建筑阻燃复合保温材料的制备及性能研究

吉海军 霍晓琴

摘 要：针对传统有机保温材料作为主要原材料进行房屋构建时存在的导热系数高、密度大等缺陷，设计出一种建筑阻燃复合保温材料，采用烟密度测试仪在有焰测试条件下对不同掺量的EPS保溫材料的光通量进行测试，利用正交试验对该材料的性能进行优化，在此基础上，确定阻燃复合保温材料的最佳配比。为保证阻燃复合保温材料的阻燃性能，对该材料的密度、导热系数、抗压强度、抗拉强度、吸水量以及软化系数等性能的数值进行有效控制，这有利于提升建筑阻燃复合保温材料的多方面性能。

关键词：建筑阻燃;保温材料;性能测试;烟密度

中图分类号：TQ328.4       文献标识码：A文章编号：1001-5922（2022）01-0127-04

Study on preparation and properties of fire-retardant composite insulation materials for buildings

JI Haijun，HUO Xiaoqin

（Xi′an Vocational and Technical College，Xi′an 710077，China）

Abstract：In view of the defects such as high thermal conductivity and density of traditional organic heat preservation material as the main raw materials for house building，the authors designed a kind of flame retardant composite heat insulation material，using the smoke density tester in flame test under the condition of different dosage of EPS thermal insulation material of luminous flux test，with the orthogonal experiment to optimize the performance of the material.On the basis of this，the best ratio of flame retardant composite insulation material was determined.To ensure the flame retardant performance of flame retardant composite insulation material，the material′s density，thermal conductivity，compressive strength，tensile strength，water absorption and softening coefficient and other properties of the numerical control，was conducive to improve the performance of building flame retardant composite insulation material in various aspects.

Key words：building flame retardant;insulation material;performance test;smoke density

随着我国经济的不断增长，建筑领域的发展规模呈上升趋势变化，而该领域对建筑物进行建造过程中，将保温效果作为评价该建筑物性能优良的主要因素之一。传统建筑物主要采用有机保温材料作为主要原材料进行房屋构建，但是该材料具有导热系数高、容重大等缺陷，使建筑物的易燃性较高，存在不同程度的安全隐患。为此本研究对建筑阻燃复合保温材料的最佳配比进行研究，有利于降低建筑物的危险系数。

1 建筑阻燃复合保温材料的制备

1.1 实验材料

阻燃复合保温材料制备的主要实验材料包括：ESP颗粒、空心微珠、快硬硫铝酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、硅灰、氢氧化钙、可分散胶粉5010N、有机硅憎水剂Silres BS 1042、聚丙烯纤维以及羟丙基甲基纤维素醚（HPMC），可分散胶粉5010N以及羟丙基甲基纤维素醚的规格为分析纯，其余材料的规格均为工业级。为制备出性能优良的建筑阻燃复合保温材料，本研究按照各材料作用方面的不同进行分类，聚苯乙烯泡沫（EPS）颗粒和空心微珠材料具有一定支撑及填充作用，且导热系数较低，可称为轻质骨料;快硬硫铝酸盐水泥、Ⅱ级粉煤灰、硅灰、氢氧化钙属于一种无机胶凝材料;剩余材料均为外加剂[1]。

1.2 实验仪器

电子天平（SPS4001）、搅拌机（QSD）、电热鼓风干燥箱（101-3A）、导热系数测试仪（DRE-2C）、电脑系统拉力试验机（GT-TCS-2000）、扫描电子显微镜（JSM-6700F）、标准型锥形量热仪以及烟密度测试仪（JQMY-2）[2]。

1.3 制备方法

本研究对阻燃复合保温材料进行制备时，将标准空气温度设置为（23+2）℃、相对湿度设置为（60±15）%，并对模具内部涂刷一层脱模剂，有利于材料制备完成后脱模更加便捷;脱模剂涂刷完毕后即可将保温浆料放置于模具中，其中脱模剂主要为机油。为保证实验结果的准确性，实验开始之前，将试验样本于标准条件下养护28 d，建筑阻燃复合保温材料的制备流程如图1所示[3]。

2 建筑阻燃复合保温材料的性能测试方法

2.1 干表观密度测试

对该材料的干表观密度进行测试时，将阻燃复合保温材料的制备流程作为主要依据，其测试流程：首先在标准条件下对实验材料进行制备，将制备成功的材料放入准备好的模具中，在其上面用聚乙烯薄膜密封养护5 d后完成脱模程序;脱模后的材料继续用聚乙烯薄膜密封养护2 d后去除聚乙烯薄膜。在养护21 d即可得到测试样本，将样本置于（65±2）℃的烘箱中完成烘干，直至样本的质量处于恒重状态后，对该样本的质量进行称取;成功获取质量数据后，测量该材料的尺寸，并计算其体积，将二者相除即可得到阻燃复合保温材料的干表观密度。

2.2 导热系数测试

本研究对阻燃复合保温材料进行导热系数测试时，主要利用DRE-2C导热系数测量仪作为测试核心仪器，其试验样本尺寸切割为300 mm×300 mm×30 mm，并通过瞬态平面热源方法完成性能测试，该方式具有测试范围广、材料种类较多等优势，有利于导热系数的精准性[4]。

2.3 抗压强度测试

对阻燃复合保温材料的抗壓强度进行测试时，将该材料的尺寸控制在100 mm×100 mm×30 mm，保证该实验样本的表面平整性。实验材料准备完毕后，将该样本置于承压板上，以（10±1）mm/min的速度对样本进行压力负荷的增加，直至样本材料被破坏后停止操作;准确记录被破坏的样本材料的载荷，即可得到抗压强度数据。若样本的形状较之前变化5%后，说明仍未出现被破坏的情况，则5%时的强度为抗压强度[5]。

2.4 抗拉强度测试

对阻燃复合保温材料的抗拉强度进行测试时，将该材料的尺寸控制在40 mm×40 mm×40 mm，保证该实验样本的表面平整性。利用胶粘剂将试验样本的上、下受检面与试验板粘贴在一起，并将其置于拉力试验机中，拉力试验机的拉伸速度设置为（5±1）mm/min，直至试验样本被破坏后停止实验，并准确记录此时的破坏载荷，将该数据除以样本截面积即可得到抗拉强度[6]。

2.5 软化系数测试

为验证阻燃复合保温材料的软化系数，本研究首先对该材料进行养护，养护完成后将该材料切割成若干个尺寸相同的试验样本，对其中一部分试验样本进行抗压强度测试，抗压强度记作P1;测试完成后，准备（20±5）℃的水，将未测试的试验样本浸入至水中48 h，保证水面高度超出试验样本2 cm以上;浸泡完毕后将其取出，擦去试验样本表面浮水后，对其抗压强度P2进行测试，抗压强度P1除以P2即为软化系数[7]。

2.6 吸水量测试

为验证阻燃复合保温材料的吸水量，首先对该材料进行养护，并将该材料切割成200 mm×200 mm×20 mm的试验样本，并对该样本进行全方位密封防水处理，然后对该样本的质量进行称取;准备工作完成后，将该样本表面朝下置于水中浸泡1 h，其水面高度应超过样本10 mm。最后，取出试验样本擦去浮水称取质量，将样本浸入水后测得的质量与浸入水时样本的面积相除，即可得到该样本的吸水量[8]。

3 建筑阻燃复合保温材料性能研究

3.1 阻燃复合保温材料烟密度测试

为验证复合材料的烟密度，本研究选用添加量分别为9%、10%的EPS材料在有焰的测试条件下，利用烟密度测试仪进行测试。测试过程中发现添加量为10%的EPS材料光通量下降趋势明显高于添加量为9%的EPS材料，其光通量在84%后处于稳定状态;而添加量为9%的EPS材料前700 s内光通量的下降趋势处于平稳状态下降，此时光通量数值为92%，最后500 s内处于稳定状态。由各项数据可知，有机骨料EPS的添加量可直接决定阻燃复合保温材料的性能[9]。

对烟密度测试后的保温材料形态进行分析可知，EPS添加量为10%的保温材料未出现焰燃烧现象，仅在点火区域出现变黑情况。但该材料表面出现许多空隙，其空隙的产生源于EPS颗粒在受热情况下可产生阴燃、熔融等反应所致。

3.2 阻燃复合保温材料正交试验

为得到阻燃复合保温材料的最佳配比，本研究利用正交试验对该材料进行优化。正交试验实际上指的是对4因素、3水平的确定，其中4因素指的是轻质骨料、粉煤灰、硅灰以及聚丙烯（PP）纤维。4因素选择完毕后，将轻质骨料中的EPS颗粒与空心微珠按照7∶3的体积比进行复配，即可得到正交试验表;正交试验表如表1所示[10]。

对阻燃复合保温材料进行正交试验时，应固定原材料的比例，在此基础上按照不同配比对试验样本进行制备，并验证该样本的性能;正交试验结果如表2所示。

结合4因素的极差对正交试验的结果进行分析可知，4个因素对阻燃复合保温材料的抗压强度影响顺序由高至低依次为：PP纤维、轻质骨料、粉煤灰、硅灰;对阻燃复合保温材料的干密度影响顺序由高至低依次分别为：轻质骨料、硅灰粉、煤灰、PP纤维;对阻燃复合保温材料的导热系数影响顺序由高至低依次分别为：轻质骨料、PP纤维、硅灰、粉煤灰。最终获取阻燃复合保温材料中粉煤灰、硅灰、轻质骨料以及纤维的最佳配比依次分别为：22%、16%、10%、0.25%;为保证阻燃复合保温材料的阻燃性能，应对该材料的干表观密度、导热系数、抗压强度、抗拉强度、吸水量以及软化系数等性能的数值进行有效控制，其数值依次分别为：224 kg/m3、0.052 W/（m· K）、0.41 MPa、0.26 MPa、763 g/m3、0.92。

4 结语

本研究为验证建筑阻燃复合保温材料的性能，利用烟密度测试仪在有焰测试条件下对不同掺量的EPS保温材料的光通量进行测试，其测试结果表明，有机骨料EPS的掺加量对于阻燃复合保温材料的性能具有重要影响。为得到阻燃复合保温材料的最佳配比，通过正交试验对建筑阻燃复合保温材料的性能测试进行优化，优化后的建筑阻燃复合保温材料在性能方面存在较大优势，可将其应用于建筑领域。

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