菱镁防火板的研究进展

李富华,张金娜，李庆初

(天津长芦海晶集团有限公司，天津 300457)

人口增长、农村向城镇化转变等原因，促使了居民和商用建筑的集中化和大型化，因此增加了众多火灾隐患，大型建筑火灾蔓延迅猛，扑救困难，极易造成严重的人员伤亡和财产损失，后果影响巨大，因而建筑的安全性，装修材料的选用越来越引起人们的重视，对装饰板材的绿色、环保、防火等性能提出了更高的要求[1]。

菱镁防火板是以氧化镁、氯化镁为原料，辅以玻纤布、木屑及珍珠岩等增强材料为原料生产的防火板材，具有防火、防水、环保三大优势，是现阶段市场上防火板综合性能最好的板材。但是由于工艺条件复杂，产品研发投入少、不合格率较高，容易发生返卤泛霜[2-4]、变形等。同时市场不良竞争，造成市场紊乱，严重限制菱镁防火板的推广及应用。为了减少火灾隐患，降低火灾后的损失，菱镁防火板品质的研发具有重要的现实意义。

1 菱镁防火板性能及应用

1.1 防火性能

菱镁防火板属于不燃材料，熔点为2 270 ℃，耐火极限可达4 h。从耐火温度和时间来说，产品品质明显高于水泥甚至钢材，防火不燃级别为A1级，不仅在阻燃过程中不会产生有害气体，而且能够在遇火时吸收大量热能，进而延迟周围环境温度的升高。

1.2 防水防潮性能

通过对菱镁防火板防水防潮性能检测，在湿度较大环境下，其防水防潮性能不发生较大变化，经过在水中浸泡60 d后，取出后自然风干，不会发生变形、变软及表皮脱落现象，强度及防水性能无变化，经过100 d浸泡检测，其强度及防水性能变化<3%。

1.3 物理性能

板材表观密度为0.85 g/cm3～1.5 g/cm3，抗冲击强度≥4.5 kJ、抗折强度≥20 MPa，具有良好的力学性能，抗弯受力性能[5]。

1.4 环保性能

原料不含石棉、甲醛、苯及其他有害放射性元素，生产过程不产生其他污染物，节能环保，板材内部具有独特的自然细孔结构，具有调节室内温度的作用，使居室和办公场所更加舒适。

菱镁防火板不仅具有防火、防水、环保三大特点，同时具有耐高温、吸声、防虫、无毒无味无污染的特点，在后加工处理方面具有直接上油漆、贴面、可钉、可锯、可粘等特点，广泛应用于宾馆、商场、酒店、银行、写字楼等的通风管道、排烟管道、防火门、防火窗、墙板、吊顶板[6]、防火板、家具饰面等方面。

2 影响产品性能的因素

由于原材料、生产配方及生产工艺的影响，在高温高湿地区的菱镁防火板易出现返卤泛霜，进而造成产品强度降低，缩短使用寿命，严重影响产品性能[2-3]。为了更好地提高菱镁防火板的性能，国内外的研究学者主要就菱镁防火板返卤泛霜、耐水性差、翘曲变形等问题进行研究[7]，表明主要影响因素有氯化镁溶液浓度、MgO与MgCl2的摩尔比、H2O与MgO的摩尔比及养护条件等。

2.1 氯化镁浓度与用量对产品性能影响

菱镁防火板的返卤、变形、开裂等问题与氯化镁浓度及用量有极大关系，菱镁防火板的抗折强度及抗压强度随着氯化镁浓度的升高呈现先增加后减小的趋势，氯化镁浓度越高，反应速度快，易造成内部膨胀，进而破坏板材内部结构，引起变形；当氯化镁浓度低，活性氧化镁水化不完全，养护时间较长，产品强度低；因此氯化镁浓度在18.6%～25%时为最佳浓度[8-9]。氯化镁用量较大时，氯化镁含量高，不反应的游离氯化镁高，易发生返卤返霜，降低产品性能[10]，因此，氯化镁浓度及用量是影响菱镁防火板性能的重要因素。

2.2 MgO与MgCl2及H2O与MgCl2摩尔比对产品性能影响

菱镁防火板主要原料为活性氧化镁、六水氯化镁、水及其他辅料，生产过程中发生化学反应，形成5相与3相产物，反应式如下[11]：

5MgO+MgCl2+13H2O→5Mg(OH)2·

MgCl2·8H2O

(5相)

3MgO+MgCl2+11H2O→3Mg(OH)2·

MgCl2·8H2O

(3相)

通过众多的研究及实践表明，5相生成物是菱镁防火板强度的保证，菱镁防火板的抗压强度及抗折强度随着MgO与MgCl2的摩尔比呈现先增加后减小的趋势[12]，其理论摩尔比在4～6时，可以形成稳定5相产物，但是在实际生产过程中，由于辅料具有一定含水量，MgO与MgCl2的摩尔比应大于6，一般摩尔比控制在7～9之间，有研究表明摩尔比大时的产品，前期强度不高，但是在一定时间内强度会出现稳步上升的趋势[13]；摩尔比大于10时，体系中MgO含量过剩，硬化后位于产品内部，遇到水分后会继续发生反应，产生更多的Mg(OH)2，造成产品变形、开裂甚至返霜；摩尔比小于6时，体系中MgCl2原料过剩，易发生吸潮返卤，蒸发后形成白色霜[14]。Newman等[15]表示MgO与MgCl2的摩尔比将会影响产品的固热效应，造成产品变形。菱镁防火板的孔结构受H2O与MgCl2摩尔比的影响，比值大时，硬化后的孔隙率增大，减低产品的致密性，板材强度减小[16]。

2.3 养护条件对产品性能影响

养护的作用主要是促进产品水化及提高强度，养护条件以湿热养护为宜，5Mg(OH)2·MgCl2·8H2O的热稳定性较差，温度过高，易发生分解，同时水分蒸发，不能满足水化条件，进而导致氯化镁游离，产品吸潮返卤；温度过低，养护硬化时间较长，相应能耗增加。菱镁防火板的水化硬化为放热过程，养护的最佳条件一般控制在20 ℃～35 ℃，湿度为60%～70%左右，养护时间24 h即可脱模进行二次养护，二次养护后板材强度可以达到80%～90%[17]。

3 解决措施

菱镁防火板产品主要问题是返卤、返霜及变形问题，近几年，学者及生产厂家主要就菱镁防火板的改性及提高产品品质进行了一系列的研究[18-19]。

3.1 防止返卤泛霜的措施

一方面，控制原料品质，氧化镁活性较低(低于50%)时，化学反应速度慢，水合后的产物少，氯化镁溶液过量，造成吸潮返卤；当活性氧化镁含量较大(>70%以上)时，水化时间短，液相pH值增大，促使氧化镁MgCl2·6H2O形成，能够加剧返卤及耐水性下降，确保MgO与MgCl2在合适的配比[20]。另一方面改性外加剂及憎水剂的使用，不仅能够延缓反应速度，确保氧化镁充分反应，而且能与氯离子形成络合物，将其固结在一定的范围内，从而限制了其活泼游离，解决返卤泛霜问题[21-22]。

3.2 改善变形措施

(1)控制原料中氧化钙的含量小于2%，氧化钙水化形成氢氧化钙，体积膨胀超过90%，导致产品变形、开裂，有研究显示采用草酸调和氧化钙对产品的影响，提高产品稳定性[23]。(2)加入适当的体积稳定性良好的惰性粉状填充材料，用于分散和缓冲内应力，添加软性材料和海绵状材料以吸引和缓冲内应力，从而解决变形问题。其他改性剂的使用可以改善产品变形，增强产品韧性[24]，同时合理调整氯化镁浓度及填充料用量，可以减少水化过程中产生的结晶应力，但部分填充料对产品的强度有负面影响[25]。(3)采取合理的养护工艺，处理好温度、湿度、时间之间的关系，温度控制范围为40 ℃～60 ℃，最大限度地实现制品在养护期内完全充分反应。

4 展望

建筑大型化、集中化，使得火灾隐患不断增加，“预防为主、防消结合”的消防观念逐渐深入人心，防火装饰板材的需求量逐渐增加。国家提出了对建材工业转型升级、健康发展，促进绿色建材生产和应用政策，因此研究具有防火、绿色环保、无毒无害性能的菱镁防火板是防火装修材料的发展趋势。