Abstract: The thermodynamic parameters of FRW fire—retardant plywood at different temperatures wa^e measured by dynamic

 

mechanical analysis (DMA) equipment such as storage modulus, loss modulus and loss angle tangent. The influences on the thermodynamic properties of FRW fire一retardant plywood by the FRW fire retardant were analyzed between the FRW fire一retardant plywood and the untreated plywood. The results showed that the transition temperature of FRW fire—retardant plywood，s storage modulus was delayed than the untreated plywood. Its value was also higher than the untreated plywood. Meanwhile the glass transition temperdure of plywood treated by FRW fire retardant was raised. FRW fire_retardant plywood could keep the better mechanical performances and ability of defoimation_resistance at higher temperature and during longer period than the untreated plywood.

 

Key words： dynamic mechanical analysis ( DMA); FRW fire一retardant plywood; FRW fire retardant; themodynamic

 

performance; glass transition temperature

 

目前世界范围内木材资源短缺的情况日益加剧，发展人造板工业已成为世界各国解决木材资源严重不 足的重要途径。其中，胶合板作为室内装饰的主要材料，其产量和需求量都在急剧增长。我国胶合板产量从 1980年的33.⑴万m3增长到2004年的2 098. 62万m3，呈现大幅度增长的趋势(张文标等，2000)。但由于普 通胶合板具有易燃性，在许多领域的应用上受到限制。因为一旦发生火灾，不仅造成重大的经济损失，而且 往往会发生人员伤亡。1950 -2003年全国共发生火灾4 177 730起，直接经济损失2 434. 525 1亿元，因火灾 死亡174 855人，受伤329 352人。平均每年发生火灾77 365起，直接经济损失450 838万元，火灾死亡3 238 人，受伤6 099人(杨巧红等，2005)。同时21%的火灾由木材等纤维材料引起，而住宅火灾70%是因木质材料 缺乏难燃性而引起的(侯伦灯等，2000)。为了减少火灾，许多国家都以法律形式要求使用阻燃材料。世界各 国对建筑结构及部件的耐火等级做了明确规定，并制定了相应材料可燃性能的标准试验方法。国际海上人 命安全条约对船舶材料的阻燃性也做了明确规定。在我国，公安部于1986年颁布的《建筑消防管理规则》第 14条明确规定:高层建筑的高级宾馆、饭店、医院病房和民用住宅的室内装修以及用作各类防火门的表板、 防火家具的制作必须用非燃烧材料或难燃材料;同时GB 50222- 95《建筑内部整修设计防火规范》明确规定 胶合板被列为可燃材料，必须进行阻燃处理才能使用（刘燕吉，1997)。因此，胶合板的阻燃处理势在必行，具 有重要的现实意义。

 

本文采用动态热机械分析(DMA)仪，测试FRW阻燃胶合板在不同温度下的动态热力学参数;通过FRW 阻燃胶合板和普通胶合板的对比，揭示FRW新型木材阻燃剂对FRW阻燃胶合板动态热力学性能的影响，这 在国内尚未见报道。根据前期研究结果（刘迎涛等，2004)，FRW杨木（Pq)uLm ussuriensis)和桦木（Betula costata)阻燃胶合板的物理力学性能可达到国家标准GB 9846.4- 88的规定，其阻燃性能达到日本标准JISD 1322- 77中规定的难燃一级品的标准和国家安全标准GA/T 42. 1的规定。

 

1材料与方法

 

1. 1材料将新型木材阻燃剂FRW(眯基脲磷酸盐和硼酸)配制成浓度为10%的处理液，浸渍杨木和桦木 单板,浸渍后杨木和桦木单板的载药量分别为16. 07%和9.94%。釆用热压压力1.01.2MPa、热压时间4 5min、热压温度110120 °C、涂胶量320 g *m2(双面涂胶）的工艺条件(刘迎涛,2004)，将阻燃处理后的杨 木和桦木单板压制成FRW杨木和桦木阻燃胶合板;并釆用相同的工艺条件压制了未处理普通杨木和桦木胶 合板作为对比试材。测试时试样的尺寸为:50 mm(长）@ 10 mm(宽）@ 4 mm(厚)。

 

1.2方法利用德国NETZSH公司生产的匪A242型动态热机械分析仪，测试时釆用三点弯曲,其中振幅为 60 Lm,动态力为0. 6 N,升温速度为10 C.min—1,在频率5、10、20 Hz下进行测试（由于3个频率的测试结果 十分相似,因此本文所分析的数据均指10Hz下的数据）。

 

2结果与分析

 

釆用动态热机械分析(DMA)仪,分别对经FRW阻燃剂处理的杨木、桦木阻燃胶合板和普通胶合板进行 了测试,不同树种的存储模量E：和损耗模量f随温度变化的曲线如图1所示。

20 70 120 170 220 270 320 370

 

温度 Temperature /"C

20 60 100 140 180 220 260 300 340

 

温度 Temperature/°C ■—普通枠木胶合板 Untreated plywood of Betula costata

由图1 a可以看出：1)对于同一树种,FRW阻燃胶合板的存储模量开始急剧下降时的拐点温度比普通胶 合板滞后,其中普通杨木胶合板的拐点温度出现在96 °C,FRW阻燃杨木胶合板的拐点则出现在130 °C;而普 通桦木胶合板的拐点温度出现比普通杨木胶合板滞后，为177 °C,同样FRW阻燃桦木胶合板的拐点温度出 现的也较晚,为190 °C。这主要是由于FRW阻燃胶合板中添加FRW阻燃剂后,促使板在高温下表面层迅速 炭化。当温度继续升高之后,其表面炭化层在一定程度上阻碍了热量向胶合板内部进一步传递,因而内部受 高温作用较普通胶合板要少,所以其存储模量比普通胶合板在较高温度时才开始下降,这说明FRW阻燃胶 合板比普通胶合板更能在较高温度和较长时间内保持较好的力学性能,从而延长了结构完全丧失支撑能力 的时间,为保证人身和财产安全提供了宝贵时间，同时证明在高温下,FRW阻燃剂能促使FRW阻燃胶合板 朝着产炭量增加和可燃性气体减少的方向发展,以形成表面炭化隔热层。普通胶合板则随着温度的升高，内 外均较快地受热而发生炭化,导致其存储模量较低且始终呈下降趋势。2)从整体上看,所有经FRW阻燃剂 处理后的阻燃胶合板均比普通胶合板的存储模量高。这主要是由于经FRW阻燃剂处理后的胶合板,其空隙 部分被吸入的阻燃剂所填充,使FRW阻燃胶合板的密度增大,从而其存储模量较高;此外,在温度作用下阻 燃剂促使FRW阻燃胶合板的表面迅速炭化,阻碍了温度向内部的快速传递,减缓了木材内部热降解的速度 和程度,使其仍能保持较高的抵抗外力和变形的能力。3)单板吸收阻燃剂后,对于不同树种的胶合板,无论 是否添加FRW阻燃剂,杨木胶合板的存储模量均要高于桦木胶合板,这是由于杨木的构造比桦木的构造疏 松,孔隙率大,对于胶液的吸收更为完全,深入内层。当温度升高时,杨木内由于空气和胶体多于桦木,致使 其导温速度较桦木慢,而且结合强度较高,导致杨木胶合板的存储模量较桦木高。

由图1b整体趋势上可以看出:顺,阻燃胶合板出现最高峰值对应的温度均比普通胶合板的滞后,其

中普通杨木胶合板为212 °C，FRW阻燃杨木胶合板的峰值温度则出现在253 °C;而普通桦木胶合板的在218 °C，FRW阻燃桦木胶合板的峰值温度出现在246 °C，表明经FRW阻燃剂处理后的FRW阻燃胶合板的玻璃化 转变温度均有所提高。这主要是由于FRW阻燃胶合板中添加FRW阻燃剂后，促使板在高温下迅速炭化，延 缓了板的刚性降低速度和程度，相对地增强了抗变形的能力，同时也说明了 FRW阻燃胶合板比普通胶合板 更能在较高温度和较长时间内保持较好的刚性和抗变形的能力。

 

3结论

 

动态热机械分析(DMA)测试结果表明：FRW阻燃胶合板的存储模量开始急剧下降时的拐点温度比普通 胶合板滞后，而且FRW阻燃胶合板的玻璃化转变温度均比普通胶合板有所提高，说明FRW阻燃胶合板比普 通胶合板更能在较高温度和较长时间内保持较好的力学性能，为遇难人员迅速逃离火灾现场和消防人员及 时扑灭火灾赢得了宝贵的时间。

 

在温度作用下，新型木材阻燃剂FRW可促使阻燃胶合板的表面迅速炭化而形成炭化层，减少了可燃性 气体的产生，阻碍了温度进一步向内部的快速传递，从而减缓了木材内部热降解的速度和程度，导致经FRW 阻燃剂处理后的阻燃胶合板的存储模量数值均比普通胶合板高，表明FRW阻燃胶合板相对地具有更高的抵 抗外力和抗变形的能力，因而相应地降低了 FRW阻燃胶合板在火灾中的危险性。