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木材阻燃处理及木质防火门生产新工艺

2019-10-15 04:59:01 1971次浏览

价 格:面议

1、我国阻燃木质材料及制品生产现状

经过近20年的发展,目前我国共有木质防火门生产企业372家,建筑内装修用阻燃木材生产企业28家,阻燃胶合板和细木工板生产企业26家,阻燃装饰板生产企业15家,阻燃刨花板生产企业6家,阻燃纤维板生产企业4家,饰面型防火涂料生产企业111家。

除木质防火门外,阻燃木材及其制品在我国建筑内装修上的应用尚未得到普及,目前绝大多数建筑内装修工程采用涂刷防火涂料对木材及人造板进行防火保护,与发达国家相比存在非常大的差距。

主要问题是:

① 产品品种、档次不能适应市场的需求。

② 受木材空隙构造的制约,液体很难渗入到绝大部分木材内部,因此绝大部分木材难于进行阻燃浸渍处理。

③ 阻燃浸渍处理木材需要进行二次干燥,干燥周期为15~45天,生产周期较长。

④ 对单板进行阻燃浸渍处理及干燥时,单板破损较大,操作复杂。

⑤ 阻燃处理后,木材及人造板强度降低15~40%,影响了产品的应用。

⑥ 阻燃处理木材及制品价格较高。

⑦ 有关消防法规未得到有效的实施。

使用防火涂料对木材及其制品进行防火保护,存在以下问题:

① 使木材及其制品丧失了天然纹理优美的装饰效果,虽然薄型透明防火涂料问世后一定程度保留了天然木材的纹理及花纹,但500g/m2以上的涂刷量,制品的木质感明显降低;

② 经过一段时间后涂层产生龟裂,降低了防火和装饰效果;

③ 3次以上的涂刷或喷涂工作,增加了现场施工的工作量和难度;

④ 水溶型防火涂料防水和防潮性差,溶剂型防火涂料对环境造成污染,目前还没有使用寿命超过3年的饰面型防火涂料。

2、木材及其制品阻燃浸渍处理新技术

国内外目前常用的木材及其制品阻燃处理方法主要有两种,常压法和加压法。前者有涂刷法、喷淋法、浸渍处理法、冷热槽法、双扩散法等;后者又称真空—加压法,包括满细胞法、半细胞法、频压法、循环法等。

通常需要阻燃剂均匀分布于木质材料内部,为了提高浸透性和浸透深度,国内外研究人员提出了以下浸渍处理新方法。

(1) CO2超临界流体处理木材技术:此方法几乎能处理所有树种的木材而对处理材无明显不良影响 [1]。Demessie E S等使用二氧化碳或其与甲醛的混合体研究超临界流体处理对花旗松心材气体渗透性的影响, 2/3试样的渗透性提高,与温度、压力的变化及助溶剂无关,对抽提物有增溶作用,部分试样渗透性降低可能是因为溶解的抽提物重新析出[2]。

(2) 木材激光刻痕法:激光刻痕法不破坏木材组织,且使药剂容易注入[3]。与爪状刀具刻痕法相比,激光刻痕法浸注到木材中的药液提高50%以上[3]。

(3) 低压水蒸气爆破法:低压水蒸汽爆破法,可破坏闭锁的纹孔,改进胞间通导性而改良透过性,电子显微照片表明爆碎处理后纹孔部分有选择性的破坏[3]。

(4) 压缩前处理技术:先将木材进行横向压缩,纹孔周边和纹孔膜有选择性的破坏,孔圈导管内的侵填体也被破坏,改善了渗透性[3,7]。

(5) 热水(汽)处理法:对于针叶树材,热水(汽) 处理可除去覆被于纹孔的阿拉伯半乳糖胶等物质,开放闭塞的纹孔对,从而改善了渗透性;蒸煮处理的处理强度越大,改善渗透性的效果越大,电子显微照片表明蒸煮处理后有开裂的纹孔塞[3]。采用微波加热对木材进行预处理,不但能提高加热速度,且能改进药剂的渗透性[12][13]。

(6) 震荡加压处理法:在对木材进行加压处理的同时,施以震荡的方法。震荡家业处理后,药剂透入度与吸着量有明显的增加[14,15]。

(7) 对于使用酶、微生物、细菌来改善木材的渗透性。

(8) 声波和超声波处理法:在对木材进行加压处理的同时,施以声波或超声波的作用,也是改善木材渗透性的一个研究方向。

(9) 离心转动处理技术:在离心分离机中浸渍木材,在常压下的离心浸渍使木材对药剂的吸收量增加[22,23]。

3、新型木质材料用阻燃剂和处理工艺

木材阻燃剂主要以无机的P-N系为主。为了提高阻燃效果和抗流失性、降低吸湿率和毒性,主要进行了以下研究:

(1) 选择合适的助剂、乳化剂,将非水溶性阻燃剂配成水溶液或乳液用于木质材料的阻燃处理,降低阻燃木质材料的吸湿性、流失率、以及阻燃剂对木质材料强度的影响。

(2) 采用双重扩散法,在木质材料内部生成不溶于水的化合物。

(3) 树脂型阻燃剂,不仅赋予木质材料阻燃效果,而且可以提高木质材料的物理力学性能。

(4) 阻燃、防腐、防虫多功能木质材料处理剂的研究。

(5) 协效剂、消烟剂的研究。

4、防火薄板及其应用

防火薄板是指厚度为0.2~5mm、能够提高被保护材料燃烧等级和耐火极限的一种新型板材,由骨架材料、粘结剂和阻燃剂等成分构成。在发达国家,防火薄板已经在建筑结构和构件、可燃材料的防火保护上得到广泛应用,克服了防火涂料和木质材料阻燃浸渍处理中存在的问题。

用途如下:

(1) 用于可燃材料的防火保护和装饰:厚度通常为0.2~0.5mm,与可燃材料复合后的燃烧性能符合B1级(难燃)材料的要求。

(2) 替代饰面型防火涂料,用于钢结构、建筑结构和构建、可燃建筑材料的保护和装饰,使其耐火极限达到1.0~3.0小时, 厚度通常为0.3~5mm。

(3) 用于高级木质防火门的生产,提高木材利用率和生产效率,厚度通常为0.5~1.5mm。

现行的木质防火门门框的制作工艺步骤依次分:

(1)对木材进行干燥;

(2) 将干燥木材加工成规格料;

(3)对规格料进行阻燃浸渍处理,固体阻燃剂用量甲级防火门每立方米木材大于110公斤,乙级防火门每立方米木材大于90公斤;

(4)对阻燃浸渍处理木材进行二次干燥;

(5)对阻燃处理规格料D2进行精加工,砂光、铣槽、开榫、打眼、镶嵌膨胀防火条F、组装;

(6)检验、包装、入库。门扇的制作工艺步骤依次为:

(1)对木材进行干燥;

(2) 将干燥木材加工成规格料;

(3)对规格料进行阻燃浸渍处理,固体阻燃剂用量甲级防火门每立方米木材大于110公斤,乙级防火门每立方米木材大于90公斤;

(4)对阻燃浸渍处理木材进行二次干燥;

(5)对阻燃处理规格料D1进行精加工,砂光、开榫、打眼、组装成框架;

(6)在框架内填充硅酸铝纤维毯或岩棉板B,涂刷高温胶,之后铺装硅酸铝纤维毡C,并用22号铁丝网等金属等固定在骨架上;

(7)在骨架表面涂刷胶粘剂、组坯,面板A+门扇骨架+面板A;

(8)组坯后的门扇用热压机或冷压机加压成型;

(9)对宽度和长度进行精加工;

(10)用阻燃处理木材D2封边;

(11) 砂光、检验、入库。门扇骨架料D1通常为松木,门框及封边料D2通常为装饰效果好的阔叶树材,选材符合GB14101-1993《木质防火门通用技术条件》。

现行工艺的主要问题是:

(1)对阻燃浸渍处理木材进行二次干燥所需时间,门扇骨架料为15~25天,门框料为30~45天,加工周期长;

(2)为了防止火焰或烟从填充材料B与骨架材料D1之间穿透,骨架材料D1必须加工成图1所示的凸字型,用硅酸铝纤维毡C遮挡接缝;

(3)硅酸铝纤维毡C强度低、刚性差,必须用铁丝网或薄铁片加钉子固定在骨架料D1上;

(4)门框料D2为整料,下料时必须去掉影响装饰效果的木材缺陷,木材利用率低,发达国家已基本采用集成材生产门框。

使用防火薄板的新型高级木质防火门结构特点为:

(1)仅对封边条D2进行阻燃浸渍处理,由于D2的厚度仅为6~15mm,阻燃浸渍处理时间可以缩短2/3,二次干燥时间可以缩短4/5,缩短了加工周期;

(2)门框内部料D1使用松木或集成材,门框用饰面防•耐火薄板C2的表面为与封边条D2相同树种的刨切微薄木,具有很高的强度和耐磨性能,在不影响门装饰效果的前提下,可以节约大量珍贵阔叶树材D2的用量,降低门的成本及售价;

(3)门扇的组坯次序为面板、防火薄板C1、骨架、填充岩棉板B、防火薄板C1、面板,然后一次热压成型,效率高。

目前使用的建筑内装修用阻燃装饰板先生产阻燃人造板(阻燃胶合板、阻燃刨花板、阻燃中密度纤维板),然后用刨切微薄木或阻燃浸渍装饰纸对阻燃人造板进行饰面,在刨切微薄木表面涂刷阻燃剂。由于人造板均为机械化连续生产,适合大批量生产,调整规格及品种比较困难,调整规格生产小批量订单废次品损失较大,成本高,加工周期长。

使用防火薄板的建筑内装修用新型阻燃装饰板基材B为普通人造板,可根据建筑内装修工程的需要,简单地生产各种品种和规格的阻燃装饰板,加工周期短。

附1:木质防火门的选材和工艺

《木质防火门通用技术条件》规定了《木质防火门用木材的选材标准》。为了去掉活节、死节、髓心、裂缝、斜纹和油眼等缺陷,使用一级原木锯成的板材,从板材到成品的木材利用率门框和包条一般低于20%、门扇骨架料低于28%。较低的木材利用率一是提高了产品成本,二是造成资源浪费。此外,绝大部分木材难于进行浸渍处理,而对截面尺寸为50×100mm以上的木材进行浸渍处理更加困难。因此,发达国家普遍采用阻燃集成材制作木质防火门的门框和门扇骨架。

2.2 木材及人造板的阻燃处理

《建筑设计防火规范》等消防法规规定,防火墙必须使用非燃或难燃材料;《建筑内部装修设计防火规范》规定,除普通住宅外所有建筑的墙面装修必须使用不燃或难燃材料。木质防火门作为防火墙的组成部分,除耐火极限外,其本身也应为难燃材料。而《木质防火门通用技术条件》对门的饰面材料没有任何要求。

《钢质、木质防火门产品型式认可补充细则》第三条规定,木质防火门生产企业必须配备木材阻燃处理设备。但由于部分生产企业在工厂认证和型式检验认证时提交的技术文件中称木材未进行阻燃处理,因此形成了一种认识,即使用阔叶树材生产防火门时,木材不需要进行阻燃处理。该提法对木质防火门的质量监督和公平的市场竞争危害极大。可以肯定地说,木材不进行阻燃处理,又不用防火涂料或不燃材料进行保护,防火门的耐火极限肯定达不到甲级防火门的要求。依据如下:欧洲在木结构强度计算中采用的木材平均燃烧速度为结构木材0.7mm/min、室内装饰材用阔叶材0.5 mm/min、针叶材0.6mm/min(受火面是垂直状态)[8],日本建筑设计采用的木材燃烧炭化速度为0.6mm/min[9]。防火门门扇骨架料的厚度通常为35mm左右,以0.6mm/min的燃烧炭化速度计算,60min便全部烧毁。防火门检测时有正压的作用,同时承受自重,当木材的厚度小于10mm时,防火门就会失去完整性和绝热性。笔者使用未处理水曲柳木材制作的防火门,耐火极限为47min。日本的资料表明,当门的结构和厚度与国内木质防火门相同时,用未处理木材制作的防火门耐火极限符合0.5h的要求,用阻燃处理集成材制作的防火门耐火极限符合1.0h的要求。

2.3 制作和安装偏差

由《木质防火门制作允许偏差》可知,Ⅰ级木质防火门高度和宽度的制作允许偏差门框为0/-1,门扇为+1/0。假设门扇的公称尺寸为X,则Ⅰ级产品门扇的实际尺寸可以为X~X+1 mm,门框内口的实际尺寸可以为X-1~X mm。安装时如果不对门扇或门框内口进行再次加工,其配合为过硬配合,门关不上。由《木质防火门安装的留缝宽度》可知,木质防火门安装的留缝宽度,门扇对口缝、扇与框间立缝为1.5~2.5mm、框与扇间上缝为1.0~1.55mm。要保证扇与框间单边立缝为1.5~2.5mm,安装时门扇的再次切削加工量为3.0~7.0mm。

《木质防火门制作允许偏差》中门框和门扇的翘曲允许偏差分别为3mm和2mm,而《木质防火门安装的允许偏差》中框与扇接触面平整度允许偏差为2mm。假如门框和门扇的翘曲偏差分别为2.5mm和0.2mm,则安装后框与扇接触面平整度偏差大于2mm,不符合标准的要求。

2.4 结合处缝隙

木质防火门在加工和安装过程中,门扇骨架料之间、骨架料与填充材料之间、骨架料与包条之间、门扇与门框之间均可能存在缝隙。防火门测试时,炉膛内处于正压状态。如果木质防火门中存在从迎火面到背火面的缝隙,高温气体或火焰沿着缝隙快速传递,缝隙周围的木材炭化及燃烧,缝隙扩大,最终导致防火门背火面很快出现火焰或棉垫被点燃,或背火面的单点温度达到180℃加室温。因此,缝隙的保护处理对防火门的耐火性能有重要影响。日本要求,木质防火门门扇骨架材料之间、骨架材料与填充材料之间必须涂刷高温胶,骨架材料与包条之间、门扇与门框之间必须使用膨胀型防火密封条。国内企业在产品型式认证时,通常在门扇骨架材料之间、骨架材料与填充材料之间、骨架材料与包条之间涂刷高温胶,门扇与门框之间涂刷防火涂料或使用膨胀型防火密封条。但由于涂刷高温胶或使用膨胀型防火密封条,对生产效率有较大影响,并提高了生产成本,因此实际生产时,部分企业便省略了该工序。

2.5 产品的结构

与普通夹板门不同,木质防火门门扇骨架材料之间必须采用榫连接。但采用榫结构,加工工序多、组装难度大、单位产品的木材消耗较高。因此,部分企业在实际生产时,采用普通夹板门的圆棒榫或骑马钉连接方式。

木质防火门门扇内部使用的隔热材料通常为密度90~180kg/m3的硅酸铝纤维或岩棉纤维制品,刚性和强度很差,需要使用高温胶粘剂和铁丝网固定。涂刷高温胶和固定铁丝网,对生产效率的影响较大,部分企业在实际生产时,省略了该工序。

木质防火门分为八种类型(由易到难排序),型式认定抽样时,按企业申请的每个耐火等级(甲级、乙级、丙级)中难度最大的规格随机抽取。个别企业得到的是难度较低类型的型式认证,但却随意扩大生产范围。

对于镶玻璃防火门,玻璃面积超过一定范围时,型式检测中应加测玻璃背火面温度和热辐射强度。个别企业型式认证时使用面积较小的玻璃,免测玻璃背火面温度和热辐射强度,实际生产时根据用户的需求设置玻璃。

2.6 防火门的附件

防火合页、防火锁、闭门器、顺序器、门框与门扇之间以及双扇门门扇之间的膨胀型防火密封条是防火门的重要组成部分。上述附件也必须为评定中心认证合格的产品。在实际工程中,考虑到装饰效果和造价等因素,有随意使用普通合页、锁、闭门器,或未使用闭门器、顺序器、膨胀型防火密封条的现象,尤其是顺序器较少使用,严重影响了防火门的防火隔烟功能。

2.7 型式认证检验技术文件与试件实际状况的一致性

根据《消防类产品型式认可实施规则--防火门产品》的规定,企业应向质检中心提供所检每个规格、每个耐火等级的木质防火门产品结构简图(包括门立面图、剖面图、节点图)和材料清单等。但质检中心对有些技术细节无法进行核实,如木材是否进行阻燃处理、阻燃剂的含量、是否涂刷透明防火涂料、门扇骨架料的树种及材质、是否使用高温胶等。这些对防火门耐火极限有重要影响的因素,有些企业不注明或降低等级。

实际生产中,部分企业减少木材中阻燃剂的含量、或木材根本不进行阻燃处理。对一些企业的调查表明,生产中较为普遍的做法是将门扇骨架和门框组装后,在阻燃剂溶液中浸渍数分钟即可。常温常压下,1小时内阻燃剂溶液只能渗透到绝大部分木材表面2mm的范围内[10],对提高木材耐火极限的作用不明显。

不同树种的木材,燃烧炭化速度和阻燃处理性能差距很大。部分企业在型式认证检测时,使用柳桉等树种的木材,但在生产时任何树种的木材均使用。

防火门的填充材料一般使用硅酸铝纤维或岩棉。硅酸铝纤维的工作温度在900℃以上,岩棉的工作温度低于700℃。硅酸铝纤维的耐火性能明显优于岩棉,但价格较高。部分企业在型式认证检测时,使用硅酸铝纤维作为门扇的填充材料,但在生产时使用岩棉作为填充材料。

附2:木质防火门的阻燃处理工艺

木质防火门的阻燃质量关系到木质防火门的耐火极限,因此许多防火门生产企业都将该工序设立为生产过程中的特殊过程控制点,但是由于阻燃工序缺乏成熟的工艺规程,致使各个厂家的阻燃工艺各不相同,阻燃工艺不甚合理,无法保证阻燃质量,严重时导致防火门耐火极限降低,给人民群众的生命财产安全造成潜在的隐患。现将木质防火门的阻燃工艺归纳整理如下,以期探讨并恳请批评指正。

木材的常用的阻燃方法有:喷涂法、浸泡法、蒸煮法、真空法、真空加压法等。喷涂法和浸泡法一般应用于不再进行刨削加工的木材表面,以及厚度低于10mm的薄板阻燃处理,不适用于木质防火门的生产。真空法和真空加压法虽然阻燃效果极佳,但因其设备昂贵,在防火门生产企业中还未见使用。目前防火门企业大多采用蒸煮法进行阻燃处理。在采用蒸煮法进行阻燃处理时应注意以下几点:

1、待阻燃木材亦干不亦湿

待阻燃木材的含水率是影响木材阻燃质量的一个重要因素。因为干燥的木材进入阻燃池后往往更容易吸收阻燃液,而木材吸收阻燃液的量又直接影响木材的阻燃质量,其吸收量与阻燃木材的氧指数和阻燃深度成正比关系。木材吸收阻燃液越多,木材的阻燃性能越好、氧指数越高、阻燃深度越深。然而不少的企业认为,反正木材在阻燃时还要被阻燃液浸湿,所以木材含水率高点低点没有多大关系,待阻燃的木材一般未经烘干处理,个别企业甚至将刚刚锯解的湿方木进行阻燃处理。孰不知木材的含水率恰恰会影响阻燃质量,造成阻燃木材的阻燃质量不稳定。据试验,在相同的阻燃条件下,含水率低于15%的木材较含水率高于40%的木材可提高5个氧指数以上,阻燃深度提高3mm以上。

2、先阻燃剂后水再木材

在阻燃过程中,大多厂家都采用装木材加阻燃剂加水开始阻燃的顺序。一般说木材刚开始是吸水量最大的时候,采用该工艺往往造成木材开始吸收的是浓度极低的阻燃液,这样在木材阻燃过程中,还需要一个使木材所吸收阻燃液浓度由低浓度向正常浓度过度的过程,直接影响了木材的干盐吸收量和吸收速度,进而影响了阻燃效果。而采用加阻燃剂加水装木材开始阻燃的顺序,木材一开始所吸收的就是标准浓度的阻燃液,从而避免了木材吸收的阻燃液由低浓度向正常浓度过度的过程,进而提高了阻燃质量。如果企业有条件的话,能先将阻燃剂配制成规定浓度的阻燃液后再加入阻燃池中,阻燃质量将更好。

3、加盖阻燃,减少阻燃液的蒸发速度

在正常的阻燃过程中,加热蒸煮的过程一般敞口进行,导致阻燃液蒸发过快,往往一个阻燃过程需要不断的向阻燃池中加水。使木材吸收的阻燃液从高浓度状态溶解至低浓度,再吸收至高浓度,再溶解至低浓度,进而降低木材所吸收阻燃液的干盐量。但是如果采用加盖阻燃,第一可以避免阻燃过程中添加生水,第二可以保证阻燃池中的阻燃液浓度不会忽高忽低,第三还可以节约能源。如果仍不能避免中途加水,也应该加配制好的阻燃液,以保证阻燃池中阻燃液的浓度恒定。

4、常温出料

许多防火门生产厂家在木材阻燃过程中往往以时间作为阻燃的标准,按照操作规程要求达到所需时间,时间一到就立即出料。这样使工人在操作过程中因工件太热不利于劳动保护,更重要的是,木材在由热变凉的过程中,木材内部的细胞因热胀冷缩而产生一定负压,被阻燃木材会在负压的作用下进一步吸收阻燃液,从而提高阻燃处理的质量。

一般来说,在同样的工装技术条件下,采用该技术可明显的提高阻燃质量,木材的阻燃深度可以从6-8mm提高到10mm以上,样块距木材表面6mm处的氧指数由30提高到40以上,完全满足木质防火门的加工工艺要求

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