摘 要 可发性聚苯乙烯（EPS）泡沫作为应用最广泛的建筑保温材料之一，但本质易燃，需要进行阻燃处理。本文设计制备了一种同时具有阻燃和粘结功能的阻燃粘结剂，结合传统阻燃剂提高其阻燃效率，详细研究了二者复配包覆对EPS泡沫阻燃性能、保温性能和力学性能的影响。结果表明阻燃EPS泡沫极限氧指数可达36.0%，可通过UL-94 V-0级测试，锥形量热测试HRR降低76.0%，烟密度测试Dsmax降低78.3%。同时材料的力学性能不降反升，压缩强度提高了140.4%；材料导热系数室温下为0.033 W/(m·K)。该工作为制备具有优异阻燃性、保温性和力学性能的EPS泡沫提供了新方法。
关键词 可发性聚苯乙烯泡沫；粘结剂；可膨胀石墨；阻燃剂
1引言随着社会经济的快速发展，能源消耗大幅度增加。为减少不必要的能源损失，使用建筑保温材料因其对建筑节能起到的重要作用而受到人们的广泛关注。可发性聚苯乙烯（EPS）泡沫作为最广泛的建筑保温材料之一，以低成本、低密度、优异的防潮、减震、隔热性能等优势占据了最大的市场份额。然而，作为一种仅由碳、氢组成的聚烯烃材料，它极易燃烧。此外，高孔隙率、大比表面积、薄的孔壁、高达 98%的空气含量，使比相应树脂更难阻燃。因此，提高EPS 的火安全性（包括阻燃、抑烟）迫在眉睫。本文制备得到一种阻燃粘结剂，并将其与 EG 复配用于 EPS 阻燃，结果表明阻燃样品（FR-EPS）具有优异阻燃性能、保温性能和力学性能。
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2 实验部分阻燃 EPS 泡沫的制备：将一定量的 DG（阻燃粘结剂）及阻燃剂（EG）与 5 g 的预发泡 EPS 颗粒置于烧杯中，充分搅拌均匀。之后倒入 100 mm×100 mm×20 mm 的不锈钢模具中，并将模具放进预先加热至 120 ℃的平板硫化机中热压，之后转移至冷压机中冷压固定形状，随后放进
60 ℃烘箱中烘至恒重。最后用泡沫切割机裁成相应尺寸的测试样条。
3 结果与讨论3.1 FR-EPS 的阻燃性能
LOI 和垂直燃烧测试是评价材料阻燃性能的经典测试。如表 1 所示，纯 EPS 极易燃烧，LOI 值仅为 17.0%，而 DG 和 EG 的引入可显著提高泡沫的阻燃性能。结果表明，EPS-44%DG/EG 的 LOI 值最高，为 36.0%。在垂直燃烧测试中，纯 EPS 在点火过程中完全燃烧，严重滴落，火焰蔓延至夹具，而在加入阻燃剂后可通过 V-0 级。表 1 列出了 EPS 及其复合材料在锥形量热测试 50kw/m2 功率下的详细参数。从表中可以看出， 纯 EPS 泡沫极易燃烧， PHRR 值高达
（575.8kW/m2）。添加阻燃剂后，PSPR 明显降低。EPS-44%DG/EG 的 PSPR 仅为 138.2 kW/m2，比纯 EPS 泡沫的 PSPR 低 76.0%。随着阻燃剂含量的增加，PSPR 反而增加，这是因为阻燃粘结剂对热释放有一定的贡献，THR 值与 PHRR 的变化趋势相同，EPS 泡沫的 THR 值较高（15.5 MJ/m2），EPS-44%DG/EG 的 THR 值最低（12.6 MJ/m2）。
Fig. 1. Digital photos of EPS composites during vertical burning tests.
Table 1. LOI, UL-94 and cone calorimeter testing results of EPS composites.
3.2 FR-EPS 的力学性能
EPS 的力学性能在建筑保温领域的实际应用中有着重要的意义。纯 EPS 的压缩强度为 32.1 kPa，而 FRS-EPS 的压缩强度大幅提高。特别是 EPS-58%DG/EG 为 77.2 kPa，与纯 EPS 相比提高了 140%。由于粘结剂在 EPS 珠粒的表面与间隙间起到的支撑作用，随着粘结剂添加量的增大，支撑作用逐渐增强，从而提高了 FR-EPS 的压缩强度。
Fig 2. Compressive strength of neat EPS and its composites.
3.3 FR-EPS 的保温性能
由于阻燃剂的较高的阻燃效率，使得其在相对较低的添加量下实现了较好的阻燃性能，对材料的保温性能影响较小。纯 EPS 的导热系数为 30.3 mW/(m·K），阻燃样品仅增加到 33.0 mW/(m·K）（EPS-44%DG/EG），仅仅增加了 8.9%。表明阻燃剂的添加并未破坏 EPS 的保温性能。
Table 2. The density and thermal conductivity of neat EPS and its composite
4 结论
综上所述，本文制备了一种阻燃粘结剂，并将其与传统阻燃剂复配阻燃 EPS。阻燃样品具有优异的阻燃抑烟性能，其极限氧指数可达 36%，在垂直燃烧测试中通过 V-0 级，在锥形量热测试中，其 PHRR 值比纯 EPS 下降了 76%。由于阻燃剂用量较少，阻燃样品的导热系数仅提高到 33.0W/（m·K），并未破坏其保温性能。本研究为制备阻燃、隔热、力学性能优异的 EPS 泡沫提供了一种新的高效途径。
