淺析XPS擠塑板保溫材料對消防火災的影響現(xiàn)狀和發(fā)展

張銓

摘要：XPS（擠塑聚苯乙烯）是上世紀60年代開發(fā)和利用的一種建筑類新型絕熱材料，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應用。在使用過程中發(fā)現(xiàn)XPS有機保溫材料已成為引發(fā)城市建筑火災的主要著火源因素。本文將對XPS擠塑板保溫材料對消防火災影響研究現(xiàn)狀進行分析總結(jié)，提出使用XPS保溫材料的對策。

關(guān)鍵詞：XPS擠塑板保溫材料;消防火災;現(xiàn)狀和發(fā)展

工業(yè)化革命以來，全球?qū)δ茉吹男枨笤絹碓酵?，特別在1973年和1979年爆發(fā)的能源危機，更是使得能源問題已上升到關(guān)乎國家經(jīng)濟發(fā)展的戰(zhàn)略問題。我國正處于經(jīng)濟飛速發(fā)展以及工業(yè)化加速階段，對能源的需求量是十分龐大的。根據(jù)國家統(tǒng)計局最新發(fā)布的統(tǒng)計資料顯示，我國在2009-2018年間能源消耗總量不斷增加，平均每年的增長速度達到3.8%，是全球能源增長速度的2倍多。建筑能源消耗作為能源的消耗大戶在我國能源消耗中所占比重是十分巨大的。據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計，我國到2017年建筑能耗約占全國總能耗的33%，使用在建筑墻體保溫材料有90%以上是有機保溫材料，XPS是其中份額占比最大的一種有機保溫材料。主要應用于各種建筑的建造及改造中，然而XPS有機保溫材料在實際應用中會存在較大的火災隱患。

一、XPS擠塑板保溫材料簡介及特征

XPS是“絕熱用擠塑聚苯乙烯泡沫塑料”的英文簡寫，是目前應用最為廣泛的一種保溫板，它以聚苯乙烯樹脂作為原料，通過添加發(fā)泡劑和輔料混合后加熱擠出成型的泡沫塑料板，整個生產(chǎn)流程為物理變化過程。XPS性能具有如下特點：（1）隔熱效果好;（2）吸水性極低;（3）密度小;（4）抗壓性強;（5）性質(zhì)穩(wěn)定;（6）健康安全。

二、XPS擠塑板對火災影響的研究現(xiàn)狀

目前國內(nèi)從材料性能等對聚苯乙烯擠塑板材料火災影響進行了大量細致的研究。如章濤林、張威等人對聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS以及模塑聚苯板的失重速率、溫度場分布以及火蔓延速率、豎向燃燒的發(fā)展規(guī)律等特性進行了系統(tǒng)性研究，都利用FDS計算機模擬發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、XPS以及模塑聚苯板火蔓延方向向上，不同的雙火點或者單火點燃燒蔓延情況是一樣的，同時豎向燃燒的速度不同材料存在明顯差異。牛志榮等研究了保溫系統(tǒng)的燃燒速度和在明火作用下火蔓延的范圍、溫度及溫度場的變化規(guī)律。通過實驗測試分析發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)聚苯板貼砌系統(tǒng)損壞程度最嚴重，內(nèi)部聚苯板已燃燒或受熱熔融出現(xiàn)空腔。從火災事故案例發(fā)現(xiàn)，目前使用的部分XPS保溫材料存在很大的火災危險性。

三、國內(nèi)外對XPS材料阻燃技術(shù)研究現(xiàn)狀

在XPS聚苯乙烯擠塑板材料阻燃技術(shù)方面國內(nèi)外學者也展開了系統(tǒng)的研究，取得了大量的研究成果。如張立強在對阻燃材料的開發(fā)中，生產(chǎn)由蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨脹石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）生產(chǎn)出阻燃EPS板，再通過試驗對比分析發(fā)現(xiàn)蓖麻油磷酸酯阻燃多元醇、膨脹石墨（EG）和磷酸三乙酯（TEP）材料使得EPS板具有很高的阻燃性能，結(jié)果也顯示EPS板極限氧指數(shù)提高到29.7%。竇家林在聚苯乙烯原料生產(chǎn)階段進行阻燃劑添加獲得阻燃性聚苯乙烯。通過不同比例的添加劑使用發(fā)現(xiàn)阻燃劑六溴環(huán)十二烷（HBCD）含量占單體4.3%以上時，生產(chǎn)的保溫材料阻燃性能良好，同時自熄時間2s以內(nèi);甚至通過添加劑比例的調(diào)整材料燃燒等級能達到難燃級別。姜長樂等使用?；⒅楹妥枞紕┻M行阻燃聚氨酯泡沫復合材料制備，在通過試驗發(fā)現(xiàn)，玻化微珠和阻燃劑相結(jié)合構(gòu)成的復合材料阻燃性能和熱穩(wěn)定性明顯提高，其中極限氧指數(shù)可達30%以上。

四、火災中XPS擠塑板保溫材料火災特性和防火要素

XPS保溫材料在火災危險性方面主要由如下兩個方面：

（1）材料易燃燒：XPS保溫材料火災中容易燃燒，同時易產(chǎn)生嚴重的黑煙和刺激性氣味，不但對求援和逃生造成干擾，也對火場中的人們產(chǎn)生毒害和窒息。

（2）材料火蔓延速度快：由于樓層高，在上下形成了風壓差，使得一旦外墻面發(fā)生火焰將直接向上蔓延和卷入建筑物內(nèi)部;也由于材料的物理特性，XPS外墻保溫材料在受熱時會收縮形成空腔，火勢沒有任何規(guī)律可循，材料中的火焰?zhèn)鞑蛉我夥较蚵?，極不利于消除火情。

由此想要建筑物具有防火和保溫功能，就需要對XPS相關(guān)特性進行控制，具體有如下幾個方面：

（1）減少結(jié)構(gòu)中的空腔：降低XPS中的聚苯乙烯（PS）含量，減少XPS中結(jié)構(gòu)中空腔構(gòu)造，同時減少易燃燒物質(zhì)PS在保溫材料中的含量，通過增加其他的難燃的材料，在確保保溫等關(guān)鍵指標不顯著降低的情況下，以提高保溫材料的燃燒等級。

（2）物理分割：XPS在外墻施工時采用分倉或設置防火隔離帶來實現(xiàn)堵斷。能有效控制火情的發(fā)生面積。

（3）化學阻燃：在XPS材料生產(chǎn)中添加相關(guān)的化學物質(zhì)，發(fā)生火災時，化學物質(zhì)與XPS發(fā)生化學反應，阻止進一步燃燒。如在XPS生產(chǎn)中加入氫氧化鋁，在高溫下將吸收熱量生成氧化金屬而降低溫度和阻隔燃燒。

（4）物理阻隔：通過在XPS材料表面涂一層不燃的漆料等，使之在燃燒環(huán)境中隔絕了空氣中的氧氣而不能燃燒。

五、對策

根據(jù)上述研究及發(fā)展分析，XPS保溫材料在建筑中的使用需要考慮如下幾個方面：

（1）開工前的優(yōu)化設計

根據(jù)建筑物當?shù)貧夂蛱攸c和防火功能要求，進行外墻外保溫和防火性能設計，其主要從建筑外墻的基本層、XPS保溫層以及涂料層來綜合考慮。

（2）選取阻燃性XPS材料

目前市面上各自燃燒等級的XPS材料都有銷售，在確保墻外保溫系統(tǒng)技術(shù)的前提下，選擇合適的保溫材料。

（3）施工工藝的選擇和完善

施工工藝和方案從基礎(chǔ)層、保溫層以及涂料面層施工著手，制定施工工法。

（4）“三同時”原則

建筑的施工消防安全設備配套和管理需要執(zhí)行“三同時”原則：同時施工、同時配置、同時投入使用。

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