一種鋪地材料燃燒性能的檢測方法

陳固魁

0 引言

建筑材料或各類制品燃燒并誘發火災，會造成嚴重危害，因此，需制定完善的試驗和檢測規范，妥善解決建筑材料以及各類制品燃燒性能問題。楊寧、宋魁在《幾種鋪地材料性能的錐形量熱計研究》中分析了滌綸地毯、混紡毛絨地毯的燃燒性能[1]，并對其展開研究測試；肖智仁在《鋪地材料燃燒性能測試方法的研究》中對木地板、地毯、膠地板等非不可燃材料進行燃燒性能的測試試驗[2]。本文借鑒上述文獻中性能測試試驗的研究理論體系，并綜合兩種測試方法進行全面的性能檢驗，以垂直、水平燃燒性能的數據測試為創新點，展開以下研究。

1 材料阻燃處理的必要性

火具有雙重性特征，火可照明，提升環境溫度，促進人類物質文明發展，但是火具有較大的破壞性，隨著人類社會的不斷發展，在工業生產以及人們的日常生活中，用火用電規模逐漸增加，如果用火用電管理不當，或者相關設備出現故障，會誘發嚴重火災，對人類的生命財產安全構成危害。

近年來，在公共場所以及住宅建筑使用中，火災發生率比較高，通過對火災的誘發原因進行調查分析，在很多工程項目裝飾裝修施工中，一般僅關注裝修效果，在裝飾裝修材料選擇應用方面，沒有對材料的阻燃性能進行檢測，可能會造成工程項目火災隱患。

在發生火災后，隨著火災的蔓延，可誘發嚴重災害。火災可能是自然現象，也可能是社會現象，火災具有預防性特征，隨著科學技術的不斷發展，在火災預防控制方面應用的方法逐漸增多。例如，在建筑工程施工中，為改善施工材料阻燃性，可采用天然高聚物或者合成高聚物。

通過對火災事故的發生原因進行調查分析，高分子材料造成的火災事故發生率比較高。在各行各業生產生活中，塑料、合成纖維、橡膠等各類材料已逐漸替代傳統的金屬水泥、棉麻、鋼材、木材等，但是很多高分子材料具有可燃性以及易燃性特征，根據試驗檢測，這類材料的氧指數在17%～21%之間。另外，在高分子材料燃燒過程中，釋放速率比較大，熱值高，火焰的傳播速度比較快，在燃燒過程中會產生濃煙以及大量有毒有害氣體，對生態環境以及人們的生命安全造成不良影響。對此，在各類產品生產制造中，應當采用阻燃劑，改善產品的阻燃性，如在扶手椅生產制造中，如果沒有應用阻燃劑，在扶手椅燃燒后，安全撤離時間為2min，如果將阻燃劑應用于扶手椅生產制造中，在發生火災后，安全撤離時間可延長至22min。

阻燃材料技術發展迅速，在火災預防控制方面發揮著十分重要的作用。在材料制作中，應用阻燃材料，可顯著提升材料的防火性能，但是，阻燃材料不能直接作為不燃材料，一旦發生火災，其依然能夠持續燃燒，但是可減少燃燒時間，延長人們的逃生時間。

2 鋪地材料燃燒性能檢測方法

2.1 臨界輻射通量試驗方法

在臨界輻射通量試驗過程中，在金屬框架中安裝多孔耐火板，將其作為輻射源，試驗中的氣體是由燃氣以及空氣組成的，通過應用適當的裝置，保證試驗操作穩定性。在對輻射通量大小進行調節時，可對燃氣和空氣之間的混合比進行調控。在輻射板預熱過程中，持續時間長，在輻射通量設定方面，需對燃氣/空氣流量進行持續調整，而在輻射錐加熱過程中，操作方式便捷，只需使輻射錐處于通電狀態，再對溫度進行調整即可。在具體的試驗操作中，對于點燃試件，可選用不銹鋼線形點火器，點火器的長度為250mm，并設置兩排孔，將丙烷作為燃氣，在丙烷燃燒過程中即可產生火焰。

2.2 錐形量熱計試驗方法

在錐形量熱計試驗法的實際應用中，為實現外部點火，需應用電火花點火器，在試樣表面中心以上13mm位置安裝火花塞。通過應用燃氣點火焰的方式，保證試件接觸緊密度，便于試件著火，由于點火器為線形，因此在試件燃燒過程中，可沿直線持續推進。電火花點燃試件可釋放出可燃氣體，兩種點火方式的差異比較大，例如，在鋪地材料燃燒性能檢測中，部分材料的絨頭比較高，如羊毛地毯、簇絨地毯以及機織地毯等，在對這類材料的燃燒性能進行檢測時，如果應用電火花點火方式，所得結果與線形點火器點火所得結果不同，電火花點火不易點燃材料[3]。

3 鋪地材料燃燒性能檢測實驗

3.1 原材料

選擇由不同廠家生產的化纖地毯以及丙綸地毯作為本次實驗材料，分別記為化纖地毯1、化纖地毯2、丙綸地毯1、丙綸地毯2，還需選用純毛地毯。

3.2 儀器設備

在本次實驗檢測中，選用三種儀器設備，包括HC-2CZ型氧指數測定儀、SCZ-3型水平垂直燃燒測定儀以及錐形量熱儀[4]。

3.3 測試方法

在氧指數測定過程中，將《塑料 用氧指數法測定燃燒行為第2部分：室溫試驗》（GBT2406.2-2009）[5]作為依據；在水平燃燒性能檢測中，將《塑料 燃燒性能的測定 水平法和垂直法》（GB/T2408-2021）[6]作為依據；在應用錐形量熱儀測試時，參考ISO5660[7]。

4 結果與討論

4.1 氧指數測定結果

選擇本次實驗樣本，進行氧指數檢測，所得結果如表1所示。通過對表1進行分析，本次實驗應用的地毯均為易燃材料（氧指數＜27%），在5種地毯的實際應用中，必須做好防火管理，保證用火安全性。

表1 試樣氧指數測定結果

4.2 錐形量熱儀測定結果

在應用錐形量熱儀進行實驗測試時，需設置不同的輻射熱強度，對地毯點燃時間進行檢測，據此對材料的消防安全性能進行檢測。如果地毯材料的點燃時間比較長，在著火后，為人們預留的逃生時間也比較長。另外，通過對表2進行分析，當輻射通量相同時，各類材料的點燃時間有一定的區別，其中，化纖地毯的點燃時間最長，純毛地毯的點燃時間最短。試樣材料的輻射熱與點燃時間之間的關系如圖1所示，通過對圖1進行分析表明，地毯材料的輻射熱和點燃時間之間具有一定線性相關性。

表2 試樣點燃時間測定結果

圖1 試樣材料的輻射熱與點燃時間

熱釋放速率是在一定的熱輻射強度作用下，在地毯材料引燃后，其單位面積釋放熱量的速率，單位為kW/m2。為了能夠判斷火災發生初期鋪地材料的貢獻值，同時確定鋪地材料的阻燃性能，需對樣本初期平均熱釋放速率進行檢測[8]。對于熱釋放速率峰值，應當作為鋪地材料火災特性評估分析中的重要參數。通常情況下，在鋪地材料燃燒過程中，有一處峰值或者兩處峰值，通過對初始最大峰值進行分析，了解材料的燃燒特性。在本次實驗中，如果各類材料的外加熱輻射熱通量為35kW/m2，當時間發生變化時，各類材料的熱釋放速率變化情況如圖1所示。通過對表2中的數據進行分析，在前100s以內，除純毛地毯以外，其他地毯材料的平均熱釋放速率大致相同，另外，兩種丙綸地毯熱釋放速率的峰值大致相同，并且為最高值，其次為化纖地毯，純毛地毯的熱釋放速率峰值最小。

在本次實驗研究中，選擇化纖地毯作為研究對象，在3種不同外加熱輻射強度下，在前255s以內，各類地毯材料的平均熱釋放速率、峰值熱釋放速率會隨時間的變化而發生變化。另外，當熱輻射強度逐漸增加時，熱釋放速率也會隨之增加，如果鋪地材料的熱輻射強度為最大值，則其率先達到熱釋放速率峰值。

在本次實驗中選用錐形量熱儀，對于各類鋪地材料燃燒過程中的質量損失速率，可采用五點差分法進行自動化記錄，通過對質量損失速率進行分析，確定各類鋪地材料的熱分解燃燒速率與比消光面積、熱釋放速率以及一氧化碳的生成速度密切相關，如果質量損失速率比較大，上述各項參數也會隨之增加[9]。在本次實驗中，當熱輻射熱通量達到35kW/m2時，質量損失速率和圖2中對應的熱釋放速率大致相同。另外，在各類鋪地材料燃燒初期，與純毛地毯相比，化纖地毯以及丙綸地毯的質量損失速率比較大，由此可見，在各類鋪地材料的實際應用中，在化纖地毯引燃后，會迅速燃燒。

圖2 化纖地毯在不同熱輻射通量下的熱釋放速率比較

在本次實驗中，鋪地材料分解過程中，單位質量可燃物揮發過程中產生煙的能力，可采用比消光面積表示，單位為m2/kg。當熱輻射熱通量達到35kW/m2時，各類鋪地材料的比消光面積如表3所示，通過對表3進行分析可見，各類鋪地材料的比消光面積大致相同，在燃燒過程中的發煙量比較小。

表3 熱通量為35kW/m2時錐形量熱儀測得燃燒性能參數

4.3 水平垂直燃燒性能測定結果分析

試樣燃燒實驗測定所得結果如表4和表5所示，通過對表4進行分析，在水平燃燒實驗過程中，火焰施加時間持續30s，火焰前沿均沒有超過第一標線，在鋪地材料燃燒后，各類鋪地材料的體積逐漸增加，并且釋放出大量煙塵、刺激性氣體以及碳化物。在停止對化纖地毯1施加火焰后，化纖地毯1依然持續燃燒，通過對燃燒速率進行測定，為30.42mm/min，據此評定為HB40級。在停止對化纖地毯2施加火焰后，化纖地毯2依然持續燃燒，通過對燃燒速率進行測定，為70.05mm/min，據此評定為HB75級。在停止對丙綸地毯1施加火焰后，丙綸地毯1依然持續燃燒，通過對燃燒速率進行測定，為35.71mm/min，據此評定為HB40級。在停止對丙綸地毯2施加火焰后，丙綸地毯2依然持續燃燒，通過對燃燒速率進行測定，為23.93mm/min，據此評定為HB40級[10]。在停止對純毛地毯施加火焰后，純毛地毯依然持續燃燒，但是沒有燃燒至標線2，燃燒速率為28.57mm/min，據此評定為HB40級。而由表5得知，在垂直燃燒試驗過程中，5種試驗材料在點燃后，火焰均蔓延至夾具，且滴落物引燃棉花墊。上述結果表明，純毛地毯的線性燃燒速率最小，優于其他材料，而垂直燃燒結果表明，各種材料均存在自熄性差的特點，火災隱患甚大[11]。

表4 試樣水平燃燒實驗測定結果

表5 試樣垂直燃燒性能測定結果

5 結論

本文主要選擇多種鋪地材料，對鋪地材料燃燒性能檢測方法進行了詳細探究。在建筑工程裝飾裝修中，鋪地材料的燃燒性能會對建筑工程安全性產生較大影響，因此，需選擇高質量鋪地材料，還需對鋪地材料的燃燒性能進行檢測，避免對建筑工程安全性構成危害。在本次研究中，將錐形量熱計應用于鋪地材料檢測中，可對各類鋪地材料的燃燒性能進行準確檢測，據此對鋪地材料的燃燒性能進行準確評估。在應用錐形量熱計進行檢測時，需合理應用氧指數法、水平法和垂直法，根據所得結果驗證材料的最低燃燒等級。