复合材料燃烧性能研究

复合材料燃烧性能研究

甘波

上海同济检测技术有限公司200092

摘要：复合材料在生产生活中的应用较广，对复合材料的燃烧性能进行分析和研究有利于提升复合材料的利用率。本文中，笔者主要对部分A级防火材料进行分析，对其构成与燃烧性能的关系进行分析与论证，最终对各种不同类型的复合材料进行燃烧性能的评定。通过细致地研究可知，很多材料在混合之后，形成的复合材料可以被看做是均质材料，材料内部的可燃成分就是影响这类材料燃烧性能的关键。而对于那些非均质材料来说，主要以复合夹芯材料为主，燃烧性能更多地取决于材料每一种成分的性能。当然，非均质材料的燃烧性能与材料整体性能也有一定的关系。

关键词：复合材料；燃烧性能；A级防火材料；研究

我国的各级各类消防监督部门对建筑装饰材料性能的监控力度在不断增加，尤其是对于保温材料的燃烧性能。因此，对于复合材料来说，其燃烧等级的判断需要按照相关的建筑防火规范的要求来进行，燃烧等级的细化程度在不断提升，社会对A级建筑材料的需求得到了较大的提升。但是在社会发展过程中，由于受到各种因素的影响，目前A级材料的性能的还需要不断提升才能满足社会发展的需求。另外，很多管理部门对于A级材料的性能存在着不明确的现象，这就给一些商家有机可乘。市场中会出现很多燃烧等级不达标的“A级建筑材料”。

1、A级燃烧性能等级的分级和判定

对于建筑材料来说，其燃烧性能等级划分主要是以《建筑材料燃烧性能分级方法》为主要的参照。这一文件经历了多次改版，其中增加了A级复合材料检验标准。按照欧盟的分级标准，A级材料可以分为A1、A2两个等级，而且只要材料通过的本等级，必然要符合下一等级标准的要求。接下来，以平板状材料A级燃烧性能和建筑材料A级燃烧性能为例，对具体的性能等级与判据进行阐述：

对于A1等级的材料来说，采用GB/T5464试验方法，其在炉内的温升小于等于30℃，质量损失率需要控制在50％以下，持续燃烧时间为0。采用GB/T14402试验方法，总热值PCS≤2.0MJ/kg；总热值PCS≤1.4MJ/㎡。对于A2材料来说，采用GB/T5456试验方法，炉内温升低于50℃，质量的损失率小于50％，持续燃烧的时间在20秒之内。采用GB/T14402试验方法，总热值低于3.0MJ/kg，总热值≤4.0MJ/㎡。另外，对于建筑材料A级燃烧性能等级和判据来说，如果是均质材料，采用GB/T5464试验方法，炉内的平均温升不会超过50℃，而且试样试样的燃烧时间低于20秒，平均质量损失率也在50％以下。如果是复合夹芯材料，采用GB/T8625试验方法，每组时间的平均剩余长度超过35㎝，每次测试的烟气温度峰值低于125℃，其背面丝毫燃烧的现象。采用，GB/T8627试验方法，烟密度的等级低于15。通常情况下，A级复合夹芯材料的主要结构类似三明治，由可燃、难燃材料作为芯材，然后覆盖相应的不燃材料。由于材料分为均质和非均质两种类型，其燃烧等级与判据也会发生明显的变化。可见，复合材料的燃烧性能并不是一成不变的，需要按照不同的制约因素来进行判定，具体来说要做到具体问题具体分析，这样才能对A级燃烧性能的等级进行具体的划分。

2、复合材料燃烧性能等级解析

从目前市场上的工程材料来看，有机材料包括聚氨酯、聚苯乙烯等具有高膨胀性、导热率低以及理化性能较高的优点，但是其热值高，具有易燃性，而且普遍毒性很大。很多类型的无机材料本身密度大，导热率高，不易燃烧。复合材料的燃烧性能分为不同的等级，不同等级的材料需要应用到不同的领域当中。技术人员要根据复合材料的构成成分以及燃烧性能等方面的特点，明确匀质材料和非匀质材料燃烧等级的判断标准。

2.1匀质类复合材料的燃烧性能

材料的内部密度相对均匀，这种材料通常被称为匀质材料，很多复合型材料都属于匀质材料，主要是由多种不同的材料均匀混合而成。其中，比较典型的材料就是胶粉聚苯颗粒保温板，主要是由胶粉料以及聚苯颗粒有机组合，加入适量的水泥和添加剂，搅拌均匀。根据一定的试验标准，匀质类复合材料应该达到燃烧性能的最低等级，也就说是A2等级，而且要符合单体燃烧SBI试验和不燃性试验才算符合标准。另外，从相关的实验成果上看，很多匀质复合材料都可以直接通过单体燃烧SBI实验。在这种情况下，材料燃烧性能的判定就需要依靠炉内温升以及质量的损失率和燃烧持续时间等因素来明确。其中总热值的高低主要受到材料中的各种有机成分直接影响，无机材料的影响程度较小。

如果是胶粉聚苯颗粒保温砂浆材料，如果能够通过A2级热值试验，整体制品的总热值应该小于等于3.0MJ/kg，这就说明，材料中的聚苯乙烯颗粒质量所占比例不能高于1/13。由此可以计算出，制品的整体密度应该达到EPS的13倍。材料当中的很多无机成分经过高温之后会出现分解吸热的现象，因此，在具体的实验当中，所测热值可能为负数。其中，水泥的热值为-0.5，硅酸镁铝的热值为-0.3。因此，热值量也会从某种程度上影响有机成分的总体占比情况。经过不断的研究与实验，科研人员已经得到了更新的突破，密度达到160kg/㎡的A2级复合聚苯颗粒保温板已经研究成功。

要想使胶粉聚苯颗粒保温砂浆达到A2级实验标准，需要保证炉内温升低于50℃，且质量损失率小于50％，持续燃烧的时间低于20秒。如果材料当中的无机成分没有任何的质量损失，则有机成分的质量比不能超过50％。一般情况下，无机材料不燃性试验的质量损失率都在20％左右。因此，A2级材料中的有机成分质量不应该超过30％。材料性能的判据还包括炉内温升以及持续燃烧时间的综合考量。

一般情况下，水镁石，玻化微珠等材料混合而成的符合硅酸镁保温板可以达到A级标准的具体要求。如果是相变不保温胶囊或者是胶粉料等材料均匀混合的保温砂浆，如果对有机材料数量进行控制，也可以符合A级标准。但是，主要构成材料为聚苯颗粒的有机材料则无法达到A级标准。

2.2非均质类复合材料的燃烧性能

所谓的非匀质材料就是由多种主要或次要组分构成的制品，其中单层面的密度超过1.0kg/㎡，厚度超过1.0㎜，这部分材料为主要组分，其他的为次要组分。典型的非匀质材料就是复合夹芯材料。根据相关的规定，在检查非匀质制品热值时，主要组分的热值小于3.0MJ/kg，次要组分的燃烧热值为低于4.0MJ/kg。可以看出，复合材料中，如果整个“三明治”结构中有一层组分是有机材料，则制品都无法达到A2级的标准。复合材料的无机成分密度与总燃烧热值之间成反比。因此，很多复合材料的生产商家会采取增加无机材料厚度的方式来降低燃烧热值，来满足标准要求。这种方式虽然从表面上减少了火灾发生的可能性，但是却没有从根本上解决问题，如果材料出现爆裂的现象，热量仍然具有一定的危害性。

在应用不燃性试验过程中，非匀质制品与匀质材料产生的问题基本相同。因此，很多水泥复合聚苯板、复合酚醛等材料都为B1级材料，而硅酸钙板以及铝塑板等会根据复合材料形成的成分不同达到A级或者是B1级的要求和标准。

3、复合材料燃烧性能综合分析

首先，组分包括无机成分在内的建材，燃烧性能可以达到A级，如果仅仅是有机成分的建材，则燃烧性能不可能是A级。其中碳化钙与碱金属等材料不能与建材共同而论，属于特殊的材料类型。其次，如果是多种不同类型的材料进行混合，形成的复合材料按照匀质材料来看待，不同的材料实现分层叠加，最终可能会对总制品的燃烧性能产生影响，及时材料的组分相同或相近，也会造成不必要的影响。再次，如果是非匀质材料，燃烧性能的影响因素包括材料的整体特性，同时也包括不同材料的组分性能。匀质材料中有机成分的增加会使得制品燃烧性大大提升。出现这种变化的主要因素是组分的质量，与组分的体积几乎没有任何关系。

另外，体积上主要以有机材料为主要构成部分的匀质复合材料，燃烧性可以达到A级，但是，有机成分的质量百分比通常不达到50％。市场上比较常见的匀质复合材料整体密度可以达到180kg/m3。

4、新型复合材料的发展

复合材料本身在科技不断发展的背景下一步步完善，表现出极大的生命力，是一种多相固材料。复合材料与单一材料相比，性能的可设计性较强，经过过加工设计支护，各组分的性能能够实现互补，从而不断提升性能的优化作用。生活中的复合材料种类较多，新型的复合材料性能更高，而且强度、比模量都相对较高，但是密度相对较低，耐热性与热塑性等方面都可以直接满足标准。

随着火灾事故的层出不穷，研究人员对火产生的主要原因进行分析，了解到易燃材料在火灾产生过程中发挥的作用。终于，科研人员研制出了发泡酚醛树脂及专用固化剂等材料。这种材料可以在-5℃下实现发泡和固化。由于泡沫的生产成本相对较低，而且操作方式也十分简便，被广泛地应用到了工厂的实际生产以及施工作业当中。成为一种效能较高的保温材料。从实际的应用经验上看，获得的经济效益与社会效益十分明显。在这一成果的基础上，一些专家学者将更为先进的工艺技术应用到其中，实现了连续性生产。PF泡沫复合板、酚醛树脂生产技术与连续发泡复合技术的联合使用提升了产品的性能。

现如今，我国的PF工艺技术虽然无法与发达国家相比，但是在高防火性能方面较为突出。另外，在酚醛树脂改进技术与发泡技术方面已经实现了突破，大大增强了复合材料的强度，且降低了成本。

5、结语

总而言之，对于复合材料来说，对其燃烧性能进行分析，并且明确判断标准，不仅可以保证复合材料的合理应用，同时还能发挥复合材料自身的优势，扩大应用范围。不同的材料组分不同，性能也不相同，做好复合材料燃烧性能的分析和判断工作，对市场上的一些劣质复合材料进行控制。随着科学与技术的高速发展，一些新型的复合材料受到人们的广泛关注。在不断的研究和实践过程中，复合材料的生产成本会逐渐降低，可以高效地满足社会发展的需求。

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