基于層次分析法的擠塑聚苯板燃燒性能評價體系研究

■ 朱光偉，趙靜波，洪川，馬凱，王鈞楠，王宏輝

1 浙江中聯(lián)消防產(chǎn)品質量檢測有限公司；2 寧波市產(chǎn)品食品質量檢驗研究院（寧波市纖維檢驗所）

隨著建筑墻體保溫材料在建筑熱工節(jié)能領域的廣泛應用，其墻體保溫材料的優(yōu)劣問題日漸成為社會關注的熱點。

目前建筑保溫材料大致有有機材料、無機材料、復合材料等幾種形式[1]，而有機保溫材料，具有成本低、保溫效果好、施工簡便的優(yōu)勢，是目前建筑外保溫使用的主要方式。聚苯乙烯保溫材料作為有機保溫材料的一種，因具有導熱系數(shù)小、質輕、價廉、吸水性小、防潮等優(yōu)點，成為墻體主要保溫材料之一。在已建成及目前新建的節(jié)能建筑中，有很大一部分建筑的墻體及屋頂中使用了這種保溫材料。然而，聚苯乙烯保溫材料極易著火且火蔓延速度快，一旦發(fā)生火災容易造成較大的財產(chǎn)損失，具有很高的火災危險性。每年國內外因聚苯乙烯保溫材料火災，造成的人員傷亡及財產(chǎn)損失，時有發(fā)生。因此，對聚苯乙烯材料特別是其燃燒行為進行研究顯得尤為重要。

聚苯乙烯保溫材料因其密度系列的不同，阻燃添加劑的添加，對不同密度材料的燃燒性能勢必有不同的影響關系。而阻燃劑在保溫材料中的添加量也并非越多越好，一方面阻燃劑作為聚苯乙烯保溫材料中價格最高的組分，增加阻燃劑的添加量，必然提高產(chǎn)品的成本，另外，阻燃劑雖能降低聚苯乙烯保溫材料燃燒的風險，但一旦發(fā)生火災，阻燃劑添加越多，其產(chǎn)生的煙氣及毒性也越大。目前聚苯乙烯保溫材料燃燒性能的檢測方法主要為單體燃燒試驗方法（SBI）[2]、錐形量熱儀法[3]、極限氧指數(shù)法，對于不同密度、不同阻燃劑含量的聚苯乙烯材料的燃燒性能評價應該是一個綜合、全面的評價，不能片面的單從一種方法、一兩個參數(shù)指標來對聚苯乙烯保溫材料的燃燒性能評價。本文采用標準層次分析法（AHP）來構建對聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價體系，通過評價燃燒性能的三種試驗各項指標權重，對研究密度和阻燃劑含量對聚苯乙烯保溫材料燃燒性能行為更加客觀、合理。

一、層次分析法

層次分析法[4]（Analytic Hierarchy Process）是由美國運籌學家薩蒂（T.L.Saaty）最早提出的一種定性和定量相結合的、系統(tǒng)的、層次化的決策分析方法，是在對復雜決策問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入研究的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數(shù)學化，從而為多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題提供簡便的決策方法，是對難以完全定量的復雜系統(tǒng)做出決策的模型和方法。它根據(jù)問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯(lián)影響以及隸屬關系將因素按不同的層次聚集組合，形成一個多層次的分析結構模型，從而最終使問題歸結為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標）的相對重要權值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定。

（一）評價體系建立

目標層聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價體系，根據(jù)不同燃燒性能試驗方法分為單體燃燒、極限氧指數(shù)、熱釋放速率，這三種試驗方法作為準則層一級指標，將細分燃燒增長速率指數(shù)、火焰橫向蔓延長度、600s 內的總是放熱量、氧指數(shù)、單位面積放熱總量、單位面積前180s 熱釋放速率平均值、單位面積前300s 熱釋放速率平均值、單位面積熱釋放速率峰值等8個二級指標[5]，結合不同類型聚苯乙烯保溫材料試驗數(shù)據(jù)組織專家進行評分，燃燒性能評價體系和評分標準如表1所示。

表1 聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價指標體系和打分標準

（二）層析分析計算公式

由于1-9尺度存在著難以確定專家和決策者的真實感覺和判斷、不滿足傳遞性原則，容易引起權重失真等缺陷，已不適用于多個準則層[6]，所以本文采用1-1.56尺度，如表2所示。

表2 1-1.56 標度含義

1.判斷矩陣

比較判斷矩陣：A=(aij)nxn，aij〉0，aji=aji=1/aij

其中aij為Bi和Bj對總目標層A的影響之比或Ci和Cj對準則層B的影響之比。

隨機地從1，1.5…1.56，1.5-6，1.5-4…1 中取值，作為矩陣上三角元素，對角主元素取1，下三角取對稱元素的倒數(shù)，得到隨機互反矩陣。

2.指標權重

目標層B 對于總目標層A 重要性的權重集（特征向量）為：

3.一致性檢驗

（三）層次分析結果

按照上述步驟，并應用matlab 計算，得到各項指標的判斷矩陣和權重及一致性檢驗如下：

表3 總目標層A 與準則層B的判斷矩陣和權重及一致性檢驗

表4 準則層B1與指標層C的判斷矩陣和權重及一致性檢驗

表5 準則層B3與指標層C的判斷矩陣和權重及一致性檢驗

表6 目標層A與指標層C的判斷矩陣和權重及一致性檢驗

二、討論

試樣樣品采用五種相同厚度，不同密度，不同阻燃添加劑含量的擠塑式聚苯乙烯隔熱保溫板[7]，分別記為M01、M02、M03、M04、M05，四種不同樣品的特性為：

表7 試驗樣品

試驗樣品測試基本數(shù)據(jù)為：

表8 試驗樣品測試結果基本數(shù)據(jù)

通過指標評價體系計算得到試樣M01總評分為0.901，M02總評分為2.866，M03總評分為7.219，M04總評分為7.377，M05總評分為8.400，總評分分值越高阻燃性能越好，通過比較我們得到，試樣M01、M02、M03 密度相同，阻燃劑添加上M01、M02、M03依次遞增，說明阻燃劑添加越多阻燃性能也就越好；試樣M03 與M04 都添加相同含量的阻燃劑，M04 密度比M03大，說明密度大的阻燃性能越好，MO5 密度最小，但阻燃劑添加最多，說明阻燃劑含量對燃燒行為影響比密度本身要大得多。

三、結語

本文通過建立了一種層次分析法的聚苯乙烯保溫材料燃燒性能評價體系，包含3個一級指標和8個二級指標，對各個指標進行了權重確認，并結合實驗值，邀請專家進行打分，通過計算對每種保溫材料進行了燃燒性能的量化評價，最后的量化總評分證明密度越大，阻燃劑含量越高，聚苯乙烯保溫材料的燃燒性能也越好，但這兩個影響因素中，后者的作用要遠大于前者。