常見(jiàn)木質(zhì)板材燃燒性能研究

王嘉瑜

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，木質(zhì)板材因其諸多優(yōu)點(diǎn)在室內(nèi)裝修裝潢和家具的制造過(guò)程中得到廣泛使用，但這在一定程度上也增大了室內(nèi)的火災(zāi)荷載，給建筑物埋下了火災(zāi)隱患。因此，正確對(duì)常見(jiàn)裝修木質(zhì)板材的燃燒性能進(jìn)行認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，對(duì)于揭示火災(zāi)的形成原因有較大的幫助。

關(guān)鍵詞：木質(zhì)板材;燃燒性能;煙氣產(chǎn)量;火災(zāi)危險(xiǎn)性

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們物質(zhì)文化生活水平的不斷提高，人們對(duì)生活、工作、娛樂(lè)的環(huán)境條件要求也越來(lái)越高，幾乎所有的建筑都要使用材料裝修，木質(zhì)板材以其淳樸自然、紋理美觀、吸音隔熱等優(yōu)點(diǎn)在室內(nèi)裝修裝潢和家具的制造過(guò)程中得到廣泛使用，但這在一定程度上也增大了室內(nèi)的火災(zāi)荷載，給建筑物埋下了火災(zāi)隱患[1]。因此。如果能正確對(duì)常見(jiàn)裝修木質(zhì)板材的燃燒性能進(jìn)行認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)，對(duì)評(píng)價(jià)某一建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)性和消防安全設(shè)計(jì)起著十分重要的作用，對(duì)于揭示火災(zāi)的形成原因有非常大的幫助。文章選取密度板、刨花板、細(xì)木工板、五合板及多層板五種板材進(jìn)行燃燒性能的對(duì)比和分析，對(duì)常見(jiàn)木質(zhì)板材的火災(zāi)危險(xiǎn)性做出評(píng)價(jià)。

一、試驗(yàn)部分

（一）試驗(yàn)儀器

JCK-2型建材可燃性試驗(yàn)爐，南京市江寧區(qū)分析儀器廠(chǎng);

SCY-1型建材煙密度測(cè)定儀，南京上元分析儀器有限公司;

HC-2CZ氧指數(shù)測(cè)定儀，南京上元分析儀器有限公司;

錐形量熱儀，英國(guó)FTT公司;

多組分煙氣分析儀，德國(guó)MRU GmbH公司。

（二）試驗(yàn)材料及制備

1.試驗(yàn)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(xì)木工板、五合板及多層板為試驗(yàn)材料。

2.樣品制備

試驗(yàn)前，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際使用需求，將五種板材裁制成標(biāo)準(zhǔn)試樣，試樣的尺寸見(jiàn)表1。

（三）試驗(yàn)方法

1.氧指數(shù)測(cè)定試驗(yàn)方法

根據(jù)GB/T2406.2-2009《塑料 用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為》[2]，測(cè)試板材豎直放置在燃燒筒中，選擇起始氧濃度，采用頂面點(diǎn)燃法測(cè)試材料是否引燃，是否燒至5cm刻度線(xiàn)。根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整氧濃度，從而確定材料耗氧量區(qū)間。測(cè)量五種板材燒至5cm刻度線(xiàn)的持續(xù)燃燒時(shí)間、氧濃度和燒損長(zhǎng)度。

2.建筑材料可燃性試驗(yàn)方法

根據(jù)GB/T8626-2007《建筑材料可燃性試驗(yàn)方法》[3]，在沒(méi)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(cè)定建筑制品的可燃性能。該方法是用于評(píng)價(jià)非特定用途建材燃燒性能等級(jí)是否達(dá)到B1級(jí)、B2級(jí)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(yàn)方法

根據(jù)GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法》[4]，測(cè)定建筑材料及其制品燃燒時(shí)的靜態(tài)產(chǎn)煙量，煙密度試驗(yàn)方法是用于評(píng)判其燃燒性能等級(jí)是否達(dá)到A級(jí)復(fù)合材料、B1級(jí)難燃材料的試驗(yàn)方法之一。試驗(yàn)的基本原理是通過(guò)光學(xué)原理測(cè)量固定容積空間內(nèi)，在標(biāo)準(zhǔn)受控條件下試樣被點(diǎn)燃時(shí)的產(chǎn)煙量。通過(guò)測(cè)試試驗(yàn)煙箱中光通量的損失來(lái)進(jìn)行煙密度測(cè)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(zāi)模擬試驗(yàn)裝置，通過(guò)聯(lián)合使用錐形量熱儀和多組分煙氣分析儀來(lái)實(shí)現(xiàn)板材燃燒產(chǎn)生煙氣的實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)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(yàn)方法所使用的錐形量熱儀是在耗氧量原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的測(cè)定材料燃燒性能的小比例（bench-scale）火災(zāi)試驗(yàn)裝置。錐形量熱儀能夠很好地反映材料引燃后的燃燒特點(diǎn)及火災(zāi)危險(xiǎn)性。

（四）試驗(yàn)方案

1.氧指數(shù)試驗(yàn)方案

五種板材準(zhǔn)備至少15條標(biāo)準(zhǔn)試樣，試樣在距點(diǎn)燃端50mm處畫(huà)一標(biāo)線(xiàn)。開(kāi)始試驗(yàn)需進(jìn)行氧濃度的確定，可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試樣在空氣中的燃燒情況，確定開(kāi)始時(shí)的氧濃度。確定好試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的氧濃度之后，將試樣固定在玻璃燃燒筒內(nèi)，按要求調(diào)節(jié)氧氣和氮?dú)獾臍怏w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(duì)試樣點(diǎn)火。采用頂端點(diǎn)燃法（時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)30s），試樣被點(diǎn)燃后，立即計(jì)時(shí)，觀察試樣的燃燒行為和燃燒長(zhǎng)度[5]。

2.可燃性試驗(yàn)具體試驗(yàn)方案

對(duì)五合板、細(xì)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(diǎn)火和30s表面點(diǎn)火兩種方式，對(duì)于邊緣點(diǎn)火的試樣，在試樣高度150mm處應(yīng)劃一條刻度線(xiàn)，觀察試樣火焰的垂直傳播距離;對(duì)于表面點(diǎn)火的試樣，分別在試樣高度40mm和190mm處各劃一條刻度線(xiàn)，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(yàn)方案

將五合板、細(xì)木工板、刨花板、密度板及多層板分別制取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣，試驗(yàn)前將試樣置于溫度為22℃，相對(duì)濕度為45%的環(huán)境中狀態(tài)調(diào)節(jié)40h以上。校準(zhǔn)測(cè)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(yàn)過(guò)程中，測(cè)煙系統(tǒng)動(dòng)態(tài)連續(xù)測(cè)試試驗(yàn)箱內(nèi)的透光率數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)計(jì)算煙密度值，試驗(yàn)時(shí)間為4min。

4.煙氣成分測(cè)定試驗(yàn)

煙氣成分測(cè)定試驗(yàn)中，先連接好煙氣分析儀部件，將帶有氣體探頭的軟管一側(cè)與煙氣分析儀對(duì)應(yīng)接口連接，另一側(cè)的氣體探頭與錐形量熱儀的煙氣通道連接，通過(guò)錐形量熱儀模擬火災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行煙氣成分分析。觀察試樣的燃燒行為，并通過(guò)錄像形式記錄煙氣數(shù)據(jù)。通過(guò)調(diào)整不同瓦數(shù)設(shè)定不同溫度對(duì)同種板材煙氣產(chǎn)物進(jìn)行縱向?qū)Ρ龋ㄟ^(guò)更改試樣對(duì)在相同溫度下進(jìn)行燃燒產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行橫向?qū)Ρ取?/p>

二、試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

（一）氧指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

在試驗(yàn)操作過(guò)程中，對(duì)五種板材進(jìn)行30s頂端點(diǎn)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(shí)間點(diǎn)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(jìn)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(kuò)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(huì)繼續(xù)進(jìn)行炭化;多層板在燃燒時(shí)所需氧濃度為28%～29%，點(diǎn)燃時(shí)間為15s，多數(shù)試樣在90s時(shí)燃燒程度達(dá)到最大，煙氣向下呈瀑布狀蔓延;五合板厚度較薄，引燃時(shí)間短，但氧濃度并非最小;密度板燃燒過(guò)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(qiáng)，火焰熄滅后，燃燒中心溫度為600℃，足以引燃板材周?chē)目扇嘉?細(xì)木工板屬于混合型壓制板材，由試驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，細(xì)木工板所需氧濃度最小，燃燒速度最快。

根據(jù)GB/T2406《塑料燃燒性能試驗(yàn)方法 氧指數(shù)法》中氧指數(shù)（OI）計(jì)算公式：OI=Cf+Kd（Cf是指NT系列最后一個(gè)氧濃度，取一位小數(shù)，d是指使用和控制的兩個(gè)氧濃度之差），可得知材料的氧指數(shù)，氧指數(shù)≧32%屬于B1級(jí)，氧指數(shù)≧26%屬于B2級(jí)。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

試驗(yàn)結(jié)果表明五種板材中細(xì)木工板氧指數(shù)最低，采用頂端點(diǎn)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(xì)木工板燃燒所需氧濃度最低，這取決于細(xì)木工板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，細(xì)木工板是由兩片單板中間膠壓拼接木板而成，將木條鑲?cè)電A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(jìn)入其中支持燃燒，導(dǎo)致細(xì)木工板燃燒所需氧濃度最小，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大。刨花板是由木材或其他木質(zhì)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(jié)構(gòu)比較均勻，壓制時(shí)壓力大，碎料之間縫隙小，氧氣不易進(jìn)入板材，無(wú)法支持燃燒。在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)細(xì)木工板制品可能最先起火。在實(shí)際應(yīng)用中還是存在一些誤差，誤差的來(lái)源主要是點(diǎn)火位置的偏差、放置角度的偏差以及火焰強(qiáng)度與木材截取時(shí)斷面的差異[7]。

（二）可燃性試驗(yàn)結(jié)果分析與討論

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所選取的五種板材采取表面點(diǎn)火的方式均不能引燃，底部邊緣點(diǎn)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(wú)滴落物。五合板最易被點(diǎn)燃且點(diǎn)燃之后持續(xù)燃燒時(shí)間較長(zhǎng)，五合板是五種板材中唯一能燒至15cm刻度線(xiàn)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(shí)間短，但自熄最快。五種板材在標(biāo)準(zhǔn)氧濃度下，在點(diǎn)火時(shí)間為30s的情況下，均符合GB/T8626-2007《建筑材料可燃性試驗(yàn)方法》中60s內(nèi)焰尖高度Fs≦150mm的B級(jí)燃燒等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。相比較下五合板最易引燃且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁?，具有較大的火災(zāi)危險(xiǎn)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(jié)構(gòu)，燃燒后火焰蔓延速度快，火勢(shì)發(fā)展快，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大，三個(gè)試樣均燒至15cm刻度線(xiàn)，且燒過(guò)標(biāo)線(xiàn)繼續(xù)燃燒，燃燒隨著時(shí)間的增加有增長(zhǎng)趨勢(shì)，煙熏痕跡明顯且局部燒失，炭化裂紋明顯，燃燒過(guò)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(diǎn)火位置附近，底部燃燒明顯，燃燒時(shí)間短較為迅速，燃燒圖痕呈“倒V型”，由于密度板是以木質(zhì)纖維或其他植物纖維為原料，施加脲醛樹(shù)脂或膠粘劑經(jīng)過(guò)熱壓而成，材質(zhì)均勻，板層結(jié)構(gòu)緊實(shí)，性能較為穩(wěn)定，燃燒蔓延擴(kuò)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(xì)木工板燃燒結(jié)果具有一定的偶然性，細(xì)木工板是由兩片單板中間膠壓拼接木板而成，將木條鑲?cè)電A板中，木條由于受到擠壓力較小，拼接不均勻，點(diǎn)火位置對(duì)板材燃燒具有較大的影響，當(dāng)點(diǎn)火位置較靠后時(shí)，細(xì)木工板背部被引燃且燃燒較前部更為劇烈。在正常點(diǎn)火位置引燃后，燃燒較為緩慢，燃燒面積較小，細(xì)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(jié)構(gòu)，制作工藝相似，燃燒特點(diǎn)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(xì)木工板厚度相同，但燃燒比細(xì)木工板劇烈，燃燒時(shí)間長(zhǎng)，底部炭化明顯，燃燒呈“倒V型”圖痕，煙熏高度到達(dá)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(yàn)中刨花板燃燒時(shí)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(zhì)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(jié)構(gòu)比較均勻，壓制時(shí)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(zhì)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(yàn)結(jié)果分析與討論

通過(guò)試驗(yàn)現(xiàn)象，可以觀察到在燃燒初期，木質(zhì)板材產(chǎn)煙量較小，隨著燃燒時(shí)間的增長(zhǎng)，產(chǎn)煙量也隨之升高[8]。

由表3可知，五合板、細(xì)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(jí)（SDR）公式[9]：

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

可知五合板煙密度等級(jí)為1604.53;細(xì)木工板板煙密度等級(jí)為1699.38;多層板煙密度等級(jí)為3196.19;密度板煙密度等級(jí)為3121.69;刨花板煙密度等級(jí)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(yàn)的結(jié)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(shí)間點(diǎn)差異較大，但從開(kāi)始燃燒至毒性氣體濃度達(dá)到峰值所需的燃燒時(shí)間，可以分析出材料燃燒危害性的相對(duì)大小。五合板開(kāi)始燃燒后250s內(nèi)有害氣體濃度達(dá)到極值，多層板需要600s，密度板需要2000s，刨花板需要100s，細(xì)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(xì)木工板CO產(chǎn)量最大，NO產(chǎn)率最大。

三、結(jié)語(yǔ)

文章選取密度板、刨花板、細(xì)木工板、五合板及多層板為研究對(duì)象，通過(guò)氧指數(shù)測(cè)定試驗(yàn)、可燃性試驗(yàn)、煙密度分析試驗(yàn)、煙產(chǎn)物分析試驗(yàn)對(duì)比分析其燃燒性能，主要結(jié)論如下：

（1）五種板材的氧指數(shù)大?。号倩ò?密度板>五合板>多層板>細(xì)木工板。

（2）在室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)氧濃度下，五種板材在退火后60s內(nèi)焰尖高度Fs≦150mm，五種板材可燃性等級(jí)為B級(jí)。相對(duì)比較下五合板最易引燃且火焰?zhèn)鞑ニ俣茸羁欤芏劝迦紵龝r(shí)間最短，火焰自熄。

（3）在火災(zāi)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(qiáng)度條件下，五合板開(kāi)始燃燒后250s內(nèi)有害氣體濃度達(dá)到極值，多層板需要600s，細(xì)木工板需要800s，密度板則需要2000s，細(xì)木工板有毒氣體產(chǎn)量最大，火災(zāi)危險(xiǎn)性較高。同樣的板材，50kW輻射強(qiáng)度下有毒氣體產(chǎn)量大于60kW輻射強(qiáng)度下的有毒氣體產(chǎn)量，表明隨著輻射強(qiáng)度的增大，燃燒更為充分，有毒氣體產(chǎn)量隨之減少。

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