地毯燃燒性能測試結(jié)果重現(xiàn)性研究

劉東發(fā)，肖智仁，尹碧軍，李業(yè)添

（廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州511442）

分析測試

地毯燃燒性能測試結(jié)果重現(xiàn)性研究

劉東發(fā)，肖智仁，尹碧軍，李業(yè)添

（廣州市質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院，廣東 廣州511442）

從實(shí)驗(yàn)方法及地毯燃燒性能測試的影響因素出發(fā)，重點(diǎn)針對輻射通量曲線、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、基材及材料粘附方式等因素，按照GB/T 11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》，研究分析校準(zhǔn)的輻射通量曲線對地毯燃燒性能測試結(jié)果重現(xiàn)性的影響。

地毯；燃燒性能；臨界輻射通量測試；重現(xiàn)性

燃燒性能是指材料燃燒或遇火時(shí)所發(fā)生的一切物理和化學(xué)變化，這項(xiàng)性能由材料表面的著火性和火焰?zhèn)鞑バ?、發(fā)熱、發(fā)煙、炭化、失重以及毒性生成物的產(chǎn)生等特性來衡量。根據(jù)我國建材分級體系的國家標(biāo)準(zhǔn)GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》，地毯屬于鋪地材料，其燃燒性能測試包括GB/T 5464不燃性試驗(yàn) （A1、A2），GB/T 14402燃燒熱值試驗(yàn)（A1、A2），GB/T 11785臨界輻射通量試驗(yàn)（A2、B1、B2），GB/T 8626可燃性試驗(yàn) （B1、B2）等。大多數(shù)常見的地毯材料，均不屬于不燃材料，燃燒性能介于難燃材料及可燃材料之間，其不合格項(xiàng)目集中于臨界輻射通量試驗(yàn)中，本文將基于輻射通量曲線，重點(diǎn)探討其對臨界輻射通量試驗(yàn)測試結(jié)果重現(xiàn)性的影響。

2 臨界輻射通量試驗(yàn)及其影響因素

2.1 臨界輻射通量試驗(yàn)簡介

臨界輻射通量試驗(yàn)[1-2]，其方法來自國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》，等同采用歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN ISO 9239-1:2002《Reaction to fire tests for floorings--Part1:Determination of the burning behaviour using a radiantheat source》。該方法是試驗(yàn)燃燒箱中，用小火焰點(diǎn)燃水平放置并暴露于傾斜的熱輻射場中的鋪地材料，計(jì)算火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，并通過輻射通量校正曲線轉(zhuǎn)化為臨界輻射通量，評估其火焰?zhèn)鞑ツ芰?；同時(shí)通過煙測系統(tǒng)，計(jì)算其產(chǎn)煙量，評估其產(chǎn)煙特性。試驗(yàn)裝置如圖1所示。

圖1 臨界輻射通量試驗(yàn)裝置示意圖

2.2 影響因素分析

根據(jù)試驗(yàn)過程以及部分研究人員的分析[3-5]，試驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性主要受輻射通量曲線、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、基材及材料粘附方式等一系列因素的影響，基于上述研究成果，我們在實(shí)驗(yàn)研究中將針對這些因素，研究分析其對測試結(jié)果重現(xiàn)性的影響。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 實(shí)驗(yàn)條件

按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》進(jìn)行實(shí)驗(yàn) （包括校準(zhǔn)程序及測試程序）。

校準(zhǔn)程序?yàn)椋涸谠囼?yàn)箱中，將滑動(dòng)平臺(tái)、模擬樣品及夾具放置在試驗(yàn)位置，在排氣扇打開、試件出人門關(guān)閉情況下測量箱體煙道內(nèi)的氣體流速，并調(diào)節(jié)使其滿足 (2.5±0.2)m/s，然后點(diǎn)燃輻射板。讓輻射板加熱至少l h，直到試驗(yàn)箱體溫度穩(wěn)定，在此過程中點(diǎn)火器應(yīng)關(guān)閉。用熱通量計(jì)在410mm的位置測量輻射通量。插入熱通量計(jì)，讓它的探測表面與模擬樣品面平行并高出2~3 mm，30 s后讀數(shù)，如果輻射通量為 (5.1±0.2)kW/m2，就可以進(jìn)一步進(jìn)行輻射通量曲線的校準(zhǔn)，如果達(dá)不到，則需要調(diào)節(jié)輻射板的燃?xì)?空氣流量。熱通量計(jì)在每一次新的讀數(shù)前應(yīng)讓輻射板的燃?xì)饬髁糠€(wěn)定至少10 min。依次在每個(gè)孔中插人熱通量計(jì)，起始點(diǎn)為110 mm，終點(diǎn)為910 mm，在910 mm點(diǎn)測量完畢后，再在410mm點(diǎn)測量輻射通量，檢驗(yàn)在此測試過程中輻射通量是否在允許范圍以內(nèi)。

將輻射通量值和校準(zhǔn)板上的每個(gè)長度值作為一組相關(guān)數(shù)據(jù)函數(shù)記錄下來，通過這些數(shù)據(jù)點(diǎn)仔細(xì)地畫一條平滑曲線，這條曲線就是輻射通量曲線。

測試程序?yàn)椋焊鶕?jù)設(shè)定排煙系統(tǒng)的空氣流量，移走模擬樣品，關(guān)閉試樣出入門，點(diǎn)燃輻射板，讓裝置預(yù)熱至少1 h，直到箱體溫度穩(wěn)定。測量輻射板黑體溫度，與校準(zhǔn)時(shí)記錄的溫度相比較，黑體溫度的偏差應(yīng)在±5℃范圍內(nèi)，箱體溫度偏差應(yīng)在 ±10℃范圍內(nèi)，如果黑體溫度和箱體溫度超出了給定的溫度范圍，那么應(yīng)調(diào)整輻射板燃?xì)?空氣的輸人量。在新的溫度測試之前，試驗(yàn)裝置需穩(wěn)定至少15 min，當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到給定溫度要求時(shí)，就可進(jìn)行試驗(yàn)了。將試件 （包括它的底層材料和基材）安裝在試件夾上。然后在組合件背后添加鋼夾并緊固螺釘，或者根據(jù)樣品特性及使用說明書使用其他方法安裝。對于多層紡織地毯的試驗(yàn)，可在試驗(yàn)前使用真空吸塵器進(jìn)行表面清潔，然后把試件安裝在夾具內(nèi)，再放在滑動(dòng)平臺(tái)上。點(diǎn)燃點(diǎn)火器，讓它離試件零點(diǎn)至少50 mm，將滑動(dòng)平臺(tái)移人試驗(yàn)箱并立即關(guān)上樣品出入門，試驗(yàn)開始，開啟計(jì)時(shí)和記錄裝置。保持點(diǎn)火器離試件零點(diǎn)至少50 mm，預(yù)熱2 min后，讓點(diǎn)火器火焰與距試件夾具內(nèi)邊緣10 mm的試件接觸。讓點(diǎn)火火焰與試件接觸10 min，然后移開點(diǎn)火器，讓它離零點(diǎn)至少50 mm，熄滅點(diǎn)火火焰。在試驗(yàn)過程中，輻射板燃?xì)夂涂諝鈶?yīng)保持穩(wěn)定。試驗(yàn)開始后，每隔10 min觀測火焰熄滅時(shí)火焰前端與試件零點(diǎn)前10 mm間的距離，觀察并記錄試驗(yàn)過程中明顯的現(xiàn)象，比如閃燃、熔化、起泡、火焰熄滅后再燃時(shí)間和位置、火焰將試件燒穿等。另外，記錄下火焰到達(dá)每50 mm刻度時(shí)的時(shí)間和該時(shí)刻火焰前端到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，精確到10mm。

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）輻射通量曲線的影響

圖2 輻射通量曲線圖

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的輻射通量曲線如圖2所示，各測試位置的輻射通量都允許有一定的偏差，于是便出現(xiàn)了輻射通量曲線的上限線和下限線，為測定輻射通量曲線對測試結(jié)果的影響，我們在保證煙道內(nèi)氣體流速、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、基材及材

料粘附方式等條件一致的基礎(chǔ)上，通過調(diào)節(jié)輻射板的燃?xì)?空氣流量及相對比例，使得測試分別在上限曲線條件、下限曲線條件以及標(biāo)準(zhǔn)曲線條件下進(jìn)行，每種校準(zhǔn)曲線條件下試件取固定方向進(jìn)行3次試驗(yàn)，取3次平均值作為該校準(zhǔn)曲線條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

試件部分，我們選取常見的混紡地毯 （羊毛+尼龍、羊毛+滌綸）、化纖地毯 （尼龍、丙綸、滌綸）作為研究對象。具體試件特性如表1。

表1 試件材質(zhì)特性

（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14天或者調(diào)節(jié)至間隔48 h，前后兩次稱重的質(zhì)量變化率不大于0.1%。我們在保證煙道內(nèi)氣體流速、輻射校準(zhǔn)曲線、基材及材料粘附方式等條件一致的基礎(chǔ)上，分別將養(yǎng)護(hù)時(shí)間設(shè)定為0 h，48 h，96 h，144 h，240 h，336 h，取三種不同樣品 （90%羊毛 + 10%尼龍+麻紗、100%尼龍-66+PVC、100%滌綸+PVC）作為試件，試件取固定方向進(jìn)行3次試驗(yàn)，取3次平均值作為該校準(zhǔn)曲線條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

（3）基材及材料粘附方式

我們在保證煙道內(nèi)氣體流速、輻射校準(zhǔn)曲線、養(yǎng)護(hù)時(shí)間等條件一致的基礎(chǔ)上，分別將養(yǎng)基材設(shè)定為硅酸鈣板、B1級木地板、B2級木地板，材料粘附方式分化學(xué)固定 （膠黏劑）以及機(jī)械固定兩種，取三種不同樣品 （90%羊毛 + 10%尼龍+麻紗、100%尼龍-66+PVC、100%滌綸+PVC）作為試件，試件取固定方向進(jìn)行3次試驗(yàn)，取3次平均值作為該校準(zhǔn)曲線條件的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（1）輻射通量曲線的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 輻射通量曲線影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 養(yǎng)護(hù)時(shí)間影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

（3）基材及材料粘附方式的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果 如表4所示.

表4 養(yǎng)護(hù)時(shí)間影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總

4 結(jié)果與討論

（1）輻射通量曲線的影響

試驗(yàn)結(jié)果匯總于圖3，可以直觀看出對于輻射通量值較高 （≥8.0 kW/m2，燃燒性能B1-B級為主）的試件，在上限曲線條件、下限曲線

條件以及標(biāo)準(zhǔn)曲線條件下，結(jié)果報(bào)出值均相差不大；輻射通量值中等 （4.0~8.0 kW/m2，燃燒性能B1-B級以及B1-C級為主）的試件在不同曲線條件下，結(jié)果報(bào)出值差異開始顯現(xiàn)一定的差異，尤其以輻射通量值在5.0附件數(shù)值的試件影響較大；對于輻射通量值較低的試件（＜4.0 kW/m2，燃燒性能B2-D為主），各種條件下的結(jié)果報(bào)出值幾乎一致，可認(rèn)為受影響程度開始下降。

綜上所述，我們認(rèn)為輻射通量曲線對于輻射通量值介乎4.0~8.0 kW/m2之間的地毯樣品將產(chǎn)生較大的影響。但由于在我國建筑材料燃燒性能分級標(biāo)準(zhǔn)[6]中，地毯材料的B1-B級、B1-C、B2-D級的分界限值分別為8.0 kW/m2、4.5 kW/m2，大部分產(chǎn)品的臨界輻射通量值也集中于這個(gè)位置。為滿足地毯燃燒性能測試結(jié)果的良好重現(xiàn)性，對于輻射通量曲線的校準(zhǔn)，我們不能僅滿足于符合標(biāo)準(zhǔn)要求的允許偏差范圍，實(shí)際工作中，應(yīng)盡可能使得實(shí)驗(yàn)條件滿足標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)曲線條件。

圖3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總圖

（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響

通過3種不同試件的試驗(yàn)比較，可以直觀看到當(dāng)不對試件養(yǎng)護(hù)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果將偏高，我們認(rèn)為這主要是試件的含水率相對偏高，但通過后續(xù)試驗(yàn)可以知道，當(dāng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加到一定值后，試驗(yàn)結(jié)果將基本維持不變，可以認(rèn)為只要養(yǎng)護(hù)時(shí)間足夠保證試件到達(dá)質(zhì)量平衡狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間的長短對檢驗(yàn)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生太大影響。

（3）基材及材料粘附方式的影響

對于不同燃燒等級的基材而言，可以明顯看到試驗(yàn)結(jié)果為：A1級的硅酸鈣板 ＜B1級的木地板 ＜B2級的木地板，這是由于各種基材在燃燒過程中的貢獻(xiàn)不一致所導(dǎo)致的。因此我們在試驗(yàn)中必須選用與地毯實(shí)際鋪裝一致或者燃燒性能相近的基材，否則將可能導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果偏高或偏低，無法給出正確的評價(jià)。

對于材料粘附方式而言，化學(xué)固定 （膠黏劑）方式產(chǎn)出的試驗(yàn)結(jié)果明顯優(yōu)于機(jī)械固定方式，這主要是由于采用化學(xué)固定將使試件與基材之間的連接更加緊密，降低火焰在試件與基材的空隙中蔓延的空間所導(dǎo)致的，尤其對于燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模卷曲的材料 （如本例中的100%滌綸+PVC試件），化學(xué)固定將底襯材料緊緊粘附在基材上，降低其卷曲的程度，因而導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果較采用機(jī)械方式的高出近30%。所以在檢測工作中，我們也必要采用與實(shí)際應(yīng)用一致的粘附方式，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及重現(xiàn)性。

5 結(jié)語

本工作從實(shí)驗(yàn)方法及地毯臨界輻射通量試驗(yàn)的影響因素出發(fā)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，分別針對輻射通量曲線、養(yǎng)護(hù)時(shí)間、基材及材料粘附方式等因素，通過試驗(yàn)條件、試樣材質(zhì)等方面設(shè)計(jì)了多個(gè)對比試驗(yàn)對地毯燃燒性能測試結(jié)果的重現(xiàn)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，為保證測試結(jié)果的良好重現(xiàn)性，我們應(yīng)該：（1）盡量保證輻射通量曲線與標(biāo)準(zhǔn)曲線一致；（2）養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)保證試件達(dá)到質(zhì)量平衡狀態(tài)以消除水分的影響；（3）試件安裝時(shí)選擇與實(shí)際安裝一致的基材及安裝方式。

[1] 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)第七分技術(shù)委員會(huì).鋪地材料的燃燒性能測定輻射熱源法:GB/T 11785-2005 [S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2006.

[2] Technical Committee ISO/TC 92，F(xiàn)ire Safety，SubcommitteeSC1，F(xiàn)ireinitiationandgrowth.Reaction to fire tests for floorings--Part 1:Determination of the burning behaviour using a radiant heat source：ISO 9239-1:2002[S].InternationalOrganization for Standardization，2002.

[3] 張希瑜，魏東，姬寶生，等.輻射熱源法檢測鋪地材料燃燒性能 [J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010，29 (12):1055-1057.

[4] 肖智仁.鋪地材料燃燒性能測試方法的研究 [J].消防科學(xué)與技術(shù)，2012（9）:916-918.

[5] 楊森，鄧小波，宋兆明，劉建志.國內(nèi)外鋪地材料燃燒性能試驗(yàn)方法探究：2014年全國阻燃學(xué)術(shù)年會(huì)會(huì)議論文集 [C].北京：北京理工大學(xué)，2014.

[6] 全國消防標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)防火材料分技術(shù)委員會(huì).建筑材料及制品燃燒性能分級：GB 8624-2012[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)化出版社，2013.

RESEARCH ON REPRODUCIBILITY OF CARPETS’REACTION TO FIRE TEST

LIU Dong-fa，XIAO Zhi-ren，YIN Bi-jun，LIYe-tian
(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangdong Guangzhou 511442，China)

Based on the influence factors of fire reaction test for carpets，according to GB/T 11785-2005“Reaction to fire tests for floorings.Determination of the burning behavior using a radiant heat source”，deep discussion about the effects of radiation flux calibration curve，curing time，substrate and adhesion method on the reproducibility of carpets’ reaction to fire performancewere discussed.

Carpets;reaction to fire;critical radiant flux test;reproducibility

TS106.5

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2015.04.011

2015-11-12

劉東發(fā) （1981-），男，廣東韶關(guān)人，質(zhì)量工程師，主要從事建筑防火材料的檢測和標(biāo)準(zhǔn)研究。

1672-500X(2015)04-0046-06