木材阻燃机理 (1)
阻燃材料的原理
阻燃材料阻燃的原理:
1、阻燃剂通过是燃烧物碳化从而达到阻燃效果。
2、阻燃剂阻隔空气达到阻燃效果，通过燃烧形成不发挥隔膜从而阻止火势的蔓延。
3、通过分散燃烧物的热量和稀释燃烧物质来达到阻燃效果。
阻燃材料的特性及应用:
1、阻燃材料是无毒无害的，也没有什么特殊气味。
2、阻燃材料一般不溶于水，不可燃，而且耐腐蚀，也有防紫外线老化的功能。
3、当前阻燃材料的应用已经十分广泛了，在建筑、化工、交通、航天、船舶、石油、冶金领域都有许
多应用。
关于阻燃材料，我们还在进一步的研发，在向绿色、环保方向靠近，目前也研制出了许多新型阻燃材料。
虽然有许多的阻燃材料相继被开发出来，但生活中的我们还是不能放松警惕，要时时刻刻谨慎用火，严防
火灾的发生。
木质材料的性质和阻燃剂对木质材料的阻燃机理探究
木质材料的性质和阻燃剂对木质材料的阻燃机理探究【摘要】火灾是人类社会安全的重大危害之一，特别是室内火灾，直接危害人民生命和财产安全，而木质装饰板材作为室内装修中的常用材料，是导致室内火灾发展和蔓延的客观条件之一。
【关键词】建材检测；木质材料；阻燃剂；热解特性；表面温度引言木质材料属于由纤维素为基质物所构成的材料，是工矿企业、民宅和各种建筑中不可缺少的建筑材料和装饰材料，也是交通运输部门及包装工业中广泛采用的材料。
木质材料都是易燃的，大体上是山碳、氢、氧三种元素组成，碳和氢都是高度易燃元素。
有研究表明：木质结构房屋在着火后5分钟时温度可达到500℃，在10分钟后温度猛增到700℃。
当火进入到猛烈燃烧阶段中，这类火灾是难于扑救的。
１木质材料的分类１.１实木实木是有由多种复杂有机物质组成的复合体，其中绝大部分是高分子化合物的混合物，实木除了含有纤维素、半纤维素和木素之外，还含有水分和各种浸提物，包括石英砂、生物碱及有机弱酸等（单宁、醋酸、多元酚类化合物等弱酸）。
常用的软木主要有红松、白松、樟子松、椴木、杨木等；常用的硬木主要有核桃木、黄菠萝、樟木、揪木、楠木、水曲柳、槐木、袖木、紫檀、橡木等。
１.2改性木材改性木材是以实木为基材，利用实木的孔隙性对实木进行涂刷、浸渍（或压力浸注）药物的方法或进行加热加压的方法而制成的具有某一物理特性的材料。
木质复合材料则由木质材料和塑料等其他材料复合而成。
人造板是利用实木或其加工剩余物经过机械加工分离，再添加胶粘剂，高温压制而成。
它是目前木质材料中发展最快、使用最多和应用最广的一类产品，是现代木质人造材料的主体。
人造板工业能高效利用实木或其他植物纤维资源、缓解实木供需矛盾，是世界林产工业的支柱产业。
近二十年，随着世界人造板工业的发展，我国人造板工业也得到了飞速的发展。
进入21世纪，随着我国改革开放和社会经济的发展，据专家预测：我国人造板市场消耗量到2015年将达3300-4500万方，在2001年人造板产量的基础上增长约85%。
木材阻燃机理 (1)
阻燃处理技术
①加压浸注法（空细胞法、满细胞法、 修正的满细胞法） ②常压浸注法 ③分段浸渍法
• 喷涂法 • 贴面法 • 热压法 • 复合法
·辐射法 ·超声波法 ·离心转动法 ·高能喷射法
5
木材阻燃的效果检测
Wood flame retardant effect detection
性能指标
材料着火性
条件。
·毒气形成的可能性可根据阻燃剂的配方估 计出来，含氧化合物可产生氯气、氯化氢， 含氮化合物可产生氨气，有机化合物处理后
的毒性还不清楚。
胶合强度/可油漆性
耐候性及腐蚀性
1.阻燃处理的木材在干燥条件下放置是耐久而稳定
的，但无机盐类处理的木材不能放于室外淋雨，可 用防水涂料涂刷表面保护之。户外用的阻燃材可用
4、不燃气体窒息理论
• 阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出
来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时 也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃 烧的继续进行，达到阻燃的作用。
4
木材阻燃处理技术
Wood flame retardant treatment technology
• 浸注法
3、抑制链反应
• 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由
基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应 中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的 火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终 止。如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解 温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂 也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物 同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应 中的自由基，干扰燃烧的链反应进行。
材料分解温度、闪点和自燃点、 氧指数
火焰传播指数
木材的阻燃性能与防火措施
个人在日常生活中如何防范火灾
定期检查家庭电器，确保没有过载或老化电线 安装烟雾报警器和灭火器，并定期检查其有效性 遵循安全用火规定，不在无人看管的情况下使用明火 学习基本的火灾逃生知识和技能，制定家庭应急预案
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汇报人：
阻燃认证与标识
阻燃认证：对木 材产品进行阻燃 性能的测试和认 证，确保其符合 相关标准要求
标识要求：在产 品上标明阻燃性 能等级和标识， 方便消费者识别 和选择
认证机构：权威 的阻燃认证机构， 如国家防火建筑 材料质量监督检 验中心等
标准制定：制定 和更新阻燃性能 标和规范，推 动木材产品的阻 燃性能提升
建筑中木材使用的防火措施
使用阻燃剂：在木材表面涂刷阻燃剂，提高木材的阻燃性能 控制木材含水率：将木材含水率控制在一定范围内，降低木材的可燃性 防火分隔：在建筑中使用防火分隔材料，将易燃的木材与其他可燃材料隔离开 安装喷淋系统：在建筑中安装喷淋系统，对木材进行灭火保护
公共场所中木材使用的防火措施
国际标准：国际标准化组织（ISO）制定了关于建筑材料阻燃性能的测试方法和分级标 准，其中也涉及到木材的阻燃性能要求。
欧盟法规：欧盟出台了多项关于建筑材料阻燃性能的指令和标准，对木材等建筑材料的阻 燃性能提出了明确要求。
美国法规：美国消防法规对建筑材料的阻燃性能进行了规定，其中包括木材等天然材料 的阻燃处理和要求。
不同木材的阻燃性能比较
松木：易燃，燃 烧速度快
橡木：阻燃性能 较好，不易燃烧
桦木：阻燃性能 一般，燃烧时释 放大量烟雾
紫檀木：具有较 好的阻燃性能， 燃烧缓慢且不易 蔓延
03 防火措施
防火设计原则
预防为主：采取有效的预防措施， 减少火灾发生的可能性。
阻燃木材的燃烧特性分析(一)
点燃 ， 燃烧产物 由通风系统排走 。在通风管道 中设有氦氖激光发射装置，即烟测量系统。因此 ，可测定烟
管道中烟的比消光 面积 （ Ｅ ｏ样品在燃烧过程 中的质量变化情况 由载重台测定并记录。还有辅助设备 ， Ｓ Ａ）
其中含有微机处理器 、人射热流强度测量仪、除去 Ｃ ｚ Ｈ０ （ ） Ｏ 及 ： 气 的相应装置 。 ’ 锥 形量 热 仪是 一种 根 据耗 氧 原 理设 计 的 测定 材料 燃烧 放 热 的仪 器 。其 主要 的工 作 原理 就是 耗 氧原 理
成 的配方在控制木材试样燃烧速度和降低 总热 释放量方面效果显 著；尿素 、双氰胺 、磷酸组成的配方在提高载药
量 、降低热释放速率 、延长点燃 时间 、抑 制二氧化碳生成率方面效果显著 ；３组配方在降低木材试样 的质量损失
率 和有效燃烧 热方面效果相近。综合 各项分析结果 ，确定尿素 、双氰胺 、磷 酸按 １： ４的比例配制浓度为 １ ％ ３： ５ 的阻燃液为最佳配方 。
区域能高温分解产生可燃 的左旋葡聚糖 ） ，也使非晶区的含量增加 （ 区域易高温分解产生难燃气体 ） 该 ；二
是 在磷酸化作 用下 ，磷氮 键 比磷氧 键更 具活性口 。浸渍法 处理木 材 ，在恒 温 ８ ０℃下 ，浸 渍 ２ ｈ 能获得 较好 ４ 的阻燃效果口 锥形 量热 仪（Ｏ Ｅ 。 Ｃ Ｎ ）法是 一种强 有力 的材料 阻燃性 能 的评 价方 法Ｈ Ｃ Ｎ Ｏ Ｅ实验可 在模拟 火灾 。 条 件下进行 ，同时给 出试样燃 烧 过程 中质量 、热效 应 、发 烟及部 分尾 气成 分 随时 问的变 化关 系 。对 于组 成
阻燃材料的基本原理与机制
阻燃材料的基本原理与机制阻燃材料是一种具有阻燃性能的材料，它能够在受到火源作用时减缓燃烧速度或阻止火势蔓延，为我们的生活和工作提供了更大的安全保障。
本文将介绍阻燃材料的基本原理与机制。
一、阻燃材料的基本原理阻燃材料的基本原理是通过改变材料的化学性质或物理性质，使其在受到火源作用下产生一系列的化学反应或物理变化，从而阻碍火焰的扩散和燃烧的进行。
1. 产生惰化层阻燃材料可以通过产生惰化层的方式来减缓燃烧速度。
当阻燃材料受到高温时，它会发生化学反应，产生一层惰性气体或无机氧化物，如CO2、氮气或磷酸盐等。
这一层惰化物可以降低燃烧物的燃烧速度，阻碍火焰的蔓延。
2. 散热降温阻燃材料还可以通过散热降温的方式来减缓燃烧速度。
当阻燃材料受到高温时，它能够吸收大量的热能，将其传导到周围环境中，从而降低燃烧物的温度，使火焰无法进一步燃烧。
3. 阻碍氧气供应阻燃材料还可以通过阻碍氧气供应的方式来减缓燃烧速度。
当阻燃材料受到高温时，它能够释放出少量的易燃气体或者构成阻挡层，阻碍空气中的氧气进入燃烧区域，从而减缓燃烧速度。
二、阻燃材料的机制阻燃材料的机制主要包括物理机制和化学机制两种。
1. 物理机制物理机制是指阻燃材料通过改变物质的物理状态或物理性质，来减缓燃烧速度或阻止火势蔓延。
比如，阻燃材料可以通过提高熔点或者添加密封层来阻止火焰的扩散；通过增加表面积或者减小粉末颗粒的大小来降低燃烧速度。
2. 化学机制化学机制是指阻燃材料通过改变物质的化学反应或化学性质，来减缓燃烧速度或阻止火势蔓延。
比如，阻燃材料可以通过生产惰性物质、形成防火气体、生成分解产物等方式来抑制火势的发展；通过控制氧化反应、阻止自由基的生成等方式来降低燃烧速度。
三、阻燃材料的应用阻燃材料广泛应用于建筑、电力、交通、航空航天等领域。
在建筑领域，使用阻燃材料可以提高建筑物的火灾安全性能，保护人民的生命财产安全；在电力领域，通过使用阻燃材料可以减少电气设备的起火事故，提高电网的稳定性；在交通领域，使用阻燃材料可以减少车辆火灾事故的发生，提高交通工具的安全性能；在航空航天领域，使用阻燃材料可以保障航空器材料在高温和高压环境下的安全运行。
木材阻燃实验报告
木材燃烧和阻燃性能评价实验班级：木工112 姓名：金高慧学号：201102010205一、实验目的：1、通过此实验，了解锥形量热仪的组成和工作原理。
2、培养学生实验设计技能，并通过实际操作，增强对锥心量热仪的操作和使用的实践能力。
二、实验仪器：锥形量热仪、样品燃烧盒、样品若干。
三、实验原理：1、锥形量热仪的结构概述锥形量热仪是典型的绩点一体化组合设备，其外形结构简单、紧凑，但是功能原理、控制原理和操作要求却极其严格。
2、锥形量热仪的工作原理锥形量热仪是建立在氧消耗原理基础上的材料燃烧测试仪器。
氧消耗原理指出，材料在燃烧过程中每消耗1g氧气，所释放处的热量是13.1KJ（误差不大于5%），并且受材料种类和燃烧程度的影响很小。
因此只要准确地测定出材料在饶绍时所消耗氧气的量，就可以精确地计算出释放处的热量，进而给出试样在单位时间、单位面积上释放的热量（热释放速率RHR）。
通过配置天平、光度测定仪及气体分析等装置和计算机系统，CONE还能及时给出试样的质量、烟、尾气成分等随时间变化的动态结果。
CONE可模拟多种火强度，能同时提供多个相关的参数。
四、实验步骤1、样品件的准备锥形量热法测试的样品件，应该是外形完整，材质均匀、尺寸为100×100mm 的正方形，厚度在3-20mm之间选择，常用的厚度为4mm和10mm。
样品件可以用模具压制，也可以用成品的板材切割而成。
但不管用哪一种方式只作的样品件，决不能出现厚薄不均，大小气泡、坑陷缺料、周边凹凸不齐等现象。
尤其是用模具压制的样品件，在材料进行混炼或搅拌时，应在设备上多反复几次，充分地保证材料能均匀的混合。
这样压制出的样品件材质才能保证均匀，在燃烧测试时效果稳定、数据的重复性较好。
通常情况下，要测试的样品件应该选择相同的厚度进行测试比较。
每种要测试的样品件最好准备两件以上，作为在测试数据失败后的备用件。
样品在测试前，要用铝箔将其五个侧面包好，防止燃烧时的过多流滴和测试不准确。
木结构防火措施
木结构防火措施1、外包防火法非燃性材料防火的原理为：防火材料(非燃性材料)包裹在木制材料的外面,这样一旦有火灾发生时.就能更好地对其组件耐火的极限进行改善和提高。
2、自防火法自防火法也称之为自我预防火灾法，其防火原理指的是借助并使用火灾燃烧木材形成的炭化层进行阻燃，具体操作是,对木质材料不进行额外的防火措施，当火灾发生时,被燃烧的木材就会出现热电吼和燃饶形成的碳化层,而该炭化层就能对火势的蔓延具有一定的阻止作用。
通常情况下,火灾发生时为消防员争取救援时间的核心方法应该就是被燃烧的炭化层，所以，在设计木结构建筑时,选材方面应该考虑选择沉重型木结构,从而有效降低火灾导致的死亡率。
3、阻燃处理法木材阻燃剂的阻燃处理大致可以分为溶剂型阻燃剂的浸渍法和涂刷木结构防火涂料。
涂覆上性能好的木结构防火涂料，遇火时涂膜膨胀发泡形成均匀致密的蜂窝碳层，降低其燃烧等级，变为不燃或难燃，这样一旦发生火灾，则可在一定时间内阻止火势蔓延，木结构防火涂料是以水作溶剂、由有机和无机复合材料作粘接剂，加入高效阻燃剂和助剂配制而成，木结构防火涂料集环保，装饰和防火一体，涂料以水作为分散介质，干燥后具有涂膜平滑、耐火性能好、无毒、无污染、便于施工等优点，当然木结构防火涂料也不是完美的，耐水性和发烟量的问题还需要改进。
4、性能化防火法性能化防火方法又被称之为建筑防火性能化设计,性能化防火方法是一种新的防火方法，是在火灾性安全的工程建筑消防里常常使用的防火方法，对木结构建筑进行防火设计的依据是木材结构的新颖性,首先要对评价对象和攻击的目标进行准确的定位，然后再对火灾现场进行模拟，最后评估方案以及说明问题。
5、自动消防设施的应用法木结构建筑中，目前还尚未规定设置自动消防设施,但是把火灾发生时木建筑结构速燃以及火灾现场可能突发的其他状况、较差的消防条件各种因家考虑在内，自动火灾探测和应用灭火系统对于自动消防设施的安装是非常必要的,这样可以更好地实现防火的目的。
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升温 热分解
可燃性气 体被点燃
着火 燃烧
燃烧产生的热量 传递给相邻部位
蔓延
达到热分解 温度时产生 可燃气体
可燃性气体燃 烧引起木材固 相表面的燃烧
木材性状的变化
初期加
热降解
热分解
炭化阶
段
04
热阶段
01
阶段
02
阶段
03
初期加热 阶段 热降解阶 段 热分解阶 段
炭化阶段
2
木材阻燃处理
基。阻燃剂可作用于气相燃烧区，捕捉燃烧反应 中的自由基，从而阻止火焰的传播，使燃烧区的 火焰密度下降，最终使燃烧反应速度下降直至终 止。如含卤阻燃剂，它的蒸发温度和聚合物分解 温度相同或相近，当聚合物受热分解时，阻燃剂 也同时挥发出来。此时含卤阻燃剂与热分解产物 同时处于气相燃烧区，卤素便能够捕捉燃烧反应 中的自由基，干扰燃烧的链反应进行。
火焰传播指数
是材料燃烧特性的主要标志
燃烧热和放热速度
国外标准：ASTM E906、ISO 1716、AS 1530.3等
烟测试
重量法、分析法和测光法
氧指数测试法
• 氧指数（OI）是指在规定的
条件下，材料在氧氮混合气 流中进行有焰燃烧所需的最 低氧浓度。以氧所占的体积 百分数的数值来表示。 氧 指数高表示材料不易燃烧， 氧指数低表示材料容易燃烧。
4、不燃气体窒息理论
• 阻燃剂受热时分解出不燃气体，将可燃物分解出
来的可燃气体的浓度冲淡到燃烧下限以下。同时 也对燃烧区内的氧浓度具有稀释的作用，阻止燃 烧的继续进行，达到阻燃的作用。
4
木材阻燃处理技术
Wood flame retardant treatment technology
阻燃处理技术
锥形量热仪法 测定材料燃烧的耗 氧量 ,可精确计算热 释放量及试样在单 位时间单位面积上 释放的热量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 6
阻燃后木材性能变化
Wood properties change after flame retardant
烟雾和毒气
·阻燃处理后的木材燃烧时也产生烟雾和气 体，烟雾量较未处理的木材有的增大，有的 减少，取决于所用化学药品的种类和燃烧的 条件。
1、 吸热作用
• 任何燃烧在较短的时间所放出的热量是有
限的，如果能在较短的时间吸收火源所放 出的一部分热量，那么火焰温度就会降低 ，辐射到燃烧表面和作用于将已经气化的 可燃分子裂解成自由基的热量就会减少， 燃烧反应就会得到一定程度的抑制。
2、 覆盖理论
• 在可燃材料中加入阻燃剂后，阻燃剂在高温下
2.无机阻燃剂多有腐蚀性，被处理的木材如果同金 属接触，不应放在较高相对湿度下很长时间，因为 化学药剂可腐蚀金属，腐蚀的金属又使木材变质。
7
阻燃性能评价
Flame retardant performance evaluation
燃烧和阻燃性能的综合评价—— 锥形量热仪（CONE）
燃烧参数 • 热释放参数 • 点燃参数 • 烟参数 • 尾气及毒性参数 • 质量变化参数
·毒气形成的可能性可根据阻燃剂的配方估 计出来，含氧化合物可产生氯气、氯化氢， 含氮化合物可产生氨气，有机化合物处理后 的毒性还不清楚。
胶合强度/可油漆性
耐候性及腐蚀性
1.阻燃处理的木材在干燥条件下放置是耐久而稳定
的，但无机盐类处理的木材不能放于室外淋雨，可 用防水涂料涂刷表面保护之。户外用的阻燃材可用 抗流失的树脂类阻燃剂浸渍。
• 浸注法
①加压浸注法（空细胞法、满细胞法、 修正的满细胞法） ②常压浸注法 ③分段浸渍法 ·辐射法
• • • •
喷涂法
贴面法 热压法 复合法
·超声波法
·离心转动法
·高能喷射法
5
木材阻燃的效果检测
Wood flame retardant effect detection
性能指标
材料着火性
材料分解温度、闪点和自燃点、 氧指数
通常使用FRW和 Dricon阻燃性能 的CONE法对比研 究
谢谢观看
T H A N K Y O U
能形成玻璃状或稳定泡沫覆盖层，隔绝氧气， 具有隔热、隔氧、阻止可燃气体向外逸出的作 用，从而达到阻燃目的。如有机磷类阻燃剂受 热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或 碳化层。碳化层的形成一方面能阻止聚合物进 一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产 生物进入气相参与燃烧过程。
3、抑制链反应
• 根据燃烧的链反应理论，维持燃烧所需的是自由
木制品阻燃技术及发展
Flame retardant technology of wood products and development of flame retardant technology for wood products
1
木材燃烧过程
Wood burning process
燃烧5个阶段
产生障碍
• 具有耐溶剂性能和耐久性 • 不在木材表面产生结晶或其它沉积物 • 不降低木材的物理、力学性能
3
木材阻燃机理
Wood flame retardant mechanismt
覆盖理论
物理作用 阻 火 机 理 吸热理论 气体稀释作用 抑制链理论 不燃气体窒息理论
气体作用
阻 燃 机 理
化学作用 （脱水炭化作用） 抑 烟 机 理
盖层
有机类
• 主流是含磷、氮和硼元素的多元复合体系
树脂类
• 用氮源 (尿素、三聚
氰胺等 )和甲醛可制 得氨基树脂型木材阻 燃剂。
反应型及其他
• 反应型木材阻燃剂是利用化学反应 ,将阻燃元
素或含阻燃元素的基团通过形成稳定的化学键 载到木材分子上。
• 例如：用粒子直径小于0.1μ m的磷灰石悬浮液
B
树脂型
C
反应型
D
其他
E
• 主要有磷、卤、硼、氮系阻燃剂以及AlOH 3
和 MgOH 2 等。
无机类
磷氮阻燃机理
• 磷氨系列阻燃剂中P、N起阻燃作用。 • 在火焰中发生热分解，放出大量不燃性气
体如氨气和水蒸汽，从而冲淡木材热分解 时所产生的可燃性气体，起到延缓燃烧的 作用。
• 通过缩聚作用生成聚磷酸 • 缩聚产物还能形成耐高温的玻璃状液体覆
热分析法
差热分析仪 DTC-500C
热重分析仪
DSC 3 —差示扫描量热仪
烟测试
锥形量热仪法
• 锥形量热仪(CONE) 是以氧消耗原理为基础的
新一代聚合物材料燃烧性能测定仪，由CONE 获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种， 包括释热速率(HRR) 、总释放热( THR) 、有 效燃烧热(EHC) 、点燃时间( TTI) 、烟及毒 性参数和质量变化参数(MLR) 等。
浸渍木材 ,可使木材获得阻燃和防虫效果。有 人用离子直径不大于0.1μ m的五氧化二锑微粉 水基悬浊液或胶体溶液处理单板 ,其阻燃性良 好。
能作为阻燃剂的基本条件
• 在火焰温度下能阻止有烟燃烧，降低木材的热降解和炭
化速度
• 阻止除去热源后的有烟燃烧及表面燃烧 • 价格低廉，无毒无污染，使用方便 • 处理后对木材和金属联接件无腐蚀作用，对木材加工不
Wood fire retardant treatment
阻燃处理方法
化学方法
在木材中注入具有阻燃作用的化学药剂， 一般使用第Ⅰ族、Ⅱ族、Ⅴ族、Ⅶ族元 素及S、Ti、B、Sn等元素的化合物
物理方法
材料表面覆一层难燃层，如与石棉、玻 璃纤维、石膏等无机物的混合，金属板 覆面
阻燃剂种类
无机类
A
有机类