木質人造板材燃燒性能的分析研究

朱春玲

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

0 引言

作為傳統的建筑材料之一，木材應用歷史悠久。但由于目前世界木材資源日益緊缺，且為充分合理利用木材原料，各類木質人造板材逐漸得到開發應用。自本世紀以來，我國人造板行業進入了一個飛速發展的階段，具有推動社會可持續發展的重要意義［1］。

與鋸材相比，木質人造板材的幅面更大，結構性更好，施工更方便；尺寸更穩定，材質也更加均勻；特別是原料易于浸漬，可作各種功能性處理（如阻燃、防腐、抗縮、耐磨等）以提高產品的性能。因此，木質人造板材得到了廣泛地應用，尤其是在室內裝修和家具制作中被大量使用。

據統計，目前用量最多的木質人造板材主要包括膠合板、纖維板和細木工板等三大類產品，占比超過 85 %，如表 1 所示［2，3］。

表1 我國木質人造板材產量占比統計

2 燃燒性能和阻燃處理

2.1 燃燒性能

木材由于具有重量輕、彈性好、紋理美觀及加工容易等優點，在建筑和裝修工程中大受歡迎，但近年來固有的可燃性使其在建筑中應用時受到了一定程度的限制。根據 GB 50016－2014《建筑設計防火規范》，木材及其制品的火災危險性類別屬于丙類可燃固體［4］。在按 GB 8624－2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》進行性能評價時，一般認為天然木材及其制品的燃燒性能等級為 B2級［5］。

在 GB 50222－2017《建筑內部裝修設計防火規范》中，將室內裝修材料按使用部位和功能分為頂棚裝修材料、墻面裝修材料、地面裝修材料、隔斷裝修材料、固定家具、裝飾織物和其他裝修裝飾材料七類［6］。其中，木質人造板材應用較多的部位主要涉及墻面裝修、隔斷裝修和固定家具，也有部分頂棚裝修。但通常情況下均需對板材進行阻燃處理，以提高其燃燒性能等級使之達到難燃 B1的級別，從而解決材料在應用中受限的現實問題和控制材料的火災危險性。

2.2 阻燃處理

木材的燃燒等級低，通過適當的阻燃處理以后可使其燃燒性能等級由 B2級提高到 B1級。目前通常多采用浸漬阻燃劑的方式來進行處理，浸漬處理后阻燃效果主要取決于阻燃劑的吸附量和浸入深度。影響吸附量的因素主要有木材的構造特性、阻燃劑的性能、被處理木材的含水率以及阻燃處理方法，阻燃劑浸入木材內部的深度則主要取決于阻燃處理方法。吸附量越大、浸入深度越深的木材，其阻燃處理效果越好。因此，對木質人造板材的原材料進行處理比對板材的處理更容易，有利于實現從本質上提高板材的燃燒性能等級。

為了了解當前木質人造板材燃燒性能的水平，本文匯總了部分工程木質人造板材的試驗數據，分析材料在試驗過程中的對火反應性能，評價其火災危險性。

3 燃燒性能試驗

3.1 試驗方法

目前，我國國家標準 GB 8624－2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》中，根據 GB/T 20284－2006《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》和 GB/T 8626－2007《建筑材料可燃性試驗方法》的試驗結果來評價木質人造板材的燃燒性能等級是否達到 B1級，分級判據如表 2 所示［5］。根據以往的經驗，通常木質人造板材大多能通過可燃性試驗，因此其燃燒性能等級的劃分將主要取決于材料的單體燃燒試驗結果。

表2 B1 級板狀建筑材料燃燒性能的分級判據

采用 PX－07－001 型建材單體制品燃燒試驗裝置，按照 GB/T 20284－2006《建筑材料或制品的單體燃燒試驗》綜合測試木質人造板材的多項燃燒性能參數。分別裁取 1 500 mm×1 000 mm、1 500 mm×500 mm 的試樣各 3 件，安裝在試驗小推車框架上形成互為直角的兩翼，直接暴露在直角底部的主燃燒器火焰中。試驗采用丙烷氣體作為火源，燃燒功率為（30.7±2.0）kW，整個試驗周期為 20 min。試驗的評估測試指標包括燃燒增長速率指數 FIGRA0.2MJ和 FIGRA0.4MJ、600 s 內的總熱釋放量 THR600s、煙氣生成指數 SMOGRA、燃燒滴落物/微粒情況以及總產煙量 TSP 和火焰橫向蔓延傳播 LFS 等試驗結果［7］。每個試樣選取 3 次平行試驗的平均結果進行表征。

3.2 膠合板燃燒試驗

膠合板，也稱夾板，俗稱細芯板。由三層或多層1mm厚的單板或薄板膠合熱壓而成［8］，是目前室內裝修和制作家具最為常用的木質人造板材。一般分為 3 厘板、5 厘板、9 厘板、12 厘板、15 厘板和 18 厘板六種規格（1 厘即為 1 mm）。

表 3～表 5 分別匯總了 12 mm、15 mm 和 18 mm 厚膠合板的單體燃燒試驗結果。

表3 12 mm 厚膠合板的單體燃燒試驗結果

表5 18 mm 厚膠合板的單體燃燒試驗結果

表4 15 mm 厚膠合板的單體燃燒試驗結果

由表 3～表 5 可知，目前建筑中應用的阻燃膠合板的燃燒性能等級基本能達到 B1（C）級的水平，板材燃燒均會放出較高的熱量，且試驗過程中大多會產生燃燒顆粒物，但產生較小的煙氣。

3.3 纖維板燃燒試驗

纖維板，也稱密度板。是以木質纖維（或其他植物纖維）為原料，施加適當的膠粘劑制成的人造板材。按密度不同，分為高密度板、中密度板和低密度板［8］。由于質軟耐沖擊，也容易再加工，在我國得到大量使用，其中中密度板應用得最為普遍。

表 6～表 8 分別匯總了 12 mm、15 mm和 18 mm 中密度纖維板的單體燃燒試驗結果。

表6 12 mm 厚中密度纖維板的單體燃燒試驗結果

表7 15 mm 厚中密度纖維板的單體燃燒試驗結果

表8 18 mm 厚中密度纖維板的單體燃燒試驗結果

由表 6～表 8 可知，目前建筑中應用的阻燃中密度纖維板的燃燒性能等級也基本能達到 B1（C）級的水平，并且有一個 15 mm 厚樣品的燃燒性能等級達到了 B1（B）級，但板材燃燒也會放出較高的熱量，而且試驗過程中也會產生燃燒顆粒物，同樣產生的煙氣量也較少。

3.4 細木工板燃燒試驗

細木工板，俗稱大芯板。是在兩片單板中間粘壓拼接木板而成的實心板材。價格比膠合板便宜，豎向（以芯材走向區分）抗彎壓強度差，但橫向抗彎壓強度較高［8］。在家具制作和裝修工程中也得到普遍應用。

表 9 匯總了三種阻燃細木工板的單體燃燒試驗結果。

由表9可知，目前建筑中應用的阻燃細木工板的燃燒性能等級也基本能達到B1（C）級的水平，同時板材燃燒也會放出較高的熱量，且試驗過程中也有產品產生了燃燒顆粒物，同時產生的煙氣也較小。

表9 阻燃細木工板的單體燃燒試驗結果

3.5 燃燒性能參數對比分析

表 10 匯總了某 12 mm 厚紙面石膏板和 12 mm 厚礦棉吸音板的單體燃燒試驗結果以供對比分析。

表10 紙面石膏板和礦棉吸音板的單體燃燒試驗結果

圖 1～圖 4 分別對比了紙面石膏板、礦棉吸音板、阻燃膠合板（12mm-1#樣品）、阻燃中密度纖維板（12mm-1#樣品）、阻燃細木工板（12mm-1#樣品）整個試驗過程20min內的燃燒總放熱量THR、600s內的總放熱量THR600s、燃燒增長速率指數FIGRA0.2MJ和燃燒增長速率指數FIGRA0.4MJ。

圖1 材料在試驗 20 min 內燃燒總放熱量（THR）對比圖

圖4 材料燃燒增長速率指數（FIGRA0.4MJ）對比圖

4 結果分析與討論

圖2 材料在主燃燒器燃燒 600 s 內總放熱量（THR600s）對比圖

1）通過對上述大量單體燃燒試驗結果的匯總分析來看，目前我國現有木質人造板材的阻燃技術已相對成熟，一般情況下阻燃木質人造板材的燃燒性能等級可以達到難燃 B1（C）級的水平，能夠應用于大多數建筑室內應用場所和裝修部位。

2）木質人造板材經過阻燃處理后，雖然燃燒性能等級得到提高，但其燃燒后仍然釋放出大量熱量，同時其燃燒的熱釋放速率也較大。并且在試驗過程中，一旦被引燃就會持續燃燒放熱，該現象貫穿在整個 20min 試驗過程中。因此，當在建筑中大量應用時還應采取有效措施預防和消滅初起火災，以免發生轟燃。

3）與傳統的燃燒性能達到 B1（B）級的紙面石膏板和礦棉吸音板等材料相比，阻燃木質人造板材燃燒的總放熱量和熱釋放速率明顯增高。產品的阻燃水平還需繼續提升，以進一步降低材料的燃燒放熱量和熱釋放速率，最終開發出燃燒性能達到 B1（B）級的產品，從而提高其在建筑中應用時的安全水平。Q

圖3 材料燃燒增長速率指數（FIGRA0.2MJ）對比圖