高密度型（G 型）改性聚苯板燃烧热值分析

张屹东，朱春玲

（1.建筑安全与环境国家重点实验室，北京 101119；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

作为一种新型的兼顾防火及保温效果的墙体保温材料，热固复合聚苯乙烯泡沫保温板（以下简称“改性聚苯板”）目前在工程中被广泛应用。在其产品标准JG/T 536－2017《热固复合聚苯乙烯泡沫保温板》［1］中要求，对于标称密度在140～200 kg/m³（±10 % 的偏差）的高密度型（G 型）改性聚苯板，燃烧性能等级须达到 A2 级。该材料的性能参数及施工技术已有部分研究［2-5］。有研究指出，表观密度超过 200 kg/m³ 以上时其燃烧性能等级才有可能达到 A 级［6］，而也有研究表明容重在 125～130 kg/m³的改性聚苯板，其燃烧性能也可达 A 级［7］，目前各项研究也是说法不一，对产品的燃烧性能等级评价及其在工程中的应用造成一定的困扰。在 GB 8624－2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》［8］中对平板状制品燃烧性能 A2 的判定中，燃烧热值和单体燃烧试验（SBI）是比较常用的判定方法。根据近些年对此类产品的检测发现，G 型改性聚苯板在进行 A2 级测定过程中，一般均可以通过单体燃烧试验（SBI）确认对 A2 级的判定要求，问题常出现在板材的燃烧热值判定试验中，因此经过燃烧热值的测定，即可大致判断出此类材料能否可满足 A2 级的要求。

目前对此类材料的燃烧性能研究较少，研究较多的为材料的隔热性能、力学性能、耐候性、吸水性能等［9-11］。但在工程应用中存在一个误区：只要板材的标称密度达到 140 kg/m³，甚至有 10 % 的负偏差时，样品的燃烧性能肯定可以达到 A2 级。本文针对此问题，选取不同生产厂家、相同及不同密度的 G 型改性聚苯板，对其进行燃烧热值的测定，并结合 X 射线衍射（XRD）对无机改性材料的成分进行分析，来对上述误区进行初步的解释，以达到避免不合格样品在工程中应用的目的。

1 样品准备

首先，选择 3 个厂家（厂家 1#、厂家 2#、厂家 3#）的板材（见图 1）。厂家 1# 板材整体颜色为白色；厂家 2#板材整体颜色为灰黑色，标称密度均为 180 kg/m3；厂家 3# 板材整体颜色为淡橙红色，标称密度为 140 kg/m³，3 个厂家样品的基本信息如表 1 所示。

图1 三个厂家样品的外观照片

表1 厂家 1#，2# 和 3# 板材样品基本信息

从样板芯部均匀处取样，对板材的无机改性材料、有机泡沫进行机械分离，为保证试验结果的准确性，将分离出的两组份样品，全部依次进行燃烧热值试验，并通过各组份所占的质量百分比，计算最终样品整体的燃烧热值。3 个厂家板材试样的组份分离结果如表 2 所示。

表2 厂家 1#、2# 和 3# 板材试样组份分离结果

可以看出，3 个厂家板材分离后的有机泡沫和无机改性材料的质量百分比存在着一定的差异。尤其厂家 3# 标称密度为 140 kg/m3的样品，有机泡沫的百分含量明显升高，约占整体质量的 1/3。

2 试验及结果分析

1）对厂家 1# 板材无机改性材料的试验结果如表 3 所示。

表3 厂家 1# 板材的无机改性材料的试验结果

2）对厂家 1# 板材有机泡沫的试验结果如表 4 所示。

表4 厂家 1# 板材有机泡沫的试验结果

根据 GB/T 14402－2007《建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的测定》［12］中对于多组份材料热值的计算方法，在厂家 1# 无机改性材料测试中，所有的结果均为负值，并且此结果（约-0.3 MJ/kg）会对样品的整体试验结果产生影响，所以不能将其燃烧热值设定为 0。因此厂家 1# 板材整体的热值结果计算如式（1）所示。

3）对厂家 2# 板材无机改性材料的试验结果如表 5 所示。

表5 厂家 2# 板材无机改性材料的试验结果

4）对厂家 2# 板材的有机泡沫的试验结果如表 6 所示。

表6 厂家 2# 板材有机泡沫的试验结果

厂家 2# 板材整体的热值结果计算如式（2）所示。

从实验结果可以看出，厂家 1# 和厂家 2# 标称密度为 180 kg/m3的板材的燃烧热值均可以满足燃烧性能 A2 级热值的要求（≤3.0 MJ/kg），分别为 2.53 MJ/kg和 1.9 0 M J/k g。但也可看出，对于同样是标称密度 180 kg/m³ 的板材，两者热值结果相差 0.63 MJ/kg，可以说明这完全是两个独立的结果。

为了进一步说明不同厂家相同标称密度的板材燃烧热值存在较大差异的问题，对比两个厂家较低密度的板材的试验结果的情况，选择标准中要求燃烧性能为 A 级的 G 型改性聚苯板的最低标称密度（140 kg/m³）。由于只搜集到一个密度为 140 kg/m³ 板材样品，而针对厂家 2# 的样品，我们收集标称密度为 170 kg/m³、180 kg/m³及 220 kg/m³ 三种样品，对这三种样品均进行了组份分离并计算百分比，结果如表 7 所示。

表7 厂家 2# 三个密度板材组份含量

分别针对不同密度的板材无机改性材料及有机泡沫百分占比作图，并添加线性趋势线，如图 2 所示。

图2 厂家 2# 密度和两个组份占比分析图

从趋势线的公式可以看出，两者斜率相同，也就是说随着密度的变化，无机改性材料和有机泡沫所占的百分比变化率相同。从公式推算，当厂家 2# 的材料标称密度为 140 kg/m³ 时，无机改性材料所占比例为（%）：0.105×140+60.717=75.42；有机泡沫所占比例（%）为：-0.105×140+39.283=24.58。针对厂家 2# 四种标称密度的无机改性材料和有机泡沫分别进行了试验，实验结果如下。

无机改性材料的热值平均值（约 20 个）：0.51 MJ/kg；

有机泡沫的热值平均值（约 15 个）：7.61 MJ/kg；

按此推算出厂家 2# 标称密度为 140 kg/m³ 的板材燃烧热值如式（3）所示。

推算的结果只在现有工艺生产出的产品有一定的意义。但是随着密度的降低，有机泡沫和无机改性材料的比例并不一定会按照上述的比例线性递增或递减。密度越小，产品的总燃烧热值增长的越快。所以最终的结果，如果保证增加在 25 % 之内，均可以满足 A2 级热值的要求。

对厂家 3# 的无机改性材料和有机泡沫组份进行试验，试验结果如表 8 和表 9 所示。

厂家 3# 板材整体的热值结果如式（4）所示。

图3 3 个厂家无机改性材料 XRD 分析

表8 厂家 3# 板材无机改性材料的试验结果

表9 厂家 3# 板材有机泡沫的试验结果

可以看出，不同厂家标称密度较低的板材（140 kg/m3）燃烧性能可能存在较大的差异，并且已经关系到样板是否合格的问题。首先，有机泡沫和无机改性材料的比例是其中一个重要因素；其次无机改性材料的成分、添加阻燃剂的成分等对燃烧性能也有较大影响。针对三个厂家的板材，有机泡沫的成分一致，均为 EPS 颗粒，从外观上可以看出，整板分别呈现白色、灰黑色及淡橙红色。为确定其具体成分，采用 XRD 对这三种板材的无机改性材料进行了测定，分析结果如图 3 所示。

从对三种无机改性材料的 XRD 测试结果可以看出，白色粉料的主要成分为 BaSO4及含 Mg 化合物。BaSO4性能稳定，不易分解，在织物、皮革及部分塑料制品中作为耐燃填料使用；灰黑色粉末的主要成分为 CaCO3及含 Al 的化合物，CaCO3是常见的天然矿物建筑材料石灰石的主要成分，也可能是来自生石灰或煤灰中的 CaO 与空气中的 CO2反应得到的最终产物，含 Al 的无机化合物，常在建筑材料中作为无机阻燃剂使用；红色粉料的主要成分为含多种 Mg 的化合物，主要成分可能来自菱镁矿，再添加部分无机阻燃剂。在建筑材料中，含 Mg 无机化合物具有好的耐燃效果，如玻镁板。综上可以看出，不同生产厂家所使用的无机改性材料完全不同，并且其主要成分在燃烧性能试验（纯氧中点燃）中提供的高温环境下，可能会发生分解，吸热还是放热均不好判断。所以从无机改性材料讲，也不可单独将密度这一指标作为改性聚苯板能否通过 A2 级的依据。

3 结语

不同生产厂家的高密度改性聚苯板的燃烧热值存在较大的差异，且密度对 G 型板材的热值有着较大的影响。密度越大，理论上燃烧性能 A2 级的通过率越高，而较低密度的 G 型改性聚苯板是否可以通过 A2 级的测试，考虑其有机泡沫的成分占比较大、无机改性材料成分不同，需结合材料，在建筑工程应用时，通过试验进行测试评估，不能简单按照密度进行燃烧性能等级的判断，以保证建筑的防火安全。Q