浅析 XPS 挤塑板保温材料对消防火灾的影响现状和发展

 

工业化革命以来，全球对能源的 需求越来越旺盛，特别在 1973 年和 1979 年爆发的能源危机，更是使得能 源问题已上升到关乎国家经济发展的战略问题。

 

我国正处于经济飞速发展以及工业化加速阶段，对能源的需求量是十分庞大的。根据国家统计局最新发布的 统计资料显示，我国在 2009-2018 年 间能源消耗总量不断增加，平均每年的 增长速度达到 3.8%，是全球能源增长速度的 2 倍多。

 

建筑能源消耗作为能源的消耗大户在我国能源消耗中所占比重是十分巨大的。据相关资料统计，我国到 2017 年建筑能耗约占全国总能耗33%，使用在建筑墙体保温材料有 90% 以上是有机保温材料，XPS 是其中份额占比最大的一种有机保温材料。

 

主要应用于各种建筑的建造及改造中，然而 XPS 有机保温材料在实际应用中会存在一定的火灾隐患。

 

1.       XPS 挤塑板保温材料简介及特征

 

XPS 是“绝热用挤塑聚苯乙烯泡沫塑料”的英文简写，是目前应用最为广泛的一种保温板，它以聚苯乙烯树脂作为原料，通过添加发泡剂和辅料混合后加热挤出成型的泡沫塑料板，整个生产流程为物理变化过程。XPS 性能具有如下特点：（1）隔热效果好；（2）吸水性极低；（3）密度小；（4）抗压性强；（5）性质稳定；（6）健康安全。

 

二、XPS 挤塑板对火灾影响的研究现状

 

目前国内从材料性能等对聚苯乙 烯挤塑板材料火灾影响进行了大量细致的研究。如章涛林、张威等人对聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS 以及模塑聚苯板的失重速率、温度场分布以及火蔓延速率、竖向燃烧的发展规律等特性进行了系统性研究，都利用 FDS 计算机模拟发现，聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS 以及模塑聚苯板火蔓延方向向上，不同的双火点或者单火点燃烧蔓延情况是一样的，同时竖向燃烧的速度不同材料存在明显差异。

牛志荣等研究了保温系统的燃烧速度和在明火作用下火蔓延的范围、温度及温度场的变化规律。通过实验测试分析发现发现聚苯板贴砌系统损坏程度最严重，内部聚苯板已燃烧或受热熔融出现空腔。从火灾事故案例发现，目前使用的部分 XPS 保温材料存在一定的火灾危险性。

 

三、国内外对 XPS 材料阻燃技术 研究现状

在 XPS 聚苯乙烯挤塑板材料阻燃技术方面国内外学者也展开了系统的研究，取得了大量的研究成果。如张立强在对阻燃材料的开发中，生产由蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨胀石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）生产出阻燃 EPS板，再通过试验对比分析发现蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨胀石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）材料使得 EPS 板具有很高的阻燃性能，结果也显示 EPS板极限氧指数提高到 29.7%。

 

窦家林在聚苯乙烯原料生产阶段进行阻燃剂添加获得阻燃性聚苯乙烯。通过不同比例的添加剂使用发现阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）含量占单体 4.3% 以上时，生产的保温材料阻燃性能良好，同时自熄时间 2s 以内；甚至通过添加剂比例 的调整材料燃烧等级能达到难燃级别。

 

姜长乐等使用玻化微珠和阻燃剂进行阻燃聚氨酯泡沫复合材料制备，在通过试验发现，玻化微珠和阻燃剂相结合构成的复合材料阻燃性能和热稳定性明显提高，其中极限氧指数可达 30% 以上。

 

四、火灾中 XPS 挤塑板保温材料火灾特性和防火要素

XPS 保温材料在火灾危险性方面主要由如下两个方面：

（1）       材料易燃烧：

XPS 保温材料在火灾中容易燃烧，同时易产生严重的黑烟和刺激性气味，不但对求援和逃生造成 干扰，也对火场中的人们产生毒害和窒息。

（2）       材料火蔓延速度快：

由于楼层高，在上下形成了风压差，使得一旦外墙面发生火焰将直接向上蔓延和卷入建筑物内部；也由于材料的物理特性，XPS 外墙保温材料在受热时会收缩形成空腔，火势没有任何规律可循，材料中的火焰传播会向任意方向蔓延，极不利于消除火情。

 

由此想要建筑物具有防火和保温功能，就需要对 XPS 相关特性进行控 制，具体有如下几个方面：

（1）       减少结构中的空腔：降低 XPS 中的聚苯乙烯（PS）含量，减少 XPS 中结构中空腔构造，同时减少易燃烧物质 PS 在保温材料中的含量，通过增加其他的难燃的材料，在确保保温等关键指标不显著降低的情况下，以提高保温材料的燃烧等级。

 

（2）物理分割：XPS 在外墙施工时采用分仓或设置防火隔离带来实现堵断。能有效控制火情的发生面积。

 

（3）化学阻燃：在 XPS 材料生产中添加相关的化学物质，发生火灾时，化学物质与 XPS 发生化学反应，阻止进一步燃烧。如在 XPS 生产中加入氢氧化铝，在高温下将吸收热量生成氧化金属而降低温度和阻隔燃烧。

（4） 物理阻隔：通过在XPS 材料表面涂一层不燃的漆料等，使之在燃烧环境中隔绝了空气中的氧气而不能燃烧。

 

五、对策

根据上述研究及发展分析，XPS 保温材料在建筑中的使用需要考虑如下几个方面：

（1）开工前的优化设计

根据建筑物当地气候特点和防火功能要求，进行外墙外保温和防火性能设计，其主要从建筑外墙的基本层、 XPS 保温层以及涂料层来综合考虑。

（2）选取阻燃性 XPS 材料

目前市面上各自燃烧等级的 XPS 材料都有销售，在确保墙外保温系统技 术的前提下，选择合适的保温材料。

（3）施工工艺的选择和完善

施工工艺和方案从基础层、保温层以及涂料面层施工着手，制定施工工法。

（4）“三同时”原则

建筑的施工消防安全设备配套和管理需要执行“三同时”原则：同时施工、同时配置、同时投入使用。