锥形量热仪研究饰面型防火涂料的阻燃性能

尹碧军+徐发良+刘东发+李业添+陈宏业

摘 要：利用锥形量热仪（CONE），按照ISO05660，对几种饰面型防火涂料的点燃时间（TTI）、热释放速率（HRR）、总释放热（THR）进行了测量。通过上述参数的比较，对饰面型防火涂料的阻燃性能进行了研究。

关键词：饰面型防火涂料；阻燃性能；热释放速率；总释放热

饰面型防火涂料是一种集装饰和防火于一体的新型涂料，当它涂覆于可燃基材表面，具有一定的装饰作用，一旦发生火灾，涂层发生膨胀碳化，起到阻燃、隔热、防止火势蔓延的作用。目前我国饰面型防火涂料阻燃性能的主要通过大板燃烧法测定的耐燃时间来评价，但该方法规定的燃烧环境不同于真实火灾环境，因此其测试结果难以真实全面地反映涂料在火灾条件下的阻燃性能。锥形量热仪是目前火灾科学研究领域最为重要的大型试验仪器，其实验数据与全尺寸火灾试验中的材料燃烧行为具有相关性，更接近于火灾实际。本研究基于锥形量热仪，通过点燃时间、热释放速率、总释放热等燃烧性参数，研究饰面型防火涂料的阻燃性能，并与大板法评价方法进行对比研究。

1 实验部分

1.1 主要原料

饰面型防火涂料：A、B、C、D，送检样品。

1.2 样品制备

将饰面型防火涂料均匀涂覆在100mm×100mm×（5±0.2）mm及900mm×900mm×（5±0.2）mm的胶合板表面，涂覆量按250g/m2、500g/m2、750g/m2，制成试样自然干燥，备用。不涂覆防火涂料的胶合板为空白样板。

1.3 测试仪器及方法标准

英国产FTT锥形量热仪，按照ISO05660标准进行实验。将样品水放置在锥形量热仪的试验台上，用不锈钢丝网保护，以避免样品的翘曲和膨胀。在25kW/m2热辐射功率下对样品进行实验，实验数据由锥形量热仪的专用软件进行数据分析和处理。

2 结果与讨论

2.1 耐燃时间

耐燃时间是衡量材料防火性能的重要评价指标，通过大板法测定。不同涂覆量下的耐燃时间见表1。在未涂覆防火涂料时，空白板耐燃时间达不到防火性能要求，随着防火涂料涂覆量增加，耐燃时间变长。在标准涂覆量500g/m2，C、D耐燃时间均小于15min，达不到标准要求耐燃时间15min；A、B耐燃时间均大于15min。防火涂料耐燃时间越长其防火性能越好，耐燃时间大小顺序是D

2.2 点燃时间

点燃时间（TTI）是评价材料耐燃性的一个重要参数，它是在预置的入射热流强度下，从材料表面受热到表面持续出现时所用的时间。TTI可用来评估和比较材料的耐燃性能，TTI越长，耐燃性能越好，火灾危险性越小。由表2可知，涂覆防火涂料后，其点燃时间明显变长，涂覆量500g/m2试样的点燃时间最长；继续增加涂覆量，试样点燃时间变长但不明显，点燃时间大小顺序是D

2.3 热释放速率

热释放速率（HRR）或热释放速率峰值（pkHRR）是表征火焰行为的重要参数，其值越大，材料的热解速度越快，产生的挥发性可燃物越多，加速火焰传播，材料在火灾中的危险性就越大。从样板燃烧过程中HRR随时间变化（见图1）可以看出，D的热释放速率最大，其峰值达到100kW/m2，其次是C，最小的是A。热释放速率和热释放峰值越大，说明材料在燃烧时释放热速率越快，放热量越多，火灾危险性越大，在发生火灾时阻火性越差。HRR和pkHRR是衡量材料在火灾中危险性的重要参数之一，反映材料燃烧过程的危险性，而材料在燃烧之前必须被外部火源或热源点燃，因此，点燃时间同样评价材料火灾危险性的重要指标。结合耐燃时间评价，涂覆不同饰面型防火涂料后，防火性能顺序D

2.4 总释放热

总释放热（THR）是单位面积的材料从开始燃烧到结束所释放的热量。由THR随时间的变化曲线（见图2）可知，受热过程中，A防火涂料的THR曲线最低。在火灾过程中，THR越小，说明材料燃烧所释放的热量就越少，材料在火灾中危险性越小。

2.5 质量损失

热损失质量曲线反映了材料在一定火焰强度下的热解行为及某一刻的残余物含量。通过热失质量曲线的比较，可以推断材料在相同条件下燃烧的难易程度。从材料热失质量曲线（见图3）可以看出，质量损失主要来自涂层在自然干燥过程中未完全挥发剩余的溶剂以及水在受热后挥发所致，在受热约100s后，由于防火涂料形成的碳化层，对基材起到阻燃保护作用，从而降低了基材的热解速度，质量损失变化很小。

3 结语

（1）利用锥形量热仪，通过参数点燃时间、热释放速率、总释放热评价饰面型防火涂料的阻燃性能，其结果与大板燃烧法评价饰面型防火涂料的阻燃性一致。

（2）饰面型防火涂料的点燃时间越长，耐燃性越好；热释放速率值越大，材料的热解速度越快，火灾危险性越大；总释放热越小，说明材料燃烧所释放的热量就越少，阻燃性越好。

参考文献

[1] 李少春.膨胀型饰面防火涂料现状及进展[J].中国涂料，2009，24（03）： 19-28.

[2] GB 12441-2005，饰面型防火涂料[S].北京：中国标准出版社，2005.

[3] Nelson M I.Ignition mechanisms of thermally thin thermoplastics in the cone calorimeter[C].London：Proceedings of the Royal Society， 1998：789-814.

作者简介：尹碧军（1979- ），男，硕士，研究方向：阻燃材料及消防产品检测方法和标准研究。