建筑用防火密封胶防火等级测试中的膨胀倍率测试

建筑用防火密封胶是建筑缝隙防火封堵的核心材料，其通过火灾时的受热膨胀形成隔热阻烟层，有效阻挡火焰与烟气蔓延。而膨胀倍率作为衡量该性能的关键指标，直接反映密封胶在高温下的体积变化能力，是防火等级测试中不可或缺的环节。本文围绕膨胀倍率测试的原理、标准、步骤及关键控制点展开，解析其在防火密封胶性能评价中的实际意义。

膨胀倍率测试的核心原理

防火密封胶的膨胀倍率测试，本质是模拟火灾环境下材料的热膨胀行为。当密封胶受热至一定温度时，内部的膨胀剂（如可膨胀石墨、膨胀蛭石等）发生层间剥离或体积膨胀，带动整个材料体积增大。这种膨胀过程需满足两个关键要求：一是膨胀后的体积能填充原缝隙并形成连续的隔热层；二是膨胀结构需具备一定强度，避免高温下坍塌或流淌。因此，膨胀倍率的数值高低，直接关联密封胶对缝隙的封堵能力——倍率过低则无法填满缝隙，过高可能导致膨胀体开裂，均影响防火效果。

从物理机制看，膨胀倍率的测试是对“热触发-体积变化”关系的量化。例如，可膨胀石墨在200℃-300℃开始膨胀，温度升至500℃时体积可扩大数十倍，而密封胶的整体膨胀倍率需平衡膨胀剂的膨胀能力与基料的约束作用——基料（如硅酮、聚氨酯）需在高温下保持一定的黏结性，避免膨胀体散落。

测试的标准依据与规范要求

国内建筑用防火密封胶的膨胀倍率测试，主要遵循GB 23864-2009《防火封堵材料》中的相关规定。该标准明确要求，膨胀倍率测试需采用“高温加热法”，即试样在500℃±50℃下加热30min，测量加热前后的体积变化。

国际上，ISO 10140-2《建筑材料和制品的声学和防火性能 第2部分：防火封堵材料的试验方法》与UL 1479《防火封堵系统和材料》也对膨胀倍率测试有详细要求。例如UL标准中，测试温度可能提高至700℃，加热时间延长至60min，以模拟更严酷的火灾场景。

不同标准的差异，本质是基于不同国家的火灾场景设定与防火要求。但无论采用何种标准，膨胀倍率测试的核心逻辑一致：通过量化高温下的体积变化，评价材料的封堵能力。

试样制备的严格要求

试样的制备直接影响测试结果的准确性，需严格遵循标准规定。以GB 23864-2009为例，试样需制成直径10±1mm、高10±1mm的圆柱体，或边长10±1mm的立方体。制备时，需将密封胶注入预先清洁的模具，避免气泡混入——气泡会导致加热时提前破裂，影响膨胀形态。

固化条件是另一关键：试样需在23±2℃、相对湿度50±5%的环境中固化7d，或按生产厂家规定的完全固化时间执行。未完全固化的试样，受热时易发生流淌而非膨胀，导致测试结果严重偏低。

此外，试样的表面状态也需控制：固化后的试样需去除表面毛刺，保证尺寸均匀。若试样表面有裂缝或凹陷，需重新制备，避免测试时应力集中导致膨胀不均。

测试步骤的详细拆解

膨胀倍率测试的步骤需严格按标准执行，以GB 23864-2009为例，具体流程如下：首先，校准马弗炉的温度均匀性——将温度传感器放置在炉内不同位置，确保加热区温度波动不超过±20℃。随后，预热马弗炉至500℃±50℃，保持温度稳定30min。

接下来，测量试样的原始体积：对于规则试样，可通过游标卡尺测量长、宽、高（或直径、高度），用几何公式计算体积（如圆柱体体积=πr²h）；对于不规则试样，采用排水法（将试样浸入水中，测量排开水的体积）。两种方法均需重复测量2次，取平均值作为原始体积。

然后，将试样放入马弗炉的加热区，试样间间距不小于10mm，避免受热不均。加热30min后，关闭电源，待炉内温度降至100℃以下时取出试样，冷却至室温（约2h）。最后，测量膨胀后试样的体积，计算膨胀倍率（膨胀倍率=膨胀后体积/原始体积）。

需注意的是，排水法测量膨胀后体积时，需避免试样吸水——若膨胀体结构疏松，可在表面包裹一层透水但不吸水的薄膜（如纱布），防止水渗入影响体积测量。

测试中的关键控制点

温度控制是测试的核心：马弗炉的温度准确性直接影响膨胀剂的反应程度。例如，若实际温度低于标准要求，膨胀剂无法充分膨胀，导致膨胀倍率偏低；若温度过高，可能导致膨胀体过热分解，体积收缩。因此，测试前需用标准温度计校准马弗炉的显示温度，确保误差不超过±10℃。

试样的受热均匀性也需关注：马弗炉内靠近炉门或加热管的位置温度偏高，需将试样放置在炉腔中心区域。若测试多个试样，需均匀分布在托盘上，避免叠放或集中。

冷却后的测量时间需严格控制：膨胀体在冷却过程中可能因内部应力释放而轻微收缩，因此需在试样取出后1h内完成体积测量。若超过时间，需重新测试。

影响膨胀倍率的常见因素

密封胶的配方是最主要的影响因素：膨胀剂的种类与含量直接决定膨胀倍率。例如，可膨胀石墨的膨胀倍数可达50-300倍，但若添加量超过30%，可能导致密封胶的力学性能（如粘结强度）下降；而膨胀珍珠岩的膨胀倍数较低（5-10倍），但能提升材料的隔热性。

固化程度的影响不可忽视：未完全固化的密封胶，内部仍有未反应的低分子物质，受热时会先发生软化流淌，无法形成有效的膨胀结构。因此，试样需严格按要求固化，必要时可通过硬度测试（如邵氏硬度）验证固化程度。

测试条件的差异也会导致结果波动：不同标准规定的测试温度（如500℃ vs 700℃）与时间（30min vs 60min），会使同一材料的膨胀倍率产生显著差异。例如，某密封胶在500℃下膨胀倍率为8倍，而在700℃下可能达到10倍，但持续加热至90min后，膨胀体可能收缩至6倍。

测试结果的有效性判定

平行试样的一致性是结果有效的前提：标准通常要求制备3-5个平行试样，计算其膨胀倍率的平均值。若单个试样的结果与平均值偏差超过15%，需剔除该试样并重新测试；若超过2个试样偏差过大，需重新制备试样。

结果的计算需符合标准要求：例如，GB 23864-2009规定，膨胀倍率取3个平行试样的算术平均值，保留一位小数。若采用排水法测量体积，需扣除薄膜的体积（若使用），避免误差。

此外，需记录测试过程中的所有参数（如马弗炉温度、加热时间、试样尺寸），以便追溯结果的可靠性。若参数与标准不符，即使结果符合要求，测试也视为无效。