《防火卷帘的全无机纤维时代即将来临》

在消防安全领域，防火卷帘正站在变革的前沿，即将全面迈入全无机纤维时代。传统的防火卷帘材料面临着一些局限性，而全无机纤维材料的出现带来了众多优势。这种材料具有卓越的防火性能，能够在火灾发生时有效地阻隔火势蔓延，为人员疏散和财产保护争取更多时间。它的耐久性和稳定性也十分出色，适应不同的环境条件。随着技术的不断发展，全无机纤维防火卷帘的生产成本也在逐步降低，其大规模应用将大大提升建筑的消防安全等级，开启防火卷帘发展的新纪元。

    简介： 由于钢质防火卷帘先天性能不足，如果不加水幕便不能适应《高规》新标准的规定。无机纤维材料具有优良的耐高温特性和极低的导热系数，作为新标准下防火卷帘的帘面材料，具有钢质帘面无可比拟的优良性能。因此，我们认为，防火卷帘将从钢质进入全无机纤维时代。（参考《建筑中文网》）
    关键字：钢质防火卷帘 水幕 无机纤维

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    一、前言

    国民经济持续二十年的高速发展，不仅造就了大批大型高层建筑，而且也给建筑防火技术和防火材料性能提出了新的、更高的要求。

    根据《高规》的规定，为了减少火灾蔓延所造成的损失，在建筑内部应设置2000～4000m2的防火分区。设置防火分区最简单、最有效的办法是设置防火墙。在一些不便设置防火墙的场合，可用防火卷帘代替防火墙。

    作为代替防火墙的防火卷帘，必须具有良好的防火、耐火、隔热、挡烟、耐压、抗疲劳、抗老化、耐腐蚀、高温强力好和受热不变形等性能。其中，防火、耐火和隔热是不可缺少的基本性能。对此，必须具有科学的、一致的试验标准。按照GB7633《门和卷帘的耐火试验方法》的规定，当采用包括背火面温升在内的各项判定条件判定，其耐火极限不应低于3.00小时；若不以包括背火面温升作为耐火极限的判定条件，而根据该标准中关于“无隔热保护层的铁皮卷帘免测背火面温升”的规定和GB14102《钢质防火卷帘通用技术条件》的规定，则以距背火面一定距离的辐射热强度和帘面是否窜火来作为耐火极限的判定条件。十分明显，上述两个耐火极限判定条件差异很大：依据前者判定的防火卷帘既具有防火又具有隔热的功能，能有效地代替防火墙起到防火分区的分隔作用；依据后者判定的防火卷帘则缺乏必要的隔热功能判定。如果没有有效的隔热功能，防火卷帘的防火性能就无法充分发挥，不能完全代替防火墙的作用。

    为了叙述方便，我们在这里把前者称为特级防火卷帘，把后者称为普通防火卷帘。为了克服有关标准不一致的缺陷，建设部于1999年3月8日对《高规》第544条进行了修订，规定“在采用防火墙确有困难的场所，可采用防火卷帘作为防火分区分隔。当采用包括背火面温升作为耐火极限判定条件的防火卷帘时，其耐火极限不应小于3.00小时；当采用不包括背火面温升作为耐火极限判定条件的防火卷帘时，其卷帘两侧应设独立的闭式自动喷水系统，系统喷水延续时间不应低于3.00小时。”这次修订对于统一防火卷帘耐火极限判定条件的标准，保证防火卷帘充分发挥防火分区分隔的作用，具有重要的意义。

    就防火卷帘而言，起防火分区分隔作用的主体结构是防火帘面。因此，本文结合《高规》的规定、国内市场情况及新材料、新技术的发展，主要就防火帘面进行讨论。

    二、钢质防火卷帘的主要缺陷

    目前国内市场上的防火卷帘以钢制帘面为主。

    早期的钢质防火卷帘是单板式的，其帘面一般是用0.5～1.5mm厚的薄钢板经剪裁轧制成的带状帘片串接而成。单板式钢质防火卷帘帘面具有结构简单、强度高、抗风压、防盗、塑性好、加工、安装、使用都比较方便等优点，但耐火性能和隔热性能却很差。耐火性能差是因为在高温下钢材强力下降。比如普通低碳钢温度超过350℃，强力开始迅速下降，在500℃时其强力约为常温的1/2，600℃时强力约为常温的1/3[1]。此外，钢材在一定温度和应力下，随时间推移，会发生塑性变形(即徐变)。钢材在低温下就会发生徐变，在高温下徐变明显。如普通低碳钢一般在300～350℃、合金钢在400～450℃时徐变明显，易产生变形，降低了防火性能。钢材隔热性能差是因为钢是热的良导体，导热系数大。根据燃烧理论和热学原理，燃烧、传热和温升是互相联系、互相作用、不可分割的物理现象。由于单板式钢质防火卷帘帘面隔热性能差，当火灾发生时，建筑物内瞬间产生的巨大热量从受火面通过热传导、热辐射、热对流(钢板热变形后)等方式大量地传递到背火面，从而使背火面温度急剧上升。当背火面温度升至一些可燃物的燃点时，防火卷帘的防火性能就大大降低乃至丧失了。

    复合型钢质防火卷帘是目前国内使用较多的防火卷帘。与单板式钢质防火卷帘相比，由于结构的改进，使之除保留单板式钢质防火卷帘的优点外，隔热性能也有明显提高。从帘面结构上讲，复合型钢质防火卷帘帘面是由两层薄钢带中间夹一层无机纤维隔热材料组成的复合夹芯帘片串接而成。目前各厂家使用的无机纤维隔热材料主要有岩棉、矿棉、玻璃棉或硅酸铝纤维(亦称陶瓷纤维)等。由于无机纤维导热系数小(见表1)，因此复合型钢质防火卷帘隔热性能比单板钢质防火卷帘有较大提高。然而，从表1可以看出：(1)对于岩棉、矿棉和玻璃棉纤维，其最高使用温度均低于国际标准升温曲线1小时的924℃。如果不考虑钢板本身的隔热作用，理论上除非有足够的厚度，否则这三种材料根本不能满足《高规》中关于防火卷帘耐火极限≥3小时的标准。事实上，由于受复合型钢质卷帘帘片结构的限制，我国目前市场上复合型钢质防火卷帘无机纤维层一般不超过20mm且不是连续层，这个厚度远远不能保证防火卷帘耐火极限≥3小时而背火面温升又不≥140℃。(2)对于硅酸铝纤维(陶瓷纤维)，虽然耐高温达到1200℃以上，但≤20mm的单层厚度也远远不能满足耐火极限≥3小时的条件。所以说复合型钢质防火卷帘虽然比单板式钢质防火卷帘防火隔热性能有明显改善，但仍不能克服单板式钢质防火卷帘的主要缺陷，无法满足《高规》新标准的要求。

    岩棉矿棉玻璃棉硅酸铝纤维

    最高使用温度(℃)8106505501260

    导热系数(W/m.K)0.03～0.045(常温)0.03～0.045(常温)0.041～0.049(70℃)0.17(800℃)

    三、无机纤维的防火隔热性能与全无机纤维防火卷帘的防火原理

    使用无机纤维帘面代替钢质帘面的最初想法是为了克服钢质防火卷帘的上述缺陷。表2给出了国内外主要无机纤维纺织材料防火隔热等性能。

    ［1］抗热传导、辐射、对流性能：“·”表示隔热性能弱，“··”表示隔热性能一般，“···”表示隔热性能强。

    ［2］1000℃以上耐高温强力：“无”表示几乎没有耐高温强力，“·”表示耐高温强力低，“··”表示耐高温强力中，“···”表示耐高温强力高。

    ［3］比重：“·”表示比重小，“··”表示比重中，“···”表示比重大。

    ［4］抗折皱性：“·”表示抗折皱性差，“··”表示抗折皱性一般，“···”表示抗折皱性好。

    ［5］耐磨性：“·”表示耐磨性差，“··”表示耐磨性一般，“···”表示耐磨性好。

    ［6］价格：“·”表示价格便宜，“··”表示价格一般，“···”表示价格贵，“····”表示价格很贵。

    根据热学原理，导热与导温是两个互相联系的物理现象。热的传递将引起物体温度的相应变化。传热过程是一个复杂的物理过程，在一般情况下由传导、对流和辐射三个过程组成。在不同的工况和边际条件下，三个过程对传热贡献的程度各不相同。如果暂时不考虑防烟、耐风压、使用寿命、防盗、装饰等功能，防火卷帘帘面的主要功能是隔断或减少受火面与背火面之间的热传递，以降低或延缓背火面的温升速度。由于辐射热与温度成4次方的指数关系，加之全无机纤维防火卷帘对空气对流的良好阻挡作用，所以在受火面与背火面热的传递方式中，热传导是最主要的传递方式，其次是热辐射，热对流的作用最小。从表1、表2可以看出无机纤维材料绝大多数都能耐1000℃以上的高温(适于做受火面或夹层芯材料)或500～1000℃的中温(适于做背火面材料)，且导热系数都很小，故可有效地阻碍传导热。由此可见，无机纤维防火卷帘防火原理与钢质的相比最大区别在于它不仅可防火而且能隔热，从而可有效地降低背火面温升，起到防火分区分隔的作用。此外，无机纤维材料种类齐全，性能价格差异较大，便于根据防火帘面各个结构的不同功能进行选材与设计，以便在满足《高规》新标准的前提下，选择最佳的价格性能比。

    四、全无机纤维防火卷帘帘面的结构设计与基本特征

    在我国，使用全无机纤维防火卷帘代替钢质防火卷帘的设想是沈阳松辽卷帘门厂的金钟元和陈福国于1993年首先提出的。这个想法由刘学锋进行选材、设计并共同申请了国家专利(专利号为2L93243368.5)。这是我国第一代全无机纤维防火卷帘。它的诞生，标志着我国防火卷帘的一次重大技术突破。然而限于当时条件，它在材料、结构等方面都存在许多不完善的地方。首先是帘面主体材料，当时选用的是硅酸铝纤维(即陶瓷纤维)布。由于硅酸铝纤维可纺性较差，为了便于纺织生产，在纺纱时必须加一定的有机纤维，如粘胶纤维、涤纶纤维等，使最终的硅酸铝纤维布中含15%左右的有机纤维成份。这些有机纤维在400℃左右的温度下要氧化并瞬间燃烧，会产生烟雾并极有可能起明火，虽然无机纤维燃烧后的硅酸铝纤维布有良好的耐高温性能，但这种瞬间燃烧现象(被称为耐火但不防火)，使其被排除在不燃材料大家庭之外。作为非不燃材料，显然是防火卷帘帘面材料所不能允许的。因为它至少有四个致命缺陷：(1)瞬间燃烧可能引燃别的物质，不利于防火；(2)燃烧后布面空隙增加，热对流增加，不利于隔热；(3)烧掉有机纤维后布的强力大大下降，抗风压性能减弱；(4)燃烧后布面孔隙增加，降低了帘面挡烟性能。此外，诸如抗老化性能、抗疲劳性能、高温强力、防化学腐蚀性能及耐高温缝纫线等问题，第一代全无机防火卷帘设计时都未能解决。

原文网址：http://www.pipcn.com/research/200802/9295.htm