阻尼材料防火性能試驗(yàn)研究

阻尼材料防火性能試驗(yàn)研究

0非織造材料的分類及特性船舶振動(dòng)和噪聲環(huán)境的長(zhǎng)期影響不僅會(huì)影響船舶人員的身心健康，還會(huì)因長(zhǎng)期振動(dòng)而破壞船舶結(jié)構(gòu)設(shè)備的有效控制振動(dòng)，從而降低噪音。主要振動(dòng)器的船體、基本組件和相關(guān)艙室中使用了大量的衰減材料。而根據(jù)IMO2012年通過(guò)的《船上等級(jí)噪聲規(guī)則》附錄3第1.4條的規(guī)定,采用噪聲控制措施時(shí),降噪材料的使用不應(yīng)引起火災(zāi)、安全或健康方面的危險(xiǎn)。因此,船用阻尼材料需要同時(shí)滿足一定的防火等級(jí)。國(guó)際海上人命安全公約(SOLAS公約)第II—2章將材料劃分為不燃性材料和可燃性材料。用于船舶“A”和“B”級(jí)耐火分隔的隔熱材料均需要為不燃材料;與隔熱物一起使用的防潮層和粘合劑,以及冷卻系統(tǒng)管系配件的隔熱物,不必為不燃材料,但應(yīng)保持在實(shí)際可行的最低數(shù)量,并且它們的外露表面應(yīng)具有低播焰性。外露表面使用的油漆、清漆和其他飾面涂料、甲板基層敷料應(yīng)不致產(chǎn)生過(guò)量的煙氣及毒性物質(zhì)。具體分類如圖1。船用阻尼材料屬于可燃材料范疇,按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)要求,需要滿足2010年國(guó)際耐火試驗(yàn)程序應(yīng)用規(guī)則(2010FTP規(guī)則)中表面可燃性以及煙密度和毒性的標(biāo)準(zhǔn)要求。阻尼材料的減振降噪性能主要取決于所選用的樹(shù)脂基料、功能填料以及改性的方法。目前主要有涂料類和橡膠類兩種形式(見(jiàn)圖2、3)。遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心作為第三方專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu),長(zhǎng)期以來(lái)按照IMOFTP規(guī)則對(duì)各類船用耐火材料和耐火結(jié)構(gòu)產(chǎn)品進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)耐火試驗(yàn)。本文統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)中心自2011年起至2016年中期對(duì)減振降噪材料進(jìn)行的所有有效的表面可燃性試驗(yàn)和材料煙氣和毒性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的研究,了解當(dāng)前國(guó)內(nèi)減振降噪材料在防火性能方面的現(xiàn)狀,探索不同試驗(yàn)因素對(duì)其對(duì)評(píng)判結(jié)果的影響。通過(guò)本文研究,為制定2010FTP規(guī)則對(duì)阻尼材料的耐火要求提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐,也可進(jìn)一步推動(dòng)減振降噪材料的實(shí)船應(yīng)用。2可燃油試驗(yàn)2.1低播火焰材料試驗(yàn)材料表面可燃性試驗(yàn)是對(duì)船舶結(jié)構(gòu)表面材料的阻燃性能的一種測(cè)試。按照2010FTP規(guī)則的規(guī)定,試驗(yàn)對(duì)象包括艙壁、墻和天花板襯板,地板覆蓋物,甲板基層敷料,可燃通風(fēng)導(dǎo)管,制冷系統(tǒng)隔熱層以及管道配件隔熱層一起使用的防潮層和粘合劑,“A”級(jí)、“B”級(jí)和“F”級(jí)分隔使用的粘合劑等產(chǎn)品。根據(jù)2010FTP規(guī)則附件1第5部分要求,對(duì)待測(cè)試樣進(jìn)行3次試驗(yàn),如果試樣的熄滅時(shí)臨界熱流、持續(xù)燃燒熱量、熱釋放總量和熱釋放速率峰值的平均值均滿足其表面可燃性衡準(zhǔn)要求,試驗(yàn)中試樣出現(xiàn)的非常規(guī)狀態(tài)結(jié)果合格,則試樣可視為符合SOLAS公約第II—2章要求的具有低播焰性的表面材料。根據(jù)目前標(biāo)準(zhǔn)和阻尼材料的使用要求,阻尼材料需要滿足艙壁、墻和天花板襯板或者地板覆蓋物相對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)要求。2.2不同試驗(yàn)衡準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響經(jīng)統(tǒng)計(jì),從2011年至今,遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心阻尼材料的表面可燃性試驗(yàn)一共進(jìn)行了26次,其中產(chǎn)品性能衡準(zhǔn)滿足表面可燃性衡準(zhǔn)要求的試驗(yàn)有18次。在這18次試驗(yàn)中,滿足艙壁、墻和天花板襯板表面材料衡準(zhǔn)要求的14次,不滿足艙壁、墻和天花板襯板表面材料衡準(zhǔn)要求但達(dá)到地板覆蓋物衡準(zhǔn)的4次,分布情況見(jiàn)表1所示。從表1中可以看出,在這些阻尼材料試驗(yàn)中,試樣包括兩類:一類是涂料類阻尼材料,共進(jìn)行了16個(gè)試驗(yàn),成功試驗(yàn)的次數(shù)為15次。其中滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)要求的10次,滿足地板覆蓋物衡準(zhǔn)的5次;一類是橡膠類阻尼材料,共進(jìn)行了10個(gè)試驗(yàn),成功試驗(yàn)的次數(shù)為5次。其中滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)要求的有2次,滿足地板覆蓋物衡準(zhǔn)要求的有3次。試驗(yàn)分布情況見(jiàn)圖4所示。從圖4中可以看出,涂料類阻尼材料表面可燃性試驗(yàn)的成功率較高,達(dá)到87%,滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例也較高,占56%;橡膠類阻尼材料的表面可燃性試驗(yàn)成功率較低,只有50%。其中滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例更低,只占17%。由于表面可燃性試驗(yàn)中艙壁、墻和天花板襯板的標(biāo)準(zhǔn)要求更高,且大部分阻尼材料在使用過(guò)程中需要滿足該標(biāo)準(zhǔn),因此滿足艙壁、墻和天花板襯板的標(biāo)準(zhǔn)要求成了阻尼材料表面燃燒性能評(píng)判的重要指標(biāo)。下面對(duì)未滿足該標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),分析不同試驗(yàn)衡準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,如表2和圖5所示。從表2和圖5中可以看出,對(duì)于阻尼材料表面可燃性試驗(yàn),導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果評(píng)判失敗的主要影響因素是熱釋放總量Qt,占總試驗(yàn)次數(shù)的80%,其次是臨界熄滅熱流CFE,占總試驗(yàn)次數(shù)的40%。持續(xù)燃燒熱量Qsb指標(biāo)較易滿足,沒(méi)有因Qsb產(chǎn)生的試驗(yàn)失敗情況。因此,對(duì)于提高試驗(yàn)成功率,滿足試驗(yàn)要求,研究降低熱釋放總量是一種重要手段。除了與材料本身的成分、配比、工藝等相關(guān)外,材料厚度與熱釋放總值具有重要影響。本文統(tǒng)計(jì)了涂料類和橡膠類試樣厚度與熱釋放總值的關(guān)系,如圖6所示。從圖6中可以看出,對(duì)于滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)(Qt≤0.7MJ)的涂料類試樣,試樣的厚度大多集中在厚度較小的0~5mm區(qū)間,試樣最大厚度達(dá)到20mm;對(duì)于Qt≤0.7MJ的橡膠類試樣,試樣的厚度均集中在2~3mm間,滿足衡準(zhǔn)的試樣最大厚度為3mm;對(duì)于不滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)(Qt>0.7MJ)的兩種試樣,試樣的熱釋放總值都有隨著試樣厚度增加而增加的趨勢(shì)。由此可以看出:對(duì)于涂料類的阻尼材料,滿足要求的試樣最大厚度能夠達(dá)到20mm,符合減震降噪的實(shí)際需求;而對(duì)于橡膠類的阻尼材料,滿足要求的試樣最大厚度僅有3mm,無(wú)法滿足減震降噪的實(shí)際需求。因此,建議生產(chǎn)商盡量研發(fā)涂料類的阻尼材料。3香煙密度和毒性試驗(yàn)3.1試樣的制備及測(cè)定材料煙氣和毒性試驗(yàn)適用于一種材料在溫度升高時(shí)不能產(chǎn)生過(guò)量煙氣和有毒產(chǎn)物或不致造成毒性危害的情況,包括用作艙壁、襯板和天花板表面的材料,用作甲板基層敷料的材料,用作地板覆蓋物的材料及塑料管。根據(jù)2010FTP規(guī)則附件1第2部分要求,試樣在3種不同的試驗(yàn)?zāi)Ｊ较逻M(jìn)行試驗(yàn),在每一試驗(yàn)?zāi)Ｊ较逻M(jìn)行3次試驗(yàn),測(cè)量并記錄試樣的平均光密度值(Dm)和毒性氣體濃度。若各指標(biāo)的平均值能滿足其煙密度和毒性衡準(zhǔn)要求,試驗(yàn)中試樣出現(xiàn)的非常規(guī)狀態(tài)結(jié)果合格,則試樣可視為符合SOLAS公約第II—2章要求的滿足煙密度和毒性的表面材料。另外,艙壁、墻和天花板襯板的煙密度和毒性衡準(zhǔn)高于其他材料的衡準(zhǔn)要求。3.2試驗(yàn)分布經(jīng)統(tǒng)計(jì),從2011年至今,遠(yuǎn)東防火試驗(yàn)中心阻尼材料的煙密度和毒性試驗(yàn)一共進(jìn)行了22次,其中產(chǎn)品性能衡準(zhǔn)滿足煙密度和毒性衡準(zhǔn)要求的試驗(yàn)有17次。在這17次試驗(yàn)中,滿足艙壁、墻和天花板襯板表面材料衡準(zhǔn)要求的共11次,不滿足艙壁、墻和天花板襯板表面材料衡準(zhǔn)要求但是達(dá)到地板覆蓋物衡準(zhǔn)的共6次,分布情況見(jiàn)表4。從表4可以看出,對(duì)涂料類阻尼材料共進(jìn)行了9個(gè)試驗(yàn),試驗(yàn)全部成功,其中滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)要求的有8次,滿足地板覆蓋物衡準(zhǔn)的有1次;橡膠類阻尼材料,共進(jìn)行了13個(gè)試驗(yàn),成功試驗(yàn)的次數(shù)為8次。其中滿足艙壁、墻和天花板襯板衡準(zhǔn)要求的有3次,滿足地板覆蓋物衡準(zhǔn)要求的有5次。試驗(yàn)分布情況見(jiàn)圖7所示。從圖7中可以看出,涂料類阻尼材料煙密度試驗(yàn)的成功率達(dá)到100%,滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例也較高,占67%,僅有一次未滿足要求;橡膠類阻尼材料的煙密度試驗(yàn)成功率相對(duì)較低,只有61%,其中滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例更低,只占23%。在所有阻尼材料煙密度試驗(yàn)中,出現(xiàn)失敗的次數(shù)為5次,且均出現(xiàn)在橡膠類阻尼材料試驗(yàn)中。針對(duì)橡膠類阻尼材料失敗的5次試驗(yàn)(對(duì)應(yīng)表3橡膠類編號(hào)1、5、7、9、10),本文對(duì)3種模式下的煙密度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,如表4所示。從表4中可以看出,所有失敗試驗(yàn)的煙密度均在模式3(即熱輻射為50kW/m為了研究材料厚度是否對(duì)煙密度有直接影響,本文統(tǒng)計(jì)了涂料類和橡膠類試樣厚度在不同模式下煙密度的關(guān)系,如圖8、9所示。從圖8、9中可以看出,圖中對(duì)應(yīng)厚度和煙密度的點(diǎn)分布散亂,未發(fā)現(xiàn)試樣厚度對(duì)煙密度有明顯的影響。因此,阻尼材料的煙密度更多取決于材料本身的性質(zhì),與材料厚度無(wú)明顯關(guān)系。由表3可以看出,對(duì)于毒性氣體濃度,只有3個(gè)試驗(yàn)氣體濃度超標(biāo),且均出現(xiàn)在煙密度試驗(yàn)失敗的試驗(yàn)中,絕大多數(shù)試樣的毒性氣體濃度能符合性能衡準(zhǔn)的要求。4試驗(yàn)成功率本文統(tǒng)計(jì)了試驗(yàn)中心自2011年至今的所有阻尼材料試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析表明:1)在表面可燃性試驗(yàn)及煙氣和毒性試驗(yàn)中,涂料類阻尼材料的成功率相對(duì)較高,滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例也較高;橡膠類阻尼材料試驗(yàn)成功率相對(duì)較低,其中滿足艙壁、墻和天花板襯板標(biāo)準(zhǔn)要求的比例也較低。2)在表面可燃性試驗(yàn)中,導(dǎo)致阻尼材料試驗(yàn)評(píng)判失敗的主要因素是熱釋放總量Qt,其次是臨界熄滅