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中国保温防水展

增强法制观念 突破技术瓶颈 迎接聚氨酯材料发展新机遇

2015-05-22

党的十八届四中全会审议通过的《中共中央关于全面推进依法治国若干重大问题的决定》》,作出我国依法治国总布局,这对治理我国反映强烈的建筑保温材料领域有法不依突出矛盾有里程碑的指导意义。最近我国公安部、住建部就建筑保温材料燃烧性能相继制定了两个必须执行的两个强制性标准,即(GB8624-2012)《建筑材料及制品燃烧性能分级》(以下简称“新国标”)、(GB 50016-2014)《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)标准,这是我国建筑保温材料实施政府执法的重要举措,全国各地正在坚决贯彻执行。

中国聚氨酯保温材料行业面临这个关键时刻,企业能否与时俱进,迎接时代新挑战和抓住开发新机遇,将直接关系到企业生存和发展的命运。现就如何以国家强制执行的新国标开发聚氨酯难燃B1级保温材料的若干问题提出我们一些看法和建议。国家标准出台的生命力在于实施两个强制性标准是政府执法的重要依据。

2011年,国务院发布国发[2011]46号文《国务院关于加强和改进消防工作的意见》,其中就建筑保温材料燃烧性能明确要求“新建、改建、扩建工程的外保温材料一律不得使用易燃材料,严格限制使用可燃材料”。公安部、住建部根据国务院46号文精神,参照欧盟国际标准和中国国情,对建筑保温材料燃烧性能原有的标准和建筑设计防火规范作了修改,现已正式出台2个强制标准。

强制执行标准之一GB8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》,已于2014年10月1日起正式执行。新国标的第4章《燃烧性能等级》、第5章《燃烧性能等级判据》、第6.1章《燃烧性能等级标识》为强制执行标准,其中建筑材料“墙面保温材料泡沫塑料”的核心技术要素是以“燃烧增长速率指数(F/GRA)W/S)、600s内总热释放量(THR600S),M)”等9个高科技测验项目进行燃烧性能等级和分级判据,同时还要满足B1級氧指数值OI≥30%;B2級氧指数值OI≥26%要求。国务院46号文称之为“外保温材料”,即是新国标所指的“墙面保温材料泡沫塑料”,它是匀质的芯材制品(又称泡沫塑料裸板)。如果研制的是无机有机复合材料,按执法要求,除整个复合材料测试要达标外,复合材料里面的芯材也要达标,只有两者均达标,才称之为新国标难燃B1级保温材料。

强制执行标准之二是(GB 50016-2014)《建筑设计防火规范》,现已公布,它于2015年5月1日起正式实施。建筑设计防火规范中涉及到建筑保温和外墙装饰材料的强制性条文有“内、外保温系统,宜采用燃烧性能为A级的保温材料,不宜采用B2级保温材料,严禁采用B3级保温材料”。《建筑设计防火规范》按新国标规范设计,其中住宅建筑防火规范设计:在建筑高度大于100m时,保温材料的燃烧性能应为A级;建筑高度大于27m,但不大于100m时,保温材料的燃烧性能不应低于B1 级;建筑高度不大于27m时,保温材料的燃烧性能不应低于B2级。任何违反新国标燃烧性能等级和分级判据的建筑设计将是违法的。

最近公安部消防局与住建部标准定额司已联合召开国家标准《建筑设计防火规范》的宣贯会,坚决要在全国贯彻执行。

最近我们也注意到推荐性的GB/T 29416-2012《建筑外墙外保温系统的防火性能试验方法》标准亦与上述国家强制执行标准同时出台,我们将它简称为外墙外保温系统模型火试验。这是参照英国DS8414-1:2002和LPS1581第二版2012:标准版制定。我们认为,外墙外保温系统进行防火性能模型火试验时,其要达到新国标B1级标准,其试验选用保温材料的燃烧性能一定要依法按照(GB8624-2012)《建筑材料及制品燃烧性能分级》和(GB 50016-2014)《建筑设计防火规范》两个强制性标准执行。如果模型火试验可以不执行国家强制性标准而选用不合格的B2级或B3级材料作芯材通过试验,将会出现执法的双重标准,给全国贯彻执行带来困境。

目前研发中存在的问题

有人提出,聚氨酯保温材料之所以难达新国标,关键是新国标B1级设定氧指数值OI≥30%的标准不合理,聚氨酯做不到。他们指出,聚氨酯氧指数值只要达到28就可以了,没有必要追求30%。理由依据是西方国家没有强调氧指数,认为热固性聚氨酯B2级的综合性能要比B1级好,为什么中国B2级不可替代B1级。

我们认为,西方国家对材料防火级别要求没有中国高,这是西方国家的国情。而中国国情是人口多,建筑密集,尤其在人口密集、公共建筑密集、高层建筑密集、超高层建筑成堆的大中城市,任何降低材料防火级别标准都会带来难以估量的重大灾害和后果,中国许多惨重建筑火灾案例已经有了铁的事实佐证。所以,中国的防火级别要比西方国家高一个等级,聚氨酯保温材料防火级别要向B1级靠拢,是符合中国国情,新的《建筑设计防火规范》也是以中国国情的新国标进行建筑设计。

原来认为国内企业的聚氨酯氧指数值达不到的担心问题,已有企业突破。如添加膨胀石墨,可达到氧指数值OI≥32%;有机无机协同阻燃聚氨酯异氰酸酯泡沫保温材料氧指数值OI可达到80;本团队的无机改性聚氨酯高分子新材料氧指数值是≥35%。我们认为,氧指数不是聚氨酯达不到新国标的主要原因,更重要的许多企业研制的保温材料是“燃烧增长速率指数”等综合核心技术过不了关。

但是,有的企业却很轻浮地认为提升氧指数很容易,小菜一碟,只要在聚氨酯中多添加阻燃剂就能轻松过关。有的企业轻信,盲目跟进,结果吃足苦头。过多添加阻燃剂,不仅难以达到新国标,还陡增材料成本,造成聚氨酯材料反应不完全,大大降低材料物理性能,产品上墙不久变形、收缩、开裂、脱落,遇到高温火灾时,热释放量大增,烟毒气喷发,它已异化为不受欢迎的保温材料了。

聚氨酯难以通过新国标的核心技术瓶颈问题

新国标“燃烧增长速率指数”是难燃B1级能否达标的核心问题,也是当前聚氨酯几乎没有企业通过检测的关键技术瓶颈问题。

我们经过30多年的研究和科技攻关,最近重点攻关研究新国标“燃烧增长速率指数”这一核心技术瓶颈问题。新国标B1级燃烧增长速率指数(F/GRA)W/S)达标是≤250W/S,而国内企业聚氨酯板材检测一般是在300――900W/S之间徘徊,达不到新国标,也看不到真正达标的工业化产品进入市场。

现在很多企业的聚氨酯核心技术难以突破很焦急。现状是不少中小企业走复合制品道路,通过隐蔽芯材的可燃或易燃问题,在泡沫外涂上无机材料,取得复合B1级报告证书;大型企业走的是模型火试验。认为防火等级不能代表真实情况,要淡化,在模型火试验中没有必要刻意追求保温材料燃烧性能级别,即使保温材料是可燃、易燃材料,加上防火隔离带,只要试验中不燃烧就能通过。有的企业按此“捷径”,不愿再去研发B1级的保温材料,国家严禁的易燃材料或严格限止的可燃材料可以变通“合法”上市了。

公安部天津消防研究所领导告诉本团队,新出台的《建筑设计防火规范》,不管材料是单一材料还是复合材料,建筑防火设计只对保温材料的燃烧性能作要求。这就是说,今后国内各建筑设计部门是以防火规范的新国标燃烧性能等级选用保温材料。新国标燃烧性能等级分为不燃A级、难燃B1级、可燃B2级、易燃B3级等4个等级,等级标准判据和标识经纬分明,不可能有B2级比B1级好的双重标准。

新国标强调要以“墙面保温材料泡沫塑料”(芯材)来检测,新国标和建筑防火设计规范的权威性是毋庸讳言。辽宁省公安厅、住房和城乡建设厅已发布《辽通[2014]234号文〈民用建筑外墙外保温系统防火暂行规定〉》,难燃B1级保温材料明确一定要采用热固性B1级保温材料。北京老旧小区改造,已将复合的、不达新国标B1聚氨酯保温材料全部清除出北京市场。

团队的一个难燃技术路线和3个创新理论

本团队积30余年聚氨酯研究经验,将聚氨酯有机高分子材料由易燃改性为难燃材料的研发中,创新了一个难燃技术路线和三个创新理论。

难燃化技术路线:以当代最佳节能保温材料聚氨酯为突破口,瞄准聚氨酯材料耐火等级低、烟雾大、毒性高的世界性三大难题,通过自主科技创新的无卤化、结碳膨胀型难燃化技术路线,在易燃聚氨酯的氨基甲酸酯分子结构中,引入难燃、耐温、低发烟、低毒性的环状结构化合物(异氰脲酸环、哑唑烷酮、芳香族环、碳化亚二胺键),使该材料具有高效碳化功能,材料表面遇高温火攻击时,顷刻形成具有焦碳皮结构的发泡阻隔层(碳化层),此阻隔层高效阻断火焰的蔓延和烟雾和毒气的释放,即使温度高达400℃,仍几乎无挥发物逸出,起到了在火灾发生时的真正防火功能。

碳化层理论:聚氨酯是具有碳化功能的热固性材料。但未经材料分子结构改性前,材料在高温火攻击下,并不能阻火,其碳化功能微乎其微,仍是易燃、可燃材料。现团队摒弃传统的多添加阻燃剂的技术老路,通过聚氨酯材料分子结构改性,一旦遇高温火攻击时,材料表面瞬间形成高强度的碳化保护层,保护墙体保温材料不被烧蚀、烧穿,阻遏烟毒气体释放。

火灾性能理论:主要是总结了我国近期在建的和已建成建筑会屡屡发生火灾,为何一夥高温火星就能烧毁在建的中央电视台北配楼和已建成多年的沈阳皇朝万鑫大厦,为何上海胶州路教师公寓加固保温板会发生火灾轰燃,至58人葬身火海?通过大量的研发和验证,原来宣称都已用上有合格证书的保温材料,均是没有经过火灾性能验证的材料。原来所谓的合格材料,大都是中小型测试条件下的测试报告。现在我们强调,不仅要取得材料燃烧性能级别的报告,还要在接近真实火灾场景中验证“火灾性能”,这样才有接近真实火灾情景的科学的燃烧性能数据。

无机有机杂化反应理论:专家团队通过无机纳米材料和有机改性聚氨酯的“杂化鍵”反应制成可抗辐射、反射隔热的耐高温、耐烧蚀材料。该理论颠覆了传统的聚氨酯单纯保温隔热的研究方向,创新无机有机杂化反应,使聚氨酯具有保温隔热、反射隔热和抗辐射隔热三重功能。该理论将我国聚氨酯保温防火材料的研究、开发和应用水平推向世界新的高度。

无机改性聚氨酯高分子材料的新功能

无机改性聚氨酯高分子新材料是以“无机有机杂化反应理论”为指导,以热固性聚氨酯碳化层为性能,以聚氨酯材料分子结构改性为基础,采用无机的纳米颗粒或纳米粉末等主要成份,并依据美国太空飞船应用无机陶瓷微珠的原理,通过高科技核心技术的工艺,无机纳米材料与分子结构改性的聚氨酯进行杂化键反应,生成新型无机改性聚氨酯高分子新材料。目前团队已相继研发了FRP-1、FRP-2、FRP-3三种型号的无机改性聚氨酯高分子新材料。

现今研发的无机改性聚氨酯高分子新材料也就是国务院[2012]28文《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中要开发的国家战略新兴产业的“无机改性高分子材料”。

无机改性聚氨酯高分子新材料有如下新功能:

1、具有保温隔热、反射隔热和抗辐射隔热三重功能;

2、较低的导热系数和较高的热阻,有很好的耐候性,能避免传统有机保温材料在热应力变化而引起墙面开裂、变形的顽症;

3、一旦发生高温火灾时,材料表面受火攻击会瞬间形成碳化层,可在火灾中保护材料不熔化、不流淌,抵御制品燃烧的蔓延和焰火的贯穿,防止建筑火灾发生轰燃;

4、性价比高。现今国内的聚氨酯产品成本价远远高于聚苯板,聚氨酯处于价格竞争的劣势,制约了聚氨酯市场的拓展。现今无机改性聚氨酯高分子新材料,已经通过对选用材料的革故鼎新改造,不仅拓展了新功能,还将置备成本价降下来,缩短了与聚苯板价格竞争的差距;

5、火灾中有防轰燃功能。建筑火灾能否防轰燃一直是消防科学重点研究的焦点之一,也是所有保温材料能否达到难燃B1级的试金石。建筑火灾发生轰燃是致命的灾难,而建筑保温材料的不同燃烧性能等级与对应实体火灾发生轰燃概率关系密切,具体见如下对比表:

新国标燃烧性能等级与参考火灾场景的对比关系

从上表可见,新国标B1级燃烧性能对应实体火灾不轰燃,而B2、B3级会燃烧、轰燃。

聚苯板是热塑性材料,其结构特性是在火的攻击下,表面会高速吸收热量,在检测的节点时,它已没有多少热量被检出,可轻而易举地获得难燃B1等级的数据。但它的致命弱点没有碳化层的护卫,遇火超过75 ℃就开始融化、滴落,滴落物会随烈火持续燃烧、爆裂、轰燃、塌陷,并产生大量烟毒气体。

无机改性聚氨酯高分子新材料则是从材料的源头上治本,它通过了新国标“燃烧增长速率指数”的检测。如2012年10月29日送公安部国家防火建筑材料质量监督检验中心检测的产品型号为《JHFRP-1的阻燃聚氨酯泡沫》,检测结论:按GB8624-2006判别,该制品燃烧性能达到C级(相当2012版新国标的B1级)其中关键的燃烧增长速率指数(F/GRA)W/S)标准要求≤250,我们的结果是94。600S内总热释放量(THR600S),MJ,标准要求≤15,我们的结果是2.1。另方面,聚氨酯难燃B1级氧指数指数达32,最高的为35,它对应实体火灾,基本上可防止燃烧中的轰燃。

增强法制观念,共同开发聚氨酯新材料

公安部、住建部的两个强制执行(GB8624-2012)《建筑材料及制品燃烧性能分级》(简称“新国标”)、(GB 50016-2014)《建筑设计防火规范》已正式公布和执行,。我们要坚持要从材料科学的材料源头治理与建筑科学的防火构造紧密结合,重振旗鼓、开创我国聚氨酯保温材料发展新局面。

 

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