專用校車內(nèi)飾材料煙密度試驗(yàn)研究

田立然 喬玉杏

摘? 要：汽車內(nèi)飾材料的質(zhì)量優(yōu)劣將很大程度影響乘坐舒適性及駕乘人員安全，故設(shè)計既能提升汽車檔次增加汽車舒適性，又能確保安全的內(nèi)飾材料，是汽車開發(fā)工程師極力解決的問題。特別是對于專用校車內(nèi)飾材料的燃燒特性國家標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)制性要求越來越嚴(yán)格，文章通過三種典型校車內(nèi)飾材料的煙密度試驗(yàn)，詳細(xì)論述了各種試驗(yàn)工況對試驗(yàn)結(jié)果影響，具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：專用校車;煙密度;試驗(yàn)分析

中圖分類號：U465? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）17-0063-02

Abstract： The quality of automobile interior decoration materials will greatly affect the ride comfort and the safety of passengers， so the design can not only improve the vehicle grade and increase the vehicle comfort， but also ensure the safety of interior decoration materials. It is a problem that automobile development engineers try to solve. In particular， the mandatory requirements of the national standard for the combustion characteristics of special school bus interior decoration materials are becoming more and more strict. Through the smoke density tests of three typical school bus interior decoration materials， the effects of various test conditions on the test results are discussed in detail.

Keywords： special school bus; smoke density; experimental analysis

專用校車是用于運(yùn)送學(xué)生往返學(xué)校的重要交通工具。我國國務(wù)院安全生產(chǎn)辦公廳通過《道路交通安全“十二五”規(guī)劃》中強(qiáng)調(diào)指出，要建立健全校車安全管理法律法規(guī)體系和安全管理制度，加強(qiáng)校車監(jiān)管，保障校車安全。內(nèi)飾材料的質(zhì)量優(yōu)劣會直接影響到車輛的駕乘人員的安全性和舒適性，研發(fā)出既能提升汽車檔次增加汽車舒適性，又能確保足夠安全的內(nèi)飾材料，是內(nèi)飾產(chǎn)品工程師亟待解決的問題。隨著當(dāng)前《校車安全管理條例》的正式實(shí)施以及相關(guān)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的正式發(fā)布，校車內(nèi)飾煙密度試驗(yàn)作為火災(zāi)防控和人員安全的主要檢測項目，其測試結(jié)果必將受到社會各界的普遍關(guān)注。

煙密度檢測是指內(nèi)飾材料在一定的試驗(yàn)工況下所發(fā)出的煙氣中由于固體顆粒塵埃導(dǎo)致光反射使光通量的損失，檢測的煙密度數(shù)值大小對應(yīng)著內(nèi)飾材料燃燒生成的煙氣的多少。國家標(biāo)準(zhǔn)要求塑料類內(nèi)飾材料必須煙密度等級≤75，并嚴(yán)格的規(guī)定了測試方法。煙密度測試時要求用276kPa壓力的丙烷氣體引燃試驗(yàn)樣件，所生成煙氣應(yīng)在規(guī)定的試驗(yàn)箱內(nèi)進(jìn)行收集。試驗(yàn)過程中每隔0.25min需要記錄光吸收率，試驗(yàn)共進(jìn)行4min，最終得到以光吸收率為縱軸時間為橫軸的試驗(yàn)結(jié)果曲線。該結(jié)果曲線的最大值對應(yīng)試驗(yàn)的最大煙密度值，該結(jié)果曲線與坐標(biāo)橫軸所圍面積值除以橫縱軸有效記錄點(diǎn)所處坐標(biāo)圍成的整體面積再乘以100就是最終的煙密度等級，表征4min試驗(yàn)過程中內(nèi)飾材料的產(chǎn)煙總量。

國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會批準(zhǔn)發(fā)布GB24407-2012《專用校車安全技術(shù)條件》，該標(biāo)準(zhǔn)于2012年5月1日正式實(shí)施。明確了幼兒園階段（3周歲以上）和九年義務(wù)教育期間所用校車的相關(guān)規(guī)定。在標(biāo)準(zhǔn)GB24407-2012中，除了對校車的型式、機(jī)械構(gòu)造等方面進(jìn)行了相關(guān)規(guī)定外，在第5.12.2和5.12.6兩條款同時明確了校車乘員艙內(nèi)飾材料和電器系統(tǒng)的導(dǎo)線、保護(hù)套管等部件的阻燃要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定專用校車的內(nèi)飾需要用阻燃材料制成，燃燒速度不得大于70mm/min，測試方法按照GB8410-2006進(jìn)行。試驗(yàn)項目除了內(nèi)飾件的水平燃燒以外，還增加了內(nèi)飾材料的點(diǎn)燃性能、產(chǎn)煙特性等相關(guān)規(guī)定。同時還對內(nèi)飾材料的氧指數(shù)指標(biāo)提出了明確要求，在指定的試驗(yàn)工況下樣件在O2、N2混合氣體中可以維持火焰燃燒的最小氧濃度，以O(shè)2的體積百分?jǐn)?shù)判斷，用來表明相應(yīng)材料與火焰接觸發(fā)生燃燒的難易程度，氧指數(shù)數(shù)值越大表明材料越不容易燃燒，阻燃性能較好。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了專用校車內(nèi)飾材料的氧指數(shù)必須大于22%，對于紡織品以及塑料、橡膠等材料，要求按照GB/T5454-1997《紡織品燃燒性能試驗(yàn)氧指數(shù)法》進(jìn)行試驗(yàn)。其他塑料材料，要按照GB/T2406.2-2009《塑料 用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗(yàn)》的規(guī)定執(zhí)行。此外，對考核材料燃燒安全性的另一重要指標(biāo)，煙密度等級也作了要求。材料在燃燒的過程中會產(chǎn)生大量的煙霧，不僅影響救援及逃生視線，而且很容易使人窒息死亡。煙密度等級的測試原理是在指定的試驗(yàn)工況下測量試樣發(fā)出煙氣中固體顆粒對光反射而導(dǎo)致光通量的損失，通過煙的光強(qiáng)下降值判定煙密度等級，判定的等級越高表明材料燃燒產(chǎn)生的煙塵越多。標(biāo)準(zhǔn)GB24407-2012規(guī)定了塑料類內(nèi)飾產(chǎn)品煙密度等級（SDR）必須小于75，測試過程按 GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》的要求進(jìn)行。除了以上3個標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定以外，GB 24407-2012對電器類設(shè)備和導(dǎo)線也提出了環(huán)境溫度和濕度的耐受要求，必須能經(jīng)受發(fā)動機(jī)艙內(nèi)的同等溫濕度以及各類污染物造成的損壞。電器導(dǎo)線要滿足電壓負(fù)荷、導(dǎo)電良好、外表絕緣以及具有阻燃性能，波紋管必須滿足GB/T 2408-2008《塑料燃燒性能的測定水平法和垂直法》中要求的V-0級阻燃水平。

在煙密度試驗(yàn)過程中，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，主要有以下三點(diǎn)需要注意：

（1）試驗(yàn)過程中的氧氣消耗：設(shè)備長時間試驗(yàn)后，煙箱底板容易被燃燒滴落的腐蝕性液體燒穿，這樣可能加大測試過程中氧氣的供應(yīng)量，進(jìn)而影響測試結(jié)果。所以在試樣金屬網(wǎng)正下方應(yīng)設(shè)置防滴穿的鋼盤避免煙箱底板腐蝕。

（2）試樣與文氏管出氣口的相對位置：出氣口位置和試驗(yàn)用易燃混合氣體的壓力共同決定點(diǎn)燃試樣的狀態(tài)，進(jìn)而影響煙密度測試結(jié)果;若可燃混合氣體的火焰中心偏離試樣中心，則將對煙密度測試結(jié)果產(chǎn)生較大影響。

（3）測試時的煙箱周圍的風(fēng)速：因?yàn)闊熛湎虏吭O(shè)計有換氣開口，在煙密度測試過程中，如果煙箱底部周圍的風(fēng)速較大，會導(dǎo)致樣件燃燒產(chǎn)生的煙霧流速較大，進(jìn)而影響煙密度測試結(jié)果。所以在檢測過程中，應(yīng)盡量保證確保煙箱附近風(fēng)速較小。

在校車內(nèi)飾材料中，改性PP儀表板、無紡布座椅面料、XPS隔熱材料應(yīng)用非常廣泛，下面對這三種材料的煙密度試驗(yàn)過程和結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)的比對分析。

改性PP儀表板從試樣底部開始燃燒，試樣中間部分逐漸鼓起，火焰熄滅的時間較長，設(shè)備中的安全出口標(biāo)識變朦朧的時間很快。無紡布座椅面料從開始點(diǎn)燃，邊緣逐漸卷曲，熔融炭化速度非常快，最后變成黑色的固體，火焰熄滅經(jīng)歷的時間很長。和改性PP儀表板比較，安全出口標(biāo)志變朦朧所需的時間更長。XPS隔熱材料受熱后會慢慢縮小，開始點(diǎn)燃后短時間內(nèi)就可燒完，火焰熄滅需要的時間較短，所生成的白色固體附在底部的鐵絲網(wǎng)上，產(chǎn)煙量較小，試驗(yàn)過程中未觀測到安全出口標(biāo)志朦朧現(xiàn)象。

試驗(yàn)結(jié)果分析：開始產(chǎn)煙時間隨著加水量增多，改性PP儀表板、無紡布座椅面料和XPS隔熱材料出現(xiàn)煙霧的時刻均滯后。隨著加水量增多，無紡布座椅面料、改性PP儀表板安全出口標(biāo)志變朦朧的時刻也會滯后。XPS隔熱材料密度較小容易點(diǎn)燃，很短時間內(nèi)就會燃燒完畢，產(chǎn)生煙氣逐漸較少，始終未觀察到安全出口標(biāo)識朦朧的現(xiàn)象。改性PP儀表板隨著加水量的增加試驗(yàn)測得的煙密度等級（SDR）和煙霧總量降低，但不加水同加2～3mL水浸泡過的試驗(yàn)結(jié)果變化很小。改性PP儀表板是以纖維、塑料等材料為表層加工制成的內(nèi)飾材料，聚氯乙烯在初始受熱時主要進(jìn)行熱解反應(yīng)，溫度達(dá)到100℃時就開始反應(yīng)，溫度達(dá)到230～340℃時，會釋出HCL，產(chǎn)生苯環(huán)類有機(jī)物，此物質(zhì)表現(xiàn)為黑色固體，故反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的黑色煙氣，溫度繼續(xù)升高苯環(huán)類有機(jī)物會通過完全燃燒產(chǎn)生CO2。持續(xù)一陣后，兩者逐漸趨于平穩(wěn)，燃燒產(chǎn)生的煙塵基本保持不變。在經(jīng)水浸泡一陣后，改性PP儀表板的點(diǎn)燃時間變晚，因?yàn)樗畬θ紵淖璧K，所以煙氣產(chǎn)生的速度比經(jīng)水浸泡的試樣慢，但經(jīng)過2～3mL水浸泡的試樣煙密度變化很小。經(jīng)1mL水浸泡后，無紡布座椅面料試樣與不經(jīng)水浸泡相比產(chǎn)生的煙塵總量以及煙密度等級（SDR）都增加，不過經(jīng)2～3mL水浸泡試樣的產(chǎn)煙總量和煙密度等級（SDR）會降低。無紡布座椅面料的吸水表現(xiàn)明顯，初始燃燒產(chǎn)生的熱量被水分吸收蒸發(fā)，然后才會出現(xiàn)材料分解和燃燒現(xiàn)象，經(jīng)水浸泡的試樣會發(fā)生不完全燃燒現(xiàn)象，所以經(jīng)少量水浸泡的試樣產(chǎn)煙總量與煙密度等級（SDR）都會增加。經(jīng)2～3mL水浸泡的試樣初始點(diǎn)燃時間延遲明顯，在4min時還未完全燃燒，所以其產(chǎn)煙量在4min時還處于顯著的增長階段，在4min內(nèi)產(chǎn)煙總量與煙密度等級（SDR）比經(jīng)少量水浸泡的試樣小。無紡布座椅面料主要由聚丙烯纖維構(gòu)成，燃燒產(chǎn)物為CO與CO2，燃燒產(chǎn)生的煙塵相對于改性PP儀表板產(chǎn)生的苯類有機(jī)物中的固體粒子相對少，總產(chǎn)煙量也會較改性PP儀表板低。XPS隔熱材料經(jīng)水浸泡后的產(chǎn)煙總量、煙密度等級（SDR）與干材料相比有顯著的減小，但由于XPS隔熱材料吸水現(xiàn)象主要發(fā)生在試樣表層，故不同體積樣品的燃燒產(chǎn)煙總量和煙密度等級（SDR）幾乎沒有變化。樣品中含水量變化主要影響初始產(chǎn)煙的時間、產(chǎn)煙總量和煙密度等級的大小三個試驗(yàn)數(shù)據(jù)，樣品中含水量大，初始產(chǎn)煙的時間滯后。綜上，隨著含水量的增加，改性PP儀表板和XPS隔熱材料燃燒測試的產(chǎn)煙總量和煙密度等級變小，無紡布座椅面料的產(chǎn)煙總量和煙密度等級先變大后變小。

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