第八章保温材料

高层建筑外墙高分子保温材料的热解燃烧与阻燃StateKeyLaboratoryofFireScience(SKLFS)UniversityofScienceandTechnologyofChina(USTC)中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室报告提纲建筑节能与外墙外保温保温隔热材料建筑外墙保温材料的热解燃烧与阻燃微观实验中等尺寸实验全尺寸宏观实验结论与思考外墙外保温系统一、建筑节能与外墙外保温１、建筑节能的意义建筑节能是一项节约资源、保护环境、促进经济社会可持续发展的重要工作，是执行“节约能源、保护环境”这一基本国策及贯彻国家《节约能源法》的重要组成部分，也是当前全球性的大趋势。能耗大致可分为生产能耗和消费能耗。建筑能耗属于消费性能耗，对于消费性能耗，除了保证正常消费需要的部分，余者完全浪费。因此，在世界范围内能源问题日益急迫、建筑能耗不断增长的今天，讨论建筑节能问题意义十分重大。

一、建筑节能与外墙外保温当前，我国建筑能耗约占全国总能耗的25％，且近年来建筑数量迅速增多，年开工面积增长率高达15%。以及人们生活水平与居住水平的不断提高，建筑能耗，特别是采暖与空调能耗，呈增长趋势。因此，一方面我国当前建筑节能的形势依然严峻；另一方面我国的建筑节能潜力巨大。积极推进建筑节能，有利于改善居民生活和工作环境，保证国民经济持续、稳定、健康发展，减轻大气污染，减少温室气体排放，缓解地球变暖趋势。一、建筑节能与外墙外保温2、外墙外保温的优点我国刚开始进行外墙保温时，基本上都是采用外墙内保温（将保温隔热材料置于建筑物外墙的内侧）的做法，后来通过总结多年的实践经验以及吸收借鉴欧美发达国家的成功案例，现已基本放弃了外墙内保温这种做法，确立了以外墙外保温（将保温隔热材料置于建筑物外墙的外侧）这种构造形式为主的外墙节能做法。一、建筑节能与外墙外保温外墙外保温的优点主要有：1）适用范围广2）保护主体结构，延长建筑物的寿命3）基本消除了“热桥”的影响4）使墙体潮湿情况得到改善5）有利于室温保持稳定6）有利于提高墙体的防水和气密性一、建筑节能与外墙外保温7）有利于改善室内热环境8）便于旧建筑物进行节能改造9）可减少保温材料用量10）增加房屋的使用面积●节能已成为世界各国十分关注的问题，节能的最主要措施之一就是合理发展和应用保温隔热材料。●对于约占我国能源消耗总量1/4的建筑能耗方面来说，大力发展和应用保温隔热材料，贯彻国家“开源”、“节流”的能源政策，具有重要的意义。一、建筑节能与外墙外保温二、保温隔热材料1、保温隔热材料概念概念：保温隔热材料是指对热流具有显著阻抗性的材料或材料复合体。保温隔热材料一方面满足了建筑空间或热工设备的热环境，另一方面也节约了能源。保温隔热材料是保温材料和隔热材料的统称。保温材料指的是控制室内热量外流的建筑材料；保温材料通常导热系数λ值应不大于0.23W/(m·K)，热阻Ｒ值应不小于4.35（m2·K）/W。此外，尚应具有表观密度低，抗压强度高，构造简单，施工容易，造价低等特点。隔热材料：指的是控制室外热量进入室内的建筑材料。保温隔热材料的功效性能，取决于材料导热系数的大小，导热系数越小其保温隔热的功效性能越高。使用于建筑物的保温隔热材料一般要求密度小、导热系数小、操作方便、价格合理。建筑中使用的保温隔热材料品种繁多，其中使用最为普遍的保温隔热材料，无机材料有膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、玻化微珠、硅酸钙及制品，加气混凝土、岩棉、玻璃棉等，有机材料有聚苯乙烯泡沫塑料、挤塑板、聚氨酯泡沫塑料等。这些材料保温隔热效能的优劣，主要由材料热传导性能的高低（其指标为导热系数）所决定。2、保温隔热材料分类保温隔热材料按其成分分为无机保温隔热材料、有机保温隔热材料和复合保温隔热材料三大类型。按照材料形态可以分为纤维状、气泡状、微孔状、层体状等。保温隔热材料无机材料有机材料复合材料气泡状微孔状膨胀蛭石、膨胀珍珠岩及其制品等泡沫砼、加气砼、硅藻土、微孔硅酸钙、泡沫玻璃等泡沫塑料、植物纤维类绝热板等（层体状）：金属箔等3、保温隔热材料发展现状及发展趋势3.1国外发展现状及趋势上个世纪70年代后，国外普遍重视保温隔热材料的生产和在建筑中的应用，力求大幅度减少能源的消耗量，从而减少环境污染和温室效应。国外保温材料工业已经有很长的历史，建筑节能用保温材料占绝大多数，如美国从1987年以来建筑保温材料占所有保温材料的80％左右，瑞典及芬兰等西欧国家80％以上的岩棉制品用于建筑节能。目前，发达国家在浆体保温材料研制开发方面，是以轻质多功能复合浆体保温材料为主。此类浆体保温材料的各项性能较传统浆体保温材料明显提高，如具有较低的导热系数和良好的使用安全性及耐久性等。3.2国内发展现状及趋势我国保温隔热材料的生产企业目前已有上千个，产品有十几大类、上百个品种，适应温度范围从-196摄氏度到1000摄氏度，技术、装备水平也有了显著提高。目前使用的绝热保温材料主要包括以下几种。泡沫型保温材料复合硅酸盐保温材料硅酸钙绝热制品保温材料纤维质保温材料发展趋势向多功能复合化发展。各种材料各有特色，也有不足之处。为了克服单一保温材料的不足，则要求使用多功能复合型的建筑保温材料。向轻质化发展。同种材料密度越小其隔热性能越好，同时，轻质材料不会造成建筑结构的额外负担，减少了因结构变形造成渗漏的可能性。随着轻型房屋体系的发展，建筑保温材料也必然向着轻质化方向发展。向绿色化发展。建筑保温材料从原料来源、生产加工制造过程、使用过程和产品的使用功能失效、废弃后，对环境的影响及再生循环利用等四个方面满足绿色建材的要求是必然趋势。如有机质发泡保温制品不再采用氟利昂、开发以植物纤维为主要原料的纤维质保温材料、合理利用固体废弃物包括粉煤灰、矿渣和废旧泡沫塑料等。相变储能型墙体保温材料得到发展。由于节能和环保的观念日益深人人心，到了20世纪90年代中期，相变材料在建筑领域的应用研究成为了一个热点。目前，应用在建筑上的相变材料按照化学成分的不同，可以分成无机和有机两大类。无机类相变材料价格便宜，但它存在过冷和相分离现象。有机类相变材料具有良好热行为，化学、物理特性稳定，受到人们的广泛关注。通过一定的技术将相变储能材料均匀分散在砂浆、混凝土或涂料中，使得其与建筑材料结合使用，从而提高建筑物的舒适度、降低能耗和改善对环境的负面影响。透明保温材料的应用得到推广。随着透明保温技术以及新型墙体保温技术的发展，透明保温材料将得到更广泛的应用。将透明保温材料应用在窗户或预先涂黑的大面积墙体上，当日照充足时，该种保温材料从太阳的辐射中吸收热能，并传到建筑物的内墙，使内墙的温度升高；当日照不足时，透明保温材料又会最大限度的防止室内热量的散失，从而增加整座建筑的保温性，非常适合于温带和寒冷地区且有强烈太阳照射的区域。同时，透明保温层可以增加室内的舒适度，防止墙体水蒸汽凝固，避免结霜和霉变的产生。4、保温隔热材料性能特点及影响因素4.1保温隔热材料的性能特点导热性：当材料的两表面出现温度差时，热量自动从高温的一面向低温的一面传导，材料的这种传递热量的性质，叫做导热性。导热性一般用导热系数来表示。实验证明：材料传导的热量Q与导热系数、传导面积A、传热时间T以及两表面的温度差成正比，而与材料的厚度h成反比。4.2材料保温隔热性能的影响因素影响材料保温性能的主要因素是导热系数的大小，导热系数愈小，保温性能愈好。导热系数受以下因素影响：（1）材料的性质不同的材料其导热系数是不同的，一般说来，导热系数值以金属最大，非金属次之，液体较小，而气体更小。对于同一种材料，内部结构不同，导热系数也差别很大。一般结晶结构的为最大，微晶体结构的次之，玻璃体结构的最小。但对于多孔的绝热材料来说，由于孔隙率高，气体（空气）对导热系数的影响起着主要作用，而固体部分的结构无论是晶态或玻璃态对其影响都不大。（2）表观密度与孔隙特征由于材料中固体物质的导热能力比空气要大得多，故表观密度小的材料，因其孔隙率大，导热系数就小。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸愈大，导热系数就愈大；互相连通孔隙比封闭孔隙导热性要高。对于表观密度很小的材料，特别是纤维状材料（如超细玻璃纤维），当其表观密度低于某一极限值时，导热系数反而会增大，这是由于孔隙增大且互相连通的孔隙大大增多，而使对流作用加强的结果。因此这类材料存在一最佳表观密度，即在这个表观密度时导热系数最小。（3）湿度材料吸湿受潮后，其导热系数就会增大，这在多孔材料中最为明显。这是由于当材料的孔隙中有了水分（包括水蒸汽）后，则孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导将起主要传热作用，而水的λ为0.58Ｗ/（ｍ·Ｋ），比空气的λ=0.029Ｗ／（ｍ·Ｋ）大20倍左右。如果孔隙中的水结成了冰，则冰的λ=2.33Ｗ／（ｍ·Ｋ），其结果使材料的导热系数更加增大。故绝热材料在应用时必须注意防水避潮。（4）温度。材料的导热系数随温度的升高而增大，因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁间的辐射作用也有所增加。但这种影响，当温度在０～50℃范围内时并不显著，只有对处于高温或负温下的材料，才要考虑温度的影响。（5）热流方向。对于各向异性的材料，如木材等纤维质的材料，当热流平行于纤维方向时，热流受到阻力小，而热流垂直于纤维方向时，受到的阻力就大。5、保温隔热材料制品概述及应用膨胀珍珠岩及其制品岩棉与矿渣棉及其制品玻璃棉及其制品膨胀蛭石及其制品聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）挤塑板（XPS）聚氨酯泡沫塑料（PU）5.1膨胀珍珠岩及其制品概述：珍珠岩是一种酸性火山玻璃质岩石，内部含有3%～6%的结合水。膨胀珍珠岩以珍珠岩、墨曜岩或松脂岩矿石经破碎、筛分、预热，在高温下悬浮瞬间焙烧、体积骤然膨胀而成的一种白色或灰白色的松散颗粒状的材料。具有轻质、绝热、吸音、无毒、不燃烧、无臭味等特点。性能特点：重量轻、绝热、防火及吸音性能好，并且原材料丰富、价格低廉、使用安全、施工方便。应用：膨胀珍珠岩是应用极为广泛的一种材料,几乎涉及到各个领域，例如：制氧机、冷库、液氧液氮运输的填充式保温隔热。用于酒类、油类、药品、食品、污水等产品过滤。用于橡胶、油漆、涂料、塑料等填充料及扩张剂。

用于吸附浮油。用于农业、园艺、改良土壤、保水保肥。用于与各种粘合剂配合制成各种规格与性能的型材。用于工业窑炉与建筑物屋面与墙体的保温隔热。各种膨胀珍珠岩制成品的应用除膨胀珍珠岩故有的保温性能外，以此为基本，掺加不同的粘结，可使制品适应不同的需要。5.2岩棉、矿渣棉及其制品概述：岩棉、矿棉都属于矿物棉，岩棉是由如玄武岩、辉绿岩等经高温熔融制成的人造无机纤维；矿渣棉是由工业废料矿渣如高炉矿渣、锰矿渣、磷矿渣、粉煤灰等，高温熔融，用高速离心、或高载能气体喷吹而成棉丝状无机纤维。两者的形态都是纤维状的。性能特点：密度低、质轻、导热系数小、防水、吸声、不燃、化学稳定及价廉。应用：粒状矿渣棉，用于各种建筑物的屋面、墙体、工业设备保温、隔热材料，也可以用于隔热或者防火的喷涂材料；岩棉、矿渣棉板，用于平面或者曲率半径较大的设备、建筑物的保温隔热；岩棉、矿渣棉缝毡，用于管道、设备等保温隔热；岩棉、矿渣棉保温带，用于大口径管道、设备等保温隔热；岩棉、矿渣棉管壳，用于小口径的管道保温。5.3玻璃棉及其制品概述：玻璃棉及其制品是矿物棉的一种，采用天然矿石石英砂、白云石、蜡石，配以其他化工原料纯碱、硼酸等溶制玻璃，在熔融状态和外力的拉制、吹制、甩制成极细的纤维状材料。按照其化学成分可以分为无碱、中碱、高碱玻璃棉。目前使用最多的是离心喷吹法，其实是火焰法。性能特点：容重小、导热系数低、吸声性能高、过滤效率高、不燃烧、耐腐蚀、手感柔软。应用：玻璃棉毡、板：主要使用于建筑物的隔热、通风、隔声、空调设备保温、播音室、消音室、噪声车间的吸声，冷库保温、隔热，交通工具的保温、隔热、吸声等。玻璃棉管套、异型制品：用于设备、管道的保温。5.4膨胀蛭石及其制品概述：膨胀蛭石是由天然矿物蛭石经烘干、破碎、焙烧(800～1000℃)，在短时间内体积急剧膨胀（6～20倍）而成的一种黄色或灰白色的松散颗粒状材料。膨胀蛭石制品主要有水泥膨胀蛭石制品、水玻璃膨胀蛭石制品等。性能特点：容重轻、密度：80-200kg/m3，密度大小取决于膨胀倍数、颗粒组成和杂质含量等条件。导热系数小、防火、防腐、化学性质稳定、无毒无味。在干燥条件下使用，具有很好的抗冻性能。由于膨胀蛭石是多孔层状结构，有很大的吸水性能。膨胀蛭石有一定的脆性，保管、运输需注意。应用：松散膨胀蛭石可以填充在建筑维护结构中作保温、保冷、隔热、隔音材料。如墙壁、楼板、顶棚和屋面等部位，也可以用于热工设备的绝热层。膨胀蛭石制品：膨胀蛭石为主要原料，用石膏、水泥、沥青、水玻璃和合成树脂为胶粘材料所制成的墙板、楼板、屋面板，也可以根据不同使用要求制造各种形状和规格尺寸的砖、板、管壳等制品，用于建筑物围护结构和工业管道的保温和绝热。现浇施工：可以膨胀蛭石为骨料，制备现浇水泥蛭石，用于屋面或者夹壁等处的保温隔热层。

5.5模塑聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）板概述：以聚苯乙烯树脂为基料，经加热预发泡后在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的聚苯乙烯泡沫塑料板。通常采用可发性聚苯乙烯颗粒制造聚苯乙烯泡沫塑料，生产过程是将EPS粒料，在蒸汽或者电作热源和一定压力作用下进行预发泡、熟化、成型、干燥（陈化）制成制品。性能特点：聚苯乙烯泡沫塑料板具有优良的耐冲击性能、韧性和强度，绝热性能好，抗腐蚀，防水、质轻、易切割。应用：广泛应用于保温、隔热、防震包装等用途。建筑行业应用聚苯乙烯泡沫塑料作为墙体、屋面的保温板，也可以复合成钢丝网架水泥聚苯乙烯夹芯板、金属夹芯板，用于墙体保温。5.6挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）板概述：挤塑聚苯乙烯泡沫塑料板是以聚苯乙烯树脂为原料加上其他的添加剂，通过加热挤塑压出成型而制得的具有闭孔结构的硬质泡沫塑料板。性能特点：XPS具有完美的闭孔蜂窝结构，因此具有绝佳的隔热性、绝低的透湿系数,这种结构让XPS保温板具有EPS所没有的低吸水性（几乎不吸水）、低导热系数、高抗压性、抗老化性（正常使用几乎无老化分解现象）。

XPS板的主要性能：优异的保温隔热性能；高强度抗压性能；独特的高抗水汽渗透能力；良好的隔音减噪、防火性；质量轻、硬度高。应用：挤塑聚苯乙烯（XPS）保温板广泛应用于墙体保温，平面混凝土屋顶及钢结构屋顶的保温低温储藏地面、泊车平台、机场跑道、高速公路等领域的防潮保温，控制地面冻胀，是目前建筑业界比较常用的隔热、防潮材料。

5.7聚氨酯泡沫塑料（PU）概述：聚氨酯全称叫做聚氨基甲酸酯，聚氨酯泡沫塑料是由二官能度和多官能度的有机异氰酸酯与多官能度的含羟基化合物，如聚醚或聚酯多元醇化合物，在催化剂、发泡剂等助剂作用下发生反应而生成的聚合物。分别有软质、半硬质、硬质聚氨酯泡沫塑料。用于保温隔热材料的主要是硬质泡沫塑料。由于成型方法、物理性能或添加的功能性改性剂的不同，硬质聚氨酯泡沫塑料可以分为浇注型、喷涂型、低密度、高强度、耐热型、阻燃型等品种。概述：用于保温隔热的硬质泡沫塑料，依据合成工艺与原料的变化有聚氨酯泡沫塑料、聚氨酯—聚异氰脲酸酯泡沫塑料、聚氨酯碳素泡沫塑料。性能特点：硬质聚氨酯泡沫塑料具有保温隔热效果好，比强度大，耐化学药品以及隔音效果等优越特点，广泛应用于保温隔热材料、结构材料、以及“合成木材”等。应用：建筑工程中已经大量使用聚氨酯泡沫塑料，高密度的硬质聚氨酯泡沫塑料可以制作各种房屋构件，如窗架、窗框、门等，聚氨酯泡沫塑料和薄钢板或铝合金板复合制成的夹芯板，质量轻、保温隔热效果好，施工方便等特点，大量应用于建筑物的绝热屋顶和墙壁。聚氨酯泡沫塑料可根据需要制成各种板材、管材、棒材等制品，然后进行施工；又可以进行现场喷涂、灌注施工，可以直接对各种几何形状的设备进行喷塑。典型应用：直接喷涂硬质聚氨酯泡沫塑料（简称喷涂泡沫）隔热屋面，是将液体聚氨酯组合料直接喷涂在屋面板上，使聚氨酯泡沫塑料固化后与基层形成无拼接缝的整体隔热防水层，外设保温层。体系名称单位面积造价（元/m2）经济性分析说明30厚EPS保温砂浆外保温体系+20厚无机防火石膏基内保温体系93技术成熟的保温体系，性价比较高，但保温效果好，内保温部分不开裂，不空鼓、不开裂，是可呼吸系统含内墙粉刷，含施工40厚无机防火保温砂浆外保温体系+15厚聚氨酯硬泡热桥处理体系72.4

可呼吸抗开裂保温体系，单独作为内保温体系应用时占用室内应用面积，经济性很好。作为外保温不足时的很好的补充含内墙粉刷，含施工酚醛板保温节能体系103.57体系价格较高，保温效果很好，防火性能较好，不很成熟的保温体系含内墙粉刷，含施工30厚EPS板外墙外保温+300宽无机保温防火隔离带101.5非常成熟的保温体系，经济性一般，保温效果好，防火性能较差含内墙粉刷，含施工45厚无机防火保温砂浆外墙外保温体系139.25防火性能好，经济型差含内墙粉刷，含施工保温绝热材料无机软木棉花高分子发泡材料火山岩石棉矿棉玻璃纤维缺点：强吸湿性、浸水性和不方便施工等质轻、保温、隔热性好保温隔热材料有机酚醛泡沫、尿醛泡沫聚氨酯泡沫聚氯乙烯泡沫高层建筑外墙泡沫保温材料主要有聚氨酯泡沫（PU）、聚苯乙烯泡沫（PS）、酚醛树脂泡沫（PF）和脲醛泡沫(UF)等，而其中又以聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫应用最广。从技术层面看，目前可被广泛采用的具有高效保温隔热功能的保温材料仍以聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡为主，是目前及今后一定时期内的主流产品。

由于聚苯乙烯泡沫和聚氨酯硬泡是可燃材料，具有引发火灾的危险性，媒体所报道的外保温火灾事故影响大，外保温系统的防火安全问题应尽快加以解决。

外墙泡沫保温材料材料名称聚苯乙烯泡沫聚氨酯泡沫酚醛树脂泡沫分类一般特种一般特种一般复合燃烧性能≤B2B1≤B2B1B1可达A烟气毒性危险级（WX）危险级（WX）准安全三级（ZA3）存在的问题目前建筑节能高分子泡沫保温材料，由于其并没有达到技术指标就大量被投入使用，存在严重的火灾隐患；从安全角度看，高分子泡沫保温材料最大的缺陷就是防火安全性差，它易老化、易燃烧，在燃烧过程中会产生大量有毒烟气；其防火性都不如无机保温材料，一旦建筑物发生火灾，高分子泡沫保温材料燃烧后会很快从起火部位蔓延到整个建筑物，极易造成建筑物坍塌，甚至构成重大人员伤亡。节能是我国的国策，建筑节能是大局，既不能因为防火问题影响建筑节能的大局，也不能因为建筑节能而忽视防火安全问题，建筑节能与防火安全是相辅相成的，不是对立的，二者要兼顾，缺一不可。1聚苯乙烯泡沫(PS)在80℃就产生熔融变形，点燃温度为350℃，自燃温度为490℃，遇火后易燃且易产生融滴，燃烧的融滴也容易引燃其它材料。2聚氨酯泡沫(PU)在空气中极易燃烧，一旦着火，燃烧迅速、猛烈，延燃性强，不易扑灭，且燃烧过程中产生的大量含有HCN、HCHO等的有毒烟气。3酚醛树脂泡沫(PF)虽然质轻、难燃，但其脆，易掉渣。由于不当使用有机保温材料所引发的火灾日趋增多，因此对外墙保温材料的防火安全性能研究已成为当前一项重要课题。火灾典型案例（央视火灾）2009年2月9日（元宵节）晚21点左右，央视新大楼北配楼发生火灾，这场火灾主要是由钛合金下面的保温层着火燃烧所引起，具有表皮过火的特点。大楼保温层使用的材料是新型节能保温材料(主要成分是XPS)，这种材料燃烧后过火极快。因此瞬间从北配楼顶部蔓延到整个大楼。火灾典型案例（中国科技馆新馆）2009年4月6日下午，位于“鸟巢”正北方约1500米的在建中国科技馆新馆工地发生火灾，数百名工人被安全疏散，未有人员伤亡。经调查，是保温层挤塑板着火引起的火灾。

上海民用高层建筑火灾11月17日，国务院上海“11•15”特别重大火灾事故调查组召开全体会议，调查组组长、国家安监总局局长骆琳说，事故现场违规使用大量聚氨酯泡沫等易燃材料，是导致大火迅速蔓延的重要原因。

2006年5月济南某住宅楼火灾现场

2008年10月哈尔滨双子星大厦火灾

2009年4月南京50层中环国际广场火灾时间区划地点原因着火阶段建筑类别2005.01南京青少年活动中心电焊引燃可燃防水保温材料施工公共建筑幕墙结构2005.12上海汤臣一品工地电焊火花引燃挤塑板外保温材料施工居住建筑幕墙结构2006.05无锡华仁大厦电焊引燃聚苯板保温及铝塑装饰材料施工公共建筑幕墙结构2006.10济宁兴唐金茂大厦电焊引燃聚氨酯保温材料施工公共建筑幕墙结构2007.04济南鲁能领袖域7号公馆室内临时电线短路引燃聚苯板保温材料施工居住建筑——2007.05北京长河湾可燃物起火引燃聚苯板保温材料施工居住建筑薄抹灰结构2007.05上海浦东新区游泳馆电焊引燃楼下堆放的聚苯板保温材料施工公共建筑幕墙结构2007.07北京北京大学乒乓球馆汽油喷灯引燃防水卷材及聚氨酯保温材料施工公共建筑幕墙结构2009.02北京中央电视台新址配楼违章燃放烟花引燃聚苯板保温材料施工公共建筑幕墙结构2007.02沈阳居民楼临时建筑起火引燃聚苯板薄抹灰系统使用居住建筑薄抹灰结构2007.05沈阳洪盛小区22号墙下废弃物引燃聚苯板薄抹灰系统使用居住建筑薄抹灰结构2007.06乌鲁木齐金华城电焊引燃塑料进而蔓延至可燃保温材料使用公共建筑幕墙结构2006.03乌鲁木齐城市大酒店烟道油污起火引燃铝塑板外装饰材料使用公共建筑幕墙结构可燃保温材料发生火灾的危险性较高不燃保温材料发生火灾的危险性较低有幕墙结构的建筑发生火灾的危险性较高无幕墙结构的建筑发生火灾的危险性较低公共建筑发生火灾的危险性较高居住建筑发生火灾的危险性较低施工阶段发生火灾的危险性较高使用阶段发生火灾的危险性较低发展带来的新问题建筑保温节能要求与建筑防火性能要求之间存在矛盾。该矛盾正是造成建筑外保温系统及外墙装饰火灾频发的关键诱因。问题的根源兼具节能防火要求的外保温体系尚未建立相关产品标准和设计规范明显滞后施工和使用的管理措施未能同步跟进建筑节能保温目标＊建筑消防安全目标——建筑节能要求与建筑防火要求相统一提高外保温系统的防火性能建筑规模的界定与外保温材料的选用外保温系统的防火构造的设置外保温系统施工和使用的管理6、相关标准规范国外的相关标准外保温材料燃烧特性相关试验方法火焰传播与火焰增长相关防火试验标准保温系统燃烧特性相关防火试验标准BS8414-1(2002)外部包覆系统的防火性能——第Ⅰ部分建筑外部的非承载包覆系统试验方法UL1040:2001建筑隔热墙体火灾测试NFPA285评价包含易燃成分的非承重外墙火灾蔓延特性的标准试验方法NFPA268使用辐射热能源测量外墙组件的可燃性的标准试验方法保温材料的燃烧性能进行评价保温系统的防火性能进行评价不同防火等级的外保温系统的建筑应用范围进行规定欧洲规范ETAG004《有抹面层的外墙外保温复合系统欧洲技术标准认证》规定，对外保温防火性的测试方法要按照CEN标准prEN13501-1《建筑产品或组件的燃烧性能分级——第1部分使用火反应试验数据分级》进行燃烧性能等级（A1级～E级）的测试。防火等级的测定和相关的测试需进行两次：一次为整个体系，一次仅为保温材料。在测试时需要考虑火焰在保温材料中蔓延的可能性，而系统供应商应推荐一种防火隔离方法防止火势蔓延。德国建筑法规（MBO）§26对建筑材料和建筑构件着火性能要求的一般规定根据着火性能的要求，建筑材料分为

1.不燃

2.难燃

3.一般可燃§28外墙外墙的表面装饰面包括保温材料和基层结构面必须难燃。对于带有跨层空间的外墙结构如双层立面和背通风外墙装饰，为防止火势蔓延，必须采取特别的防护措施。德国建筑法规（MBO）根据建筑高度选择建材等级建筑高度小于等于7m——B2建筑高度大于7m小于等于22m——B1建筑高度大于22m——A我国相关标准规范规范《建筑设计防火规范》GB50016-2006《高层民用建筑设计防火规范》GB50045-95《建筑内部装修设计防火规范》GB50222-95标准《建筑材料及制品燃烧性能分级》GB8624技术性文件《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》外保温材料类型燃烧性能要求试验方法标准标准代码模塑聚苯乙烯泡沫塑料EPS燃烧性能阻燃B2氧指数大于等于30GB8624—1997GB/T2406—1993GB/T10801.1—2002挤塑聚苯乙烯泡沫塑料XPS燃烧性能：阻燃B2GB8624—1997GB/T8626-1988GB/T10801.2—2002

聚氨酯泡沫塑料氧指数大于等于26GB8624—1997GB/T2406—1993GB50404-2007胶粉聚苯颗粒保温浆料难燃B1火反应性不应被点燃试验结束后试件厚度变化不超过10%GB8625—1998GB8624—1997JG158—2004附录HJG158—2004岩棉矿渣棉玻璃棉燃烧性能不燃GB/5464—1999GB/T19686GB/17795表1聚苯乙烯和聚氨酯硬泡材料燃烧性能技术要求保温材料产品标准技术要求试验方法EPSGB/T10801.1–2002《绝热用模塑聚苯乙烯泡沫塑料》氧指数：≥30%GB/T2406–1993可燃性试验：点火15s，20s内，FS≤150mm，且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象GB/T8626–1988XPSGB/T10801.2–2002《绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料》可燃性试验：点火15s，20s内，FS≤150mm，且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象GB/T8626–1988聚氨酯硬泡

《聚氨酯硬泡外墙外保温工程技术导则》水平燃烧试验：

平均燃烧时间≤70s

平均燃烧范围≤40mmGB/T8332–1987烟密度等级SDR：≤75GB/T8627–1999民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定(Rules)公安部办公厅2009年9月28日印发第二章墙体BuildingHeight(m)CombustionRatingH≥100A60≤H<100HigherthanB224≤H<60HigherthanB2H<24HigherthanB2HousebuildingsBuildingHeight(m)CombustionRatingH≥50A24≤H<50AorB1H<24HigherthanB2CommonbuildingBuildingHeight(m)CombustionRatingH≥24AH<24AorB1Curtainwallbuilding规定的指标多层结构构造、材料密度、导热系数、胶粘剂、粘结强度、抗断裂强度保温材料本身的氧指数和燃烧性能材料选择和防火构造的原则有幕墙建筑严于无幕墙建筑公共建筑严于居住建筑高层建筑严于多层建筑分歧建筑规模的界定与外保温材料的选用外保温系统防火构造的设置无幕墙结构住宅h≥100m燃烧性能A防火构造x60≤h＜100m燃烧性能AB1B2防火构造B2每层24m≤h＜60m燃烧性能AB1B2防火构造B2每两层h＜24m

燃烧性能AB1B2防火构造B2每三层其他民用建筑h≥50m燃烧性能A防火构造x24m≤h＜50m燃烧性能AB1防火构造B1每两层h＜24m燃烧性能AB1B2防火构造B2每层有幕墙结构材料h≥24m燃烧性能A防火构造xh＜24m燃烧性能AB1防火构造B1每层基层墙体金属石材幕墙设置基层墙体耐火极限符合要求玻璃幕墙窗间墙窗槛墙裙墙耐火极限防火构造符合要求空腔基层墙体内部空腔、幕墙窗间墙窗槛墙裙墙之间的空间，每层楼板处封堵防火构造措施防护层幕墙式建筑不应小于3mm；非幕墙式建筑不应小于mm，其中首层不应小于6mm；防火隔离带每层楼板处，采用宽度不小于300mm的A级保温材料设置水平防火隔离带。屋顶外保温系统防火要求对于单层建筑或屋顶基层采用耐火极限不小于1.00h的不燃烧体的建筑，其屋顶的保温材料不应低于B2级；其他情况，保温材料的燃烧性能不应低于B1级。屋顶与外墙交界处、屋顶开口部位四周的保温层，应采用宽度不小于500mm的A级保温材料设置水平防火隔离带。屋顶防水层或可燃保温层应采用不燃烧材料覆盖。金属夹芯复合板材防火要求用于临时性居住建筑的金属夹芯复合板材，其芯材应采用不燃或难燃保温材料。建筑外保温系统的施工的要求：保温材料进场后，应远离火源，并宜存放于独立房间。露天存放时，存放量不应超过一昼夜的需用量，并应采用不燃材料完全包覆。需要采取防火构造措施的外保温材料，其防火隔离带的施工应与保温材料的施工同步进行。保温材料的施工应分区段进行，各区段应保持一定的防火间距，并宜做到边固定保温材料边涂抹防护层。未涂抹防护层的外保温材料高度不应超过3层。幕墙的支撑构件和空调机等设施的支撑构件，其电焊等工序应在保温材料铺设前进行。确需在保温材料铺设后进行的，应在电焊部位的周围采用防火毯等措施进行保护。不得直接在可燃保温材料上进行防水材料的热熔、热粘结法施工。施工用照明等高温设备靠近可燃保温材料时，应采取可靠的防火保护措施。聚氨酯等保温材料进行现场发泡作业时，应避开高温环境，施工工艺、工具及服装等应采取防静电措施。外保温工程施工作业工位，应配备足够的消防灭火器材。建筑外保温系统的日常使用要求与外墙和屋顶相贴邻的竖井、凹槽、平台等，不应堆放可燃物。火源、热源等火灾危险源与外墙、屋顶应保持一定的安全距离，并应加强对火源、热源的管理。外墙、屋顶的外保温材料不宜进行焊接、钻孔等施工作业。确需施工作业的，应采取可靠的防火保护措施。电气线路不应穿过可燃外保温材料。确需穿过时，应采取穿管等防火保护措施。建筑材料燃烧性能的级别和名称级别名称A不燃材料B1难燃材料B2可燃材料B3易燃材料建筑材料产烟毒性危险级别级别安全性（AQ）准安全性（ZA）危险性（WX）AQ1AQ2ZA1ZA2ZA3浓度mg/L≥100≥50.0≥25.0≥12.4≥6.15<6.15要求麻醉性实验小鼠30min染毒期内无死亡（包括染毒后1h内）刺激性实验小鼠在染毒后3天内平均体重恢复不燃类材料-A级1、A级匀质材料按GB／T5464进行测试，其燃烧性能应达到：a)炉内平均温升不超过50℃；b)试样平均持续燃烧时间不超过20s；c)试样平均质量损失率不超过50％。2、A级复合（夹芯）材料达到下述各项要求的材料，其燃烧性能定为A级。a)按GB／T8625进行测试，每组试件的平均剩余长度≥35cm(其中任一试件的剩余长度>20cm)，且每次测试的平均烟气温度峰值≤125℃，试件背面无任何燃烧现象；b)按GB／T8627进行测试，其烟密度等级(SDR)≤15；c)按GB／T14402和GB／T14403进行测试，其材料热值≤4.2MJ／kg，且试件单位面积的热释放量≤16．8MJ／m2；d)材料燃烧烟气毒性的全不致死浓度LCo≥25mg/L。A级材料有哪些？无机保温砂浆玻璃棉泡沫陶瓷板岩棉可燃类材料-B级1、B1级材料达到下述各项要求的材料，其燃烧性能定为B1级。a)按GB／T8626进行测试，其燃烧性能应达到GB／T8626所规定的指标，且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象；b)按GB／T8625进行测试，每组试件的平均剩余长度≥15cm(其中任一试件的剩余长度>0cm)，且每次测试的平均烟气温度峰值≤200℃；c)按GB／T8627进行测试，其烟密度等级(SDR)≤75。2、B2级材料按GB／T8626进行测试，其燃烧性能应达到GB／T8626所规定的指标，且不允许有燃烧滴落物引燃滤纸的现象。3、B3级材料不属于B1和B2级的可燃类建筑材料，其燃烧性能定为B3级B级材料有哪些（B1级）酚醛板黑EPS板（B2级）EPS板等7、建筑外墙外保温系统的火灾危险性根据火灾统计，我国居住建筑火灾所占比例较高。随着广大人民群众生活条件的改善和生活质量的提高，居住建筑内的火灾荷载及致火因素也随之增加。为将火灾控制在一定的范围内，减少火灾损失，建筑设计时设置了防火分区，一般是以建筑单元户为一个防火分区，对防火分区间的建筑构件的耐火性能提出了较高的要求，目的是阻止火灾在防火分区间的蔓延。因此在我国的建筑防火设计规范中，对居住建筑单元和分户墙的耐火性能均有严格的要求。建筑整体的耐火性能是保证建筑结构在火灾时不发生较大破坏的根本。从建筑的整体结构来看，外保温系统是依附于建筑外墙的非承重构造，虽然其整体燃烧后对建筑主体外墙结构的影响问题不可简单而论，但由于建筑的外墙设计已经考虑了防火问题，按照我国目前的建筑节能标准，姑且认定外保温系统的燃烧还不足以对基层墙体产生危害，对建筑主体外墙结构的耐火性能影响不大；同时，对邻近建筑的外墙也不会造成危害，因为建筑设计时已考虑了防火间距。(暂不考虑的问题！)那么，当外保温系统意外失火的情况下，我们最关心的问题是什么？建筑外墙外保温的火灾危险性是火焰传播由于外保温系统包覆于建筑的整体外墙，跨越了建筑层与层之间的防火分区，当外保温系统不具有阻止火灾蔓延的能力时，火灾条件下，导致火灾蔓延的危险性较大。因此，对外保温系统的防火要求是阻止火灾蔓延，特别是对于高层建筑。需考虑以下两种可能的情况：第一种情况：当建筑室内出现火灾的条件下，火焰由窗口或洞口溢出并引起外保温系统的燃烧；第二种情况：临近物体燃烧并引起外保温系统的燃烧。在这两种情况下，不应由于外保温系统的燃烧而将火焰传播到其它楼层，并通过其它楼层的窗口或洞口将火焰引入而导致其它楼层失火。因此，对外保温系统防火性能的基本要求是点火性和火焰传播性满足要求。外墙外保温防火的终极目的：延缓火焰蔓延延长逃生时间等待及时扑救高层建筑主要阻止火焰竖向蔓延传播多层及公共建筑主要阻止火焰水平蔓延传播火焰从窗口沿外保温体系传播图示外立面火焰的主要传播途径：窗洞口是火焰在建筑物内外之间进行传递以及跃层燃烧的主要途径EPS外保温窗洞燃烧解析第一阶段－火焰从窗口跃出－热量从下部和外侧灼烧保温体系EPS外保温窗洞燃烧解析第二阶段－保温材料开始融化－空腔形成－液态物质顺着墙体和防护层内侧向下流淌－液态物积聚在最低处窗洞上檐口EPS外保温窗洞燃烧解析第三阶段－空气加热后加上生成的热解气体使保温内部形成过高压力－热解气体透过饰面砂浆逸出－饰面层有机成分燃烧－饰面层隆起形成裂纹－檐口在液态物重压下下垂－燃烧着的聚苯溶液开始滴漏EPS外保温窗洞燃烧解析第四阶段：－沿口燃烧，－系统开放－火焰进入系统内部－内外燃烧－聚苯溶液流挂外保温的防火安全现状在国内现有外保温工程火灾中，大部分发生在施工过程中。主要原因在于施工过程中有机保温板裸放，无任何防火保护措施，施工现场的防火安全管理措施不到位，动火作业违规操作等因素造成的，保温材料的阻燃性指标不符合相关产品标准的要求也是原因之一。因此，建议加强施工现场的防火安全管理，并采取适当的具有可操作性的技术措施，减少或避免施工过程中的火灾事故。而从重要性和长期性而言，解决建筑物使用过程中火灾隐患是防火安全的核心。建筑物使用过程中一旦发生火灾，人员和财产安全和消防的救援能力将面临重大考验。建筑物的使用寿命通常在50年以上，因此，就人员与财产安全的重要性和建筑物使用的长期性而言，减少或避免建筑物使用过程中火灾的危害显得尤为重要。施工现场频发的火灾已经表明了我们所大量采用的有机保温材料引发火灾的危险性，也就更显现出关注建筑外保温使用过程防火安全的重要性。外保温系统的燃烧是以系统中具有足够燃烧能力的可燃物质的存在为前提的，即目前广泛采用的模塑聚苯乙烯泡沫(EPS)、挤塑聚苯乙烯泡沫(XPS)、聚氨酯硬泡等。无机类保温材料 岩棉、玻璃棉、膨胀玻化微珠保温浆料等，属不燃性材料，自身不存在防火安全问题。但其它性能不能完全满足外保温的要求，目前尚不具备广泛应用的技术条件。有机无机复合保温材料 以胶粉聚苯颗粒保温浆料为主，属难燃材料，火焰传播性很小，自身防火安全问题不大。有机高分子保温材料 以聚苯乙烯泡沫塑料和聚氨酯硬泡为主，属可燃材料，具有引发火灾的危险性。研究内容ResearchScope高分子泡沫保温材料Thermalinsulationmaterials微观Micro-scale中等尺寸Moderate-scale宏观Full-scale热解燃烧、阻燃性能、火灾危险性Combustion,Flameretardantproperties,Firehazard材料的使用范围、监管途径、建筑节能防火安全体系Enhancingtheapplicationrangeandsupervisionofthematerials,

establishingtheenergysavingandfire-proofingsystems二、热解燃烧与阻燃性能Pyrolysis,Combustion&FlameRetardantProperties-------微观实验Micro-scaleExperimentLOI实验装置LOI微型量热仪实验装置MCCUL-94实验装置UL-94热重分析仪器TGA场发射扫描电子显微镜SEM红外光谱仪-热重联用TG-FTIR主要测试仪器Characterization&Instruments●聚氨酯（RPUF）

●阻燃聚氨酯硬质泡沫（EG/RPUF）

●聚苯乙烯（PS）

●酚醛树脂（PF）泡沫保温材料的阻燃测试结果ResultsofLOIandUL-94RPUF氧指数只有21.5，属于易燃材料，在第一次给火引燃后便持续燃烧直至燃尽，而加了15%的可膨胀石墨之后，RPUF的氧指数提高到33，成为难燃材料。UL-94的测试结果达到V-0级别，并且没有滴落，不引燃脱脂棉。可见可膨胀石墨对聚氨酯硬泡有很好的阻燃作用。

ThepureRPUFishighlyflammablewiththeLOIvalueof21.5%.Afteradding15%expandedgraphite,itsLOIvalueisincreasedto33%andcanpassUL-94V0ratingtest,indicatingexpandedgraphitedisplaysexcellentflameretardanteffecttoRPUF.聚苯乙烯极易燃烧，其氧指数只有20.5，并且UL-94测试没有级别。酚醛树脂泡沫具有很好的阻燃性，其氧指数高达47，且通过UL-94V-0级别，很难被点燃。ThepurePSishighlyflammablewiththeLOIvalueof20.5%andshowsnoratinginUL-94test.ThePFexhibitsexcellentflameretardantpropertieswithhighLOIvalueof47%.Moreover,itcanpassUL-94V0ratingtest.保温材料的热释放速率HRRofthermalinsulationmaterials与RPUF相比，EG/RPUF的热释放速率的峰值和总热释放明显下降。PS泡沫的热释放速率峰值和总的热释放很明显是四种泡沫中最高的。PF泡沫的热释放非常低，热释放速率峰值只有17.1W/g，因此可以说PF泡沫是一种安全的保温材料。ThepeakheatreleaserateandtotalheatreleaseofEG/RPUFsignificantlydecreasecomparedtoRPUF.ThepeakheatreleaserateandtotalheatreleaseofPSishighestinthefourfoams.However,thepeakheatreleaserateofPFisaslowas17.1W/g,meaningthatitisasafethermalinsulationmaterials.保温材料的热重分析（空气气氛下）Thermalanalysis(air)

PS泡沫初始降解温度和最大失重温度都相对较高，但是PS泡沫热失重速率非常快。PF泡沫的最大热分解温度高达509oC，并且其在650oC时的残余量也较高（14.0%），这与前面MCC实验的分析也比较吻合，说明PF泡沫具有良好的阻燃性能。TheinitialdegradationtemperatureandmaximumrateofweightlossofPSarehigherthanRPUF,butthemasslossrateisfaster.ThemaximumrateofweightlossofPFisashighas509oC,anditscharresidueat650oCis14.0%,indicatingitsgoodflameretardantproperties.RPUFEG/RPUF保温材料燃烧后炭层扫描电镜照片SEMimagesforcharresiduesRPUF的燃烧炭层表面疏松，从而使热量和可燃气体更容易传导到下面未降解的基材中，导致材料的进一步热解燃烧。在EG/RPUF中，受热膨胀之后的可膨胀石墨呈现蠕虫状。这些蠕虫状的炭层紧密交织堆叠在一起，起到了阻隔热量传递和氧气侵入的作用,从而延缓了聚氨酯的热氧化降解。ThecharresidueofRPUFissoloosenthatcannotretardtheoxygenandheattransmissionintotheinnerpolymermatrix.ForEG/RPUF,thevolumeofexpandedgraphiteexpandsrapidlywhenheated,whichgivesrisetovermicularstructureofcharlayer.Thischarlayercoversonthesurfaceofpolymermatrixwhichretardtheoxygenandheattransmission.So,thethermaloxidativeprocessofRPUFisdelayed.PSPF保温材料燃烧后炭层扫描电镜照片SEMimagesforcharresidues与热重实验中的高温残炭量分析一致，PS泡沫的燃烧炭层极少，且支离破碎，不能阻止氧气和热量向内部基材的传输。而PF泡沫的炭层由大量蜂窝状的半开孔孔隙组成，物理强度虽差却能在一定程度上延缓内部基材的降解，另一方面，这些蜂窝状的孔隙也证明了PF泡沫的热解过程中的确有大量的小分子脱出。

ThePSfoamsleftverylittleresiduecharaftercombustion,andthecharlayerisfragmentedthatcannotretardtheoxygenandheattransmissionintotheinnerpolymermatrix.ThisisconsistentwithTGAresults.However,forPFfoams,thecharlayerpresentshoneycombandporoussurface,whichcanpreventtheoxygenandheattransmission.Additionally,thehoneycomb-likeholesindicatethereleaseofplentyofsmallmoleculargases.建材烟密度试验箱Smokedensityinstrument不同硬质泡沫的烟密度

SmokedensityfordifferentfoamsRPUF和PS的烟密度很大，加入可膨胀石墨阻燃后，聚氨酯硬泡的烟密度明显降低。PF泡沫发烟量最小，其最大烟密度只有4.17%。ThesmokedensityforRPUF

andPSisveryhigh.TheadditionofexpandedgraphiteintoRPUFcansignificantlyreduceitssmokedensity.PFexhibitsthelowestsmokedensity,aslowas4.17%.不同硬质泡沫的TG-IR实验3D图3DTG-IRimagesofdifferentfoams:(a)RPUF;(b)EG/RPUF;(c)PS;(d)PF.几种硬质泡沫热解燃烧中产生的挥发性气体总的强度与时间的关系曲线TotalintensityofvolatilegasesfordifferentfoamsduringcombustionvstimeRPUF的TG-IR曲线

TG-IRcurvesforRPUF波数Wavenumbers

(cm-1)归属

Assignment结论Conclusion2356，2312，668CO2的红外吸收CO2absorption

聚氨酯泡沫在热降解过程中产生的气体产物主要是二氧化碳,含氮化合物和芳香族化合物。ThemainpyrolysisproductsforRPUFareCO2,nitrogencompoundsandaromaticcompounds.1537，1509苯环的骨架振动吸收峰FrameworkvibrationofphenylringsEG/RPUF的TG-IR曲线TG-IRcurvesforEG/RPUF波数Wavenumbers

(cm-1)归属

Assignment结论Conclusion2358，2309，668CO2的红外吸收CO2absorption

聚氨酯泡沫在热降解过程中产生的气体产物主要是二氧化碳和芳香族化合物。ThemainpyrolysisproductsforRPUFareCO2andaromaticcompounds.1518苯环的骨架振动吸收峰FrameworkvibrationofphenylringsPS的TG-IR曲线TG-IRcurvesforPS波数（cm-1）归属Assignment结论

Conclusion3072，3026烯烃的C-H伸缩振动吸收峰C-Hofalkene聚苯乙烯泡沫在热降解过程中产生的气体产物主要是不饱和烯烃和芳香族化合物。ThemainpyrolysisproductsforPSarearomaticcompoundsandunsaturatedalkene.1630，1497苯环的骨架振动吸收峰Frameworkvibrationofphenylrings988，911苯乙烯环外双键的C-H变形振动吸收峰C-Hdeformationvibrationofstyrene774，694苯环上5个质子面外变形振动，是单取代苯的典型吸收峰AbsorptionbandsofsinglesubstitutedbenzenesPF的TG-IR曲线TG-IRcurvesforPFWavenumbers

(cm-1)归属Assignment结论Conclusion2961，2870亚甲基C-H伸缩振动吸收峰AbsorptionbandsofCH2PF的热降解过程分3个部分:羰基、羟甲基等端基小分子的脱去；亚甲基的热解断裂；酚羟基发生脱水后环化成炭。ThepyrolysisprocessofPFincludesthreestages:releaseofendgroups;thermalfractureofmethylene;dehydrationofphenolichydroxylgrouptoformchar.1771羰基C＝O伸缩振动吸收峰AbsorptionbandsofC＝O1376，1345酚羟基的C-O伸缩振动和O-H的变形振动吸收峰DeformationvibrationofO-H1127，886羟甲基的C-O伸缩振动和C-H变形振动吸收峰AbsorptionbandsofhydroxymethylanddeformationvibrationofC-H小结（１）Conclusion(1)TGA结果可以看出，PF泡沫的初始热降解温度很低，但是最终成炭量很高，而PS的初始热降解温度较高，但是成炭量极低，这与它们不同的热解方式有关。可膨胀石墨的加入，大大降低了其热降解的速率，同时提高了成炭量。

TGA:

Theinitialthermaldegradationtemperature(Td)ofPFisverylow,butithashighcharresidue;whileTdofPSishigher,butitscharresidueisverylow.TheadditionofexpandedgraphiteintoRPUFcatalyzesitsthermaldegradation,butremarkablyreduceitsmasslossrateandimprovethecharresidue.燃烧后的炭层SEM分析可以看出，可膨胀石墨受热到一定程度时体积开始急剧膨胀，覆盖在基材表面，窒息了火焰。PS泡沫的燃烧炭层极少，不能阻止氧气和热量向内部基材的传输。而PF泡沫的炭层由大量蜂窝状的半开孔孔隙组成，物理强度虽差却能在一定程度上延缓内部基材的降解。

SEM:

Thevolumeofexpandedgraphiteexpandsrapidlywhenheated,whichgivesrisetovermicularstructureofcharlayer.Thischarlayercoversonthesurfaceofpolymermatrixsothattheflameisretarded.ThePSfoamsleftverylittleresiduecharaftercombustion,whichcannotretardtheoxygenandheattransmissionintotheinnerpolymermatrix.ThisisconsistentwithTGAresults.However,forPFfoams,thecharlayerpresentshoneycombandporoussurface,whichcanpreventtheoxygenandheattransmission.小结（１）Conclusion(1)从TG-IR的分析结果可以知道：聚氨酯泡沫（RPUF和EG/RPUF）在热降解过程中产生的气体产物主要是二氧化碳和芳香族化合物；聚苯乙烯泡沫在热降解过程中产生的气体产物主要是不饱和烯烃和芳香族化合物；酚醛树脂泡沫的热解气相产物非常少，主要是含酚羟基的化合物。

TG-IR:

ThemainpyrolysisproductsforRPUFandEG/RPUFareCO2andaromaticcompounds;whilethoseforPSarearomaticcompoundsandunsaturatedalkene.ThepyrolysisgasproductsforPFisverylittle,whichmainlycontainscompoundswithphenolichydroxylgroups.纯的聚氨酯硬泡和聚苯乙烯泡沫的烟密度很高，而PF泡沫的烟密度等级只有0.46%，可膨胀石墨降低了聚氨酯硬泡的烟密度。

ThesmokedensityforRPUF

andPSisveryhigh.TheadditionofexpandedgraphiteintoRPUFcansignificantlyreduceitssmokedensity.PFexhibitsthelowestsmokedensity.

三、热解燃烧与阻燃性能------中等尺寸实验Pyrolysis,combustionandflameretardancy

——Medium-ScaleTest锥形量热计实验研究(CONE)●100×100×30mm3的泡沫材料100×100×30mm3

FoamMaterial●以水平、垂直和倾斜三种方式置于锥形量热计载重台的托盘上Sampleswereplacedonconeindifferentways:horizontal,verticalandinclined.●材料在不同辐射条件下引燃，并用摄像机实时记录其燃烧过程。MaterialwasignitedunderdifferthermalradiationUsereal-timevideocameratorecordthecombustionprocess

大尺寸实验设计图水平Horizontal垂直Vertical

倾斜InclinedFigureforExperimentaldesign750oC下水平燃烧行为

EG/RPUFRPUFPS热辐射下迅速熔融软化塌陷，引燃后即快速燃烧，释放出大量的热和烟气。RPUFwassoftenunderradiation,thenburnfastandreleasemuchheatandsmoke.自燃，以小火余燃为主，热释放和烟气明显减少，残留原样品尺寸形状的膨胀炭层。SpontaneousCombustion,mainlyasmallfire,thelowerheatreleaseandlittlesmokeandexpandedresidualchar.热辐射下迅速熔融软化塌陷，引燃后即快速燃烧，释放出大量的热和烟气。PSwasalsosoftenunderradiationquickly,thenburnfastandreleasemuchheatandsmoke.Horizontalburningbehaviorat750oC。EG/RPUFRPUFPS出现倒塌现象Collapsephenomenon自燃,Spontaneouscombustion小火余燃为主，燃烧程度明显降低.Asmallfire,andLowintensityforcombustion引燃后，燃烧速度极快，来不及倒塌.Afterbeingignited,burnfast,andhavenotimetocollapse750oC下垂直燃烧行为Verticalburningbehaviorunder750oC750oC下倾斜燃烧行为,Inclinedburningbehaviorat750oCRPUFEG/RPUFPS自燃Spontaneouscombustion火焰呈现流淌行为,flowingbehavior火焰呈现流淌行为flowingbehaviorPF在750oC下的燃烧行为,

CombustionbehaviorofPFunder750oC

垂直Vertical水平Horizontal倾斜InclinedPF泡沫具有相当高的火灾安全性.PFfoamhasaveryhighfiresafety小结Summary（２）

●采用锥形量热仪（CONE）模拟典型的保温泡沫材料在真实火灾中的燃烧行为。研究将不同的泡沫材料以水平、垂直和倾斜三种方式置于一系列热辐射温度（750oC）下并且引燃后的燃烧行为，用摄像机实时记录了其燃烧过程。

Usingconecalorimeter(CONE)tosimulateatypicalfoaminsulationfireintherealcombustionbehavior.

●RPUF和PS泡沫在外界高温热源的辐照或引燃的条件下，迅速熔融软化以至于流淌,并且具有倒塌的危险.而膨胀石墨阻燃的EG/RPUF热解燃烧时不会出现流淌现象，能保持样品的形状，且具有较高的成炭量，热释放和烟密度明显降低。PF泡沫在采用铝箔面夹心包覆后即使在900oC的热辐射温度下也不会被引燃或燃烧。

Fromthefrontexperiments，itcanbeseenthat,RPUFandPSfoamswillmeltrapidlyevenflowundertheexternalheatsourceorignition.But,EG/RPUFhavegoodflameretardancy.PFfoamisverydifficulttoignitedevenat900oC.ButthereisnoeffectiveflameretardantwayforPSfoamcurrently,soweshouldincreaseresearcheffortsinthisregard.四、热解燃烧与阻燃性能-------全尺寸实验Pyrolysis，combustionandflameretardancy

-------full-scaleexperiment

ISO9705全尺寸多功能释热速率实验装置平面红外热像仪SAT-HY6850主体装置是内尺寸为3.6m×2.4m×2.4m的标准燃烧间。Maindeviceisastandardcombustionroom,3.6m×2.4m×2.4m该系统可同时探测和采集多达150个点的温度、速度和辐射热流等参数。Thesystemcandetectandgatherupto150parameterssimultaneity.Suchastemperatu