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Fire-Retardant and Smoke-Suppressant Performance of an Intumescent Waterborne Amino-Resin Fire-Retardant Coating for Wood

膨胀型水性改性氨基树脂木材阻燃涂料的阻燃和抑烟性能


以聚乙酸乙烯酯树脂(PVAc)与脲醛树脂(UF)共混物为成膜物质,磷酸脒基脲(GUP)-聚磷酸铵(APP)-季戊四醇(PER)-三聚氰胺(MEL)为膨胀阻燃体系,制得膨胀型水性氨基树脂阻燃涂料?。利用锥型量热仪(CONE)分别对市售阻燃涂料(A)、自制阻燃涂料成膜树脂(B)、自制膨胀型阻燃涂料?涂敷的胶合板以及胶合板素板(S-JHB)进行系统测试和对比分析。结果表明:阻燃涂料C大幅度降低了胶合板的热释放速率(HRR)和总热释放量(THR),提高了残余物质量分数(Mass),显著延长了点燃时间(TTI),降低了CO释放速率(PCO)、烟释放速率(SPR)和总烟释放量(TSP),具有十分优秀的阻燃性能和抑烟性能并且明显优于商品涂料A。热重分析(TGA)结果显示:阻燃涂料C中成膜物质的热解过程由于膨胀阻燃体系的加入而变得缓慢,并且成炭效果显著。

An intumescent waterborne amino-resin fire-retardant coating for wood?was synthesized and its fire-retardant and smoke-suppressant properties were investigated. The main film-builder of C was urea-formaldehyde resin blended with polyvinyl acetate resin,and the intumescent fire-retardant system of C was guanylurea phosphate(GUP)-ammonium polyphosphate(APP)-pentaerythritol(PER)-melamine(MEL). The specimens of plywood painted respectively with a commercial intumescent fire-retardant coating(A), synthesized coating?,the main film-builder of coating C(B)and the unpainted plywood(S-JHB),were analyzed by cone calorimetry(CONE). The results showed that remarkably decreased heat release rate(HRR) and total heat release(THR),increased mass of residual char(Mass),markedly postponed time to ignition(TTI),reduced carbon monoxide production rate(PCO)and smoke production rate(SPR)and total smoke production(TSP)were observed in the CONE test of plywood painted with coating C. The overall fire-retardant and smoke-suppressant performance of the synthesized coating C was much better than that of the commercial coating A. The thermogravimetric analysis(TGA)results of coating C and its film-builder B indicated that the thermal degradation process of B was slowed down by the addition of the intumescent fire-retardant system and the charring of coating C was remarkable.


全 文 :第 wv卷 第 tu期
u s s z年 tu 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1wv o‘²1tu
⁄¨ ¦qou s s z
膨胀型水性改性氨基树脂木材阻燃涂料
的阻燃和抑烟性能 3
王奉强 张志军 王清文 唐家银
k东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室 哈尔滨 txsswsl
摘 要 } 以聚乙酸乙烯酯树脂k°∂ „¦l与脲醛树脂k˜ƒl共混物为成膜物质 o磷酸脒基脲kŠ˜°l p聚磷酸铵k„°°l p
季戊四醇k°∞• l p三聚氰胺k ∞l为膨胀阻燃体系 o制得膨胀型水性氨基树脂阻燃涂料k≤l ∀利用锥型量热仪
k≤’‘∞l分别对市售阻燃涂料k„l !自制阻燃涂料成膜树脂k…l !自制膨胀型阻燃涂料k≤l涂敷的胶合板以及胶合板
素板k≥ p ‹…l进行系统测试和对比分析 ∀结果表明 }阻燃涂料 ≤ 大幅度降低了胶合板的热释放速率k‹• • l和总热
释放量k׋• l o提高了残余物质量分数k¤¶¶l o显著延长了点燃时间k×׌l o降低了 ≤’ 释放速率k Π≤’ l !烟释放速率
k≥°• l和总烟释放量k×≥°l o具有十分优秀的阻燃性能和抑烟性能并且明显优于商品涂料 „ ∀热重分析k׊„l结果
显示 }阻燃涂料 ≤ 中成膜物质的热解过程由于膨胀阻燃体系的加入而变得缓慢 o并且成炭效果显著 ∀
关键词 } 水性木器涂料 ~膨胀型阻燃涂料 ~氨基树脂 ~锥形量热仪 ~热重分析 ~抑烟
中图分类号 }×±yvs1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kusszltu p sttz p sx
收稿日期 }ussz p s| p tv ∀
基金项目 }国家自然科学基金项目kvsvzttuzl和全国优秀博士论文作者专项资金项目kusswxzl ∀
3 王清文为通讯作者 ∀
Φιρε2Ρεταρδαντ ανδ Σµοκε2Συππρεσσαντ Περφορµανχε οφ αν Ιντυµεσχεντ
Ωατερβορνε Αµινο2Ρεσιν Φιρε2Ρεταρδαντ Χοατινγ φορ Ωοοδ
• ¤±ªƒ ±¨ª´¬¤±ª «¤±ª«¬­∏± • ¤±ª±¬±ªº¨ ± פ±ª¬¤¼¬±
k ΚεψΛαβορατορψοφ Βιο2Βασεδ ΜατεριαλΣχιενχε ανδ Τεχηνολογψοφ Μινιστρψοφ Εδυχατιον o Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβιν txsswsl
Αβστραχτ } „±¬±·∏°¨ ¶¦¨±·º¤·¨µ¥²µ±¨ ¤°¬±²2µ¨¶¬±©¬µ¨2µ¨·¤µ§¤±·¦²¤·¬±ª©²µº²²§k≤lº¤¶¶¼±·«¨¶¬½¨ §¤±§¬·¶©¬µ¨2µ¨·¤µ§¤±·¤±§
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¤±¤¯¼¶¬¶~¶°²®¨ ¶∏³³µ¨¶¶¬²±
几千年来 o木质材料以其独特的材料性能和优良的环境学特性被广泛用于人们的生产 !生活环境中 ∀然
而 o木质材料的可燃性十分明显 o从而带来了火灾隐患 o使人们的生命和财产受到威胁 ∀膨胀型阻燃涂料的
成膜物质由天然或人工合成的高分子聚合物组成 o再辅以酸源 !炭源和气源以及其他填料和助剂 o其涂敷于
材料表面 o受火时形成均匀而致密的蜂窝状炭层 o可起到有效的隔热作用 o涂层较薄即可满足阻燃要求 o也有
利于涂饰装修 ∀
研究阻燃涂料的阻燃性能和热解行为的手段有锥形量热仪k≤’‘∞l法k徐晓楠等 oussxl !热重分析k׊„l
法k¬°¨ ±¨ ½ ετ αλqoussyl !差热分析k⁄ׄl法 !差示扫描量热k⁄≥≤l法kŠ∏ ετ αλqousszl以及 ׊2⁄≥≤ !热重 p质
谱联用k׊2≥l !热重 p傅里叶红外变换光谱k׊2ƒ×Œ• lk李国新等 oussz ~Ž∏±½¨ ετ αλqoussul等 ∀利用 ≤’‘∞
模拟实际火灾 o综合表征阻燃涂料的阻燃性能和揭示阻燃机制逐渐被人们所认可 o并积极应用于材料的阻燃
防火研究中 ∀本文利用 ≤’‘∞对阻燃涂料的热释放速率k‹• • l !总热释放量k׋• l !残余物质量分数k¤¶¶l
和点燃时间k×׌l以及烟参数 ≤’释放速率k Π≤’l !烟释放速率k≥°• l和总烟释放量k×≥°l进行了系统分析 o对
阻燃和抑烟性能进行综合评价 ~利用热重分析法对自制膨胀型水性改性氨基树脂阻燃涂料的热解行为和成
炭作用进行了研究 ∀
t 材料与方法
111 试验原料
脲醛树脂k˜ƒl }哈尔滨邦德胶黏剂厂 ~聚乙酸乙烯酯树脂k°∂ „¦l }哈尔滨邦德胶黏剂厂 ~聚磷酸铵
k„°°l }聚合度  t xss o粒度  yss目 o长沙市鑫叶稀有化工原料商行 ~季戊四醇k°∞• l }天津石英钟厂霸州市
化工分厂 ~三聚氰胺k∞l }济南泰星精细化工有限公司 ~磷酸脒基脲kŠ˜°l }东北林业大学阻燃剂工程化
实验室工业化产品 ~涂料助剂 }市售 ~阻燃涂料 „ }市售 ~胶合板 }华泰木业有限公司 ∀
112 主要仪器与设备
‘⁄y型变频行星式球磨机 o南京南大天尊电子有限公司 ~标准型锥形量热仪k≤’‘∞l o英国 ƒ¬µ¨ × ¶¨·
× ¦¨«±²¯²ª¼ kƒ××l公司 ~°¼µ¬¶y热重分析仪 o美国 °¨ µ®¬± ∞¯ °¨ µ公司 ∀
113 试验材料的制备
水性阻燃涂料的制备工艺流程如下 ∀¤组分 }将聚磷酸铵 !磷酸脒基脲 !三聚氰胺 !季戊四醇和适量水经
研磨 !混匀 o然后过筛 ~¥组分 }将涂料助剂和适量水混合均匀 ~¦组分 }将填料和适量水混合均匀 ∀
将 ˜ƒ !°∂ „¦和适量水混匀后 o加入 ¤并搅匀 o然后将之加入到球磨机中进一步碎解 !分散均匀k约 t1x
«l o再加入 ¥和 ¦o混匀 !过筛 !罐装 o即得膨胀型水性阻燃涂料成品 ∀制备的膨胀型水性阻燃涂料中固形物
含量约为 vx h o其中成膜树脂k˜ƒ n °∂ „¦l含量为 xs h ∀
合成的阻燃涂料过筛后装入桶内 o进一步检测其细度 o并在放置至少 w{ «后将之涂敷k分 u次 o间隔至
少 uw «l于预处理好的胶合板上 o在kuv ? ul ε !相对湿度kxs ? xl h条件下调节 uw «以上 ∀
114 性能测试及表征
阻燃性能测试按照 Œ≥’ xyys p t标准 o辐射功率为 xs ®• #°pu o依当时试验条件相当于表面温度为
zuu ε ∀热重分析k׊„l按照 ts ε #°¬±pt的升温速度从 xs ε 升至 zzs ε ∀
u 结果与讨论
211 热释放速率(ΗΡ Ρ)
图 t 不同涂饰的胶合板 ‹• • 对比曲线
ƒ¬ªqt ≤∏µ√ ¶¨²© ‹• • ¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
热释放速率可以作为材料遇到火灾时的危险指数 o热释放速率低的材料在发生火灾时给环境带来的危
害相对较小 o其峰值k³®2‹• • l则是决定火灾规模 !发展和灭火要求的重要参数k≤«¤µ¯¨ ¶ousswl ∀自制膨胀型
阻燃涂料涂敷胶合板k≤l与胶合板素材k≥2‹…l !涂有成膜树脂的
胶合板k…l !市售膨胀型阻燃涂料涂敷胶合板k„l的热释放速率比
较曲线见图 t ∀
由图 t可见 o涂有成膜树脂的胶合板 ‹• • 比素材降低 o发生有
焰燃烧时间推迟 o³®2‹• • 下降至素材的 z{ h o且出现 ³®2‹• • 时间
约推后 s1z °¬±~而经阻燃涂料涂敷胶合板的热释放速率明显降
低 o阻燃涂料 „和 ≤的 ³®2‹• • 分别降至素材的 {1u h和 tu1w h o并
且阻燃涂料的曲线均比素材平坦 o出现 ³®2‹• • 的时间均是素材的
u1z倍和 x1|倍 ∀这说明经阻燃涂料涂敷胶合板后 o热解生成可燃
性挥发产物的速度大大降低 o同时可燃性挥发产物的释放时间趋
于均匀且推后 o大大减少了热量向胶合板传递的速率 o火灾发生时
可有效延缓火势蔓延 o阻燃效果十分明显 ∀放热峰出现时间越晚 o
意味着一旦材料着火 o则强火到来的时间越长 o越有利于人员撤离
{tt 林 业 科 学 wv卷
图 u 不同涂饰的胶合板 ׋• 对比曲线
ƒ¬ªqu ≤∏µ√¨ ¶²©×‹• ¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
火灾现场和扑救 ∀对于建筑装饰用阻燃材料 o一般认为材料的阻
燃性能应保证火灾发生时 o撤离时间在 v1x °¬±以上k王清文 o
usssl ∀阻燃涂料 ≤比阻燃涂料 „的热释放速率峰值略高 o但出峰
时间显著延长 ∀
212 总热释放量(ΤΗΡ)
不同涂饰的胶合板的总热释放量比较曲线见图 u ∀总热释放
量是单位面积材料在燃烧全过程中所释放热量的总和 o׋• 越大 o
材料燃烧所释放出来的热量就越多 o一般情况下火灾危险就越大 ∀
≥2‹…和 …的 ׋• 上升均十分迅速 o其 ׋• 值分别为 ty1{和 t|1z
#°pu o与 ‹• • 相对应为在短时间内即开始有焰燃烧 o很快燃烧
完全 o并且 …的 ׋• 相对 ≥2‹…较高 o应为成膜树脂燃烧释放的热
量所致 ∀而 „和 ≤的涂覆 o使材料的 ׋• 大幅度降低 o分别为 u1{
和 z1u #°pu o有效抑制了有焰燃烧的发生程度 o并将有焰燃烧的
图 v 不同涂饰的胶合板 ¤¶¶对比曲线
ƒ¬ªqv ≤∏µ√ ¶¨²© ¤¶¶¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
时间显著推后 o尤其是阻燃涂料 ≤ 的有焰燃烧时间大幅度推后 o这
也和 ‹• • 曲线相对应 o很好地说明了材料释放的热量主要是有焰
燃烧提供的 o阻燃涂料可以有效降低火灾强度 ∀
213 残余物质量分数(Μασσ)
不同涂饰的胶合板的残余物质量比较曲线见图 v ∀ ¤¶¶是材
料随时间变化燃烧剩余的质量 o≥2‹…和 …的残余物质量分数曲线
大致相似 o均在很短时间内几乎燃尽 o而阻燃涂料 „的残余物质量
明显大于胶合板素板和涂有成膜树脂胶合板 o比二者燃尽时间稍
长 ∀然而阻燃涂料 ≤与三者的 ¤¶¶曲线显著不同 o其在 y1| °¬±前
是被点燃阶段却并未发生有焰燃烧 ∀膨胀型阻燃涂料 ≤ 在红热燃
烧阶段的残余物是炭 o且生成了大量的炭 o形成了较为致密的蜂窝
状炭层 o较好地起到防火隔热的作用 ∀≥2‹…和 …完全燃尽的时间
均不足 w °¬±o而市售阻燃涂料 „和自制膨胀型阻燃涂料 ≤ 的完全
图 w 不同涂饰的胶合板 ×׌对比
ƒ¬ªqw ≤∏µ√¨ ¶²©×׌¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
燃尽时间分别为 x1x和 tt1v °¬±o说明 „和 ≤具有抑制红热燃烧的
作用 o而后者较前者更优 ∀
214 点燃时间(ΤΤΙ)
点燃时间为达到材料表面产生有焰燃烧所需要的持续点火的
时间 o×׌越长 o表明材料在试验条件下越不容易被点燃 o那么材料
的阻燃性能就越好 o它是评价材料在火灾中危险性的重要指标之
一k李斌 ousssl ∀图 w是素材及涂有各种涂料的点燃时间 o从中可
以很直观地观察到素材的 ×׌明显低于其他几组 ∀自制阻燃涂料
≤的 ×׌最长 o将近 z °¬±o是市售阻燃涂料 „的 u1x倍多 ∀可见在
受热时期 o膨胀型阻燃涂料 ≤ 中的膨胀阻燃体系充分发挥了受热
膨胀 !阻断热源 !延缓着火的作用 o为人员撤离和火灾扑救赢得了
充足的时间 ∀
215 ΧΟ释放速率(ΠΧΟ)
在火灾中 o大约 {s h以上的死亡者是因烟气而致死 o其中大部分是吸入了烟尘及有毒气体k主要是 ≤’l
后 o先昏迷后再被烧死的k张志军 ousszl o因此可以说 o≤’是火灾中导致人中毒死亡的罪魁祸首 ∀
一氧化碳的释放速率 Π≤’指的是单位时间内一氧化碳的释放量 o单位为 ª#¶pt ∀与某一时刻 o体系中一
氧化碳的浓度呈正相关 ∀图 x为涂饰有不同涂料的胶合板及胶合板素板的 Π≤’2 Τ曲线对比 ∀可见 o胶合板
素板产生 ≤’时间最早 o且释放速率较快 o涂有成膜树脂的胶合板较其稍有延后 o而市售阻燃涂料 „的产生
速率并没有明显的效果 o反而其释放速率峰值达到素材的 u倍以上 o膨胀型阻燃涂料 ≤ 的应用 o使产生 ≤’
|tt 第 tu期 王奉强等 }膨胀型水性改性氨基树脂木材阻燃涂料的阻燃和抑烟性能
图 x 不同涂饰的胶合板 Π¦²对比曲线
ƒ¬ªqx ≤∏µ√ ¶¨²© Π¦² ¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
的速率明显降低 o并延后至 y °¬±时仍未达到另外三者的峰值 o火
灾初期的 ≤’ 释放可维持在较低的水平 o有效降低了火灾危险系
数 ∀ ≤’生成速率最高阶段恰好出现在材料燃烧最为剧烈阶段 o剧
烈燃烧时火焰扩散并产生大量挥发性气体 o冲淡了周围氧气的及
时补给而降低了氧气浓度 o从而使较多的含碳物质热解物发生不
完全燃烧 o生成 ≤’ 及其他不完全燃烧有机物k王清文等 oussyl ∀
由于膨胀型阻燃涂料 ≤ 中炭源的贡献 o有焰燃烧则会产生大量的
木炭 o此时氧气浓度被冲淡 o在木炭表面氧化的直接产物为 ≤’ o进
而造成较高的 ≤’生成速率 ∀
216 烟释放速率(ΣΠΡ)
烟释放速率是比消光面积与质量损失速率之积 o为单位时间
释放烟的量 o单位 °u #¶pt ∀图 y给出了不同涂饰的胶合板 ≥°•2 Τ
曲线 o与其相应的热释放过程相比可知 o各种胶合板的烟释放过程
图 y 不同涂饰的胶合板 ≥°• 比较曲线
ƒ¬ªqy ≤∏µ√ ¶¨²©≥°• ¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
与其热释放过程基本一致 o可将烟释放过程分为 v个阶段 }第 t阶
段为点燃时期的烟释放 o烟释放较少 ~第 u阶段为有焰燃烧时期的
烟释放 o大量的烟在此阶段产生 ~第 v阶段为红热燃烧时期的烟释
放 o此阶段烟释放很少 ∀由图 y可以发现烟释放的主要来源为有焰
燃烧阶段的烟释放 ∀膨胀型水性阻燃涂料涂饰于胶合板表面 o可
以显著降低材料的烟释放速率 o具有良好的抑烟效果 ∀膨胀型阻
燃涂料 ≤中所含有的磷酸脒基脲具有抑烟作用 o又由于其分解温
度较低kuss ε 左右l o在点燃阶段很好地发挥了抑烟效能 ∀而市售
阻燃涂料 „的抑烟效果不但不存在 o反而使烟释放速率更高 o其峰
值几乎为胶合板素板烟释放速率的 u倍 o与涂有成膜树脂胶合板的
烟释放速率相当 o是膨胀型水性阻燃涂料 ≤的 tw倍 o烟气释放较严
重 ∀
217 总烟释放量(ΤΣΠ)
图 z 不同涂饰的胶合板 ×≥°比较曲线
ƒ¬ªqz ≤∏µ√¨ ¶²©×≥° ¤°²±ª§¬©©¨µ¨±·¦²¤·¨§³¯¼º²²§
总烟释放量表示了样品在燃烧或热裂解过程中所产生的烟的
总量 ∀它是对 ≥°•2 Τ函数的积分值 o又称累积烟释放量 o以 °u 为
单位 ∀它可以说明材料在燃烧时烟产生的程度 o以评价材料在燃
烧时的烟释放行为 ∀结合动态的热释放过程和烟释放过程曲线可
以看出 o总烟释放量基本为点燃阶段和有焰燃烧阶段的烟释放量
的加和 ∀图 z显示涂有成膜树脂和市售阻燃涂料 „的胶合板均具
有较高的总烟释放量 o分别为胶合板素板的 u倍和 v1v倍 o而涂有
膨胀型水性阻燃涂料 ≤ 的胶合板 o其总烟释放量仅为胶合板素板
的 xw1| h o抑烟效果显著 ∀阻燃涂料 ≤ 不仅烟释放速率和总烟释
放量大幅度降低 o而且烟气释放的时间大大延后 o这就为火灾发生
时人员的撤离和火灾的扑救争得了宝贵的时间 o同时也降低了烟
的瞬时危害程度 ∀
218 热重分析(ΤΓΑ)
热重分析是程序控制温度下 o测量物质质量与温度的关系 o它对被分析物质的降解过程加以记录 o得出
分析过程中的质量变化及失重速度 o进而评估其可燃性和燃烧过程中的稳定性 k胡源等 ot|||l ∀
热重分析结果由热重曲线k׊曲线l及其一阶导数曲线k⁄׊曲线l表达k王清文 ousss ~李坚 oussvl o通
过 ׊ !⁄׊曲线可获得材料燃烧的基本过程 ) ) ) 热分解过程的信息 o并可将获得的物质残余量k残炭量l作
为阻燃效果优劣的评判标准之一k张龙等 ousstl ∀图 {为成膜树脂 …和涂有膨胀型阻燃涂料 ≤的 ׊和 ⁄׊
曲线 ∀膨胀阻燃体系的加入使涂料的热失重速率减缓 o但是失重开始加速的温度降低且 ⁄׊峰较 …2⁄׊变
sut 林 业 科 学 wv卷
图 { 试样 … !≤ 的 ׊ !⁄׊曲线
ƒ¬ªq{ ׊ i ⁄׊ ¦∏µ√ ¶¨²©¶¤°³¯¨… i ≤
宽 otst ε 时出现较小的加速失重的 ⁄׊峰 o主要
为涂料中吸湿水及低沸点小分子助剂的逸出 o而这
些难燃性挥发物的逸出 o可稀释可燃物及氧气的浓
度 o进而延长点燃时间 ∀膨胀阻燃体系中的 Š˜°
在约 t{x ε 开始分解k王清文等 ousswl o到 uxs ε 时
阻燃体系中的阻燃剂逐渐加快分解 o°∂ „¦树脂也
开始丢失乙酸分子 o温度升至 vxw ε 时 o膨胀型阻
燃涂料受热分解速度最快 o此时成膜树脂中的 ˜ƒ
和 °∂ „¦树脂进一步分解 o直至 wxs ε 以上分解渐
趋平缓 ∀zys ε 时 o膨胀型阻燃涂料 ≤ 和成膜树脂
涂料 …的残余物质量分数分别为 uy1{ h和 ts1v h o
表明阻燃涂料 ≤中膨胀阻燃体系的成炭效果良好 ∀
这主要得益于kŠ˜° n „°°l复合酸源与膨胀型阻燃体系中的 ∞气源和 °∞• 炭源配合良好 o炭源的成炭率
高 ∀同时 oŠ˜°在较低温度下分解和 „°°在较高温度下分解 o能够在较宽的温度范围内产生质子酸 o也能够
催化成膜树脂成炭 ∀
v 结论
由 ˜ƒ和 °∂ „¦树脂作为成膜物质 oŠ˜°2„°°2°∞•2∞为膨胀阻燃体系 o可构成膨胀型水性氨基树脂木
材阻燃涂料 ∀
tl 经锥形量热仪和热重分析证明 o膨胀型水性氨基树脂木材阻燃涂料成炭性好 o当涂膜厚度为 s1v °°
时 o热释放速率 ³®2‹• • 值大大降低 o仅为胶合板素材的 tu1w h o开始有焰燃烧时间是胶合板素板的 ts倍 ~
总热释放量 ׋• 为 z1u #°pu o是胶合板素材k≥2‹…lty1{ #°pu的 wu1| h o大幅度降低了材料燃烧时放
出的热量 o可有效降低火强度 ~点燃时间 ×׌长达 z °¬±o超过市售膨胀型阻燃涂料 „的 u1x倍 o抑制红热燃
烧效果显著 ∀
ul 膨胀型水性氨基树脂木材阻燃涂料的抑烟效果明显 o≤’的释放明显延缓 o并且烟释放速率k≥°• l和
总烟释放量k×≥°l均显著降低 o有效减弱了火灾发生的危险性 o为人员安全撤离和消防扑救赢得了宝贵时间 ∀
参 考 文 献
胡 源 o李 纯 o时 虎 o等 qt|||1 热分析技术在阻燃材料研究中的应用 q火灾科学 o{ktl }zw p zz
李 斌 qusss1 聚氯乙烯k°∂ ≤l的抑烟与阻燃 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 o{x p usw
李国新 o梁国正 o周文英 qussz1 防火涂料热降解的测试研究技术 q涂料工业 ovzkwl }xs p xw
李 坚 qussv1 木材波谱学 q北京 }科学出版社 oux| p uyv
王清文 qusss1 木材阻燃工艺学原理 q哈尔滨 }东北林业大学出版社 otwt p txw
王清文 o李 坚 qussw q用热分析法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃机理 q林产化学与工业 ouwkvl }vz p wt
王清文 o张志军 o陈 琳 o等 qussy1 氧浓度对阻燃木材发烟性能的影响 q林业科学 owuktul }|x p tss
徐晓楠 o徐文毅 o吴 涛 qussx1 采用锥形量热仪k≤’‘∞l研究和评价新型可膨胀石墨防火涂料 q火灾科学 otwktl }tt p tx
张 龙 o王建祺 qusst1 新型无卤可膨胀石墨防火涂料 q北京理工大学学报 outkxl }yw| p yxu
张志军 qussz1 氧浓度对阻燃纤维素燃烧特性的影响 q东北林业大学硕士学位论文 ovx p wz
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k责任编辑 石红青l
tut 第 tu期 王奉强等 }膨胀型水性改性氨基树脂木材阻燃涂料的阻燃和抑烟性能