阻尼材料防火性能试验研究

阻尼材料防火性能试验研究

0非织造材料的分类及特性船舶振动和噪声环境的长期影响不仅会影响船舶人员的身心健康，还会因长期振动而破坏船舶结构设备的有效控制振动，从而降低噪音。主要振动器的船体、基本组件和相关舱室中使用了大量的衰减材料。而根据IMO2012年通过的《船上等级噪声规则》附录3第1.4条的规定,采用噪声控制措施时,降噪材料的使用不应引起火灾、安全或健康方面的危险。因此,船用阻尼材料需要同时满足一定的防火等级。国际海上人命安全公约(SOLAS公约)第II—2章将材料划分为不燃性材料和可燃性材料。用于船舶“A”和“B”级耐火分隔的隔热材料均需要为不燃材料;与隔热物一起使用的防潮层和粘合剂,以及冷却系统管系配件的隔热物,不必为不燃材料,但应保持在实际可行的最低数量,并且它们的外露表面应具有低播焰性。外露表面使用的油漆、清漆和其他饰面涂料、甲板基层敷料应不致产生过量的烟气及毒性物质。具体分类如图1。船用阻尼材料属于可燃材料范畴,按照现行标准要求,需要满足2010年国际耐火试验程序应用规则(2010FTP规则)中表面可燃性以及烟密度和毒性的标准要求。阻尼材料的减振降噪性能主要取决于所选用的树脂基料、功能填料以及改性的方法。目前主要有涂料类和橡胶类两种形式(见图2、3)。远东防火试验中心作为第三方专业检测机构,长期以来按照IMOFTP规则对各类船用耐火材料和耐火结构产品进行标准耐火试验。本文统计了试验中心自2011年起至2016年中期对减振降噪材料进行的所有有效的表面可燃性试验和材料烟气和毒性试验数据。通过对试验数据的研究,了解当前国内减振降噪材料在防火性能方面的现状,探索不同试验因素对其对评判结果的影响。通过本文研究,为制定2010FTP规则对阻尼材料的耐火要求提供试验数据和技术支撑,也可进一步推动减振降噪材料的实船应用。2可燃油试验2.1低播火焰材料试验材料表面可燃性试验是对船舶结构表面材料的阻燃性能的一种测试。按照2010FTP规则的规定,试验对象包括舱壁、墙和天花板衬板,地板覆盖物,甲板基层敷料,可燃通风导管,制冷系统隔热层以及管道配件隔热层一起使用的防潮层和粘合剂,“A”级、“B”级和“F”级分隔使用的粘合剂等产品。根据2010FTP规则附件1第5部分要求,对待测试样进行3次试验,如果试样的熄灭时临界热流、持续燃烧热量、热释放总量和热释放速率峰值的平均值均满足其表面可燃性衡准要求,试验中试样出现的非常规状态结果合格,则试样可视为符合SOLAS公约第II—2章要求的具有低播焰性的表面材料。根据目前标准和阻尼材料的使用要求,阻尼材料需要满足舱壁、墙和天花板衬板或者地板覆盖物相对应的试验要求。2.2不同试验衡准对试验结果的影响经统计,从2011年至今,远东防火试验中心阻尼材料的表面可燃性试验一共进行了26次,其中产品性能衡准满足表面可燃性衡准要求的试验有18次。在这18次试验中,满足舱壁、墙和天花板衬板表面材料衡准要求的14次,不满足舱壁、墙和天花板衬板表面材料衡准要求但达到地板覆盖物衡准的4次,分布情况见表1所示。从表1中可以看出,在这些阻尼材料试验中,试样包括两类:一类是涂料类阻尼材料,共进行了16个试验,成功试验的次数为15次。其中满足舱壁、墙和天花板衬板衡准要求的10次,满足地板覆盖物衡准的5次;一类是橡胶类阻尼材料,共进行了10个试验,成功试验的次数为5次。其中满足舱壁、墙和天花板衬板衡准要求的有2次,满足地板覆盖物衡准要求的有3次。试验分布情况见图4所示。从图4中可以看出,涂料类阻尼材料表面可燃性试验的成功率较高,达到87%,满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例也较高,占56%;橡胶类阻尼材料的表面可燃性试验成功率较低,只有50%。其中满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例更低,只占17%。由于表面可燃性试验中舱壁、墙和天花板衬板的标准要求更高,且大部分阻尼材料在使用过程中需要满足该标准,因此满足舱壁、墙和天花板衬板的标准要求成了阻尼材料表面燃烧性能评判的重要指标。下面对未满足该标准的试验进行统计,分析不同试验衡准对试验结果的影响,如表2和图5所示。从表2和图5中可以看出,对于阻尼材料表面可燃性试验,导致试验结果评判失败的主要影响因素是热释放总量Qt,占总试验次数的80%,其次是临界熄灭热流CFE,占总试验次数的40%。持续燃烧热量Qsb指标较易满足,没有因Qsb产生的试验失败情况。因此,对于提高试验成功率,满足试验要求,研究降低热释放总量是一种重要手段。除了与材料本身的成分、配比、工艺等相关外,材料厚度与热释放总值具有重要影响。本文统计了涂料类和橡胶类试样厚度与热释放总值的关系,如图6所示。从图6中可以看出,对于满足舱壁、墙和天花板衬板衡准(Qt≤0.7MJ)的涂料类试样,试样的厚度大多集中在厚度较小的0~5mm区间,试样最大厚度达到20mm;对于Qt≤0.7MJ的橡胶类试样,试样的厚度均集中在2~3mm间,满足衡准的试样最大厚度为3mm;对于不满足舱壁、墙和天花板衬板衡准(Qt>0.7MJ)的两种试样,试样的热释放总值都有随着试样厚度增加而增加的趋势。由此可以看出:对于涂料类的阻尼材料,满足要求的试样最大厚度能够达到20mm,符合减震降噪的实际需求;而对于橡胶类的阻尼材料,满足要求的试样最大厚度仅有3mm,无法满足减震降噪的实际需求。因此,建议生产商尽量研发涂料类的阻尼材料。3香烟密度和毒性试验3.1试样的制备及测定材料烟气和毒性试验适用于一种材料在温度升高时不能产生过量烟气和有毒产物或不致造成毒性危害的情况,包括用作舱壁、衬板和天花板表面的材料,用作甲板基层敷料的材料,用作地板覆盖物的材料及塑料管。根据2010FTP规则附件1第2部分要求,试样在3种不同的试验模式下进行试验,在每一试验模式下进行3次试验,测量并记录试样的平均光密度值(Dm)和毒性气体浓度。若各指标的平均值能满足其烟密度和毒性衡准要求,试验中试样出现的非常规状态结果合格,则试样可视为符合SOLAS公约第II—2章要求的满足烟密度和毒性的表面材料。另外,舱壁、墙和天花板衬板的烟密度和毒性衡准高于其他材料的衡准要求。3.2试验分布经统计,从2011年至今,远东防火试验中心阻尼材料的烟密度和毒性试验一共进行了22次,其中产品性能衡准满足烟密度和毒性衡准要求的试验有17次。在这17次试验中,满足舱壁、墙和天花板衬板表面材料衡准要求的共11次,不满足舱壁、墙和天花板衬板表面材料衡准要求但是达到地板覆盖物衡准的共6次,分布情况见表4。从表4可以看出,对涂料类阻尼材料共进行了9个试验,试验全部成功,其中满足舱壁、墙和天花板衬板衡准要求的有8次,满足地板覆盖物衡准的有1次;橡胶类阻尼材料,共进行了13个试验,成功试验的次数为8次。其中满足舱壁、墙和天花板衬板衡准要求的有3次,满足地板覆盖物衡准要求的有5次。试验分布情况见图7所示。从图7中可以看出,涂料类阻尼材料烟密度试验的成功率达到100%,满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例也较高,占67%,仅有一次未满足要求;橡胶类阻尼材料的烟密度试验成功率相对较低,只有61%,其中满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例更低,只占23%。在所有阻尼材料烟密度试验中,出现失败的次数为5次,且均出现在橡胶类阻尼材料试验中。针对橡胶类阻尼材料失败的5次试验(对应表3橡胶类编号1、5、7、9、10),本文对3种模式下的烟密度进行了统计分析,如表4所示。从表4中可以看出,所有失败试验的烟密度均在模式3(即热辐射为50kW/m为了研究材料厚度是否对烟密度有直接影响,本文统计了涂料类和橡胶类试样厚度在不同模式下烟密度的关系,如图8、9所示。从图8、9中可以看出,图中对应厚度和烟密度的点分布散乱,未发现试样厚度对烟密度有明显的影响。因此,阻尼材料的烟密度更多取决于材料本身的性质,与材料厚度无明显关系。由表3可以看出,对于毒性气体浓度,只有3个试验气体浓度超标,且均出现在烟密度试验失败的试验中,绝大多数试样的毒性气体浓度能符合性能衡准的要求。4试验成功率本文统计了试验中心自2011年至今的所有阻尼材料试验,试验结果的统计分析表明:1)在表面可燃性试验及烟气和毒性试验中,涂料类阻尼材料的成功率相对较高,满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例也较高;橡胶类阻尼材料试验成功率相对较低,其中满足舱壁、墙和天花板衬板标准要求的比例也较低。2)在表面可燃性试验中,导致阻尼材料试验评判失败的主要因素是热释放总量Qt,其次是临界熄灭