地毯燃燒性能測試結果重現性研究

劉東發，肖智仁，尹碧軍，李業添

（廣州市質量監督檢測研究院，廣東 廣州511442）

分析測試

地毯燃燒性能測試結果重現性研究

劉東發，肖智仁，尹碧軍，李業添

（廣州市質量監督檢測研究院，廣東 廣州511442）

從實驗方法及地毯燃燒性能測試的影響因素出發，重點針對輻射通量曲線、養護時間、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》，研究分析校準的輻射通量曲線對地毯燃燒性能測試結果重現性的影響。

地毯；燃燒性能；臨界輻射通量測試；重現性

燃燒性能是指材料燃燒或遇火時所發生的一切物理和化學變化，這項性能由材料表面的著火性和火焰傳播性、發熱、發煙、炭化、失重以及毒性生成物的產生等特性來衡量。根據我國建材分級體系的國家標準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 （A1、A2），GB/T 14402燃燒熱值試驗（A1、A2），GB/T 11785臨界輻射通量試驗（A2、B1、B2），GB/T 8626可燃性試驗 （B1、B2）等。大多數常見的地毯材料，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，其不合格項目集中于臨界輻射通量試驗中，本文將基于輻射通量曲線，重點探討其對臨界輻射通量試驗測試結果重現性的影響。

2 臨界輻射通量試驗及其影響因素

2.1 臨界輻射通量試驗簡介

臨界輻射通量試驗[1-2]，其方法來自國家標準GB/T 11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》，等同采用歐洲標準EN ISO 9239-1:2002《Reaction to fire tests for floorings--Part1:Determination of the burning behaviour using a radiantheat source》。該方法是試驗燃燒箱中，用小火焰點燃水平放置并暴露于傾斜的熱輻射場中的鋪地材料，計算火焰傳播距離，并通過輻射通量校正曲線轉化為臨界輻射通量，評估其火焰傳播能力；同時通過煙測系統，計算其產煙量，評估其產煙特性。試驗裝置如圖1所示。

圖1 臨界輻射通量試驗裝置示意圖

2.2 影響因素分析

根據試驗過程以及部分研究人員的分析[3-5]，試驗結果的重現性主要受輻射通量曲線、養護時間、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，我們在實驗研究中將針對這些因素，研究分析其對測試結果重現性的影響。

3 實驗部分

3.1 實驗條件

按照國家標準GB/T 11785-2005《鋪地材料的燃燒性能測定 輻射熱源法》進行實驗 （包括校準程序及測試程序）。

校準程序為：在試驗箱中，將滑動平臺、模擬樣品及夾具放置在試驗位置，在排氣扇打開、試件出人門關閉情況下測量箱體煙道內的氣體流速，并調節使其滿足 (2.5±0.2)m/s，然后點燃輻射板。讓輻射板加熱至少l h，直到試驗箱體溫度穩定，在此過程中點火器應關閉。用熱通量計在410mm的位置測量輻射通量。插入熱通量計，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，如果輻射通量為 (5.1±0.2)kW/m2，就可以進一步進行輻射通量曲線的校準，如果達不到，則需要調節輻射板的燃氣/空氣流量。熱通量計在每一次新的讀數前應讓輻射板的燃氣流量穩定至少10 min。依次在每個孔中插人熱通量計，起始點為110 mm，終點為910 mm，在910 mm點測量完畢后，再在410mm點測量輻射通量，檢驗在此測試過程中輻射通量是否在允許范圍以內。

將輻射通量值和校準板上的每個長度值作為一組相關數據函數記錄下來，通過這些數據點仔細地畫一條平滑曲線，這條曲線就是輻射通量曲線。

測試程序為：根據設定排煙系統的空氣流量，移走模擬樣品，關閉試樣出入門，點燃輻射板，讓裝置預熱至少1 h，直到箱體溫度穩定。測量輻射板黑體溫度，與校準時記錄的溫度相比較，黑體溫度的偏差應在±5℃范圍內，箱體溫度偏差應在 ±10℃范圍內，如果黑體溫度和箱體溫度超出了給定的溫度范圍，那么應調整輻射板燃氣/空氣的輸人量。在新的溫度測試之前，試驗裝置需穩定至少15 min，當試驗溫度達到給定溫度要求時，就可進行試驗了。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，可在試驗前使用真空吸塵器進行表面清潔，然后把試件安裝在夾具內，再放在滑動平臺上。點燃點火器，讓它離試件零點至少50 mm，將滑動平臺移人試驗箱并立即關上樣品出入門，試驗開始，開啟計時和記錄裝置。保持點火器離試件零點至少50 mm，預熱2 min后，讓點火器火焰與距試件夾具內邊緣10 mm的試件接觸。讓點火火焰與試件接觸10 min，然后移開點火器，讓它離零點至少50 mm，熄滅點火火焰。在試驗過程中，輻射板燃氣和空氣應保持穩定。試驗開始后，每隔10 min觀測火焰熄滅時火焰前端與試件零點前10 mm間的距離，觀察并記錄試驗過程中明顯的現象，比如閃燃、熔化、起泡、火焰熄滅后再燃時間和位置、火焰將試件燒穿等。另外，記錄下火焰到達每50 mm刻度時的時間和該時刻火焰前端到達的最遠距離，精確到10mm。

3.2 實驗設計

（1）輻射通量曲線的影響

圖2 輻射通量曲線圖

標準規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果的影響，我們在保證煙道內氣體流速、養護時間、基材及材

料粘附方式等條件一致的基礎上，通過調節輻射板的燃氣/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準曲線條件下進行，每種校準曲線條件下試件取固定方向進行3次試驗，取3次平均值作為該校準曲線條件的實驗結果。

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 試件材質特性

（2）養護時間

標準規定的養護時間為14天或者調節至間隔48 h，前后兩次稱重的質量變化率不大于0.1%。我們在保證煙道內氣體流速、輻射校準曲線、基材及材料粘附方式等條件一致的基礎上，分別將養護時間設定為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，試件取固定方向進行3次試驗，取3次平均值作為該校準曲線條件的實驗結果。

（3）基材及材料粘附方式

我們在保證煙道內氣體流速、輻射校準曲線、養護時間等條件一致的基礎上，分別將養基材設定為硅酸鈣板、B1級木地板、B2級木地板，材料粘附方式分化學固定 （膠黏劑）以及機械固定兩種，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，試件取固定方向進行3次試驗，取3次平均值作為該校準曲線條件的實驗結果。

3.3 實驗結果

（1）輻射通量曲線的影響實驗結果如表2所示。

表2 輻射通量曲線影響實驗結果匯總

（2）養護時間的影響實驗結果如表3所示。

表3 養護時間影響實驗結果匯總

（3）基材及材料粘附方式的影響實驗結果 如表4所示.

表4 養護時間影響實驗結果匯總

4 結果與討論

（1）輻射通量曲線的影響

試驗結果匯總于圖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

條件以及標準曲線條件下，結果報出值均相差不大；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，結果報出值差異開始顯現一定的差異，尤其以輻射通量值在5.0附件數值的試件影響較大；對于輻射通量值較低的試件（＜4.0 kW/m2，燃燒性能B2-D為主），各種條件下的結果報出值幾乎一致，可認為受影響程度開始下降。

綜上所述，我們認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生較大的影響。但由于在我國建筑材料燃燒性能分級標準[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，大部分產品的臨界輻射通量值也集中于這個位置。為滿足地毯燃燒性能測試結果的良好重現性，對于輻射通量曲線的校準，我們不能僅滿足于符合標準要求的允許偏差范圍，實際工作中，應盡可能使得實驗條件滿足標準校準曲線條件。

圖3 實驗結果匯總圖

（2）養護時間的影響

通過3種不同試件的試驗比較，可以直觀看到當不對試件養護時，試驗結果將偏高，我們認為這主要是試件的含水率相對偏高，但通過后續試驗可以知道，當養護時間增加到一定值后，試驗結果將基本維持不變，可以認為只要養護時間足夠保證試件到達質量平衡狀態，養護時間的長短對檢驗結果不會產生太大影響。

（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，可以明顯看到試驗結果為：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不一致所導致的。因此我們在試驗中必須選用與地毯實際鋪裝一致或者燃燒性能相近的基材，否則將可能導致試驗結果偏高或偏低，無法給出正確的評價。

對于材料粘附方式而言，化學固定 （膠黏劑）方式產出的試驗結果明顯優于機械固定方式，這主要是由于采用化學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致的，尤其對于燃燒過程中會產生大規模卷曲的材料 （如本例中的100%滌綸+PVC試件），化學固定將底襯材料緊緊粘附在基材上，降低其卷曲的程度，因而導致試驗結果較采用機械方式的高出近30%。所以在檢測工作中，我們也必要采用與實際應用一致的粘附方式，確保數據的準確性以及重現性。

5 結語

本工作從實驗方法及地毯臨界輻射通量試驗的影響因素出發，依據標準試驗方法，分別針對輻射通量曲線、養護時間、基材及材料粘附方式等因素，通過試驗條件、試樣材質等方面設計了多個對比試驗對地毯燃燒性能測試結果的重現性進行研究，結果表明，為保證測試結果的良好重現性，我們應該：（1）盡量保證輻射通量曲線與標準曲線一致；（2）養護時間應保證試件達到質量平衡狀態以消除水分的影響；（3）試件安裝時選擇與實際安裝一致的基材及安裝方式。

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

[2] Technical Committee ISO/TC 92，Fire Safety，SubcommitteeSC1，Fireinitiationandgrowth.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].消防科學與技術，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].消防科學與技術，2012（9）:916-918.

[5] 楊森，鄧小波，宋兆明，劉建志.國內外鋪地材料燃燒性能試驗方法探究：2014年全國阻燃學術年會會議論文集 [C].北京：北京理工大學，2014.

[6] 全國消防標準化技術委員會防火材料分技術委員會.建筑材料及制品燃燒性能分級：GB 8624-2012[S].北京:中國標準化出版社，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 （1981-），男，廣東韶關人，質量工程師，主要從事建筑防火材料的檢測和標準研究。

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