达30条左右,所有生产产品中pu泡沫防火等级均在b2以下,大部分在b3级,相当于新颁布gb8624-2007《建筑产品或组件的燃烧性能5级》中e级或e级以下。显然是达不到gb20286-2006强制性规范中阻燃泡沫的燃烧性给技术要求,详见下表:

  gb20286-2006公共场所阻燃泡沫塑料的燃烧性能技术要求

  阻燃性能等级

  依据标准

  判定指标

  阻燃1级泡沫塑料

  gb/t 16172

  gb/t 8333

  gb/t 8627

  gb/t 20285

  a) 热释放速率峰值≤250kw/m2

  b) 平均燃烧时间≤30s

  平均燃烧高度≤2500mm

  c) 烟密度等级(sdr)≤75

  d) 产烟毒性等级不低于za2级

  阻燃2级泡沫塑料

  gb/t 8333

  gb/t 20285

  a) 平均燃烧时间≤30s

  平均燃烧高度≤2500mm

  b) 产烟毒性等级不低于za3级

  注:热释放速率试验的辐射热为:50 kw/m2

  五、我国建筑节能中pu防火泡沫产品的发展方向

  1、pu防火泡沫性能在中国高效节能材料中已脱颖而出。

  中国在“十一五”规划中,要完成建筑节能65%总目标,在现阶段中国建筑节能保温技术系统中,只能选择高效节能泡沫塑料eps、xps、pu作保温主体,其它保温材料由于其保温效果太差,无法充当建筑节能65%的主体保温材料。

  我国每年面临着新建大约20亿m2建筑总量以及每年有20亿m2既有建筑节能改造的双重任务。因而,中国巨大建筑节能市场将直接面临着大规模使用高效节能泡沫塑料的问题。日前世界上在建筑领域内,大规模应用的是高效节能泡沫塑料材料为eps(聚苯乙烯泡沫)、xps(挤塑聚苯乙烯泡沫)和pu(聚氨酯泡沫),它均是20世纪的高科技产品,在世界建筑史上发挥了巨大的作用。如以eps泡沫为主体外墙保温装饰系统(eifs),30多年来在欧洲已使用超过5亿m2。

  目前世界上已取得成功的外墙保温装饰系统(eifs),被国内称之为外墙簿抹灰外保温系统。此系统要求保温层厚度不宜太厚,如若太厚,保温板材及其外保保温层的重量均可能会使保温体系出现开裂等质量等问题,此体系的可靠性也随之大大降低。因而现阶段,要完成“十一五”规划的建筑节能65%总目标,在中国建筑节能保温技术体系中,只能选用高效节能泡沫保温材料(eps、xps、pu)作保温主体。其它保温材料由于其保温效果太差,均无法充当我国建筑节能65%中主体保温材料。

  聚氨酯泡沫(又称pu泡沫)是目前世界上公认最佳保温绝热材料,其导热系数为目前所有保温材料中最低、其热工性能最为优越、导热系数仅为0.018~0.023w/m..k,25 mm厚的聚氨酯硬质泡沫的保温效果相当于40 mm厚的eps、45 mm的矿棉、380 mm厚的混凝土或860 mm的普通砖。在同样保温效果下,保温厚度约相当于eps的一半。根据热工计算,若要完成我国建筑节能65%总目标,pu厚度只要3cm,而eps板厚度需7cm以上,xps厚度需5cm以上。

  2、不解决中国建筑节能保温技术系统中的防火安全问题,将会成为无法交待的火灾大隐患。

  中国建筑节能保温技术系统中的泡沫塑料防火安全问题和整个建筑保温防火安全是中国的大问题,不解决将会成为中国建筑节能中对后人无法交待的建筑火灾大隐患。中国建筑节能决不能照搬照抄外国模式,必须研制符合中国国情的具有抗火灾功能的新型pu环保型材料,建立中国式建筑保温节能体系。

  ps(eps、xps)泡沫因而在欧美等发达国家,对重要建筑、高层建筑进行外墙保温均有严格的防火要求。一般都要求保温系统和绝热材料作燃烧性能及耐火极限试验(并考虑燃烧时烟气及毒性),且分为若干等级。不同等级的系统和材料适用不同范围的建筑防火要求。到目前为止,eps板薄抹灰外墙保温系统由于涉及严重的防火问题,在美国有20多个州禁止使用;在英国,18米以上建筑不允许使用eps板薄抹灰外墙保温系统;在德国,22米以上建筑不允许使用eps板薄抹灰外墙保温系统。因此,建筑节能总发展趋势是保温性、防火性更强的pu泡沫正在逐步取代保温性、防火性差的eps、xps。

  目前,在欧洲许多夹心板材厂不再生产防火性差的eps板,并且许多保险已禁止给eps板保温的建筑保险。在韩国、澳洲等地的建筑保温市场ps(eps、xps)泡沫被禁止使用。但在中国却正在方兴未艾地大规模推广eps聚苯板薄抹灰外墙外保温系统,在国内没有提出防火的规定或标准,几乎所有聚苯板薄抹灰外墙外保温系统的生产单位都对其存在的火灾隐患不管不顾,或者避而不谈,甚至一些国际知名的外墙外保温进入中国市场后,为了利润的最大化,也利用中国外墙外保温市场的不规范的现状,特别在中国的高层、甚至超高层建筑上,依然采用易燃的eps板薄抹灰外墙外保温系统,不考虑其所在国的范围和限止,这对中国的高层建筑和超高层建筑带来相当危险的隐患后果。

  中国现状是不管建筑结构是低层、中层、甚至高层,全部采用目前国内外流行的外墙保温装饰系统(eifs)做法,即国内的“薄抹灰外墙外保温系统”,其保温系统通常是采用三种保温材料:最为普通的是膨胀聚苯板eps,其次是聚苯板xps,再次是聚氨酯板pu。这三种泡沫塑料均属有机保温材料,未经阻燃加工处理时,均属易燃体。经阻燃加工处理后,最多能达到“难燃体”,无法达到“不燃体”。因而采用上述三种泡沫塑料所组成的“薄抹灰外墙外保温系统”是“复合型墙体”。eps板、xps板、pu板应是墙体构件,按《建筑设计防火规范》gbj16和《高层民用建筑设计防火规范》gb50045,要求三级以上耐火等级建筑构件的墙体燃烧性能应是“不燃性”。我国居民住宅建筑恰好大多属于4层及4层以上的多层和高层建筑,要求耐火等级均在三级以上。实践表明,由于易燃外墙外保温材料,特别是eps泡沫达不到耐火等级的三级以上建筑墙体“不燃体”的规定,导致火灾发生的案例比比皆是。

  从上述二个“规范”要求出发,以建筑构件的耐火极限来考察目前国内正推行的“薄抹灰外墙外保温系统”,其保温板外面所加饰面保护层,可视为非承重墙。由于其厚度很薄,通常只有13mm厚,它的耐火极限仅能达到0.325小时,远远达不到两个“规范”的三级耐火等级“应大于0.75小时耐火极限”的规定。更为可怕的是在饰面层耐火极限超过0.325小时后,饰面层背面的苯板外表会迅速升温可达1400 c以上,大大超过了eps板使用温度的750c。温度超过750c 后,eps全部融化、滴落,完全失去了隔火作用。一旦火灾发生,这种“薄抹灰eps保温系统”墙体反而会使火灾加剧,尤其在高层建筑群中,在外墙均做上“薄抹灰保温系统”,其节能问题是解决了,但造成后果是火灾的隐患大大增加了。原来是不燃体的墙体,加上可燃保温层,使原来建筑群中建筑防火间距大大不够,无疑这种外保温系统使原有建筑群防火间距大大缩小,反而大大增加了火灾的隐患。这种防火间距严重超标,火灾一旦发生,造成建筑物的损失将会更大。

  近年来,国内建筑施工工地发生过多起因电焊渣或施工过程用火不当引燃聚苯板酿成的火灾。虽然多数情况并不是外保温系统在正常使用过程中的事故,而是施工现场的施工安全管理问题。但也必须引起的高度重视。

  这个gb20286-2007强制性法规中对泡沫塑料不仅要求对其热释放速效率进行测量,而且还要对泡沫塑料的烟密度和烟气毒性进行评价。因此,金属pu三明治板材应用于公安部第39号令和第61号令所规定公共场所防火产品的发展方向。因而研究如何控制pu阻燃泡沫材料的燃烧难易程度及研究如何控制pu阻燃泡沫材料燃烧过程中烟和毒气的释放,将成为我国今后金属pu三明治板中pu泡沫塑料攻关课题。

  在工程中,由可燃的保温材料导致火灾事故一般可分为三类:一是保温材料进入施工现场码放时段发生的火灾;见图1。二是保温材料施工上墙时段发生的火灾;见图2。三是外墙外保温系统投入使用时段发生的火灾,见图3。

  图1. 保温材料进入施工现场码放 图2 保温材料施工上墙

  时段发生的火灾案例 时段发生的火灾案例

  图3 外墙外保温系统投入使用时段

  发生的火灾案例

  3、中国的国情要求外墙保温系统的防火性能高于国外。

  当前建筑节能的大力推广,所有的民用建筑都需达到相应的节能标准,目前外墙外保温系统的现状是系统中约80%的主体保温材料为有机可燃材料;外墙外保温系统又以防火性能较差的聚苯板薄抹灰系统为主;另外,我国的城市住宅不同于以低、多层建筑为主的欧美,中高层、高层甚至超高层,影响因素和力度要比国外建筑大得多,尤其是经济比较发达的东部,城市人口和建筑群密度,楼间距小。在这样的国情下,如何保证建筑火灾不因外墙保温材料问题引发?不因在火灾发生时的烟气及热释放成为人们求生的障碍?为了解决上述问题,根据我国城市建筑的特点,理应对外墙外保温系统的要求更加严格,应从技术标准中体现更高的要求而不是降低对防火对防火安全性的要求。无论是国内依靠自主研发创新还是国外引进的外保温系统,一定要适合国家建筑的特点和国情,满足防火安全性的要求。所用pu泡沫,必须是环保型的,低烟、无卤、低毒的绿色泡沫。

  但是,不得不要看到,目前目前我国采用高效节能泡沫保温材料(eps、xps、pu)用于“薄抹灰外墙外保温系统”中,对人口高度密集、以多层和高层为主建筑群进行大规模节能改造时,所取得的后果是节能问题解决了,但是火灾的隐患却大大增加了。

  外墙外保温系统复合在结构墙体外侧,其本身燃烧性能和耐火极限无论是抵抗相邻建筑火灾侵害,还是阻止本身建筑火势的进一步蔓延,都是很重要的问题。但在我国的外墙外保温技术系统,普遍存在一个误区,认为保温材料由于是在建筑物的外墙,因而对保温材料防火性要求可以降低。有的甚至公开提出:“高效节能保温塑料其防火性能,只需确保现场正常所需要的一个离火自熄的安全性就行了,没有必要追求更高”;“国外对保温泡沫塑料防火要求指标很低,照样大规模使用,中国没有必要搞高指标的防火要求”;“我国的建筑节能外墙保温市场如此之大,建议相关制定阻燃标准的部门,应针对对建筑节能外墙保温系统尽快建立一个相应的阻燃标准,避免套用不合适的阻燃指标,引起材料的阻燃性能比实际需求的过剩,造成不必要的浪费,甚至有可能由于不合理的追求过剩的阻燃性能,给类似聚氨酯pu泡沫这样优良的产品带来不应该产生的技术门槛和成本门槛,影响其推广应用”。

  在目前的技术条件下,如何看待这些问题。不能过高地要求外保温体系中所用聚苯乙烯和聚氨酯硬质泡沫的阻燃性指标,应弱化保温材料的燃烧性能等级在人们意识中的重要地位。过于追求有机保温材料的阻燃性能,不仅大大增加了材料的成本,同时某些阻燃剂在阻止燃烧过程中,往往会增加材料的发烟量和烟气毒性,这可能会带来更大的危害。

  当外保温系统的保温层为可燃材料时(pu、eps、xps),系统构造方式就是决定整个系统防火安全性能的关键要素。根据中国国情,采用有效防火构造措施,提高外墙保温体系的整体防火安全性能是可行的现实路径。影响外保温体系防火安全性有两个方面关键问题:体系构造和施工质量。

  认为,只有提高有机保温材料防火级别,符合环保型低烟、无卤、低毒的绿色pu泡沫,才能保证整个系统防火安全性。因而,有机保温材料防火级别的提升、生产具有抗火灾功能的绿色泡沫,是决定整个系统防火安性能的关键要素。道理很简单,因为当外墙外保温材料采用不燃性材料或不具有传播火焰的难燃性材料时,外墙外保温系统几乎不存在防火安全问题。但是,在我国目前的技术条件下,聚苯乙烯泡沫和硬泡聚氨酯等可燃材料在外墙外保温系统中使用最为广泛,这是产生外保温系统防火安全性问题的起因,而随着节能标准的逐步提高,这个问题将更加突出。因此,随着此类可燃有机保温材料的大面积应用和使用厚度的不断增加,建筑外墙火灾或火灾的蔓延问题应引起足够的重视。有机保温材料用得越多,火灾荷载增加,引起火灾危险性就越大,阻燃性差的有机保温材料燃烧释放能量越快,火灾发生几率增加。因此外保温系统的防火安全性的起因是由于系统中的有机保温材料具备了引发火灾和加速火灾蔓延的危险性。保温性差的保温材料达到同样节能标准,其方法是厚度增大,用量加大,但火灾危险性也增大。

  因此,提出如采用具有抗火灾功能的新颖高保温性pu泡沫,整个系统防火安全性会大大增加。由于抗火灾功能的新颖pu保温性好,厚度变小、用量变小,火灾荷载就小,火灾危险性也会大大降低。阻燃级别越高的材料,可有效地将可燃物燃烧产生能量控制在轰燃临界值以下,可以防止发生轰燃,从而有效地避免火灾发生。

  六、当前中国外墙外保温防火安全体系的研究,必须按我国已颁布的消防法规标准进行。

  1、重视有机保温材料燃烧性能的全面研究。

  应取得外墙外保温体系中占到80%以上体积的有机保温材料燃烧性能分级的数据,以及按耐火极限(h)数据取得耐火等级分级的数据,然后再按外墙外保温体系在一定的防火构造条件下进行大型防火安全试验,取得接近火灾中有机保温材料燃烧性能数据,并按我国已颁布的消防法规进行评估、评价,并进行分级。按此研究方向得出研究结论,对工程应用才具有广泛的实际意义。离开了我国消防法规来研究有机保温材料燃烧特性,容易造成阻燃有机保温材料产品混乱,不易规范市场。离开了我国消防法规来研究外墙外保温体系防火安全性,工程应用会出现难以贯彻的局面。

  2、必须按我国已颁布的消防法规标准进行研究。

  目前,我国颁布的消防法规有下述两种类型:

  第一种类型属强制性的,同建筑节能外保温有关的有三个:

  ⑴gb50016-2006建筑设计防火规范(简称“低规”)

  ⑵gb50045-95高层民用建筑设计防火规范(简称“高规”)

  ⑶gb20286-2006公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识。

  第二种类型属非强制性的燃烧性能等级标识。有新老两种:

  老的标准:gb8624—1997。

  新的标准:gb8624—2006。

  我国已颁布的gb8624-1997国家标准,虽其指标是目前世界最高、最为苛刻的,但其采用试验方法大多数是小尺寸试验,其火焰传播特性:水平燃烧法、垂直燃烧法,均采用单火焰点火方式,装置小巧简单,根本难以准确预测pu泡沫材料在真实实际火灾条件下的燃烧特性。尤其是氧指数法,其试验方法是采用长条状的试验样树立在氧氮气流中。点火方法是从试样顶端点火,火焰向下蔓延,这与实际火灾中的火焰传播方式不同,并且在实际火灾中的pu泡沫材料不是在富氧情况下燃烧,而是在氧气浓度越来越低情况下燃烧。烟密度测定只是累计数,也无法测定在真实火灾中pu泡沫烟毒气释放速率。因而旧的gb8624-1997标准体系很难真实地反映pu泡沫材料在实际火灾场景下的燃烧特性。

  新的gb8624-2006分级体系是完全参照欧盟en13501-1:2002标准,它有规定其试验方法及等级标准。并对部分级别另规定了附加燃烧生成物的毒性试验要求。新的分级体系是基于材料在真实火灾场景中的燃烧特性的一套评价体系,试验的设计和数据的采集是建立在火灾基础理论之上的,并以实际火灾为参考场景。新的分级体系以墙角实体试验(iso-9705)为参考场景。主要采用iso-1182不燃性试验(sbi)。iso-9239铺地材料燃烧性能测定——辐射热源法试验,以及ca.132-1996规定的毒性试验,用于对材料产烟毒性评价,火灾场景毒性评价以及由成分分析结果推测烟气毒性危险等。通过上述一系列测试标准,以实体火灾为参考场景,可测得一系列与潜在火灾危险性相关参数:燃烧热释放速率、产烟量、产烟速率、烟气毒性、火焰传播等多项参数。用这些参数可以全面地、系统地、描述火灾发生的三个阶段的三个火灾情景。第一阶段:是指制品被新燃的着火阶段,即用小火焰施加于制品的局部区域;第二阶段:是指火灾逐步增长发展直至轰燃阶段;第三阶段:轰燃后,所有可燃制品成了火灾荷载。用这些参数可将建筑材料分为a1、a2、b、c、d、e和f七个级别。因此新的分级体系中的试验方法对材料的燃烧性更为科学、更为合理。新的gb8624-2006国家标准中,规定了一些试验方法的考虑,要有实际火灾场景,又考虑材料的最终用途。也就是pu泡沫在不同建筑和建筑物的不同部位使用时,其火灾危险性是不一样的。

  3、燃烧性能的耐火极限划分方法

  外墙外保温体系是复合在结构墙体外侧的保温装饰系统,可视作为墙体构件,是墙体的一部分,是属外墙外保温有机保温(eps、xps、pu)复合材料。其燃烧性能,应按“高标”、 “低标”2个防火设计规范中各类建筑构件的燃烧性能和耐火极限执行。

  墙体构件的燃烧性能:

  按gb8624—1997老标准,可分为3个级别:不燃(a級)、难燃(b1级)、易燃(b2级)。

  按gb8624—2006新标准,可分为7个等级:a1、a2(不燃)、b、c(难燃)、d、e(可燃)、f(易燃)。

  墙体构件耐火极限,按gb/t9978-1999, gb/t 7635-1987标准执行,耐火等级试验是表示通过模拟真实火灾的方式来测定建筑构件的耐火性能一种试验方法。

  耐火极限:建筑构件按时间――温度标准曲线进行耐火试验,从受到火的作用时起,到失去支持能力或完整性破坏或失去隔火作用时止的时间,用小时(h)表示。

  燃烧性能分级标准,可推测火灾发生的可能性大小,防火级别越高,火灾发生可能性就越小。按耐火极限(h)时间长短,可将建筑构件分为耐火一级、耐火二级、耐火三级、耐火四级,这表示建筑物在火灾发生状况下,承受火灾破坏能力大小。耐火等级越高,承受火灾破坏力越高。认为,外墙外保温系统中有机保温材料中必须按上述消防法规进行测试研究,取得有机保温材料及其复合结构体燃烧性能等级数据,以及按耐火极限(h)取得耐火等级分级数据。

  4、研究外墙外保温体系防火安全性的4个步骤。

  第一步:按gb8624—2006分级标准,对有机保温材料(eps、xps、pu)进行分级标准测定;

  第二步:按gb8624—2006分级标准,对有机保温材料在墙上按一定防火构造形成的复合体进行分级标准测定。按gb/t9978-1999进行耐火等级的数据加以分级;

  第三步:将上述取得分级数据有机保温材料按一定防火构造方式复合在外墙,构成完整的外墙外保温系统,按大比例墙角火试验,窗口火试验,对外墙外保温体系整个系统进行测试,从而进一步研究取得有机保温材料(eps、xps、pu)在接近真实火灾情况下燃烧性能。

  第四步:将上述数据按gb8624—2006分级标准,对外墙外保温系统在其有合适的防火构造下进行评估。在评估的基础上制定适用于我国外墙外保温防火安全系统防火等级划分及适用高度。认为按上述试验研究方法程序,可将建筑科学和材料科学、消防科学有机的结合起来,避免了偏离三大学科有机结合所产生的局限性、和片面性。

  七、创建具有中国特色的建筑保温节能环保安全体系的建议

  1、易燃高效节能保温泡沫塑料在中国建筑节能中大规模应用中,必需重视解决其防火安全问题的研究。

  根据本文上述分析的国内外聚氨酯研发现状和我国存在的差距,我国建筑节能的聚氨酯研究关键性问题不仅是整体防火构造的研究,更重要的是要开展有机保温材料在接近火灾条件下燃烧性能研究;当前我国外墙外保温体系防火安全性正确研究方向应当将建筑科学中防火构造研究同材料科学研究进行有机结合,同我国已颁布的消防法规标准结合,取得有机保温材料燃烧性能分级的数据,以及按耐火极限(h)数据取得耐火等级分级的数据,然后再按外墙外保温体系在一定的防火构造条件下进行大型防火安全试验,取得接近火灾中有机保温材料燃烧性能数据,按此方法、程序得出研究结论才具有真正的推广应用价值。

  因此,本人建议我国应当突出有机保温材料在外墙复合结构状态下的耐温性、耐燃性及其结构稳定性方向的研究,并按绿色的环保要求开展无卤化、低烟、低毒方向研究。只有对有机保温材料按环保法的研究要求,才能全面阐明我国当前外墙外保温安全防火体系正确研究方向。应当将建筑科学、材料科学、消防科学和环保科学四大学科有机结合起来。任何偏离四大学科的研究,均具有相对的片面性和局限性。

  2、我国应大力开发外墙内保温的建筑节能环保安全体系。

  现在,我国的建筑节能走的是外墙外保温体系,全国的所有建筑设计研究院均按此路径进行设计,施工承建单位亦按此标准执行施工。但是,中国地域广阔,东南西北的气候差别悬殊,东部与西部城乡差条件距很大,尤其中国人口高度密集、建筑群密集、以多层和高层为主建筑群居多,建筑结构单体面积大,楼层高是不可改变的现状,很难能通过一刀切的办法实现我国各地差异性的建筑节能和防火安全要求。

  我国最初是向西方学习后才决定在我国天南地北推行的外墙外保温的建筑节能体系,这在当时有其取舍的合理性。但是,现经考察发现,其实西方发达国家的建筑节能道路是走多元化的路。在欧洲(英、法等国)和亚洲(日、韩)等经济发达国家,他们的外墙内保温体系已占建筑节能的很大份额。法国的世界500强之一的拉法基集团是全球最大的建材企业,他们拥有2架大型外墙内保温复合石膏板及其辅材工厂,每年产量高达1000万m2,由此可见,在西方发达国家和地区已在大规模地应用外墙内保温体系。

  归纳他们应用外墙内保温体系有两大优点:

  ①、在欧洲等发达国家有许多建筑的外墙立面饰有精美的雕塑和工艺造型,这种建筑的外墙立面很难能通过外墙外保温来实现的建筑节能,外墙内保温则完满地克服了这个缺陷;

  ②、现代的城市高层、超高层建的建筑越来越多,高层建筑的风力荷载对施工和建筑产生的负面影响也产生越来越大的负面影响,外墙外保温体系工艺复杂,很难缓解这些矛盾,而外墙内保温比较容易地越过这些技术瓶颈。

  但是,外墙内保温体系也有其软肋的技术难题,即其产生的热桥问题和室内施以内保温材料后,影响了室内使用面积的容积率最大化的矛盾。

  剖析中国如果当年就推行外墙内外保温建筑节能体系,也会遇到西方发达国家存在的热桥问题和容积率减少的实际难处,但是最关键的是我国的外墙内保温的技术条件不具备,特别是聚氨酯(pu)硬泡阻燃材料不过关,如果用这类未经改制的可燃有机保温材料作外墙内保温材料,其火灾的隐患更为可怕。

  出路何在?自主创新!胡锦涛总书记说过:“一个国家只有拥有强大的自主创新能力,才能在激烈的国际竞争中把握先机、赢得主动。”;“在关系国民经济命脉和国家安全的关键领域,真正的核心技术、关键技术是买不来的,必须依靠自主创新。”在这次中央经济工作会议上,中央提出“按照产业结构优化升级和优胜劣汰的要求,着重缓解和消除发展的瓶颈制约,切实淘汰落后生产能力和加快产品更新换代,增强自主创新能力和产业竞争力”。

  因此,大力推进理论创新、制度创新、科技创新,是闯出一条具有中国特色的建筑节能防火安全体系的必经之路。

  现在,经过不断的科技攻关,已对聚氨酯(pu)硬泡阻燃材料的研发迈出了重要的一步,即已初步成功研发了具有抗火灾功能的新型pu材料。这种新型pu泡沫是低烟、无卤、低毒、耐温性好、防火级别高、符合当前绿色环保泡沫。用此泡沫制成新型pu复合型墙体材料,可以在我国外墙内保温建筑节能体系大显身手,特别是在像拥有众多的高层、超高层建的上海、北京等特大城市,中国东部发达地区如果能泛推广内墙保温,将是我国建筑节能防火安全体系建设的一个重大突破。当然,也不能排除外墙外保温建筑节能体系在合适的应用条件和合适的地区应用和推广,总之一切要从实际出发。但是,无论是外墙内保温体系还是外墙外保温体系,都必须坚持无卤难燃、低“烟雾”、低“毒性”绿色环保要求,真正实现我国的建筑节能安全防火体系。现在我国应研究出具有抗火灾功能的新型pu材料。这种新型pu泡沫必须是低烟、无卤、低毒、耐温性好、防火 级别高、符合当前绿色环保泡沫。用此泡沫制成新型pu复合型墙体材料,在火灾发生的情况下,具有防止火灾蔓延和防止释放烟毒性气体双重功能。并且材料强度和体积也不能损失降低过多,面层无爆裂、无塌落,真正起到既保温节能,又防火安全的双重效果,这是当前建筑节能中刻不容缓的头等大事。

  结束语

  中国建筑规模世界第一,中国建筑结构体系不同于国外建筑。目前中国外墙外保温防火安全体系和外墙内保温防火安全体系研究工作还刚刚开始。中国政府坚持科学发展观、以人为本,从国家和人民利益高于一切的原则出发,颁布了一系列始终要高于国外标准的公安消防法规,并推出强制执行的“问责制”制度。中国绿色环保政策、法规的出台,给中国人民在公共场所活动和居住防火安全带来福祉,也为建立具有中国特色的具有自主知识产权的中国式建筑节能保温安全体系,创造了一个发展平台和机遇。愿以自己领先的科研优势和成果与有远见的中国企业家共襄大业,为中国建筑节能环保防火安全事业作出贡献!

  上述如有不当论点和观点,请批评指正。

  杨宗焜

  december 24 , 2008

   
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