聚苯乙烯

挤出型聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术的探讨

发布时间：2009-5-29

挤出型聚苯乙烯泡沫塑料阻燃技术的探讨

郭长洋，胡胜利

(1．赤峰市消防支队，内蒙古赤峰024000；2．公安部天津消防研究所，天津300381)

摘要：对以回收聚苯乙烯塑料为主要原料制备的挤出型

聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)的应用和防火实际问题进行了阐述，

对该材料的阻燃技术进行了探讨。

关键词：XPS；阻燃技术；阻燃剂；防火涂料

中图分类号：X924．4，TU545 文献标志码：B

文章编号：1009—0029(2008)09 0675—03

挤出聚苯乙烯泡沫塑料(XPS)是以聚苯乙烯树脂

或其聚合物为主要成分，添加少量添加剂，通过加热挤

出而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料。由于该材

料具有良好的绝热性能、抗蒸汽渗透性和较高的抗压

强度，易于加工安装，因此得到了广泛的应用。

1 XPS的性能及应用前景

XPS生产过程是将熔融的聚苯乙烯树脂(分子量

在17～50万，Mw／Mn≥2．6)添加少量成核剂、发泡剂

(一般为惰性气体，不破坏臭氧层，发达国家使用CO。

作为发泡剂)，在一定结构的塑料挤出设备(一般有两组单螺杆挤出机组合而成)中加热挤出成型。基本工艺为：配料一熔融(加入发泡剂)一挤压～冷却一切割一包装一贮存。在生产工艺上，XPS显然与模塑聚苯乙

烯泡沫塑料(EPS)不同，XPS板材是连续挤出成型，板材中惰性气体形成的闭孔泡体分散均匀，所以成型后的产品结构呈一体性。而EPS是聚苯乙烯颗粒在一定温度下加压粘接在一起形成的板材，如果温度过低，则聚苯乙烯颗粒之间的粘接强度不够，影响板材的强度，温度过高则容易造成膨胀颗粒的塌陷，影响板材的绝热性能。因此，XPS的理化性能较EPS更为优异。

在中国430多亿m 的建筑中，99％属于高能耗建

筑，即使新建筑也有95 以上是高能耗的，单位面积采暖能耗相当于国际上气候条件相近国家的2～3倍。因此，建筑节能已引起我国的高度重视，有关部门对新型建筑的节能加大了监管力度，使新的建筑节能标准得以有效实施。我国每年聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料用量超过150万m。(仅彩钢夹芯板)，其中大量使用的EPS将被性能更加优异的XPS所取代。

2 XPS的火灾危险性

XPS为热塑性高分子材料，其氧指数仅17，遇火

后易燃且易产生融滴，燃烧的融滴也容易引燃其他材

消防科学与技术2008年9月第27卷第9期

料，因此该材料在堆放以及建筑施工中容易发生火灾。如2006年南京青少年活动中心屋顶XPS板被电焊飞

溅的火花引燃，造成整个屋顶的XPS板全部被烧毁，并影响到屋顶钢结构的支撑强度，造成了极大损失。根据新颁布的《建筑材料及制品燃烧性能分级》

(GB8624—2006)，XPS材料应达到C或B级，相当于

原标准的B1级。该标准的施行科学地反映了XPS在理论上的热行为和燃烧理论，从而为消防规范的制定提供了理论依据。

我国应用的聚苯乙烯泡沫塑料一般分子量高于2

万，为难降解材料，其分子量只有降到2万以下才能被自然界的微生物所利用，变成水和其他无机物，而这样的过程至少需要200 a。因此，废旧的聚苯乙烯泡沫塑料对环境存在潜在的危害，被人们称为“白色污染”。笔者对以回收聚苯乙烯塑料为主要原料制备的

XPS的阻燃技术进行了初步的探讨。

3 阻燃机理及阻燃技术

3．1 阻燃机理

根据XPS的化学结构和燃烧特点，其阻燃需要解

决自身和滴落物两方面的问题，一般采取添加阻燃剂的方式，其阻燃机理大致分为两个方面。

(1)气相机理。气相机理即对聚合物分解出来的

可燃气体产物的燃烧或对火焰反应产生的阻止作用。在气相阻燃反应机理中，卤一锑阻燃剂的高温分解产物三卤化锑在燃烧区内发生分解，可以捕获气相中维持燃烧链式反应的活泼自由基，改变气相中的反应模式，减少反应放热量，使火焰熄灭。

(2)凝聚相机理。凝聚相阻燃主要是指阻止聚合

物的热分解和释放出可燃气体的作用。凝聚相阻燃主要通过在体系中添加无机化合物，在有机物XPS表面形成不燃的无机覆盖层，隔绝氧气，达到防火的目的。卤锑阻燃剂的协效体系的主要作用是气相阻

燃。随着卤一锑阻燃剂添加量的增大，高聚物的阻燃性提高，但是当大多数高聚物的阻燃性达到一定数值时，继续加大卤一锑阻燃剂的添加量只能起到普通无机填料的作用，而阻燃性提高缓慢，阻燃效率大大降低，国内外许多XPS生产厂的产品氧指数≤28。

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3．2 阻燃技术及工艺技术

根据对国内外XPS阻燃技术的分析对比，笔者提

出了两种XPS阻燃技术及工艺。

(1)以卤锑阻燃剂的协效体系为基础，通过添加

复合阻燃剂，使XPS的凝聚相阻燃作用进一步提高。

复合阻燃剂在高温的作用下，在XPS表面形成不燃的

致密炭层，使基材与氧气隔绝，同时致密炭层隔绝热量，减缓高聚物的分解速度，达到阻燃作用，该阻燃剂通过气相阻燃和凝聚相阻燃的双重作用，使XPS的阻

燃性得以大幅度提高。

该技术通过XPS塑料挤出工艺实现。图1、图2为

阻燃XPS生产线和板材成品(厚20 mm，宽650 mm)。

图l 阻燃XPS生产线

图2 阻燃XPS成品

生产工艺：首先制备阻燃聚苯乙烯母料，将搅拌机

料槽及搅拌叶等清理干净，加入定量的聚苯乙烯回收

粒料，搅拌下加入定量的各种阻燃剂，混合均匀，约需6 rain，把混合均匀的阻燃聚苯乙烯母料装入带有塑料内衬的编制袋中，封好口。

XPS工业生产线采用两个单螺杆挤出机双加热

段的方式，其中丽个加热段中间加20目的金属过滤网。生产前，设备提前预热，调节设备两段挤出机各个控制点的温度，出口处温度设定为55 C，其他加热点

温度控制在l5O～210(、。先用空白料(未阻燃处理的

回收聚苯乙烯颗粒)试车，调节温度、挤出机转速、惰性气体压力，至生产工艺平稳，生产出平稳的泡沫平板之