隨著城市建設(shè)腳步的不斷推進(jìn)，我國建筑迅猛發(fā)展，不斷趨于現(xiàn)代化、大型化以及多功能化發(fā)展方向。

然而，在這快速發(fā)展的背后，一系列火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也逐漸暴露出來。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這些火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的主要原因，很大程度上是建筑施工過程中使用了大量存在嚴(yán)重火災(zāi)隱患的易燃有機(jī)材料。

從建筑材料的選擇和使用這一源頭出發(fā)，消除建筑物中的火災(zāi)安全隱患已然轉(zhuǎn)變成我國當(dāng)前亟待解決的一大問題 [1] 。

因此，對于建筑材料的燃燒的研究，加大對建筑材料的阻燃測試及檢驗(yàn)，準(zhǔn)確地檢測建筑材料的燃燒等級(jí)變得十分重要。

建筑材料燃燒性能分級(jí)檢測設(shè)備主要有：單體燃燒實(shí)驗(yàn)設(shè)備（簡稱 SBI 試驗(yàn)裝置）、鋪地材料熱輻射板測試儀、建材可燃性檢測儀、建筑材料燃燒熱值試驗(yàn)儀、建筑材料不燃性檢測儀、氧指數(shù)檢測儀、UL 94 垂直燃燒測試儀、錐形量熱儀等。

其中，SBI 是一種大型實(shí)驗(yàn)裝置，該設(shè)備所測得參數(shù)值是材料等級(jí)分級(jí)的核心部分[2]。

國內(nèi)外眾多學(xué)者利用SBI單體燃燒試驗(yàn)裝置對建筑制品材料進(jìn)行阻燃研究。 如 S´everine Bellaye 等人，在法國的實(shí)驗(yàn)室中搭建了小型模擬SBI單體燃燒裝置，對用于建材木板的防火凝膠進(jìn)行研究測試，發(fā)表了《Transparent fire protective sol-gel coating for wood panels》等文章；英國阿爾斯特大學(xué) Zhang 等人發(fā)表的《Experimental and numerical study of burning behaviors of flaxboard with intumescent coating and nanoparticles in the cone calorimeter and single burning item tests》中，使用錐形量熱儀和SBI單體試驗(yàn)裝置研究了膨脹涂層和納米粒子對建筑板材的燃燒行為的影響；國內(nèi)2013年發(fā)表的《建筑材料單體燃燒實(shí)驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)成及使用》、2019年發(fā)表的《基于單體燃燒試驗(yàn)的木飾面板燃燒性能分析》等。

2024年，北京建材院、北京雅達(dá)潤邦建筑材料和北京科技大學(xué)聯(lián)合發(fā)表了一篇名為《一種無機(jī)復(fù)合聚苯板的制備與燃燒性能研究》的文章，文章中使用了 FTT  的多個(gè)阻燃設(shè)備對無機(jī)復(fù)合聚苯板進(jìn)行了研究, 探究了自制阻燃漿液對EPS泡沫板的阻燃性能。

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/ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 /

該研究自制了含有阻燃漿液的無機(jī)復(fù)合聚苯板，即將 EPS 泡沫板基材置于孔隙均勻分布的負(fù)壓狀態(tài)下，在順孔后的 EPS 泡沫板表面均勻涂敷自制的混合阻燃漿料，重復(fù)刮除多余漿液，使阻燃漿料填滿 EPS 泡沫珠之間的孔隙；后室溫下自然通風(fēng)靜置養(yǎng)護(hù)干燥，得到試驗(yàn)樣品 EPSC 。

研究按照GB/T 2406.2-2012、GB/T 16172-2007、GB/T 20284-2006等標(biāo)準(zhǔn)，使用 FTT 的氧指數(shù)儀、錐形量熱儀以及SBI單體燃燒裝置對樣品進(jìn)行測試。獲得了臨界氧指數(shù) (LOI) 、點(diǎn)燃時(shí)間 (TTI) 、熱釋放速率 (HRR) 、總熱釋放 (THR) 、產(chǎn)煙速率 (SPR) 、總產(chǎn)煙量 (TSP) 及燃燒增長速率指數(shù)火焰蔓延等參數(shù)。

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/ 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 /

氧指數(shù)：EPSC 材料的氧指數(shù)為 39.7%，相較于 EPS 的18.3%，提高了116.9%，阻燃性能顯著提高。

引燃及熱釋放特性：材料在不同輻射照度下的引燃時(shí)間如下圖所示。2個(gè)樣品的引燃時(shí)間隨輻射照度的增加而縮短。由于 EPS 樣品輻射加熱后收縮熔融，導(dǎo)致樣品表面與加熱錐之間的距離變大，輻射照度為 25kW/㎡ 時(shí)無法引燃；而輻射照度為 35 kW/㎡ 時(shí)，由于 EPS 的收縮熔融現(xiàn)象，使得其引燃時(shí)間相比 EPSC 推遲了88 s；輻射照度繼續(xù)增大到 50 kW/㎡ 時(shí)，EPS 的引燃時(shí)間大幅縮短，比  EPSC 僅多 6 s

錐形量熱儀測試中 EPS、EPSC 不同輻射照度的引燃時(shí)間

EPS 和 EPSC 在不同輻射照度下的熱釋放速率 （HRR）和總釋放熱（THR）曲線如下圖所示。可以看出，相同輻射照度下 EPSC 的熱釋放速率峰值（PHRR）與 THR 顯著低于  EPS 泡沫基材。

(a) 25 kW/㎡              (b) 35 kW/㎡           (c) 50 kW/㎡

錐形量熱儀測試中 EPS 與 EPSC 在不同輻射照度下的 HRR 曲線

(a) 25 kW/㎡            (b) 35 kW/㎡          (c) 50 kW/㎡

錐形量熱儀測試中 EPS 與 EPSC 在不同輻射照度下的 THR 曲線

表1顯示了 3種樣品在不同輻射照度下的錐形量熱儀測試數(shù)據(jù)，包括 PHRR、到達(dá) PHRR 的時(shí)間（tp）和 THR。

表1 EPS 與 EPSC 在不同輻射照度下的測試數(shù)據(jù)

可以得出，輻射照度為 35 kW/㎡時(shí)，EPSC 的 PHRR 和 THR 相對 EPS 分別下降了 80% 和 56%；輻射照度為50 kW/㎡時(shí)，EPSC 的 PHRR 和 THR 相對 EPS 分別下降了79%和44%；這表明，相較于純 EPS 泡沫板材 ，EPSC 材料的阻燃性能得到了很大的提升。

產(chǎn)煙特性：兩種材料在不同輻射照度下的產(chǎn)煙速率（SPR）和總產(chǎn)煙量（TSP）曲線如下圖所示。

(a) 25 kW/㎡              (b) 35 kW/㎡           (c) 50 kW/㎡

錐形量熱儀測試中 EPS 與 EPSC 在不同輻射照度下的 SPR 曲線

(a) 25 kW/㎡            (b) 35 kW/㎡          (c) 50 kW/㎡

錐形量熱儀測試中EPS與EPSC 在不同輻射照度下的 TSP 曲線

可以看出，在相同的輻射照度下，EPSC 的產(chǎn)煙速率峰值（PSPR）和 TSP 明顯小于 EPS 泡沫基材; 隨著輻射照度的增加，兩種材料的 PSPR 和 TSP 均有所增大。

由EPS 與 EPSC 在不同輻射照度下的測試數(shù)據(jù)可知 ，輻射照度為35 kW/㎡ 時(shí)，EPSC 的 PSPR 和 TSP 相對 EPS 分別下降了 94% 和 90%；輻射照度為 50kW/㎡ 時(shí)，EPSC 的 PSPR 和 TSP  相對 EPS 分別下降了97% 和 89%；這表明 EPSC 材料的抑煙性能明顯優(yōu)于 EPS 泡沫。

火蔓延特性：通過單體燃燒裝置測試了 EPSC 樣品在中尺寸壁面安裝條件下的燃燒性能和火蔓延特性，EPSC 樣品測試前后的照片如下圖所示 ?？梢钥闯?，在單體燃燒 試驗(yàn)中 EPSC 未被火源引燃，只有墻角部位的樣品表面被主燃燒器的火焰熏黑 ，并且試驗(yàn)期間未發(fā)生火焰橫向蔓延到長翼邊緣的現(xiàn)象。

(a) 測試前  (b) 測試后

EPSC 試樣單體燃燒測試

熱釋放特性：下圖分別為主燃燒器開啟到試驗(yàn)結(jié)束 EPSC 的 HRR、每 30 s 的平均熱釋放速率（HRRav）和 THR 曲線。由 (a)、(b)可以看出，在受火時(shí)間內(nèi)（300 s≤ t ≤1500 s）EPSC 的 HRR 和 HRRav 曲線變化趨勢較平穩(wěn)且低于3.0 kW；由 (c) 可以看出，在受火時(shí)間內(nèi) ，EPSC 的熱釋放總量僅為 1.6 MJ；由(b) 可知，試驗(yàn)期間 EPSC 的 HRRav 值不超過3.0 kW，根據(jù) GB/T 20284-2006 附錄第 A.5.3 條款可確定 EPSC 的 FIGRA0.2 MJ 值為 0。

(a) SBI熱釋放速率    (b) SBI每30s內(nèi)平均熱釋放速率  (c) SBI熱釋放總量

EPSC 試樣單體燃燒試驗(yàn)的 HRR、HRRav和 THR 曲線

由表2可以看出 ，EPSC 的 FIGRA0.2 MJ 為 0 W/s，THR600 s 為 0.7 MJ。根據(jù) GB 8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》，可判斷 EPSC 保溫材料的燃燒性能等級(jí)達(dá)到 A2 級(jí)，屬于不燃材料。

表2 EPSC 單體燃燒測試數(shù)據(jù)

產(chǎn)煙特性：下圖為 EPSC 樣品在單體燃燒測試過程中 60 s 內(nèi)的平均產(chǎn)煙速率 SPRav (60s)和 TSP 曲線。由圖8（a）可以看出，EPSC 的 SPRav（60 s）曲線在受火過程中，始終處于無序波動(dòng)狀態(tài)，并且峰值低于 0.4 ㎡/s。由圖8 (b)可以得出，EPSC 的總產(chǎn)煙量約為120 ㎡。

(a) SBI每60 s內(nèi)平均產(chǎn)煙速率                 (b) SBI總產(chǎn)煙量         

EPSC 試樣單體燃燒測試的 SPRav(60 s)和 TSP 曲線

SMOGRA 是煙氣生成速率指數(shù)，其計(jì)算公式如下面公式所示。

式中 ：SPRav（60 s）為受火時(shí)間60 s 內(nèi)的平均產(chǎn)煙速率，㎡/s。TSP600 s為試樣在受火期最初 600 s 內(nèi)的總產(chǎn)煙量，計(jì)算公式如下面所示。

根據(jù)上述公式，計(jì)算得到 EPSC 樣品的 SMOGRA 和 TSP600 s ，SMOGRA 為 10.7  cm²/s² ，TSP 600 s為 33.7 ㎡，而根據(jù)《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》，判斷 EPSC 保溫材料的產(chǎn)煙特性等級(jí)達(dá)到了 S1 級(jí)。

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/ 結(jié)論 /

以低密度 EPS 泡沫板為基材，利用半水硫酸鈣等無機(jī)添加劑制備阻燃漿液，通過負(fù)壓順孔與負(fù)壓吸附技術(shù)成功制備 EPSC 復(fù)合保溫材料，其力學(xué)及保溫性能良好；氧指數(shù)達(dá)到 39.7%，阻燃性能好。且錐形量熱儀及SBI單體燃燒測試結(jié)果進(jìn)一步顯示，EPSC 的 PHRR、THR、PSPR 以及 TSP 相比 EPS 均大幅降低，阻燃性能提高。制備的 EPSC 保溫材料燃燒性能等級(jí)達(dá)到 A2 級(jí)，屬于不燃材料，其產(chǎn)煙特性等級(jí)達(dá)到 S1 級(jí)。 

本研究可為阻燃泡沫板研究提供一定的理論參考。

注：本稿內(nèi)容摘自《一種無機(jī)復(fù)合聚苯板的制備與燃燒性能研究》。滅火劑與阻燃材料, 2024, 43(03): 412−418

參考文獻(xiàn)：

[1] 韋志功, 王彥成. 建筑材料阻燃技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 四川水泥, 2019, (05): 11, 205.

[2] 王, 趙躍山, 耿震崗. 建筑材料單體燃燒實(shí)驗(yàn)設(shè)備的構(gòu)成及使用[J]. 機(jī)械管理開發(fā), 2013,(4): 48-49.

在研究過程中，研究團(tuán)隊(duì)使用了英國 FTT 公司的SBI單體燃燒裝置和錐形量熱儀以及氧指數(shù)儀進(jìn)行測試。

FTT 作為阻燃設(shè)備行業(yè)的老牌企業(yè)，提供了諸多符合國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的阻燃設(shè)備，為全球范圍內(nèi)的防火測試和科學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)。