阻燃、防火、耐火的區(qū)別與配方設計思路

1、阻燃、防火、耐火阻燃、防火、耐火 高分子復合材料的區(qū)別高分子復合材料的區(qū)別 與配方設計與配方設計 2015年10月 阻燃、防火、耐火的區(qū)別 漢語言文化高深莫測，時?！按嬗挟愐狻?，讓人琢磨不透： 所以，最近常有工程師問我： 1、“阻燃硅膠”“防火密封膠”“耐火硅膠”有什么區(qū)別？ 2、“阻燃電纜”“耐火電纜”又有什么區(qū)別？ 3、 “阻燃劑”“抑煙劑”“抗滴落劑”“陶瓷化阻燃助劑”在阻燃、 防火、耐火復合材料中又分別發(fā)揮什么作用，作用機理是什么？ 那么，今天我就和各位朋友分享一下我對以上問題的理解，并給出了 配方設計思路，期待各位朋友和專家的指正。 一、字面釋義： “阻燃”：有“阻止燃燒”和“控制火

2、勢”的意思。 “防火”：有“防止發(fā)生火災”和“消除火災隱患” 的意思。 “耐火”：有“經(jīng)得起火燒”和“仍能保證正常工作”的意思。 但是，根據(jù)產(chǎn)品檢測標準的不同，“阻燃”、“防火”“耐火”復合 材料在不同的應用領域、不同的行業(yè)所真正表達的意義和所要達到的標準 卻存在非常大的差異。 阻燃、防火、耐火的釋義區(qū)別 一、“阻燃硅膠阻燃硅膠” 一般指在規(guī)定試驗條件下，試樣被燃燒，在撤去火源后，火焰在試樣上的蔓延僅在限定 范圍內(nèi)并且自行熄滅的特性，即具有阻止或延緩火焰發(fā)生或蔓延的能力，側(cè)重于材料本側(cè)重于材料本 身的難燃性身的難燃性。 二、“防火密封膠防火密封膠”： 在建筑幕墻行業(yè)：一般指能防止火焰進入、防止

3、有毒煙氣擴散的密封膠，因為火焰進入 可能會導致火災范圍進一步擴大和造成人員傷亡，而有毒煙氣也會帶來人員傷亡，側(cè)重側(cè)重 于盡量阻止煙火擴散于盡量阻止煙火擴散，盡量減少火災帶來的人員傷亡和財產(chǎn)損失。 三、“耐火硅膠耐火硅膠”： 在建筑幕墻行業(yè)：一般指能在火災的高溫下保持結(jié)構(gòu)整體的耐火性能，不易變形、不破 碎、不粉化，不會造成幕墻大面積掉落，側(cè)重于側(cè)重于膠水在高溫下分解后仍能保持足夠的結(jié)保持足夠的結(jié) 構(gòu)強度，不造成構(gòu)強度，不造成“二次火災二次火災”。 “阻燃硅膠”“防火密封膠”“耐火硅膠” 建筑硅膠領域 GB 238642009防火封堵材料解析 1 .阻燃性能：阻燃性能： 防火密封膠阻燃性能不低于G

4、B/T 24082008規(guī)定 的HB 級（V0 級）。 2. 耐火性能：耐火性能： 防火密封膠的耐火性能以試件的極限耐火時間表示， 耐火性能按耐火時間分為1 h、2 h、3 h，最高級別 為耐火時間3 h （A3 級）。 名為“防火封堵”或“防火密封”，而實際上同時 對阻燃和耐火也提出了嚴苛的要求。 GB/T 9978.12008 建筑構(gòu)件耐火試驗方法 項目技術(shù)指標要求 耐火性能 （A3級） 耐火 完整性 3h，試件背面無 連續(xù)10s的火焰穿 出，棉墊未著火 耐火 隔熱性 3h，試件背面和 被撿面框架表面任 一點溫升180 一、“阻燃電纜阻燃電纜” 一般指具有離火自熄滅的特性電纜，側(cè)重于材料本

5、身的難燃性側(cè)重于材料本身的難燃性。例如： UL94 V0評定方 法：從點燃后把火焰移開后樣品能快速自熄到在10s之內(nèi)無燃燒的熔體滴落（也就是說， 燃燒著的熔體滴落在位于測試樣品下面的一英尺的棉花墊上不能引燃棉花）。 二、 “耐火電纜耐火電纜”： 一般指指在火焰燃燒情況下能保持一定時間的正常運行的電纜，側(cè)重于可保持線路的完側(cè)重于可保持線路的完 整性整性(正常工作正常工作)。例如：耐火電纜A級:在950-1000的火焰中和額定電壓下耐受燃燒， 能保持電纜正常工作至少90min。 所以，我們可以簡單的理解為“耐火電纜可以取代阻燃電纜，而阻燃電纜不能取代耐火 電纜”。 “阻燃電纜”“耐火電纜” 電線電

6、纜領域 國際上英國標準協(xié)會（BS-6387 c.w.z）標準，耐火標準三項考核如下： . 950火焰通電180min 不擊穿； . 650火焰15min的水噴淋，不擊穿； . 650火焰下，承受15min的敲擊振動而不擊穿。 GB/T 19666-2005 阻燃和耐火電線電纜通則 阻燃&耐火電纜測試標準 GA 306.12007阻燃及耐火電纜塑料絕緣阻燃及耐火電纜分級和要求 GB18380-2008 電纜在火焰條件下的燃燒試驗 CQC11-463401-2009 阻燃和耐火性電線電纜安全認證規(guī)則 1. 阻燃 flame retardance 2. 防火 fire protection 3. 耐

7、火 fire resistance 4. 無鹵 halogen free 5. 低煙 low smoke 6. 抗滴落 anti-dripping 7. 抗擊穿 high CTI (Comparative Tracking Index) 耐火耐火+ +防火防火 + +阻燃阻燃 阻燃阻燃+ +防火防火 阻燃阻燃 阻燃、防火、耐火的關系阻燃、防火、耐火的關系 綜合上述分析，達到規(guī)定的阻燃等級并不難，而達到即阻燃、又無鹵低毒、還要抗 滴落、低發(fā)煙量，而且在長時間高溫火焰灼燒下仍能保證正常工作的性能、防止次 生災害的“低煙無鹵阻燃的耐火高分子復合材料”才是難點，真正考驗工程師的對對 各種助劑的理解和選

8、擇能力各種助劑的理解和選擇能力及配方研發(fā)能力。 火災模擬與耐火配方設計火災模擬與耐火配方設計 GB/T 9978.12009建筑構(gòu)件耐火試驗方法第1 部分：通用要求中模擬火災時的升溫曲 線（圖1），一旦火災發(fā)生，只要10 min 左右，溫度就已經(jīng)升高到600 以上，20min左右即 可達到800左右的高溫，1小時左右即可達到9001000。 所以，火災是一個逐漸升溫的過程，一個優(yōu)秀的“阻燃+防火+耐火”配方，應考慮不不 同溫度階段使用不同的助劑同溫度階段使用不同的助劑達到阻燃、防火、耐火的效果和作用。 600600以下時助劑的選擇以下時助劑的選擇 一旦發(fā)生火災，只要10 min 左右，溫度就能

9、升高到600 以上。所以，在火災的前期，應在火災的前期，應 考慮阻燃考慮阻燃+抑煙抑煙+抗滴落抗滴落+無毒為主。無毒為主。減緩火災蔓延和擴大速度，抑制煙氣和有毒物質(zhì)，給人 員更多逃生時間，給消防救援預留更多時間。 常用的阻燃劑： 1.氫氧化鋁 2.氫氧化鎂 3.磷氮系阻燃 4.鹵素類阻燃劑（經(jīng)常與三氧化二銻、硼酸鋅協(xié)效） 此溫度階段阻燃劑較容易選擇，而且達到規(guī)定的阻燃等級的復合高分子材料產(chǎn)品市場也比 較常見，配方也比較簡單。 打火機的火焰溫度 約200500 酒精燈的火焰溫度 400600左右 600600以上時助劑的選擇以上時助劑的選擇 火災發(fā)生1020 min 左右，溫度就已經(jīng)升高到600

10、800 左右。此時，有機物已幾乎分解 殆盡，僅剩下一些殘?zhí)亢蜌溲趸X、氫氧化鎂所分解出的氧化鋁、氧化鎂，以及填充體系 中可能存在的硅微粉、滑石粉、碳酸鈣、白炭黑等無機粉體。 如果用于耐火密封膠：如果用于耐火密封膠： 殘余的這些粉體幾乎無結(jié)構(gòu)強度，輕按即碎，導致煙霧和火焰擴散，造成人員及財產(chǎn)損失。 如果用于耐火電纜：如果用于耐火電纜： 這些殘余物經(jīng)常伴隨著裂紋和孔隙，極易擊穿。 酒精噴燈的火焰溫度 可達8001000左右 而只有形成而只有形成“堅硬而致密的陶瓷體堅硬而致密的陶瓷體”才達到上述的作用才達到上述的作用 和效果。和效果。 所以，在火災的溫度升高到在火災的溫度升高到600800以上時，應

11、考以上時，應考 慮耐火為主。慮耐火為主。此時，“提高結(jié)構(gòu)強度”、“防止開裂”、 “減少孔隙”、“提高抗擊穿強度”就成為了這個溫度 階段的重點。 怎樣獲得堅硬而致密的陶瓷體怎樣獲得堅硬而致密的陶瓷體 殘余的氧化鋁、氧化鎂、硅微粉、滑石粉、碳酸鈣、白炭黑等無機粉體的熔點 都很高，只有溫度升高到1500以上，才能慢慢燒結(jié)成陶瓷體，而火災的溫度 幾乎不可能達到。為了能在較低溫度下獲得“堅硬而致密的陶瓷體” 實現(xiàn)“ 低 溫燒結(jié)” 需要在膠料配方中加入助熔劑助熔劑（fluxing agent) ，降低形成陶瓷體的溫 度，達到“低溫陶瓷化”的作用和效果。 常用的助熔劑： 1.硼砂 2.硼酸鋅 3.陶瓷化硼酸

12、鋅 4.低熔點玻璃粉 5.氧化鋅日本專利 常用助熔劑的優(yōu)缺點對比常用助熔劑的優(yōu)缺點對比 1. 硼砂 硼砂即B2O3（熔點：743），但是B2O3不符合歐盟Reach指令，不能應用于復合高分子材料配方 當中。 2. 硼酸鋅【山東產(chǎn)】 高溫分解成 B2O3和ZnO，經(jīng)過多次試驗對比，配方中填充10%普通硼酸鋅幾乎對形成陶瓷體無明顯 幫助，馬弗爐中800燒1小時，殘余物強度非常低，輕按即成粉末。 3. 陶瓷化硼酸鋅【上海產(chǎn)】 陶瓷化硼酸鋅（玻璃化溫度：600650），配方中填充10%陶瓷化硼酸鋅可有效幫助形成陶瓷體 ，馬弗爐中800燒1小時，殘余物強度非常高，形成的陶瓷體按不碎。 4. 低熔點玻璃粉

13、【廣東產(chǎn)】 破碎低熔點玻璃粉（玻璃化溫度：450600）呈不規(guī)則形狀，吸油值高，增稠性強，填充10% 粘 度明顯偏高，加工性能下降，但也可有效幫助形成陶瓷體，馬弗爐中800燒1小時，殘余物強度也 很高，形成的陶瓷體按不碎。 但是，破碎玻璃粉對人體傷害非常明顯，可能導致矽塵肺和皮膚發(fā)癢等不適癥狀。而且，低熔點玻璃粉常含有鉛，不 符合Reach指令，而無鉛低熔點玻璃粉價格奇高，不適合用于阻燃耐火高分子材料配方中。 PS：市場中有公司使用結(jié)晶硅微粉或熔融硅微粉冒充玻璃粉銷售，而這些硅微粉熔點在1700以上根本對形成陶瓷 體沒有一點幫助，請各位工程師注意甄別，切莫上當。 300600300600時時

14、硼酸鋅的作用硼酸鋅的作用 300600時硼酸鋅的作用： （1）300以上釋放出結(jié)晶水：吸熱冷卻、稀釋煙霧； （2）吸收含有鹵素的毒煙：抑煙、提高能見度、防止中毒； 作用機理： 2ZnO3B2O3 3.5H2O +22RX2ZnX2 + 6BX3 + 11R2O +3.5H2O 鹵化鋅 ZnX2 沸點很高，是固體物質(zhì)，可覆蓋于可燃燒物 質(zhì)表面隔絕空氣， 抑制可燃性氣體產(chǎn)生 ，同時也阻止 了氧化和熱的作用。 抑煙 + 阻燃協(xié)效 600600以上時陶瓷化硼酸鋅的作用以上時陶瓷化硼酸鋅的作用 PS: 經(jīng)試驗證明，普通硼酸鋅在溫度達到600800時分解成 B2O3和ZnO， 是松散的白色粉末，不能低溫玻

15、璃化，不能起到與陶瓷化硼酸鋅相同的作用。 提高提高CTICTI指數(shù)指數(shù) 耐漏電痕跡性，一般用相比起痕指數(shù)（Comparative Tracking Index ，簡稱CTI） 來表示。IEC 112 標準中的對CTI 指標的定義是：在實驗過程中，材料受到50 滴 電解液（一般為0.1%的氯化銨水溶液）而沒有出現(xiàn)漏電痕跡現(xiàn)象的最大電壓值 （一般以伏表示）。 助熔劑橫向?qū)Ρ戎蹌M向?qū)Ρ?序號序號項目項目普通硼酸鋅普通硼酸鋅陶瓷化硼酸鋅陶瓷化硼酸鋅低熔點玻璃粉低熔點玻璃粉 1晶體形狀菱形方塊橄欖球形不規(guī)則針狀 2玻璃化溫度/-600650450600 3燒結(jié)性（800*1h）白色粉末燒結(jié)成陶瓷體燒結(jié)成陶瓷體 4增稠性居中低增稠高增稠 陶瓷化硼酸鋅陶瓷化硼酸鋅普通硼酸鋅低熔點玻璃粉 SEM 普通阻燃硅膠普通阻燃硅膠 VS VS 耐火硅膠耐火硅膠 只添加70%氫氧化鋁（ATH） 800 x3h 無法陶瓷化，輕按即碎，無結(jié)構(gòu)強度 20%陶瓷化硼酸鋅+50%氫氧化鋁（ATH） 80