聚酰亚胺泡沫与常用有机保温材料防火安全性能对比

聚酰亚胺泡沫与常用有机保温材料防火安全性能对比

丁泽，杨大磊

中国航天科工集团贵州航天天马机电科技有限公司

摘要：随着经济与建筑技术的发展，高层建筑越来越多，对于保温隔热材料的需求也在逐渐加大，目前常用的建筑保温隔热材料为硬泡聚氨酯、发泡聚苯乙烯和挤塑聚苯乙烯等有机材料，这些材料具有较好的保温隔热能力，但是在防火安全性能上存在较大的不足，具有极大的安全隐患。聚酰亚胺泡沫材料是一种高性能保温隔热材料，具有优异的保温隔热、耐燃、防火性能，本文将从防火安全性上对这些保温隔热材料进行对比。

关键词：聚酰亚胺泡沫；保温材料；耐燃性

1. 引言

通过将建筑保温材料包覆在建筑物外墙上，降低室内外能量交换，保持室内温度处于人们要求的范围。在建筑物中使用保温材料能够提高人们的居住舒适性，同时也能够降低能耗。通常使用的保温材料主要由有机保温材料和无机保温材料组成，有机保温材料主要包括硬泡聚氨酯、发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯等，这些材料由于具有质轻、保温性能好、耐腐蚀被广泛使用。但是这些材料在阻燃性能、耐火性能和有机挥发物释放上存在较大的不足。当火灾发生时，这些保温材料会变为可燃物，加大火势，释放大量的有毒有害气体，对建筑物中人员造成很大的危害。2009年2月9日央视新台址北配楼发生重大火灾，持续了近6小时的大火导致1死7伤，建筑物过火过烟面积2.1万平方米，造成直接经济损失1.64亿元。据调查，造成该事故火势蔓延的一个重要原因就是其中保温材料阻燃性能不佳。2010年11月15日上海余姚路一高层公寓起火，大火直接导致58人遇难，70余人受伤，造成事故后果如此严重的主要原因之一就是该公寓使用了大量的聚氨酯泡沫作为保温材料^[1,2]。

聚酰亚胺泡沫(Polyimide foams)是指主链上含有酰亚胺环（-CO-NH-CO-）的一类高分子泡沫材料，其具有自阻燃、防火、环保无毒、耐高低温、保温效果好、耐腐蚀、隔音降噪效果好等优异性能。聚酰亚胺泡沫材料已被国外发达国家用于舰船和高端建筑等领域^[3]。本文针对聚酰亚胺泡沫和当前市场上应用较为广泛的硬泡聚氨酯、发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯在火灾中的安全性进行评估并比较，期望能够从安全性的角度对今后保温材料市场的材料选择起到一定程度的指导作用。

图1 a：芳香型聚酰亚胺泡沫，b：脂肪型聚酰亚胺泡沫

2.性能对比

建筑物发生火灾时，性能差的保温材料将成为可燃物，使火势变大，消耗氧气，释放大量的热量、烟气和毒气等，给人们的生命和财产造成巨大的威胁^[4]。以下从耐燃性能、垂直燃烧性能、极限氧指数来对比分析各保温材料的优缺点。

用乙炔焰灼烧市售硬泡聚氨酯和聚酰亚胺泡沫进行直观耐燃性能对比，测试中灼烧火焰强度相同，聚酰亚胺泡沫灼烧时间长于硬泡聚氨酯灼烧时间。由图2可知，硬泡聚氨酯泡沫在灼烧时表面有大量的火焰，且离火能保持继续燃烧，有少量火焰滴落，在灼烧后基本都已炭化。聚酰亚胺泡沫在灼烧时表面没有明显火焰，仅可见乙炔焰本身的火焰，泡沫离火自熄，无火焰滴落或熔滴现象，在灼烧后仅在与乙炔焰接触处有少量炭化及熏黑现象。另外，众多研究及实际经验表明，发泡聚苯乙烯和挤塑聚苯乙烯耐火性很差，在80℃左右时就会发生熔滴严重变形现象^[5]。

图2 聚氨酯泡沫和聚酰亚胺泡沫灼烧对比试验

（a）、（c）分别为聚氨酯泡沫-灼烧时和灼烧后，（b）、（d）分别为聚酰亚胺泡沫-灼烧时和灼烧后

通常用极限氧指数来衡量材料难燃程度，当氧指数越高时，该材料越难燃。表1、表2为按照GB/T 2406.2-2009、GB/T 2408-2008对聚酰亚胺泡沫的极限氧指数及垂直燃烧进行检测的结果。由表1和表2可知聚酰亚胺泡沫的极限氧指数为38.6%，这表明聚酰亚胺泡沫达到难燃级别，具有极好的阻燃性能，满足国家标准规定要求。这是因为聚酰亚胺泡沫是由酰亚胺键和苯环组成，苯环和酰亚胺环之间能够形成络合体系，络合体系具有优异的稳定性，使聚酰亚胺泡沫在测试中表现出了良好的稳定性，不易着火。

表1 聚酰亚胺泡沫的极限氧指数测试结果

表2 聚酰亚胺泡沫的垂直燃烧检测结果

而由相关文献可知，发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯的极限氧指数虽然可达到32%~39%，但是在垂直燃烧试验中发泡聚苯乙烯有滴落或少量滴落火焰现象，挤塑聚苯乙烯火焰滴落严重，两者均不满足国家建筑材料使用安全规定^[6]。而硬泡聚氨酯在不添加阻燃剂时，其极限氧指数仅有21%左右，且在点燃时有大量火焰滴落；在添加阻燃剂后，其极限氧指数也仅在26%左右，依然有火焰滴落物，且添加阻燃剂后的硬泡聚氨酯在高温下释放出来的有毒有害气体会增加，不符合国家对高层建筑使用保温材料的规定^[5]。

3.结论

聚酰亚胺泡沫在高温火焰灼烧下自身不产生火焰、无火焰滴落、离火自熄，而发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、硬泡聚氨酯通过文献及试验均表明耐火性能较差，通过垂直燃烧测试表明聚酰亚胺泡沫的 耐燃等级达到V-0级，且其极限氧指数达到38.6%均达到难燃材料的标准，而相关资料表明，发泡聚苯乙烯、挤塑聚苯乙烯、硬泡聚氨酯极限氧指数与耐燃等级均不如聚酰亚胺泡沫。

参考文献

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