基于層次分析法的擠塑聚苯板燃燒性能評價(jià)體系研究

■ 朱光偉，趙靜波，洪川，馬凱，王鈞楠，王宏輝

1 浙江中聯(lián)消防產(chǎn)品質(zhì)量檢測有限公司；2 寧波市產(chǎn)品食品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院（寧波市纖維檢驗(yàn)所）

隨著建筑墻體保溫材料在建筑熱工節(jié)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其墻體保溫材料的優(yōu)劣問題日漸成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。

目前建筑保溫材料大致有有機(jī)材料、無機(jī)材料、復(fù)合材料等幾種形式[1]，而有機(jī)保溫材料，具有成本低、保溫效果好、施工簡便的優(yōu)勢，是目前建筑外保溫使用的主要方式。聚苯乙烯保溫材料作為有機(jī)保溫材料的一種，因具有導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)輕、價(jià)廉、吸水性小、防潮等優(yōu)點(diǎn)，成為墻體主要保溫材料之一。在已建成及目前新建的節(jié)能建筑中，有很大一部分建筑的墻體及屋頂中使用了這種保溫材料。然而，聚苯乙烯保溫材料極易著火且火蔓延速度快，一旦發(fā)生火災(zāi)容易造成較大的財(cái)產(chǎn)損失，具有很高的火災(zāi)危險(xiǎn)性。每年國內(nèi)外因聚苯乙烯保溫材料火災(zāi)，造成的人員傷亡及財(cái)產(chǎn)損失，時(shí)有發(fā)生。因此，對聚苯乙烯材料特別是其燃燒行為進(jìn)行研究顯得尤為重要。

聚苯乙烯保溫材料因其密度系列的不同，阻燃添加劑的添加，對不同密度材料的燃燒性能勢必有不同的影響關(guān)系。而阻燃劑在保溫材料中的添加量也并非越多越好，一方面阻燃劑作為聚苯乙烯保溫材料中價(jià)格最高的組分，增加阻燃劑的添加量，必然提高產(chǎn)品的成本，另外，阻燃劑雖能降低聚苯乙烯保溫材料燃燒的風(fēng)險(xiǎn)，但一旦發(fā)生火災(zāi)，阻燃劑添加越多，其產(chǎn)生的煙氣及毒性也越大。目前聚苯乙烯保溫材料燃燒性能的檢測方法主要為單體燃燒試驗(yàn)方法（SBI）[2]、錐形量熱儀法[3]、極限氧指數(shù)法，對于不同密度、不同阻燃劑含量的聚苯乙烯材料的燃燒性能評價(jià)應(yīng)該是一個(gè)綜合、全面的評價(jià)，不能片面的單從一種方法、一兩個(gè)參數(shù)指標(biāo)來對聚苯乙烯保溫材料的燃燒性能評價(jià)。本文采用標(biāo)準(zhǔn)層次分析法（AHP）來構(gòu)建對聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價(jià)體系，通過評價(jià)燃燒性能的三種試驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，對研究密度和阻燃劑含量對聚苯乙烯保溫材料燃燒性能行為更加客觀、合理。

一、層次分析法

層次分析法[4]（Analytic Hierarchy Process）是由美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂（T.L.Saaty）最早提出的一種定性和定量相結(jié)合的、系統(tǒng)的、層次化的決策分析方法，是在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題提供簡便的決策方法，是對難以完全定量的復(fù)雜系統(tǒng)做出決策的模型和方法。它根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同的層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，從而最終使問題歸結(jié)為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標(biāo)）的相對重要權(quán)值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定。

（一）評價(jià)體系建立

目標(biāo)層聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價(jià)體系，根據(jù)不同燃燒性能試驗(yàn)方法分為單體燃燒、極限氧指數(shù)、熱釋放速率，這三種試驗(yàn)方法作為準(zhǔn)則層一級(jí)指標(biāo)，將細(xì)分燃燒增長速率指數(shù)、火焰橫向蔓延長度、600s 內(nèi)的總是放熱量、氧指數(shù)、單位面積放熱總量、單位面積前180s 熱釋放速率平均值、單位面積前300s 熱釋放速率平均值、單位面積熱釋放速率峰值等8個(gè)二級(jí)指標(biāo)[5]，結(jié)合不同類型聚苯乙烯保溫材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)組織專家進(jìn)行評分，燃燒性能評價(jià)體系和評分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價(jià)指標(biāo)體系和打分標(biāo)準(zhǔn)

（二）層析分析計(jì)算公式

由于1-9尺度存在著難以確定專家和決策者的真實(shí)感覺和判斷、不滿足傳遞性原則，容易引起權(quán)重失真等缺陷，已不適用于多個(gè)準(zhǔn)則層[6]，所以本文采用1-1.56尺度，如表2所示。

表2 1-1.56 標(biāo)度含義

1.判斷矩陣

比較判斷矩陣：A=(aij)nxn，aij〉0，aji=aji=1/aij

其中aij為Bi和Bj對總目標(biāo)層A的影響之比或Ci和Cj對準(zhǔn)則層B的影響之比。

隨機(jī)地從1，1.5…1.56，1.5-6，1.5-4…1 中取值，作為矩陣上三角元素，對角主元素取1，下三角取對稱元素的倒數(shù)，得到隨機(jī)互反矩陣。

2.指標(biāo)權(quán)重

目標(biāo)層B 對于總目標(biāo)層A 重要性的權(quán)重集（特征向量）為：

3.一致性檢驗(yàn)

（三）層次分析結(jié)果

按照上述步驟，并應(yīng)用matlab 計(jì)算，得到各項(xiàng)指標(biāo)的判斷矩陣和權(quán)重及一致性檢驗(yàn)如下：

表3 總目標(biāo)層A 與準(zhǔn)則層B的判斷矩陣和權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

表4 準(zhǔn)則層B1與指標(biāo)層C的判斷矩陣和權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

表5 準(zhǔn)則層B3與指標(biāo)層C的判斷矩陣和權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

表6 目標(biāo)層A與指標(biāo)層C的判斷矩陣和權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

二、討論

試樣樣品采用五種相同厚度，不同密度，不同阻燃添加劑含量的擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板[7]，分別記為M01、M02、M03、M04、M05，四種不同樣品的特性為：

表7 試驗(yàn)樣品

試驗(yàn)樣品測試基本數(shù)據(jù)為：

表8 試驗(yàn)樣品測試結(jié)果基本數(shù)據(jù)

通過指標(biāo)評價(jià)體系計(jì)算得到試樣M01總評分為0.901，M02總評分為2.866，M03總評分為7.219，M04總評分為7.377，M05總評分為8.400，總評分分值越高阻燃性能越好，通過比較我們得到，試樣M01、M02、M03 密度相同，阻燃劑添加上M01、M02、M03依次遞增，說明阻燃劑添加越多阻燃性能也就越好；試樣M03 與M04 都添加相同含量的阻燃劑，M04 密度比M03大，說明密度大的阻燃性能越好，MO5 密度最小，但阻燃劑添加最多，說明阻燃劑含量對燃燒行為影響比密度本身要大得多。

三、結(jié)語

本文通過建立了一種層次分析法的聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價(jià)體系，包含3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和8個(gè)二級(jí)指標(biāo)，對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了權(quán)重確認(rèn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)值，邀請專家進(jìn)行打分，通過計(jì)算對每種保溫材料進(jìn)行了燃燒性能的量化評價(jià)，最后的量化總評分證明密度越大，阻燃劑含量越高，聚苯乙烯保溫材料的燃燒性能也越好，但這兩個(gè)影響因素中，后者的作用要遠(yuǎn)大于前者。