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      B1級阻燃外墻保溫擠塑板的生產工藝與適用的阻燃劑
      日期:2013年12月31日 訪問次數:

      XPS擠塑板是什么

      XPS擠塑板是應用最為廣泛的外墻保溫、冷庫隔熱材料,學名為聚苯乙烯絕熱保溫泡沫塑料。具有非常優異的低導熱系數,良好的抗壓縮性和優良的施工性能。作為外墻與屋頂、地暖、冷庫等隔熱與保溫材料其具有難以取代的優勢。

       

      XPS的原料采用的是聚苯乙烯(GPS),并采用了擠出發泡的生產工藝成為細密的泡孔狀結構發泡體。眾所周知,PS是一種易燃材料,氧指數非常低(僅為18),在空氣中引燃后不能自熄而且火勢會越燃越大,燃燒增長指數非常高。

       

      建筑外墻保溫對XPS擠塑板的防火阻燃等級要求

      建筑保溫等材料使用的XPS為了控制其易燃性通常采用的方法是添加阻燃劑,添加阻燃劑并經熔融共混后生產的XPS可以成為阻燃性XPS擠塑板,對火災的抵御非常明顯,顯著降低或防止火災的發生。

      GB 8624-2006規定的B級阻燃材料需具備如下阻燃要求:

       

      等級

      試驗標準

      分級判據

      附加分級

       

      B

      GB/T 20284 且

       

      FIGRA≤120 W/s 且

      LFS<試樣邊緣且

      THR600s ≤7.5 MJ

       

      產煙量e 且

      燃燒滴落物/微粒f

       

      GB/T 8626 h

      點火時間=30 s 且

       

      60 s 內Fs≤150 mm

       

      GB/T 20285

       

       

      產煙毒性i

       

      2011.3.15晚會報道擠塑板不阻燃的問題后,7月份公安部、建設部聯合出臺最新外墻外保溫及裝飾防火規定(征求意見稿),明確提出60米以下的建筑保溫必須采用B1級(大約等同GB 8624-2006的B級阻燃等級)以上阻燃等級的保溫材料,這就為擠塑板生產廠家和施工方提出了更加明確也更加苛刻的防火阻燃材料要求。

       

      擠塑板阻燃劑種類與特點

      擠塑板常用的阻燃劑包括溴系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮磷系阻燃劑、無機金屬鹽阻燃劑等,按形態分目前常用的有固態阻燃劑、液體阻燃劑、粉末狀固體阻燃劑、顆粒型固態阻燃劑等。

      不同的阻燃劑具有不同的物理和化學特性,所以對被阻燃材料和添加后的生產工藝要求也不盡相同,一般來說固態阻燃劑大多數是添加型阻燃劑,生產過程中直接與所需阻燃的材料混合均勻熔融擠出即可,一般對材料的性能影響比較小,而且生產工藝比較簡單實用。而液體阻燃劑主要屬于噴涂和反應型阻燃劑,噴涂型阻燃劑比較適合紙張、窗簾、帳篷等面積大、體積小而且即時阻燃即可的材料。反應型阻燃劑很難通過傳統的添加方法實現,而且對材料性能破壞有時候難以估量,所以很少有末端用戶應用。

       

      目前我國XPS擠塑板阻燃劑應用最為廣泛的是HBCD,六溴環十二烷,這種阻燃劑具有比較適中的熔融溫度,溴含量也比較高,阻燃效率尚可,使用成本較低,方法比較簡單,所以很受市場歡迎。HBCD合成的過程中會產生三種異構體,α-, β-和γ,α占的越多HBCD的熔點和分解溫度則會越高,反之則越低,但是α含量高勢必造成HBCD的成本上升,原因是阻燃劑的產率非常低,而且工藝非常難控制。所以我國目前鮮有生產高熔點HBCD的廠家。

       

      遺憾的是HBCD的分解溫度恰恰在180℃-240℃,α含量越高分解溫度也隨著增高。擠塑板的生產加工溫度一般在200 ℃以上,理想的溫度應該在220 ℃以上,只有這樣的高溫才能保證PS塑料的充分融化,XPS擠塑板的容重和壓縮強度達到理想的指標。阻燃劑的分解溫度低于擠塑板的加工溫度勢必造成阻燃劑大量分解,分解后產生的強酸不但腐蝕生產設備而且會使得塑料降解,降低XPS擠塑板的分子量,力學性能直線下降,這也許是阻燃XPS回收困難的重要因素。同時阻燃劑的分解也會造成自身阻燃效能的下降,而為了達到阻燃性不得不采用變態的超常規添加阻燃劑的辦法,造成浪費和環境的破壞。

       

      為了減少阻燃劑的分解損失,一些廠家采用了降低加工溫度,超低溫生產阻燃XPS擠塑板的辦法。這種方法雖然受到一定的效果,但是并沒用從根本上解決問題,而且容易造成設備的磨損快、板子容重高、保溫系數下降。也不利于擠塑板行業的健康發展。

       

      擠塑板的原料種類與加工的特點

      XPS的原料市場目前主要分兩種:一種是石化廠生產的透苯,GPS,通用聚苯乙烯或XPS專用聚苯乙烯等,還有一種是目前使用比較廣泛的回收PS顆粒,這些回收PS顆粒大多數是回收了電子產品包裝、EPS下腳料、PS廢棄注塑件等材料,(從環保的角度講我認為回收顆粒不但不會造成環境的破壞反而有利于環境的保護和資源的可持續發展利用。如果合理指導回收顆粒行業的發展便是一種化廢為寶的好辦法,因為這些廢棄物如果直接被燃燒不但失去了其仍具利用的價值而且對環境有不利的影響,不燃燒則形成白色垃圾的污染。合理的循環回收再利用起碼延長了材料的生命,降低了對石油等資源的依賴程度)從加工的性能來看,全新料的加工性能要求較低,產品質量比較穩定,但加工溫度比較高,一般PS的徹底熔融溫度不應該低于220 ℃,最好在240 ℃以上,PS是無定形高結晶物質,從初融到完全塑化的過程比較長、溫區比較寬,但過低的生產加工溫度并不能保證其完全熔化,如果未熔的顆粒存在XPS中會形成大體積結晶點,直接造成XPS擠塑板的應力集中,從而影響材料的壓縮和拉伸性能,也可能造成擠塑板的尺寸穩定性較差(板材忽寬忽窄,忽薄忽厚)?;厥盏腜S顆粒由于分子量存在一定的降解,加工溫度一般低于全新料,但是成型穩定性較差,發泡的倍率和泡孔的結構不容易控制,而且阻燃的難度較大。

       

      生產阻燃XPS擠塑板需要的條件

      阻燃XPS的生產成敗至少取決于如下幾方面:

      1.XPS擠塑板的原料

      2.XPS擠塑板所使用的阻燃劑

      3.擠塑板生產設備與生產工藝控制

      4.擠塑板的形態與結構

      5.輔助助劑使用是否得當。

       

      生產阻燃XPS擠塑板使用的原料與加工特點

       

      1.全新料,即GPS,先說阻燃擠塑板使用的原料,全新料一般被認為是比較容易被幾乎所有阻燃劑阻燃的最佳材料,因為這種材料成分單一,成型均勻、泡孔細密,正好適合阻燃劑阻燃效能的發揮。但是對于生產企業來說新料價位比較高,阻燃的XPS價位也勢必高,市場接受可能有難度。另外PS的加工溫度一般不應該低于220 ℃,最好在240 ℃,這樣才能保證塑料的充分熔融,板材的密度、性能、絕熱系數和成本達到最佳,是擠塑板的合理加工溫度,但是對于阻燃XPS來說,尤其是B1級防火阻燃XPS擠塑板,阻燃劑添加量相對比較大,如果選擇耐加工溫度較低的阻燃劑肯定會大量分解,阻燃劑的分解一方法會降解PS,降低樹脂分子量,造成力學性能的降低(壓縮強度上不去、板材發脆、不耐刮痕等)。另一方面分解的阻燃劑會釋放出大量的HBr,這種與HCl具有類似腐蝕性的氣體對設備螺桿和機器筒體的金屬部位傷害非常大,會造成螺桿短時間報廢,為擠塑板增加了無形的成本,可能得不償失。同時為了生產合格的阻燃擠塑板有些廠家不得不采取超低溫加工的方法,降低機器的加工溫度為了不使得阻燃劑分解,這種方法往往造成設備的自摩擦升溫劇烈、塑料熔融不充分、成型不好、導熱系數低、板材容重大、螺桿磨損快的結果,也屬于一種無奈而不理性的方法,長期來看效果并不好。

      2.二次料,即回收PS顆粒,一般來說,回收過程處理比較得當、沒有摻入其它品種塑料和無機物,外觀透明發亮、落地清脆有響的顆粒比較容易被阻燃劑阻燃。而手感發肉、落地無聲或不夠清脆的顆粒則阻燃難度較大。改苯中通常摻雜了難以說明的其它物質,所以在阻燃擠塑板的生產過程中一般被認為是大忌的塑料,會顯著降低阻燃效果,增加阻燃劑的用量。市場常見的所謂大白、中白一般是比較好的回收塑料,茶料屬于中等的XPS回收料,而彩苯、改苯則從發泡的效果和板材的性能以及阻燃的難易度來說都是比較差的回收顆粒。適當采用成色較好的回收料并輔之以適當的原料,添加一定量的耐高溫不分解的阻燃劑生產阻燃XPS擠塑板不失為一個兼顧性能與成本的好辦法。

       

      擠塑板阻燃劑的特點與選擇要領

      擠塑板阻燃劑,HBCD是一種傳統的擠塑板阻燃劑,其特點前面已經簡單闡述,HBCD由于生產技術與工藝的差別,品質和阻燃的效果、效率也會差別非常大,分解溫度也各不相同。即使高熔點包覆型HBCD也很難說加工過程不產生分解,所以首先分解溫度低是HBCD在生產阻燃擠塑板時難以逾越的障礙。另外,HBCD屬于溴系脂環族阻燃劑,通過捕獲游離的自由基來達到阻燃的目的,這種效應必須即時、即刻,發生的時機要適合阻燃劑。這種效應的形成機制很脆弱,輕微的變化變化導致失敗,因而也會造成擠塑板阻燃效果的不穩定,這或許便是擠塑板阻燃效果不穩定、難阻燃的一個重要因素,看來阻燃劑自身的性能問題是不可小覷的。

      另外還有許多阻燃劑可用于擠塑板的阻燃,隨著一些新材料新技術的不斷提高,原來被認為加工性能差、阻燃效能低的阻燃劑通過不斷的改進各方面性能有了大幅度提高,能夠適宜現代阻燃的需求。例如我公司根據市場實際需求和加工特點開發的新型擠塑板阻燃劑3401、3302等都在阻燃的機理和形態上突破以往的慣性思維,阻燃效率、阻燃效果都有了革命性的提升,而且這些阻燃劑分解溫度非常高、加工時根本不會釋放腐蝕性氣體,阻燃域寬泛,可適用于回收級原料的XPS擠塑板阻燃,阻燃效果穩定持久,不容易造成阻燃擠塑板生產失敗??芍^廣譜高效型擠塑板阻燃劑。

       

      生產擠塑板的設備與生產工藝的控制

      擠塑板生產設備目前大多采用單-單雙階擠出機或雙-單雙階擠出機,這種機器第一階擠出機主要用于原料的熔融、助劑的分散等程序,而第二階則側重與發泡后的板材定型降溫過程,輔之以磨具便可生產出各種寬度和厚度的擠塑板。因為擠出機的生產廠家不同,所以生產的擠塑板的質量和對工藝的要求也不盡相同。尤其阻燃性擠塑板的生產,涉及原料、溫度、定型、產能等多方面因素,所以生產的難度比較大,一般來說通過添加阻燃劑與塑料顆?;旌系霓k法作為原料即可生產阻燃XPS,但是有些機器螺桿的設計間隙、螺紋的角度、筒體的氣密性、塑化的程度、升降溫效率等存在一些不適宜阻燃劑添加的可能,所以生產阻燃擠塑板的難度比較大。尤其是采用耐溫效果差的阻燃劑,難度會更大。但是耐高溫加工的阻燃劑一般不存在這些問題,對溫度的控制要求也不是那么嚴格,可適宜大多數設備的加工。

       

      擠塑板泡孔結構等對阻燃性的影響和阻燃劑阻燃效率的發揮

      擠塑板是一種細密的充滿泡孔的發泡體塑料,這些密閉的泡孔里面勢必會裹覆一些氣體,這些氣體的成分對阻燃性多少也有些影響,阻燃劑被添加到擠塑板原料中經過熔融塑化基本在XPS中密布分散,擠塑板被引燃時需要有氧氣的參與才能發生燃燒,這些閉孔中的氣體如果是空氣則屬于常態下燃燒,這時是阻燃劑真實的阻燃效果,如果閉孔中封閉的是氟氯昂等阻燃性氣體則為阻燃氣體太下燃燒,由于有機物周圍不能完全接觸到助燃的氧氣,可能有效的幫助阻燃劑阻燃,因為這種燃燒本身并不十分劇烈,阻燃劑的負擔被減輕。CO2發泡的擠塑板由于CO2是不支持燃燒的氣體,也具有類似的效果。還有被分解的阻燃劑釋放的HBr也會作為一種氣體附著在閉孔內。但是這種閉孔封氣效應并不是一種永恒的效應,隨著時間的增長和環境的變化,閉孔中遲早會被空氣占領,所以,人們有時會發現阻燃擠塑板很短的時間內會在自然的環境下降低或喪失阻燃性大多與此有關。

      在上述效應中HBr存在于閉孔中的短暫效應是最容易造成阻燃的假象存在。因為HBr的阻燃性要遠遠大于其它所述的各種氣體。

      細密均勻的泡孔結構也比較有利于阻燃劑阻燃效率的發揮,細密的泡孔自然封閉的氣體較少,而且增加了阻燃劑的單位體積分布,有利于阻燃劑的抱團作戰,阻燃效率更容易得以發揮。而泡孔結構不夠均勻的發泡體一則很容易溢出內部氣體形成空氣閉孔,另外阻燃劑的分布也不如均勻細密的泡孔結構。所以阻燃的難度相對大。

       

      阻燃擠塑板其它助劑的說法

      擠塑板生產時常常添加除阻燃劑外的如色母粒、成核劑、潤滑劑等助劑,色母粒是一種采用色粉經樹脂為載體捏合的顆粒狀著色添加劑,如果色母粒的載體選擇不恰當,對阻燃劑的效果也會生產一定影響,可惜的是這種趨勢是向著不利的方向。成核劑是擠塑板生產必須添加的助劑,關于成核劑的粒徑大小,成分含量有大量的專注論述,但可以說明的是不是所有的滑石粉都適合發泡,尤其滑石粉以假充真的市場現狀可能會成為導致阻燃XPS擠塑板生產失敗的一個因素。

       

      總之關于阻燃XPS擠塑板怎樣生產的論述各大門派各有千秋,我公司的淺薄論述但愿能起到拋磚引玉之功效。根據當前外墻保溫現狀,我國勢必采用難燃性B1級阻燃防火擠塑板作為外墻保溫的入門要求。以往拼關系、搞權術的市場或許會消失或漸漸消失,阻燃擠塑板作為外墻保溫的當前最佳材料從今要靠企業的硬實力,不能有效的掌握B1級阻燃擠塑板的生產技術可能對擠塑板生產企業來說會成為一個心痛,希望企業能在技術、品質上下足功夫生產出不再火災頻繁發生的阻燃擠塑板。我們作為一家擠塑板阻燃劑生產廠家也愿意盡力為我國外墻保溫防火做出微薄貢獻。


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