TPO防水卷材阻燃性能的初步探讨

近年来建筑火灾频发，建筑材料易燃的问题日益突出，由防水卷材施工引发火灾的事件也时有 道，给人民群众造成了人身和财产损失。TPO防水卷材不含增塑剂，具有优异的耐候性、可热风焊接、加工简单，自推向市场以来得到广泛的认可和应用。然而，TPO材料只含有碳、氢两种元素，着火温度低，非常易燃且热释放量较高，应用于屋面防水工程中时，必须添加相应的阻燃剂来提高其阻燃性能。在此，主要探讨TPO防水卷材的阻燃剂选择和阻燃性能。

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阻燃剂选择

常见的阻燃剂有溴系阻燃剂、磷氮类阻燃剂和矿物阻燃剂。其中，矿物阻燃剂氢氧化镁具有环保、抑烟、可回收、可着色、不含卤素、不腐蚀加工设备、燃烧气体无酸腐蚀性、低毒性等优点，已成为TPO防水卷材阻燃剂的首选。

图1 燃烧三要素

氢氧化镁的粒径、粒径分布、比表面积、纯度、颜色等因素对制得的TPO防水卷材的阻燃性能有很大影响：粒径和粒径分布对抑制火焰和烟尘有很大影响，粒径越小、粒径分布越窄，燃烧生成的MgO越趋于在聚合物表面形成有效炭层，将聚合物与热、氧气隔开；同时，更小的粒径对TPO防水卷材的拉伸强度、断裂伸长率等物理性能影响更小。氢氧化镁粒径越大，制得的TPO防水卷材拉伸强度越小。

图2 氢氧化镁粒径对扭矩和拉伸强度的影响

本试验选用化学法制得的粒径为3 μm的氢氧化镁，并采用脂肪酸盐对其进行表面处理，作为TPO防水卷材的阻燃剂。本试验TPO防水卷材的基础配方如下：TPO树脂 67%、氢氧化镁30%、助剂3%。加工温度如下：螺杆温度为180~190 ℃，模具温度为210 ℃。

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氢氧化镁在TPO中的分散状态

通过扫描电子显微镜（SEM）将制得的TPO防水卷材样品放大1 000倍后，观察样品表面和截面氢氧化镁的分散状态，结果如图3—4所示。图3和图4中，白色颗粒为氢氧化镁，可以清晰看出氢氧化镁粒径细小，在TPO基材中分布均匀。

图3 TPO 防水卷材表面的SEM照片

图4 TPO 防水卷材截面的SEM照片

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阻燃性能测试

1）锥形量热仪测试

试验条件参考ASTM E1354《锥形量热仪》，入射热流强度为50 kW/m2。将自制的TPO防水卷材样品与国外某品牌的TPO防水卷材样品同时测试作为对比，结果如图5—6所示（蓝色为自制样品，红色为国外样品）。

图5 热释放速率对比

图6 烟生成速率对比

由图5可知，相比参照的国外样品，自制TPO防水卷材样品的热释放速率峰值约高8%，热释放总量约高13%。由图6可知，相比参照的国外样品，自制TPO防水卷材样品的烟生成速率峰值约低12%，总生烟量约低4.3%，点燃时间约晚10 s。经计算，自制TPO防水卷材样品的火焰蔓延速率为6.95 kW/（m2·s），参照的国外样品为7.77 kW/（m2·s）。

自制TPO防水卷材样品除热释放速率和热释放总量较参照的国外样品高之外，点燃时间更长，火焰蔓延速率更慢，发烟量更低，综合阻燃效果略好。

2）ASTM E108测试

试验条件参考ASTM E108《屋面覆盖材料燃烧性能测试方法》，采用连续火焰燃烧，安装屋面坡度为7.1°。自制的TPO防水卷材样品的测试结果如图7—8所示。

图7 燃烧性能测试中

图8 燃烧性能测试后

由图7可知，自制TPO防水卷材样品在火焰和风的作用下可被点燃，并且有火焰蔓延。由图8可知，试验后自制TPO防水卷材样品表面的燃烧路径上没有明显的横向火焰传播，且燃烧传播长度没有超过1.8 m，能够达到A级要求。

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耐候性能测试

试验条件参考GB/T 18244《建筑防水材料老化试验方法》，采用氙弧灯，辐照度为0.51 W/m2@340 nm，黑标准温度为（65±3） ℃，相对湿度为（65±5）%，先102 min光照，然后18 min光照+喷淋。试验样品采用1.0 mm厚的均质TPO片材。

图9 拉伸强度和断裂伸长率随测试时间的变化

经氙灯老化8 000 h后，均质TPO片材的拉伸强度和断裂伸长率没有明显的下降，外观也没有出现裂纹、粉化的现象。