建筑裝飾用阻燃型鋁塑復(fù)合板的防火性能研究

文/王小紅 廖劍波 （湖南省塑料研究所、湖南科天新材料有限公司， 長沙，410001）

1 前言

阻燃型鋁塑復(fù)合板（以下簡稱防火鋁塑板），是以優(yōu)質(zhì)鋁合金涂層板作面板、無鹵高阻燃聚乙烯塑料作芯材的新型高檔墻體裝飾防火建材。除保持了鋁塑板的美觀、易安裝等特性，還因具有優(yōu)異的防火性能達(dá)到國際防火建材測試標(biāo)準(zhǔn)，主要應(yīng)用于機(jī)場、車站、地鐵、體育場館、商場、辦公大樓、高檔文化娛樂中心等公共場所。

當(dāng)前，世界各國對建筑安全性的要求越來越嚴(yán)格，而防火性能是安全性的一項最重要指標(biāo)。歐美和新加坡等國家對于高層建筑上幕墻裝飾材料的使用，均要求通過美國NFPA285試驗、和PSB BS476等標(biāo)準(zhǔn)的檢測，并規(guī)定了防火安全性能不得低于相應(yīng)的要求或進(jìn)行使用高度限制。我國正在起草的GB50016-2012《建筑設(shè)計防火規(guī)范》，使得社會各界對外墻裝飾材料的應(yīng)用和高度限制又越來越受到重視，從而對鋁塑復(fù)合板幕墻裝飾材料的防火安全性研究和火災(zāi)危險性評價也越來越深入。

為適應(yīng)高層建筑裝飾幕墻用防火鋁塑板新材料的推廣應(yīng)用，并更好地反映幕墻用阻燃型鋁塑復(fù)合板材料的防火特性差異，以準(zhǔn)確地評價鋁塑復(fù)合板材料的防火安全性能，本研究采用美國（NFPA 285）中等尺寸多層建筑燃燒試驗和英國 BS 476-6/7火災(zāi)蔓延試驗等方法標(biāo)準(zhǔn)，取代原德國的小型難燃級試驗（DIN4102-1）和現(xiàn)歐盟的SBI單體燃燒試驗（EN13823）等方法標(biāo)準(zhǔn)，研究了無鹵阻燃填充芯材制作的B1+阻燃型鋁塑板與普通聚乙烯芯材生產(chǎn)的普通鋁塑板的防火安全特性參數(shù)差異，并從試驗結(jié)果參數(shù)對其燃燒性能的影響進(jìn)行了評價分析，進(jìn)而對阻燃型鋁塑板在建筑幕墻領(lǐng)域的裝飾應(yīng)用提出了建設(shè)性的指導(dǎo)意見。

2 防火鋁塑板的研制

2.1 主要原材料

無鹵高阻燃專用料：KT-A1651，KT-A2721，湖南科天新材料有限公司研制生產(chǎn)；氟碳涂裝鋁板

厚度0.50 mm、高分子粘接膜厚度0.04~0.08 mm，均為工業(yè)品。

2.2 主要生產(chǎn)設(shè)備

在線擠出連續(xù)熱壓復(fù)合生產(chǎn)線1： 180/35：1單螺桿排氣式共擠生產(chǎn)線：HUAYUAN公司；

在線擠出連續(xù)熱壓復(fù)合生產(chǎn)線2： 92/ 170雙階擠出生產(chǎn)線：BOLLIYA公司.

2.3 工藝流程

2.4 防火安全性評價參數(shù)的測試方法與標(biāo)準(zhǔn)

難燃試驗：按DIN4102-1《建筑材料難燃性試驗方法》進(jìn)行。

單體燃燒SBI試驗：按EN13823《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》進(jìn)行。

中等尺寸多層建筑燃燒試驗：按照美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA 285—2006《使用中等尺寸多層試驗儀評定

包含可燃部件的外部非承重墻組件可燃性特征的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》進(jìn)行。

TUV PSB BS476火災(zāi)蔓延試驗：按照英國標(biāo)準(zhǔn) BS 476 PART6/ PART7進(jìn)行燃燒試驗。

3 試驗研究

我們聯(lián)合國內(nèi)多家鋁塑復(fù)合板制造企業(yè)，對我司研制產(chǎn)業(yè)化的無鹵阻燃專用芯材制作的防火鋁塑板進(jìn)行了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)試驗，并與國際檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)Intertek和TUV PSB BS476的技術(shù)人員配合，對研制的防火鋁塑板進(jìn)行了多層建筑燃燒試驗NFPA 285和PSB BS476 6/7標(biāo)準(zhǔn)方法的試驗研究，取得了有實用價值的試驗參數(shù)。

3.1 樣品篩選

我們篩選了三種鋁塑復(fù)合板材料用于試驗研究，具體規(guī)格見表1。

3.2 試驗方法標(biāo)準(zhǔn)介紹

3.2.1 小型難燃試驗方法[1]

按照DIN4102-1進(jìn)行。試驗原理上主要以小尺寸樣品的試驗為主，測試材料在受火作用下的一些基本對火反應(yīng)能力：材料的可點燃性、火焰蔓延性等。樣品尺寸小，為1 000 mm×190 mm。GB/T 8625—2005難燃豎爐試驗結(jié)果的評價參數(shù)為：最小剩余長度＞200 mm 平均剩余長度≥350 mm 平均煙氣溫度峰值≤125 ℃ ，試樣背面無任何燃燒現(xiàn)象。其試驗裝置和試樣見圖1和2。

表1 試驗研究用鋁塑復(fù)合板樣品規(guī)格參數(shù)

圖1 豎爐試驗裝置圖

圖2 試樣燃燒及燃燒后圖片

3.2.2 單體燃燒試驗（SBI）方法

按EN13823進(jìn)行。試驗原理是耗氧原理，評價在房間角落處， 模擬制品附近有單個燃燒體火源的火災(zāi)場景下，制品本身對火災(zāi)的影響，與房間角落試驗ISO 9705有著良好的相關(guān)性。

SBI試驗結(jié)果的評價參數(shù)為：FIGRA≤120W/s、且LFS＜試樣邊緣、且THR600s≤7.5 MJ。

SBI試樣為一角落形試樣，分為長翼和短翼，試驗樣品尺寸分別為1.5m×1m和1.5m×0.5m兩塊板組成直角豎立。熱釋放30kW的火源設(shè)置在直角處。試驗時間1260s，總試驗時間1560s（26min）。試驗中將幕墻用鋁塑板試樣用螺絲固定在輕鋼龍骨框架上，試樣與基材硅酸鈣板之間存在40mm空氣隙，以模擬最嚴(yán)峻的受火方式?；谋趁娌捎帽嘲澹ü桠}板）支撐。由于在實際應(yīng)用中，鋁塑板存在拼接縫，故在長翼200mm處和500mm分別設(shè)置了一條垂直接縫和水平接縫。SBI試驗采用的試樣安裝方式見圖3，固定方式及其拼接縫見圖4。

圖3 SBI試樣安裝方式

圖4 SBI試樣固定及其拼接縫

3.2.3 中等尺度多層建筑結(jié)構(gòu)的防火標(biāo)準(zhǔn)NFPA 285試驗

按照美國標(biāo)準(zhǔn)NFPA 285試驗方法進(jìn)行。美國IBC（International building code）第26章規(guī)定：墻體組件必須通過NFPA 285-2006 標(biāo)準(zhǔn)試驗，該試驗被行業(yè)稱作多層燃燒性能試驗。

任意高度的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ類建筑的外墻系統(tǒng)，應(yīng)符合NFPA 285 要求。

試驗標(biāo)準(zhǔn)的中文名稱為：《使用中等尺寸多層試驗儀評定包含可燃部件的外部非承重墻組件可燃性特征的標(biāo)準(zhǔn)試驗方法》。下面的圖5為NFPA 285試驗的整體結(jié)構(gòu)模擬圖，圖6為燃燒點火器放置側(cè)視圖。

圖5 整體結(jié)構(gòu)模擬圖

3.2.4 PSB BS 476-6 和PSB BS476-7 火焰?zhèn)鞑バ阅茉囼灥臏y定方法

PSB BS 476-6 測試方法是一種材料火焰?zhèn)鞑バ阅艿臏y定方法，主要用于評估墻壁和天花板襯里的防火性能，測定結(jié)果以火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)表示。

圖6 燃燒點火器放置側(cè)視圖

試驗時，將試件暴露于管式噴燈下，該燈的釋熱量為530J/秒。試驗2分45秒后，將2個電加熱器的總功率調(diào)為1800瓦，至試驗5分鐘時，將功率降至1500瓦，隨后維持此功率不變，直至試驗結(jié)束，總試驗時間為20分鐘。

表2 不同芯材類型的鋁塑板難燃豎爐試驗結(jié)果參數(shù)對比[3]

表3 不同芯材的鋁塑板幕墻SBI試驗參數(shù)對比

為了評估被試材料BS476-6中的火焰?zhèn)鞑バ阅?，用熱電偶連續(xù)記錄煙筒中溫度與室溫的差值，并將所得結(jié)果（溫差與時間的關(guān)系曲線）與標(biāo)定曲線比較，標(biāo)定曲線是以規(guī)定密度的石棉－水泥板以同樣方式測定的。進(jìn)行比較時，比較相同時間下兩條曲線表示的溫差值，在試驗最初3分鐘，每隔30 秒取溫差值，在隨后的4－10分鐘，每隔1分鐘取溫差值，在最后的11－20分鐘，每隔2分鐘取溫差值，這三個時間段的分火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)I分別按公式計算。分別計算3個時間段[(0-3)min，(4-10)min，(11-20)min]的分火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)i?？偦鹧?zhèn)鞑ブ笖?shù) I值為3個分火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)之和（即I=i1+i2+i3）。

PSB BS476-7 主要通過測定樣品表面?zhèn)认蜓由觳⒒谒俣群脱由扉L度來確定燃燒等級。 測試方法是在燃燒箱內(nèi)點燃燒樣品，點燃源為燃?xì)廨椛浒寮爸行腿細(xì)鈬姛?。輻射板的輻射?qiáng)度在離75mm處為32.5kw/m2(表面)，噴燈的火焰高75-100mm，與輻射板在同一方向施加于試樣。樣品暴露在輻射熱源板下10min。記錄1.5分鐘及10分鐘樣品的火焰?zhèn)鞑コ潭取?/p>

表4 不同芯材的鋁塑板NFPA 285防火試驗參數(shù)對比

PSB BS476-7 火焰蔓延等級為四個等級分別為：BS476-7 Class 1-4這四個等級。

BS476-7 Class 1：要求1.5分鐘，樣品火焰蔓延長度在165mm以內(nèi)，要求10分鐘，樣品火焰蔓延長度在165mm以內(nèi)。

BS476-7 Class 2：要求1.5分鐘，樣品火焰蔓延長度在215mm以內(nèi)，要求10分鐘，樣品火焰蔓延長度在455mm以內(nèi)。

BS476-7 Class 3：要求1.5分鐘，樣品火焰蔓延長度在265mm以內(nèi)，要求10分鐘，樣品火焰蔓延長度在710mm以內(nèi)。

BS476-7 Class 4：火焰蔓延長度超出BS476-7 Class 3的要求。

BS476-7火焰蔓延等級關(guān)系到火災(zāi)是否波及到鄰近可燃物，或者加速鄰近可燃物而使火勢擴(kuò)大。

4 試驗結(jié)果與評價分析

4.1 不同芯材類型的鋁塑板難燃豎爐試驗參數(shù)評價分析

按照DIN4102-1標(biāo)準(zhǔn)，不同芯材類型的鋁塑板難燃豎爐試驗參數(shù)見表2。

由表2可知，在總厚度均為4 mm、鋁板厚0.50 mm條件下，采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板在各項燃燒性能指標(biāo)上明顯比普通鋁塑板優(yōu)越，燃燒性能等級可達(dá)B1/A級的較高防火等級，而不阻燃的普通聚乙烯芯材制作的普通鋁塑板燃燒性能等級則達(dá)不到難燃B1級。

4.2 不同芯材類型的鋁塑板SBI試驗參數(shù)評價分析

按照EN13823進(jìn)行試驗。不同芯材類型的鋁塑板SBI試驗結(jié)果如下表3。

由表3可知，在總厚度均為4 mm、鋁板厚0.50 mm條件下，采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火

鋁塑板在各項燃燒性能指標(biāo)上明顯比普通鋁塑板優(yōu)越，燃燒性能等級為B-s1，d0的較高防火等級，而普通

LDPE芯材制作的鋁塑板防火等級較差，為D-s1，d2的較低等級[2]。

4.3 不同芯材類型的鋁塑板NFPA285試驗參數(shù)評價分析

按NFPA 285—2006標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。不同芯材類型的鋁塑板，防火試驗參數(shù)評價分析見表4。

結(jié)論

NFPA 285—2006檢測中，外部防火鋁塑板上的火焰處于設(shè)定的限制之內(nèi)（窗戶頂端以上10'、窗戶邊以外5'）；火焰沒有蔓延至核心部件或滲入2樓房間；熱電偶沒有超過最大限值。

從圖7可看出：采用無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板，進(jìn)行NFPA 285標(biāo)準(zhǔn)燃燒試驗時的起始與燃燒過程的圖片。經(jīng)過40 min的點火燃燒試驗，火焰沒有從窗口處沿著防火鋁塑板大面積蔓延，只燒掉一少部分，阻燃效果很好。

圖7 無鹵高阻燃聚乙烯芯材制作的防火鋁塑板NFPA 285燃燒試驗

4.4 PSB BS 476-6/7 火焰?zhèn)鞑ヅc側(cè)向蔓延性能的試驗參數(shù)與安全性評價

4.4.1 PSB BS 476-6 的試驗參數(shù)及其防火安全評價

PSB BS 476-6 試驗結(jié)果與參數(shù)，參見表5 。從表5可以看出：I 值越高，材料的阻燃性越低，0 級材料要求：I≤12，i1、i2、i3≤6。

在東南亞如新加坡，防火鋁塑版的燃燒傳播等級只有穩(wěn)定達(dá)到PSB BS 476-6 0級材料方可應(yīng)用

于建筑幕墻，其材料的火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)滿足：i1，2，3≤6，I≤12(I=i1+i2+i3) 。

表5 PSB BS476-6 FR-ACP的試驗結(jié)果參數(shù)

4.4.2 PSB BS 476-7 的試驗參數(shù)

圖8 PSB BS476-7 FR-ACP的測試裝置圖

PSB BS476-7 的試驗結(jié)果參數(shù)參見表6。

從表6可以看出：根據(jù)BS476-7火焰蔓延等級分類B標(biāo)準(zhǔn)，測試結(jié)果符合BS476-7 Class 1級的要求，危險波及性最小，可應(yīng)用作建筑裝飾材料。在新加坡等東南亞國家，防火鋁塑板只有達(dá)到BS476-7 Class 1級，才能作建材使用。

表6 PSB BS476-7 FR-ACP的試驗結(jié)果參數(shù)

5 、研究結(jié)論

基于對歐美等發(fā)達(dá)國家關(guān)于防火建材標(biāo)準(zhǔn)的測試研究，我們得出以下結(jié)論：

鋁塑復(fù)合板因使用不同的芯材成分而表現(xiàn)出不同的防火安全特性，需要引起建筑消防設(shè)計、使用部門和國家相關(guān)協(xié)會的高度重視和嚴(yán)重關(guān)切。

研制生產(chǎn)的防火鋁塑板，按德國DIN4102-1 難燃爐試驗，測試指標(biāo)達(dá)到并超過A級對應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)要求；而普通鋁塑板按DIN 4102-1 試驗不能達(dá)到難燃B1級的技術(shù)要求。

研制生產(chǎn)的防火鋁塑板，按歐盟EN13823單體燃燒試驗時，燃燒性能等級達(dá)到B- s1，d0級，防火鋁塑板在火災(zāi)試驗中對火勢擴(kuò)大的貢獻(xiàn)較小，燃燒滴落物和煙氣毒性附加分級均為最好的d0和s1級；而普通鋁塑板按EN13823單體燃燒試驗時燃燒性能等級為D級，燃燒滴落物附加分級為d2級，具有相當(dāng)?shù)幕馂?zāi)危險性。

研制生產(chǎn)的防火鋁塑板，按美國NFPA 285中等尺度多層建筑結(jié)構(gòu)的防火標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，檢測中的外部防火鋁塑板上的火焰處于設(shè)定的限制之內(nèi)（窗戶頂端以上10'、窗戶邊以外5'），火焰沒有蔓延至核心部件或滲入2樓房間，測試溫度沒有超過最大限值，可通過NFPA 285標(biāo)準(zhǔn)的合格測試。

研制生產(chǎn)的防火鋁塑板，按英國PSB BS476 PART6/PART7防火建材標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗，試驗時撕去表面鋁板，對露出的阻燃塑料芯材表面進(jìn)行火災(zāi)蔓延試驗，檢測結(jié)果分別可達(dá)到0級材料（火焰?zhèn)鞑ブ笖?shù)滿足i1，2，3≤6，I≤12）要求和BS476 PART7 CLASS 1級材料要求，可用于建筑裝飾材料領(lǐng)域，并不受建筑高度的限制。

[1] 趙成剛編著.建筑材料及制品燃燒性能分級[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007

[2] 王小紅，趙成剛，無鹵阻燃型鋁塑復(fù)合板在高層建筑外墻裝飾上的防火安全性試驗與材料應(yīng)用研究[J].中國建材科技，2011（6）：15-20.