聚 氨 酯

聚氨酯

【摘要】：聚氨酯硬泡大很多应用场合都是阻燃要求的，20年来中国相应的材料阻燃标准在不断修订，并逐步与国际标准接轨。通过对以往研究工作的总结，本文就聚氨酯硬泡在实施《建筑材料燃烧性能分级方法》（GB8624-2006）后应向什么方向发展，提出了几点建议。[关键词]：阻燃标准；聚氨酯硬泡；阻燃方向

聚氨酯硬泡20余年执行的相关阻燃标准 1.1《建筑材料燃烧性能分级方法》（GB8624-1997）对于PU硬泡B1等级的严格要求近20年来，我国聚氨酯工业发展很快。由于该产品具有非常低的导热系数及透水蒸汽性，质轻、比强度高，加之其与纸、金属、木材、水泥板、砖墙塑料板、沥青毡等具有很强的粘接性，不需另加其它粘合剂等优点，已为众多的工业及民用部门所采用。但是，聚氨酯与其它有机高分子材料一样是一种可燃性较强的聚合物。硬质聚氨酯泡沫塑料的密度小，绝热性能好，与外界的暴露面比其它材料大，因此更容易燃烧。随着聚氨酯泡沫塑料的广泛运用，其材料的耐燃、防火等问题已成为迫切需要解决的重要课题。在我国，由于不慎引燃聚氨酯泡沫塑料而导致火灾的事件时有发生，给聚氨酯泡沫的应用带来了一些负面影响。在国外许多专家甚至认为这个问题是硬质聚氨酯泡沫塑料今后能否继续发展的关键之一。因此硬质聚氨酯泡沫塑料的耐燃性、安全性，已成为能否用于建筑材料的重要技术指标。许多国家的建筑立法机构都制定了一系列难燃法规，与此同时又相应的制定了一系列对聚氨酯泡沫塑料燃烧性能的测试方法。我国从1980年开始制定了4项塑料燃烧性能试验方法的国家标准，即氧指数法（GB2406-1980）、炽热棒法（GB2407-1980）、水平燃烧法（GB2408-1980）、垂直燃烧法（GB2409-1980），特别是氧指数法（GB2406-1980）是我国适用于硬质聚氨酯泡沫塑料燃烧性试验的第1个国家标准。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》，其中明确指出：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各地方和部门的法规。研制氧指数大于26%的硬质聚氨酯泡沫塑料，也引起了国内相关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，并在“七五”攻关成功。这对安全使用硬质聚氨酯泡沫塑料，减少和消除火灾事故，起到了积极的作用。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，其是一种有机高分子材料，即使氧指数达到26%或者更高，并非意味着在火中不燃烧。高氧指数可通过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，真实地反映在实际火灾中材料的燃烧行为，已提到议事日程上来。最初以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），并于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》（GB8624-1997）（以下简称《标准》），于1997年4月1日实施，规定中的氧指数、垂直燃烧法、烟密度3项指标，更为严格的测定硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能，即用着火性、火焰传播性，烟密度3项综合指标衡量材料的阻燃性能。B1等级材料指标：1）氧指数大于32%；2）平均燃烧时间30s，平均燃烧高度小于250mm；3）烟密度等级SDR＜75。查阅国外相当于我国B1等级的相关标准及测试方法以及文献报道，均未发现同时把氧指数、火焰传播性、烟密度3项指标作为PU硬泡阻燃级别的产品评定标准。在ASTME-84阻燃一级标准中，只考虑了火焰传播指数及发烟量2项指标，均无氧指数大于32%的指标；在德国DIN4102标准中，B1等级的评定是：只有火焰传播性能；在日本JISA9514的标准及JISA9501法测定中，评定难燃级别也只考虑了火焰传播性；在SATMD2863评定难燃级别中，难燃一级氧指数大于30%，而我国在B1等级中规定的氧指数大于32%，在世界上是最高的。而在即将颁布的国家标准《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求及标志》中，除上述3项指标外，还增加了1项烟气毒性指标，即以着火性（热释放性）、火焰传播性、发烟性、烟气毒性4项指标作为泡沫塑料阻燃级别的产品评定标准。故该国家标准将比1997年的《标准》更为苛刻、更为严格。纵观世界聚氨酯工业的发展历程，在国外聚氨酯的发展中，始终将其优异性能放在第1位。如硬泡在应用领域，始终将其绝热性放在第1位，而对其防火、安全性的要求比较宽，只要求在一定原则范围之内。在国外对这种易燃的高分子材料，只要遵循下述原则：1）减少对生命的威胁：其途径是防止点燃、起火，减少火焰传播速度，限制火区范围，留有或允许有逃生的时间；制定氧指数、热释放速率峰值与火焰传播速度的标准。2）减少对财产造成的损失：其途径是把火情、火灾控制在原发区域，限制、控制由烟雾造成的对生命的威胁及财产损失；制定火焰传播速度、烟密度等级与烟毒性的标准。在国外根据上述原则制定各国的国家标准，虽测试方法不一致，但总体情况要求较宽，只要达到防火标准中4个参数（火焰的着火性、火焰的传播性、火焰的发烟性、火焰的烟雾毒性）中的1～2个指标值就可允许其使用。因而我国颁布的《标准》中PU硬泡B1等级的国家标准是目前世界上指标最高、也是最为

严格的。1.2新颁布的《建筑材料及制品燃烧性能分级》（GB8624-2006）国家标准我国1997年颁布的《标准》，虽其指标是目前世界最高、最为严格的，但其采用试验方法大多是小尺寸试验，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泡沫材料在实际火灾条件下的燃烧特性。尤其是氧指数法，其试验方法采用长条状的试样树立在氧氮气流中，点火方法为从试样顶端点火，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的情况下燃烧。烟密度测定只是累计数，也无法测定在真实火灾中PU泡沫烟毒气的释放速率。因而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，只是主要针对发生火灾时，材料表面的火焰传播和蔓延。随着火灾科学和消防工程科学领域研究地不断深入，对燃烧特性的内涵也从单纯的火焰传播和蔓延，扩展到材料在真实火灾中的实际燃烧特性参数：燃烧热释放量（热值）、燃烧热释放速率、烟密度（SDR）、烟气生成速率、燃烧产物烟气毒性及火焰传播等。新颁布的《建筑材料燃烧性能分级方法》（GB8624-2006）（以下简称《新标准》）分级体系是完全参照欧盟EN13501-1：2002标准，它规定了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所建立的一套评价体系，试验的设计和数据的采集建立在火灾基础理论上，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，用于对材料的产烟毒性评价、火灾场景毒性评价以及由成分分析结果推测的烟气毒性危险等。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的参数：燃烧热释放速率、产烟量、产烟速率、烟气毒性、火焰传播等。用这些参数可以全面、系统地描述火灾发生时3个阶段的3个火灾情景。第1阶段：指制品被点燃的着火阶段，即用小火焰施加于制品的局部区域；第2阶段：指火灾逐步扩大发展直至轰燃阶段；第3阶段：轰燃后，所有可燃制品成为火灾荷载。用这些参数可将建筑材料分为A1、A2、B、C、D、E、F7个级别，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。《新标准》中，规定了一些试验方法要有实际火灾场景，又要考虑材料的最终用途，也就是PU泡沫在不同建筑物和建筑物的不同部位使用时，其火灾危险性是不一样的。因此《新标准》可以说是目前世界上最为科学、合理，且同国际先进标准直接接轨的国家标准。此标准一方面能正确评价PU泡沫塑料在真正火灾中的燃烧性能，同时也能预测PU泡沫在火灾中的危险程度，从而找到如何正确、安全使用这种易燃PU泡沫塑料合理的科学根