建筑用裝飾材料的可燃性實驗

廉武強

(渭南市蒲城縣消防救援大隊，陜西 渭南 715500)

建筑物內使用的裝飾材料多為固體材料，為了安全可靠地使用這些材料，預防各類火災事故的發生，有效控制火災并且最大限度地減少火災帶來的人員傷亡和財產損失[1-3]，研究各類典型固體裝飾材料的可燃性和燃燒規律顯得十分有必要，為科學有效地進行火災防治工作提供有力幫助[4-5]。賈源使用錐行量熱儀分別在點燃時間、發煙量、質量損失速率、一氧化碳的產率等方面對幾種木地板進行實驗研究，其結果對室內火災發展以及蔓延的研究具有重要意義[6]。線性熱流變化對材料著火的影響研究發現隨著材料密度增加，著火時間變長；熱流改變的越快，著火事件越少[7]。季經緯等[8]研究固體可燃物熱解著火過程受熱輻射方向的影響情況，發現相比于水平方向輻射，垂直輻射下的固體可燃物質量損失速率更小；但在水平輻射條件下，材料更易發生熱解。Tsai[9]用錐形量熱儀研究PMMA板的引燃及自燃過程，分別通過計算機模擬和實驗兩個方面進行互相印證，得到引燃受熱解作用影響、自燃受到熱解和相變反應兩方面影響的結論。王平等[10]選取3種常見的室內裝修保溫隔音材料進行氧指數和煙密度試驗，研究其阻燃處理前后的燃燒和產煙性能[10]。蔡晶菁等[11]使用錐形量熱儀和45°燃燒性能試驗儀研究阻燃處理的丙綸地毯，發現地毯越厚火災危險性越低。潘亮[12]采用輻射熱源法研究防靜電地板、木地板、簇絨地毯以及PVC卷材地板的燃燒性能，結果表明四種鋪地材料的阻燃性能從大到小依次為：防靜電木板、PVC卷材地板、木質地板、簇絨地毯。余穩松等[13]對測定鋪地材料燃燒性能的輻射熱源法進行分析，指出火焰傳播的距離越遠其輻射通量越小，火焰傳播的距離越近其輻射通量越大。龍國峰[14]關于地毯的燃燒性能研究發現其屬于易燃材料，安全性能偏低，點燃時間均偏短，在燃燒的過程中釋放出大量的熱量并且發煙量大。因此，如果使用地毯應該對其進行阻燃處理。馬哲等[15]對木材的燃燒性能進行了研究，研究表明地板的熱釋放速率曲線呈“馬鞍狀”，復合地板和實木地板的熱釋放性能有很大的相似性。輻射功率越大，地板的點燃時間越小。在相同的輻射功率條件下，竹地板的點燃時間最小，容易發生轟燃，故其危險性比復合地板和實木地板高。綜上所述，前期工作對于建筑裝飾用單一鋪地材料的火反應特性研究較多，而對于在建筑內頂墻地不同位置的裝飾材料的對比可燃性研究較少。所以，選取在不同位置使用四種常見裝飾材料的可燃性能進行實驗，希望能對建筑裝飾裝修材料的使用和建筑火災的防控提供有益借鑒。

1 實驗

1.1 實驗材料

實驗選取聚氯乙烯地板革、PVC板、化纖丙綸地毯和樹脂類壁紙4種常用建筑用裝飾材料作為可燃性實驗研究的材料。

1.2 樣品表征

采用水平垂直實驗燃燒試驗儀(北京鑫生卓銳科技有限公司，CZF-5)，根據材料的點燃時間、持續燃燒的時間等現象對材料的可燃性進行評價，該設備計時范圍為0～999 s，計時精度為10±0.2 s，30±0.2 s。利用建筑材料可燃性試驗儀(蘇州菲尼克斯公司，PX-07-003)對材料可燃性進行分級，計時裝置精確到1 s，自動計時。煙密度測試儀(蘇州菲尼克斯公司，PX-07-008)對材料燃燒時的靜態產煙量進行測定，計時裝置精確到1 s，自動計時。材料的阻燃熱解特性由DTG-60AH差熱熱重同步分析儀(TG-DTA，日本島津儀器公司)進行表征，動態質量檢測范圍為±500 mg。

2 結果與分析

2.1 水平垂直燃燒實驗

2.1.1 水平法

聚氯乙烯地板革在每個試樣底邊中心下都施焰30 s，聚氯乙烯地板革有火焰產生，但當噴燈撤離后，火焰熄滅，燃燒現象消失，并且在施焰過程中火焰前沿始終沒有燒過25 mm標記線。當在試樣下方施加火焰時，樹脂類壁紙即刻著火，有明亮的火焰并伴有白煙產生，火焰前端燒到夾具位置。燃燒后的樹脂類壁紙呈黑色固體狀，較脆。當燒到25 mm標記線時，撤離噴燈。此時樹脂類壁紙繼續燃燒，當燒到100 mm標記線時，續燃計時顯示燃燒時間。化纖丙綸地毯遇明火后立刻燃燒，產生火焰并伴有黑煙，同時在燃燒過程中有黑色熔融物質滴落到鐵盤中，并且火焰前端燒到夾具。當火焰前沿燒過25 mm標記線時，撤回火焰噴燈；當火焰前沿燒到100 mm標記線時，續燃計時，記錄從25 mm燒到100 mm標記線的時間。當火焰施加到PVC板試樣下方，有火焰產生，中后期有些許煙氣產生。施焰時間超過30 s，噴燈撤離后火焰立刻熄滅，材料受火處有煙氣產生。施焰過程中，火焰前沿始終沒有燒到25 mm標記線處。

根據水平實驗過程中得到的每種試樣的燃燒時間及燃燒長度，得到水平燃燒速度如表1所示。

表1 水平燃燒速度匯總

2.1.2 垂直法

聚氯乙烯地板革在每個試樣底邊中心施加10 s的火焰，聚氯乙烯地板革燃燒，產生明亮的火焰，燃燒反應明顯比水平燃燒更劇烈，并伴有煙氣產生。當火焰前沿燒過25 mm標記線時，撤回噴燈并續燃記錄燃燒時間。當樹脂類壁紙接觸到火焰時迅速燃燒，有明亮的火焰，并伴有煙氣產生，火焰前端燒到夾具位置。燃燒速度明顯快于水平燃燒，燃燒產物仍為黑色固體物質?；w丙綸地毯接觸到火焰時迅速燃燒，有明亮的火焰，并伴有煙氣產生，火焰前端燒到夾具位置。燃燒過程中有熔融物滴落，燃燒產物仍為黑色固體物質。當PVC板接觸明火時，材料燃燒并有火焰，但火焰不向其他區域蔓延。施焰時間超過10 s，噴燈自動撤離后，材料停止燃燒，火焰消失，并且材料局部有熏黑的現象。

根據垂直實驗過程中的余焰時間，得到的垂直燃燒余焰時間如表2所示。

表2 垂直燃燒余焰時間匯總

由GB/T5455-2014中第10條規定可知，根據條件B計算3塊化纖丙綸地毯試樣的續燃時間和損毀的平均長度，燃燒時間結果精確到小數點后一位。其實驗結果見表3。

表3 化纖丙綸地毯垂直法實驗結果

通過對比4種材料的實驗結果可知，樹脂類壁紙燃燒速度最快，其次是化纖丙綸地毯，并且樹脂類壁紙和化纖丙綸地毯的火焰傳播能力也明顯強于聚氯乙烯地板革及PVC板。綜上，四種材料的水平垂直火災危險性由高到低依次為：樹脂類壁紙、化纖丙綸地毯、聚氯乙烯地板革、PVC板。

2.2 可燃性實驗

當火焰接觸試樣后，聚氯乙烯地板革被引燃(施焰時間為15 s)，表面有明顯的燃燒現象且伴有黑煙產生，但火焰并沒有燒到150 mm標記線處，并且放在下方的濾紙也沒被點燃?；鹧娼佑|到樹脂類壁紙后，樹脂類壁紙被引燃(施焰時間15 s)且有黑煙產生，火焰最高端幾乎到達150 mm標記線處，中間部分被燒至灰黑狀態，有些也存在燒至破洞狀態，下方濾紙未被點燃?；鹧娼佑|到化纖丙綸地毯后，化纖丙綸地毯即刻被引燃(施焰時間15 s)，并且有濃烈的黑煙產生，燃燒過程中有黑色熔融物滴落，同時下方濾紙也被引燃，化纖丙綸地毯最后幾乎是燒盡狀態。火焰接觸到PVC板后并沒有較為激烈的反應(施焰時間為30 s)。受火5 s后，PVC板表面開始變軟并呈焦黃狀態?；鹧媲岸耸冀K沒有燒至150 mm標記線處，且下方試紙也并沒有被引燃。4種材料的燃燒時間及燃燒結果見表4～表7。

表4 聚氯乙烯地板革實驗數據

根據GB/T8624-2012及表2和表3中的分級判據，平板狀建筑材料及制品的燃燒性能的等級及分級標準對B1級的要求是點火時間30 s，60 s內火焰尖高度Fs小于150 mm且無燃燒滴落物滴落引燃濾紙；對B2級的要求為點火時間15 s，20 s內火焰高度不超過150 mm。因此，聚氯乙烯地板革燃燒性能等級為B1；樹脂類壁紙燃燒性能等級為B3；化纖丙綸地毯燃燒性能等級為B3；PVC板燃燒性能等級為A。

表5 樹脂類壁紙實驗數據

表6 化纖丙綸地毯實驗結果

表7 PVC板實驗數據

2.3 建材煙密度實驗

將實驗材料在煙密度實驗中的燃燒現象進行匯總，整理結果見表8。

通過表8可知，化纖丙綸地毯出現明火的時間最早，僅2 s。說明這四種材料中化纖丙綸地毯最易被引燃，同時在燃燒過程中還有熔融物滴落，且燃燼速度最快，有焰時間最短。PVC應為不燃材料，其出現明火時間最晚、最難燃。

表8 實驗材料燃燒現象

4種材料燃燒后光吸收率與時間關系如圖1所示。由圖1a可知，聚氯乙烯地板革的最大煙密度為曲線的最高點，即39.417；總產煙量是曲線與時間軸圍成的面積，即138.272；總面積為400；按標準進行計算得到聚氯乙烯地板革的煙密度等級為34.568。由圖1b可知，樹脂類壁紙的最大煙密度為曲線最高點，即55.265；總產煙量為曲線與時間軸圍成的面積，即189.733；總面積為400；按標準進行計算得到樹脂類壁紙的煙密度等級為47.433。由圖1c可知，化纖丙綸地毯的最大煙密度為曲線最高點，即71.602；總產煙量為曲線與時間軸圍成的面積，即241.478；總面積為400；按標準進行計算得到化纖丙綸地毯的煙密度等級為60.370。由圖1d可知，PVC板的最大煙密度為曲線最高點，即42.911；總產煙量為曲線與時間軸圍成的面積，即144.633；總面積為400；按標準進行計算得到PVC板的煙密度等級為36.158。

由此可知，化纖丙綸地毯在燃燒過程中產煙量最大，聚氯乙烯地板革產煙量最小。所以，化纖丙綸地毯的火災危險性相對較高。

2.4 TG-DTA實驗

4種材料的TG和DTA對比結果分別見圖2和圖3。由圖2可知，聚氯乙烯地板革在前300 ℃內熱解反應緩慢，質量幾乎未發生改變，而300 ℃后質量開始減少，之后隨著溫度的不斷升高，材料質量不斷降低，失重速率慢慢增加。在300 ℃、500 ℃處和其他溫度相比，失重速率相對較快。樹脂類壁紙在250 ℃前熱解反應緩慢，質量幾乎未發生改變，而250 ℃后質量開始加速減少，之后隨著溫度的不斷升高，材料質量不斷降低，在250～350 ℃內失重速率最快，說明材料在這段溫度內熱解反應最強。化纖丙綸地毯在前350 ℃內熱解反應緩慢，質量幾乎未發生改變，而350 ℃后質量開始減少，在350～450 ℃內質量減少速率最快，說明化纖丙綸地毯在此時間段內反應最為強烈。之后隨著溫度的不斷升高質量不斷減少，當到達600 ℃時，材料質量接近為0。PVC板在前300 ℃內熱解反應緩慢質量幾乎未發生改變，在300 ℃后質量開始減少，在300～350 ℃內質量減少速率最快，說明PVC板在此時間段內反應較為強烈。之后隨著溫度的不斷升高，質量在緩慢減少。

圖2 4種材料TG對比圖

由圖3可知，隨著溫度的升高聚氯乙烯地板革開始發生放熱反應，當溫度到達480 ℃時，放熱量達到最大，其最大值約為84 uV。壁紙在熱解過程中主要以放熱過程為主，550 ℃放出的熱量最大，其最大值約為57 uV。化纖丙綸地毯在熱解過程中以放熱過程為主，當溫度上升到550 ℃時，放出熱量最大，其最大值約為88 uV。隨著溫度的升高，PVC開始放熱，且放熱量的變化幅度較小，當溫度到達550 ℃時，放熱量達到最大，其最大值約為50 uV。

圖3 4種材料DTA對比圖

樹脂類壁紙產生失重現象的條件溫度最低，即200 ℃就發生熱解反應，當溫度到達250 ℃時，失重速率加快，此時放熱量達到一個極大值；聚氯乙烯地板革和PVC板的開始失重溫度相近，PVC失重速率比聚氯乙烯地板革快，但聚氯乙烯地板革在溫度到達500 ℃左右時，放熱量達到最大，相比而言，PVC板在整個熱解反應過程中，能量變化幅度較??；化纖丙綸地毯的開始失重溫度在4種材料里面最高，在350 ℃開始反應，當溫度到達550 ℃時，放熱量達到最大，數據見表9。

表9 4種材料TG-DTA數據匯總

綜上可知，相比其他3種材料而言，PVC板的熱穩定性最強。

3 結論

通過分析4種材料火焰燃燒速度、靜態煙密度、建材可燃性以及熱重—差熱實驗得到如下結論：

通過水平垂直燃燒實驗發現，化纖丙綸地毯的燃燒速度最快，火焰傳播能力最強，PVC板無明顯燃燒現象。通過可燃性實驗可得出四種材料的燃燒性能等級，聚氯乙烯地板革燃燒性能等級為B1；樹脂類壁紙燃燒性能等級為B3；化纖丙綸地毯燃燒性能等級為B3；PVC板燃燒性能等級為A。即地毯、樹脂類壁紙為易燃材料，聚氯乙烯地板革為可燃材料，PVC板為難燃材料。

在煙密度實驗中，化纖丙綸地毯的煙密度等級最高，聚氯乙烯地板革的煙密度等級最低。若發生火災，化纖丙綸地毯的能見度相對最低，即火災隱患較大。由熱重—差熱分析實驗可知，化纖丙綸地毯的失重速率最快，且放熱量最大；PVC板放熱量最小。綜合以上4個實驗得出可燃性由強到弱排序為：化纖丙綸地毯、樹脂類壁紙、聚氯乙烯地板革、PVC板。