紡織地毯燃燒性能分析方法淺談

徐發(fā)良， 劉東發(fā)， 袁嘉偉， 尹碧軍， 肖智仁

（廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院， 廣東 廣州511442）

鋪地材料的火災(zāi)危險性越來越受到人們的關(guān)注， 并取得了一些研究成果， 但對于鋪地材料火災(zāi)危險性的評價僅限于單一燃燒性能參數(shù)的分析比對， 常常出現(xiàn)依據(jù)不同參數(shù)比較結(jié)果不一致的情況， 不能全面綜合地體現(xiàn)鋪地材料的火災(zāi)危險性[1-3]。 因此提出一種較為系統(tǒng)的鋪地材料燃燒性能參數(shù)分析方法是有意義的。

目前， 鋪地材料的國家標(biāo)準(zhǔn)主要有被GB 8624 - 2006 《建筑材料及制品燃燒性能分級》[4]引用的GB／T 11785 - 2005 《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》[5]和GB／T 8626 - 2007《建筑材料可燃性試驗(yàn)方法》[6]。 GB／T 11785 -2005 中給出了鋪地材料臨界輻射通量和煙氣測量方法； GB／T 8626 - 2007 給出了在沒有輻射情況下， 用小火焰直接沖擊垂直放置的試樣來測定建筑制品的可燃性測量方法。 但是均未提出火災(zāi)風(fēng)險評估的一個重要參數(shù)——熱量。 因此在評估紡織地毯火災(zāi)風(fēng)險時， 加入熱釋放速率、 熱釋放總量等參數(shù)是有可行性的。

1 試驗(yàn)

1. 1 主要材料和設(shè)備

各種紡織地毯 （惠州市東方地毯生產(chǎn)有限公司）。

鋪地材料輻射熱通量實(shí)驗(yàn)裝置 (PZF - 1，南京上元分析儀器有限公司)。

錐形量熱儀(FTT， 環(huán)球 （香港） 科技有限公司)。

1. 2 輻射熱源法

輻射熱源法的基本原理是按照GB／T 11785- 2005 《鋪地材料的燃燒性能測定輻射熱源法》[6]確定的試驗(yàn)方法和條件， 通過觀察和測量暴露于傾斜的熱輻射場中的鋪底材料PTT 地毯的火焰?zhèn)鞑デ闆r， 評估其實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)下的燃燒性能，適用于紡織地毯、 軟木板、 木板、 橡膠板和塑料地板以及地板噴涂等各種鋪地材料。 具體試驗(yàn)方法是： 在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)裝置中， 用小火焰點(diǎn)燃水平放置的鋪地材料， PTT 地毯在傾斜的熱輻射場中進(jìn)行火焰?zhèn)鞑ィ?觀察火焰蔓延狀態(tài)和測量火焰熄滅時的傳播距離， 并通過實(shí)際輻射通量分布曲線， 將傳播距離轉(zhuǎn)換為臨界輻射通量（火焰熄滅處的輻射通量或試驗(yàn)30 min 時火焰?zhèn)鞑サ降淖钸h(yuǎn)位置處對應(yīng)的輻射通量， 兩者中的最低值）。 實(shí)際輻射通量分布曲線在輻射通量標(biāo)準(zhǔn)曲線（見圖1） 允許范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)標(biāo)定。 由圖1 可以看出， 火焰熄滅點(diǎn)到零點(diǎn)的距離越近，火焰?zhèn)鞑ピ蕉蹋?對應(yīng)的臨界輻射通量越大， 阻燃性能越好； 反之越差。 而GB 8624 - 2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》[1]主要是根據(jù)鋪地材料的臨界輻射通量對其進(jìn)行燃燒性能分級的。

圖1 輻射通量校準(zhǔn)曲線

1. 3 錐形量熱儀法

錐形量熱儀（CONE） 是按照GB／T 16172 -2007 《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》[7]標(biāo)準(zhǔn)要求， 根據(jù)氧消耗原理為基礎(chǔ)的新一代建筑材料燃燒性能測定儀， 由CONE 獲得的可燃材料在火災(zāi)中的燃燒參數(shù)有多種， 包括熱釋放速率（RHR）、 總釋放熱 （THR）、 有效燃燒熱 （EC）、點(diǎn)燃時間（TTI）、 煙及毒性參數(shù)和質(zhì)量變化參數(shù)（MLR） 等。 美國及其它發(fā)達(dá)國家的一些標(biāo)準(zhǔn)都把錐形量熱儀法確認(rèn)為進(jìn)行材料燃燒性能測試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法， 錐形量熱儀也成為研究火災(zāi)行為、阻燃性能的常用手段。 輻射熱通量為50 kW／m2，空氣流量為24 L／s， 樣品尺寸為100 mm × 100 mm × 樣品原厚。

2 結(jié)果與討論

2. 1 不同紡織地毯的輻射熱源法試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)GB／T 11785 - 2005 《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》 5. 2 隨機(jī)制取20 份不同類別的紡織地毯； 按7. 2 分別試驗(yàn)， 所得數(shù)據(jù)如表1。

表1 不同紡織地毯的輻射熱源法試驗(yàn)結(jié)果

2. 2 不同紡織地毯相同輻射通量的熱釋放速率試驗(yàn)分析

從表1 中選#4、 #7、 #16 三組熱輻射通量相同的試樣根據(jù)GB／T 16172 - 2007 《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》 標(biāo)準(zhǔn)8. 2 及11. 3 進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果如表2 及HRR - t 曲線圖2 ～ 4 （HRR 為單位面積熱釋放速率峰值、t 為時間）。

表2 三組輻射通量相同的試樣熱釋放速率測量結(jié)果

圖2 #4 試樣HRR - t 曲線圖

圖3 #7 試樣HRR - t 曲線圖

圖4 #16 試樣HRR - t 曲線圖

由表2 和圖2 ～ 4 看出， 對于不同類別紡織地毯， 根據(jù)GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)所測熱輻射通量雖然相同， 但是在GB／T 16172 - 2007 標(biāo)準(zhǔn)中其單位面積熱釋放速率峰值及600 s 內(nèi)單位面積的總熱釋放量有很大的差異。 3 組數(shù)據(jù)中單位面積熱釋放速率峰值最大差值達(dá)到119. 99 kW／m2；600 s 內(nèi)單位面積的總熱釋放量最大差值達(dá)到42. 36 MJ／ m2。 從制造工藝來看， #4 為膠黏類地毯， 材料主要為化學(xué)纖維， 背襯為橡膠， 在熱釋放速率試驗(yàn)時， 橡膠背襯及纖維能迅速燃燒并釋放大量的熱量， 單位面積熱釋放速率及單位面積總熱釋放量也較其它試樣更大； #7 為平絨簇絨地毯， 材料主要為羊毛， 基底為難燃礦棉， 在熱釋放速率試驗(yàn)時， 主要由絨毛燃燒，單位面積熱釋放速率及單位面積總熱釋放量都比#4 ??； #16 為圈絨簇絨地毯， 材料主要為化纖， 基底為難燃礦棉， 在熱釋放速率試驗(yàn)時，主要由化纖燃燒， 單位面積熱釋放速率及單位面積總熱釋放量與#7 較接近。

由此看出， 即使GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)所測熱輻射通量相同， 但不同材料， 不同工藝的紡織地毯的熱釋放速率、 總熱釋放量都相差非常大， 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時， 火災(zāi)風(fēng)險也相差甚遠(yuǎn)。這也說明GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)對地毯類火災(zāi)風(fēng)險評估是有缺陷性的。

2. 3 試樣厚度對紡織地毯燃燒性能的影響

根據(jù)GB／T 11785-2005 《鋪地材料的燃燒性能測定輻射熱源法》 5. 2 制取3 份不同厚度同一膠黏類地毯(背襯厚度一致， 均為3 mm)， 按7.2分別試驗(yàn)， 所得數(shù)據(jù)如表3。

表3 三組不同厚度試樣熱輻射通量測量結(jié)果

將3 組試樣根據(jù)GB／T 16172 - 2007 《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》 標(biāo)準(zhǔn)8. 2 及11. 3 進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)和試驗(yàn)。 試驗(yàn)結(jié)果如表4 及圖5 ～ 7。

表4 三組不同厚度試樣熱釋放速率測量結(jié)果

圖5 厚度為6 mm 試樣HRR - t 曲線圖

圖6 厚度為9 mm 試樣HRR - t 曲線圖

圖7 厚度為12 mm 試樣HRR - t 曲線圖

由表3 看出， 同一類型不同厚度的紡織地毯對臨界熱輻射通量影響很小。 厚度增大臨界熱輻射通量稍微有點(diǎn)增加， 但是變化量很小，從6 mm 到12 mm 臨界熱輻射通量只增加了0. 2 kW／m2。 由表4 及圖5 ～ 7 來看， 隨著厚度的增加單位面積熱釋放速率峰值及600 s 內(nèi)單位面積的總熱釋放量都有所增加， 單位面積熱釋放速率峰值增量達(dá)到31. 29 kW／m2， 600 s 內(nèi)單位面積的總熱釋放量增值也達(dá)到了15. 36 MJ／m2。 其中厚度為12 mm 的試樣600 s 內(nèi)單位面積的總熱釋放量明顯高于其它兩組試樣， 由圖7 看出，其HRR - t 曲線圖中在出現(xiàn)熱釋放速率峰值后HRR 值一直保持著較大值， 且還出現(xiàn)了一個較高值的波峰， 其主要原因是， 試樣厚度越大，實(shí)驗(yàn)中其通過裂解出來的可燃?xì)怏w也更多， 燃燒更猛烈， 釋放的熱量也更大。

這就說明， 同一材料不同厚度的紡織地毯，通過GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)中的7. 2 試驗(yàn)，其臨界輻射通量測量結(jié)果是很接近的， 其僅僅體現(xiàn)了鋪地材料火焰?zhèn)鞑サ哪芰咏?但是真正發(fā)生火災(zāi)時， 其風(fēng)險是不一樣的， 因?yàn)槠溽尫懦龅臒崃肯嗖钶^大。 試樣厚的釋放的熱量明顯大于厚度小的， 產(chǎn)生的破壞力也會更大些，可以得出GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)對地毯類火災(zāi)風(fēng)險評估是有缺陷性的。

3 小結(jié)

（1） 即使GB／T 11785-2005 標(biāo)準(zhǔn)所測熱輻射通量相同， 但不同材料、 不同工藝的紡織地毯的熱釋放速率、 總熱釋放量都相差非常大，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時， 火災(zāi)風(fēng)險也相差甚遠(yuǎn)。

（2） 同一材料不同厚度的紡織地毯， 通過GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)中的7. 2 試驗(yàn)， 其臨界輻射通量測量結(jié)果是很接近的， 但是其釋放出的熱量相差較大。

（3） GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)對紡織地毯類火災(zāi)風(fēng)險評估是有缺陷性的。 其僅僅體現(xiàn)了鋪地材料火焰?zhèn)鞑サ哪芰Γ?未考慮火災(zāi)風(fēng)險另一重大要素： 熱量。

（4） 考慮到GB／T 11785-2005 標(biāo)準(zhǔn)的缺陷性， 提出在GB／T 11785 - 2005 標(biāo)準(zhǔn)4. 1 ～ 4. 14規(guī)定的試驗(yàn)裝置中增加測量熱釋放速率測試儀的可能性， 或在做紡織地毯試驗(yàn)時增加GB／T 16172 - 2007 標(biāo)準(zhǔn)中熱釋放速率試驗(yàn)項(xiàng)， 這也是有實(shí)際意義的。

[1] 馬哲， 舒中俊.幾種地板燃燒性能的實(shí)驗(yàn)研究 ［J］ .火災(zāi)科學(xué), 2005 (7) : 132 - 136 .

[2] 楊寧， 宋魁. 幾種鋪地材料燃燒性能的錐形量熱計(jì)研究[J] .消防科學(xué)與技術(shù)， 2005 （1）： 1-3.

[3] 舒中俊， 諶強(qiáng). 竹地板與普通實(shí)木地板燃燒性能的錐形量熱計(jì)對比實(shí)驗(yàn)研究 [J] . 火災(zāi)科學(xué),2007, 16 (3) : 148 - 152 .

[4] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB 8624 - 2006： 建筑材料及制品燃燒性能分級[S] . 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第七分技術(shù)委員會. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2006 .

[5] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB／T 11785 - 2005：鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法[S] . 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第七分技術(shù)委員會. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2005 .

[6] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB／T 8626 - 2007：建筑材料可燃性試驗(yàn)方法[S] . 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第七分技術(shù)委員會. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2007 .

[7] 國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB／T 16172 - 2007：建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法[S] . 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會第七分技術(shù)委員會. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 2007 .