常見木質板材燃燒性能研究

■ 王嘉瑜 陜西省消防救援總隊西安市消防救援支隊

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們物質文化生活水平的不斷提高，人們對生活、工作、娛樂的環(huán)境條件要求也越來越高，幾乎所有的建筑都要使用材料裝修，木質板材以其淳樸自然、紋理美觀、吸音隔熱等優(yōu)點在室內裝修裝潢和家具的制造過程中得到廣泛使用，但這在一定程度上也增大了室內的火災荷載，給建筑物埋下了火災隱患[1]。因此。如果能正確對常見裝修木質板材的燃燒性能進行認識和評價，對評價某一建筑的火災危險性和消防安全設計起著十分重要的作用，對于揭示火災的形成原因有非常大的幫助。文章選取密度板、刨花板、細木工板、五合板及多層板五種板材進行燃燒性能的對比和分析，對常見木質板材的火災危險性做出評價。

一、試驗部分

（一）試驗儀器

JCK-2 型建材可燃性試驗爐，南京市江寧區(qū)分析儀器廠；

SCY-1 型建材煙密度測定儀，南京上元分析儀器有限公司；

HC-2CZ 氧指數(shù)測定儀，南京上元分析儀器有限公司；

錐形量熱儀，英國FTT 公司；

多組分煙氣分析儀，德國MRU GmbH 公司。

（二）試驗材料及制備

1.試驗材料

以目前家具制作、家居裝修使用廣泛的密度板、刨花板、細木工板、五合板及多層板為試驗材料。

2.樣品制備

試驗前，按照國家標準和實際使用需求，將五種板材裁制成標準試樣，試樣的尺寸見表1。

表1 不同試驗的試樣尺寸

（三）試驗方法

1.氧指數(shù)測定試驗方法

根據(jù)GB/T 2406.2-2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為》[2]，測試板材豎直放置在燃燒筒中，選擇起始氧濃度，采用頂面點燃法測試材料是否引燃，是否燒至5cm 刻度線。根據(jù)實際情況調整氧濃度，從而確定材料耗氧量區(qū)間。測量五種板材燒至5cm 刻度線的持續(xù)燃燒時間、氧濃度和燒損長度。

2.建筑材料可燃性試驗方法

根據(jù)GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性試驗方法》[3]，在沒有外加輻射條件下，用小火焰直接沖擊垂直放置的試樣以測定建筑制品的可燃性能。該方法是用于評價非特定用途建材燃燒性能等級是否達到B1級、B2級可燃材料的唯一方法。

3.建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法

根據(jù)GB/T 8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》[4]，測定建筑材料及其制品燃燒時的靜態(tài)產(chǎn)煙量，煙密度試驗方法是用于評判其燃燒性能等級是否達到A 級復合材料、B1級難燃材料的試驗方法之一。試驗的基本原理是通過光學原理測量固定容積空間內，在標準受控條件下試樣被點燃時的產(chǎn)煙量。通過測試試驗煙箱中光通量的損失來進行煙密度測試。

4.煙氣成分分析與錐形量熱儀聯(lián)用

文章利用小尺寸火災模擬試驗裝置，通過聯(lián)合使用錐形量熱儀和多組分煙氣分析儀來實現(xiàn)板材燃燒產(chǎn)生煙氣的實時檢測，對比不同板材燃燒煙氣成分的濃度變化情況，研究五種板材的發(fā)煙危害性。此試驗方法所使用的錐形量熱儀是在耗氧量原理的基礎上設計的測定材料燃燒性能的小比例（bench-scale）火災試驗裝置。錐形量熱儀能夠很好地反映材料引燃后的燃燒特點及火災危險性。

（四）試驗方案

1.氧指數(shù)試驗方案

五種板材準備至少15 條標準試樣，試樣在距點燃端50mm 處畫一標線。開始試驗需進行氧濃度的確定，可以根據(jù)經(jīng)驗或試樣在空氣中的燃燒情況，確定開始時的氧濃度。確定好試驗開始時的氧濃度之后，將試樣固定在玻璃燃燒筒內，按要求調節(jié)氧氣和氮氣的氣體流量，使混合氣體中的氧濃度為事先確定的氧濃度值。待混合氣體流經(jīng)燃燒筒30s 后，可用燃燒器對試樣點火。采用頂端點燃法（時間最長不超過30s），試樣被點燃后，立即計時，觀察試樣的燃燒行為和燃燒長度[5]。

2.可燃性試驗具體試驗方案

對五合板、細木工板、刨花板、密度板及多層板這五種板材分別采取30s 底部邊緣點火和30s 表面點火兩種方式，對于邊緣點火的試樣，在試樣高度150mm 處應劃一條刻度線，觀察試樣火焰的垂直傳播距離；對于表面點火的試樣，分別在試樣高度40mm和190mm 處各劃一條刻度線，觀察退火之后燃燒現(xiàn)象并記錄火焰垂直傳播距離。

3.煙密度試驗方案

將五合板、細木工板、刨花板、密度板及多層板分別制取3 個標準試樣，試驗前將試樣置于溫度為22℃，相對濕度為45% 的環(huán)境中狀態(tài)調節(jié)40h 以上。校準測煙系統(tǒng)的透光率，將試樣水平放置在支架上，用本生燈火焰沖擊試樣下表面中心位置，在試驗過程中，測煙系統(tǒng)動態(tài)連續(xù)測試試驗箱內的透光率數(shù)據(jù)并實時計算煙密度值，試驗時間為4min。

4.煙氣成分測定試驗

煙氣成分測定試驗中，先連接好煙氣分析儀部件，將帶有氣體探頭的軟管一側與煙氣分析儀對應接口連接，另一側的氣體探頭與錐形量熱儀的煙氣通道連接，通過錐形量熱儀模擬火災場景進行煙氣成分分析。觀察試樣的燃燒行為，并通過錄像形式記錄煙氣數(shù)據(jù)。通過調整不同瓦數(shù)設定不同溫度對同種板材煙氣產(chǎn)物進行縱向對比，通過更改試樣對在相同溫度下進行燃燒產(chǎn)生的煙氣進行橫向對比。

二、試驗結果分析與討論

（一）氧指數(shù)試驗結果分析與討論

在試驗操作過程中，對五種板材進行30s 頂端點火。試樣燃燒初期，火焰蔓延速度較小，不同板材燃燒速度增大時間點有所差異，所需氧濃度有所不同[6]，但五種板材燃燒產(chǎn)煙量都較小，火焰熄滅后，仍可繼續(xù)進行炭化，且表面溫度高，散熱慢。刨花板所需氧濃度為最大，為36.5%～37%，引燃后2～3min 燃燒程度擴大，燃燒速度快，有絮狀物產(chǎn)生，板材自熄后，頂端仍有余熱且溫度很高，會繼續(xù)進行炭化；多層板在燃燒時所需氧濃度為28%～29%，點燃時間為15s，多數(shù)試樣在90s 時燃燒程度達到最大，煙氣向下呈瀑布狀蔓延；五合板厚度較薄，引燃時間短，但氧濃度并非最小；密度板燃燒過程較為平穩(wěn)，也并未出現(xiàn)其他木材燃燒出現(xiàn)的山字痕跡，水平蔓延速度與垂直蔓延速度較為一致，密度板蓄熱能力較強，火焰熄滅后，燃燒中心溫度為600℃，足以引燃板材周圍的可燃物；細木工板屬于混合型壓制板材，由試驗可發(fā)現(xiàn)，細木工板所需氧濃度最小，燃燒速度最快。

根據(jù)GB/T 2406《塑料燃燒性能試驗方法 氧指數(shù)法》中氧指數(shù)（OI）計算公式：OI=Cf+Kd（Cf是指NT系列最后一個氧濃度，取一位小數(shù)，d 是指使用和控制的兩個氧濃度之差），可得知材料的氧指數(shù)，氧指數(shù)≧32%屬于B1級，氧指數(shù)≧26%屬于B2級。試驗結果見表2。

表2 常見木質板材的氧指數(shù)測定結果

試驗結果表明五種板材中細木工板氧指數(shù)最低，采用頂端點燃法最易引燃，刨花板氧指數(shù)最高，燃燒所需氧濃度最大。細木工板燃燒所需氧濃度最低，這取決于細木工板的結構特點，細木工板是由兩片單板中間膠壓拼接木板而成，將木條鑲入夾板中，木條由于受到擠壓力較小，拼接不均勻，縫隙較大，氧氣易進入其中支持燃燒，導致細木工板燃燒所需氧濃度最小，火災危險性較大。刨花板是由木材或其他木質纖維素材料制成的碎料，施加膠粘劑在熱力和壓力作用下膠合成的人造板，刨花板結構比較均勻，壓制時壓力大，碎料之間縫隙小，氧氣不易進入板材，無法支持燃燒。在火災現(xiàn)場細木工板制品可能最先起火。在實際應用中還是存在一些誤差，誤差的來源主要是點火位置的偏差、放置角度的偏差以及火焰強度與木材截取時斷面的差異[7]。

（二）可燃性試驗結果分析與討論

試驗發(fā)現(xiàn)所選取的五種板材采取表面點火的方式均不能引燃，底部邊緣點火引燃后，除五合板有少許滴落灰燼外，其余四種板材燃燒均無滴落物。五合板最易被點燃且點燃之后持續(xù)燃燒時間較長，五合板是五種板材中唯一能燒至15cm 刻度線的板材。五合板最易引燃且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，多層板引燃時間短，但自熄最快。五種板材在標準氧濃度下，在點火時間為30s 的情況下，均符合GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性試驗方法》中60s 內焰尖高度Fs≦150mm 的B 級燃燒等級標準。相比較下五合板最易引燃且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁欤哂休^大的火災危險性。

由圖1觀察可以發(fā)現(xiàn)，五合板燃燒較為劇烈，由于五合板屬于片層結構，燃燒后火焰蔓延速度快，火勢發(fā)展快，火災危險性較大，三個試樣均燒至15cm刻度線，且燒過標線繼續(xù)燃燒，燃燒隨著時間的增加有增長趨勢，煙熏痕跡明顯且局部燒失，炭化裂紋明顯，燃燒過火面積較大。

由圖2觀察可發(fā)現(xiàn)密度板燃燒主要集中在點火位置附近，底部燃燒明顯，燃燒時間短較為迅速，燃燒圖痕呈“倒V 型”，由于密度板是以木質纖維或其他植物纖維為原料，施加脲醛樹脂或膠粘劑經(jīng)過熱壓而成，材質均勻，板層結構緊實，性能較為穩(wěn)定，燃燒蔓延擴散不明顯，底部炭化明顯，上部有少許煙熏痕跡，煙痕面積較小。

由圖3可知，細木工板燃燒結果具有一定的偶然性，細木工板是由兩片單板中間膠壓拼接木板而成，將木條鑲入夾板中，木條由于受到擠壓力較小，拼接不均勻，點火位置對板材燃燒具有較大的影響，當點火位置較靠后時，細木工板背部被引燃且燃燒較前部更為劇烈。在正常點火位置引燃后，燃燒較為緩慢，燃燒面積較小，細木工板本身較難燃燒，縱向燃燒速度快，呈柱狀燃燒圖痕。

由圖4可觀察多層板可燃性燃燒痕跡，多層板與五合板同屬膠合板系列，都為片層結構，制作工藝相似，燃燒特點與五合板有相同之處，但多層板厚度比五合板厚，多層板與細木工板厚度相同，但燃燒比細木工板劇烈，燃燒時間長，底部炭化明顯，燃燒呈“倒V 型”圖痕，煙熏高度到達試樣1/2 處，燃燒面積較大，煙熏痕跡明顯。

刨花板燃燒痕跡如圖5所示，試驗中刨花板燃燒時煙氣產(chǎn)量較大，且表面漆層燃燒產(chǎn)生刺激性氣體，底部燃燒明顯，刨花板是由木材或其他木質纖維素材料制成的碎料，施加膠粘劑在熱力和壓力作用下膠合成的人造板，結構比較均勻，壓制時壓力大，碎料之間縫隙小，但碎料本身具有較大的可燃性，飾面層為漆料，燃燒性能與木質碎料不同，豎直方向燃燒程度比橫向燃燒程度大，燃燒約持續(xù)200s 后自熄。

（三）煙密度分析試驗結果分析與討論

通過試驗現(xiàn)象，可以觀察到在燃燒初期，木質板材產(chǎn)煙量較小，隨著燃燒時間的增長，產(chǎn)煙量也隨之升高[8]。

由表3可知，五合板、細木工板、多層板、密度板和刨花板的光吸收率最大值即最大煙密度值（MSD）分別為48.5、54.9、90.1、82.0、84.4，則根據(jù)煙密度等級（SDR）公式[9]：

表3 各樣品的光吸收率

SDR=100*（a1+a2+…+a15+a16／2）／16（其中a1、a2、a3……是指每隔15s 三個試件平均煙密度的百分比）

可知五合板煙密度等級為1604.53；細木工板板煙密度等級為1699.38；多層板煙密度等級為3196.19；密度板煙密度等級為3121.69；刨花板煙密度等級為3031.13。

由圖6可看到五種板材中，刨花板和多層板煙產(chǎn)量較大，多層板前期燃燒產(chǎn)生煙氣速率大于刨花板同期速率，但刨花板后期燃燒產(chǎn)生煙氣量是五種板材中最大。

（四）煙產(chǎn)物分析試驗的結果與分析

如圖7、圖8由于不同板材樣品成分不同，所以燃燒生成氣體濃度峰值差異較大，出現(xiàn)峰值時間點差異較大，但從開始燃燒至毒性氣體濃度達到峰值所需的燃燒時間，可以分析出材料燃燒危害性的相對大小。五合板開始燃燒后250s 內有害氣體濃度達到極值，多層板需要600s，密度板需要2000s，刨花板需要100s，細木工板需要800s，刨花板燃燒前期CO 產(chǎn)量較其他四種板材較大，細木工板CO 產(chǎn)量最大，NO 產(chǎn)率最大。

三、結語

文章選取密度板、刨花板、細木工板、五合板及多層板為研究對象，通過氧指數(shù)測定試驗、可燃性試驗、煙密度分析試驗、煙產(chǎn)物分析試驗對比分析其燃燒性能，主要結論如下：

（1）五種板材的氧指數(shù)大小：刨花板＞密度板＞五合板＞多層板＞細木工板。

（2）在室內標準氧濃度下，五種板材在退火后60s 內焰尖高度Fs≦150mm，五種板材可燃性等級為B 級。相對比較下五合板最易引燃且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，密度板燃燒時間最短，火焰自熄。

（3）在火災環(huán)境中，五種板材產(chǎn)煙量都較大，相比之下多層板產(chǎn)煙量最多，五合板產(chǎn)煙量最少。

（4）在50kW 輻射強度條件下，五合板開始燃燒后250s 內有害氣體濃度達到極值，多層板需要600s，細木工板需要800s，密度板則需要2000s，細木工板有毒氣體產(chǎn)量最大，火災危險性較高。同樣的板材，50kW 輻射強度下有毒氣體產(chǎn)量大于60kW 輻射強度下的有毒氣體產(chǎn)量，表明隨著輻射強度的增大，燃燒更為充分，有毒氣體產(chǎn)量隨之減少。