建筑材料阻燃性測試方法現狀及發展趨勢

現階段，阻燃建筑材料被廣泛應用，因此不同場所用到的材料阻燃性能應達到什么要求和材料阻燃性能的測試方法便成為人們研究的熱點。

現階段，阻燃建筑材料被廣泛應用，因此不同場所用到的材料阻燃性能應達到什么要求和材料阻燃性能的測試方法便成為人們研究的熱點。火災發生時，不同材料通常發生不同程度的燃燒，同時影響材料燃燒的因素又多種多樣，如點火源位置、火源強度、通風情況、材料的形狀等，在這樣一個復雜的系統中，很難準確而又客觀地測定材料燃燒性能的所有參數。在這種情況下，針對不同參數的試驗方法應運而生，這些試驗及評價方法大多沒有可靠的燃燒學理論根據，而是以人們的經驗為基礎的指令性方法，不同的試驗方法針對的參數和檢驗項目不同。因此在標稱該材料具有阻燃性能時，應說明該材料在測試時所采用的方法和條件，同時還應注意到，所有的測試方法都是在不斷的發展、完善和統一中，與真實火災的關聯性逐漸增強，不斷趨于客觀真實和統一。

阻燃材料測試方法的進展

早在19世紀末期，英國就曾經試圖測試建筑構件的耐火性能；1903年，國際消防大會上就有關于耐火極限測試方法數據的發表，而實際的測試工作更是在19世紀末期就已經開始； 1905年，美國工程師 John R. Freeman 就發明了“煙囪”測試法用來測試織物的阻燃性能；20世紀30年代以后，人們先后意識到火焰傳播的危害性，開始建立相關標準，如英國為模擬火勢在走廊中的蔓延，制定了BS 476 《建筑材料和構件的防火測試》等系列標準；與此同時，美國為評估房間內或走廊內火災沿天花板傳播的危害性，建立了 ASTM E 84 《建筑材料表面燃燒特性的測試方法》標準。

早期的阻燃試驗，通常都是用于評價建筑材料或者天然材料。二次世界大戰期間，德國為了保護木建筑免受戰爭引起火災的破壞，就開始著手建立木材阻燃性能的測試方法；1943年出現了斯太納管道法，至今仍在使用；用本生燈測試材料阻燃性能的方法也是在20世紀40年代出現的。

二次世界大戰以后，塑料行業快速發展，人們將用于木材的測試方法用于塑料時發現試驗現象不同，塑料在火種熔化、收縮，試驗結果無相關性，這就促使了許多阻燃模型的建立和阻燃測試方法的發展。1954年，FM 就開始了對外墻保溫系統防火性能進行測試，搭建了一個6m×30m×3m的建筑模型，主體采用不燃材料，上面搭上可燃材料，進行10min的燃燒試驗，觀察火勢在30min內的蔓延情況，這個方法為后來 FM 開發的認證建筑材料的熱量計標準奠定了良好的基礎。

1959年，FM 建筑材料量熱儀問世，這種小尺寸量熱儀用來測量材料的熱釋放速率，隨后 FPL 量熱儀、NBS 量熱儀、SRI 量熱儀等一系列的量熱儀相繼被投入使用。1918年，Thornton發現了氧耗原理，即物質完全燃燒時消耗單位質量的氧氣會產生基本相同的熱量，1980年，Huggett應用氧耗原理對常用易燃聚合物及天然材料進行了系統的計算，得到了氧耗燃燒熱的平均值為13.1 kJ/g， 偏差在5%以內。根據氧耗原理設計的錐形量熱儀和單體燃燒儀被廣泛用于材料阻燃性能的檢測，ISO 5660：1 《火災試驗反應-熱釋放、生煙及質量損失速率 第一部分：熱釋放速率（錐形量熱儀法）》、EN 13823 《建筑制品對火反應-不含鋪地材料的建筑制品單項燃燒試驗方法》、GB/T 16172 《建筑材料熱釋放速率試驗方法》以及GB/T 20284《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》等標準被用做建筑材料燃燒性能分級的試驗依據。

1966年，美國人 C.P.Fenimore 和 T.T.Martin 提出極限氧指數（LOI）的理論，4年后，美國制定了第一個 LOI 的標準ASTM D 2863《供給塑料的類似蠟燭燃燒時最低氧氣濃度的測量方法（氧指數）》。隨后，英國、日本以及前蘇聯等很多國家制定相關的標準，國際標準化組織ISO 也于1984年制定了ISO 4589 《塑料燃燒行為的氧指數測定》，我國GB/T 2406 《塑料燃燒性能試驗方法氧指數法》是參照 ISO 4589 制定而成。雖然LOI被廣泛應用，但由于實際發生火災時，不可能是富氧燃燒，同時火焰是由下向上燃燒，并不是LOI試驗中的由上向下燃燒，因此該方法與實際火災的關聯性不強，使用受到一定的限制。

根據實驗室規模試驗得出的試驗數據很難預料材料在火災中的真實情況，人們又發明了大型試驗方法，并通過計算機進行模擬。但這種試驗耗資巨大，不適合作為標準中的方法進行使用。同時，這種方法得出的數據同火災實際情況也有一定差距，不能令人非常滿意。此外，人們還通過建立物理和數學模型，用來推測材料在火災中的真實行為，以期望能得到更好的進展。

材料阻燃性能測試六大方法

通常，人們根據火勢的發生、發展、熱釋放以及對設備和人員的危害性，將材料阻燃性能的測試方法分為6大類，一是點燃性和可燃性（如點燃溫度和極限氧指數）；二是火焰傳播性（如隧道實驗和輻射板試驗）；三是熱釋放性（如錐形量熱儀試驗）；四是材料的生煙性（如煙箱試驗）；五是燃燒產物毒性及腐蝕性（如產煙毒性試驗）；六是耐燃性（如建筑構件耐火性試驗）。這些方法都能在特定條件下、一定程度上反映燃燒的過程，但都具有一定的局限性。

點燃性和可燃性

點燃性試驗主要測定材料是否容易由對流熱、輻射熱或火源被點燃，可以模擬材料在燃燒初期至閃燃各個階段被點燃的傾向。由該方法制定的標準有 ISO 4589、GB 2406等氧指數試驗方法，UL 94（IEC 60695-11）、GB 2408、GB/T 4609等塑料表面火焰傳播試驗方法，ISO 871、GB 9343、GB 4610等測定塑料點燃溫度的試驗方法，ISO 1182、BS 476.4、GB/T 5464等建材不燃性試驗方法，建筑材料的難燃和可燃行試驗方法，GB 2407 炙熱棒試驗、GB 5169.5針焰試驗等電子電氣類產品的燃燒試驗，DIN VED 0472.804和 GB 12666.4 等單根電線電纜及絕緣芯線燃燒試驗，還包括汽車艦船、家具及飛機材料的燃燒試驗。

火焰傳播性

火焰傳播試驗主要測定火焰是否易于蔓延和其傳播速率，它關系到火災波及臨近可燃物而使火勢擴大，通常用隧道發和輻射板法測定。由該方法制定的主要標準有ASTM E 84隧道法， ASTM E 970法，加拿大CAN/ULC-S 102隧道法，ISO 5658.2法，英國 BS 476.6和 BS 476.7 等方法，還有ASTM D 635、NF P 92-504等直接點燃法用來測定材料的燃燒速率。

熱釋放性

熱釋放性是指在預置的入射熱流強度下，材料從點燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。熱釋放量越大的材料，越容易引發材料閃燃，形成火災的危險性越高。前面提到的ISO 5660：1、GB/T 16172就是采用錐形量熱儀的方法測定材料的熱釋放性，美國聯邦民航規則（FAR）推薦俄亥俄州立大學（OSU）量熱儀法測定飛機用材料的熱釋放，此外，ISO 1716、DIN 4102-1、BS 476.11、GB 14403、GB 14402等標準都是采用了該方法。

生煙性

高層建筑發生火災，煙霧是阻礙人們逃生、進行滅火行動和導致人員死亡的主要原因之一。統計表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒煙氣熏死者一般占火災總死亡人數的80%以上，而被燒死的人當中，多數是先中毒窒息暈倒后被燒死的。因此，控制材料生煙性能以及煙氣毒性是消防檢測的又一重要問題。材料生煙性的實際測定方法可分為兩類，一類是專門用于測定生煙性的，如ASTM E662和GB 8323所采用的NBS煙箱法、ASTM D 2843采用的XP2煙箱法、ISO 5924采用的ISO 煙箱法等。另一類是多功能的，一般與其他阻燃性能同時測定，如ASTM E 84隧道法、錐形量熱儀法、ISO 6569-2法等。此外，還有質量法和電子法等測定生煙性的其它方法。

燃燒產物毒性及腐蝕性

很多有機材料燃燒后都會產生毒性氣體和腐蝕性的物質。ISO 制定的ISO 11907-2標準采用靜態法、ASTM D 5485采用錐形量熱儀法測定材料燃燒產物的腐蝕性，法國則是采用CNET法測定材料燃燒后在真實條件下對材料的直接腐蝕作用。測定材料的產煙毒性通常有化學法和生物法兩類，其中美國匹茲堡、德國DIN 53436以及GB/T 20285都是采用的生物試驗法，ASTM 28000、BSS 7239、中國的 HB 7066 和 HB 7068.4 采用的是化學分析法。

耐燃性

耐燃性方法主要用于測定建筑構件的耐火性能，適用于承重和非承重的墻、樓板和水平屋頂、梁、柱等構件，ISO 834和 GB/T 9978等標準都是采用該方法。

由于實際燃燒過程的因素難以在實驗室的條件下全面模擬和重現，所以任何試驗都無法提供全面的準確的火災實驗結果，只能作為火災中材料行為特性的參考。不同的試驗方法也往往產生不同的分級評價結果，因此大多數燃燒試驗的結果并不能全面反應材料在火災中的真實行為。

材料阻燃性測試方法發展趨勢

雖然，材料阻燃性能測試方法的標準越來越科學和完善，但由于各國材料阻燃性能測試的方法不盡相同，所以生產企業想要其產品在各國內都進行銷售，必須符合各國不同阻燃性能的要求。而各國通常不會認同其他國家的檢測數據，所以，生產企業需對同一產品進行多次測試以滿足各國不同的需求，產生技術壁壘的同時還提高了生產成本，不利于企業的競爭和標準體系的發展。由此可見，不同標準體系的統一化和國際化路徑勢在必行。

從20世紀80年代初開始，歐盟為消除技術壁壘，使產品在歐盟成員國內自由流通，就開始致力于建筑產品阻燃試驗方法的統一化工作。歐盟于1989年頒布了“建筑產品指令”，包括產品獲得CE標志的6個基本要求，其中一個就是“火災安全”，奠定了發展歐盟統一的阻燃試驗方法和標準體系的基礎。歐盟為主張其成員國統一阻燃試驗方法，曾提出以英國的BS 476.7（火焰表面傳播試驗）、法國的NF P 92-501（Epiradiateur試驗）和德國的DIN 4102-1（Brandschacht試驗）為基礎，進行阻燃測試方法的研究。1991年，北歐提出統一建材阻燃性能測試方法的計劃，建議用錐形量熱儀（ISO 5660）和大型燃燒試驗（ISO 9705）兩者的測試結果來劃分比值和天花襯里材料的阻燃級別。

歐洲標準化委員會成立了TC 127專業技術委員會，主要目的是利用現有研究成果，建立用于評價建筑材料、產品及構件統一防火性能的試驗方法；歐盟各國的官方實驗室還成立了一個國際合作組織EGOLF，用于促進各實驗室間的合作和試驗數據的共享，EGOLF包括20多個歐盟的實驗室，被認為是未來歐洲統一阻燃試驗和認證系統的基礎。在歐盟統一分類的標準中，一些對火反應的試驗方法，仍是主要從ISO標準中選擇的，如建材的不燃、難燃和易燃試驗。但對于中等可燃性的墻壁及天花板襯里，沒有現成的方法可以使用，因此開發出了單體燃燒試驗，即EN 13823。為了確保阻燃性測試方法的有效實施，歐盟特意根據不同材料制定了不同的標準。例如1997年，歐盟建立了一個名為Firestarr Project的計劃，旨在研究和建立一套適合鐵路車輛部件的試驗方法和分級系統，可用于車廂的墻壁、天花板、地板等材料。

隨著經濟的全球化，消除各國間的技術壁壘，標準的統一化是最有效的方法之一。對我國而言，自主研發的檢測方法較少，大多采用歐盟或者國際標準，這給企業的進出口業務帶來了一定的便利性。但由于檢測機構間的互認等原因，還很難做到一份檢測報告全球通用的最終目標。因此，我們應在現有的工作基礎上積極參與國際標準的制修訂工作。同時抓緊時間制定有優勢和自主知識產權的高新技術標準，構建適當的技術壁壘，有利于對外貿易的健康發展。