建筑装饰用阻燃型铝塑复合板的防火性能研究

文/王小红 廖剑波 （湖南省塑料研究所、湖南科天新材料有限公司， 长沙，410001）

1 前言

阻燃型铝塑复合板（以下简称防火铝塑板），是以优质铝合金涂层板作面板、无卤高阻燃聚乙烯塑料作芯材的新型高档墙体装饰防火建材。除保持了铝塑板的美观、易安装等特性，还因具有优异的防火性能达到国际防火建材测试标准，主要应用于机场、车站、地铁、体育场馆、商场、办公大楼、高档文化娱乐中心等公共场所。

当前，世界各国对建筑安全性的要求越来越严格，而防火性能是安全性的一项最重要指标。欧美和新加坡等国家对于高层建筑上幕墙装饰材料的使用，均要求通过美国NFPA285试验、和PSB BS476等标准的检测，并规定了防火安全性能不得低于相应的要求或进行使用高度限制。我国正在起草的GB50016-2012《建筑设计防火规范》，使得社会各界对外墙装饰材料的应用和高度限制又越来越受到重视，从而对铝塑复合板幕墙装饰材料的防火安全性研究和火灾危险性评价也越来越深入。

为适应高层建筑装饰幕墙用防火铝塑板新材料的推广应用，并更好地反映幕墙用阻燃型铝塑复合板材料的防火特性差异，以准确地评价铝塑复合板材料的防火安全性能，本研究采用美国（NFPA 285）中等尺寸多层建筑燃烧试验和英国 BS 476-6/7火灾蔓延试验等方法标准，取代原德国的小型难燃级试验（DIN4102-1）和现欧盟的SBI单体燃烧试验（EN13823）等方法标准，研究了无卤阻燃填充芯材制作的B1+阻燃型铝塑板与普通聚乙烯芯材生产的普通铝塑板的防火安全特性参数差异，并从试验结果参数对其燃烧性能的影响进行了评价分析，进而对阻燃型铝塑板在建筑幕墙领域的装饰应用提出了建设性的指导意见。

2 防火铝塑板的研制

2.1 主要原材料

无卤高阻燃专用料：KT-A1651，KT-A2721，湖南科天新材料有限公司研制生产；氟碳涂装铝板

厚度0.50 mm、高分子粘接膜厚度0.04~0.08 mm，均为工业品。

2.2 主要生产设备

在线挤出连续热压复合生产线1： 180/35：1单螺杆排气式共挤生产线：HUAYUAN公司；

在线挤出连续热压复合生产线2： 92/ 170双阶挤出生产线：BOLLIYA公司.

2.3 工艺流程

2.4 防火安全性评价参数的测试方法与标准

难燃试验：按DIN4102-1《建筑材料难燃性试验方法》进行。

单体燃烧SBI试验：按EN13823《建筑材料或制品的单体燃烧试验》进行。

中等尺寸多层建筑燃烧试验：按照美国标准NFPA 285—2006《使用中等尺寸多层试验仪评定

包含可燃部件的外部非承重墙组件可燃性特征的标准试验方法》进行。

TUV PSB BS476火灾蔓延试验：按照英国标准 BS 476 PART6/ PART7进行燃烧试验。

3 试验研究

我们联合国内多家铝塑复合板制造企业，对我司研制产业化的无卤阻燃专用芯材制作的防火铝塑板进行了相关标准试验，并与国际检测认证机构Intertek和TUV PSB BS476的技术人员配合，对研制的防火铝塑板进行了多层建筑燃烧试验NFPA 285和PSB BS476 6/7标准方法的试验研究，取得了有实用价值的试验参数。

3.1 样品筛选

我们筛选了三种铝塑复合板材料用于试验研究，具体规格见表1。

3.2 试验方法标准介绍

3.2.1 小型难燃试验方法[1]

按照DIN4102-1进行。试验原理上主要以小尺寸样品的试验为主，测试材料在受火作用下的一些基本对火反应能力：材料的可点燃性、火焰蔓延性等。样品尺寸小，为1 000 mm×190 mm。GB/T 8625—2005难燃竖炉试验结果的评价参数为：最小剩余长度＞200 mm 平均剩余长度≥350 mm 平均烟气温度峰值≤125 ℃ ，试样背面无任何燃烧现象。其试验装置和试样见图1和2。

表1 试验研究用铝塑复合板样品规格参数

图1 竖炉试验装置图

图2 试样燃烧及燃烧后图片

3.2.2 单体燃烧试验（SBI）方法

按EN13823进行。试验原理是耗氧原理，评价在房间角落处， 模拟制品附近有单个燃烧体火源的火灾场景下，制品本身对火灾的影响，与房间角落试验ISO 9705有着良好的相关性。

SBI试验结果的评价参数为：FIGRA≤120W/s、且LFS＜试样边缘、且THR600s≤7.5 MJ。

SBI试样为一角落形试样，分为长翼和短翼，试验样品尺寸分别为1.5m×1m和1.5m×0.5m两块板组成直角竖立。热释放30kW的火源设置在直角处。试验时间1260s，总试验时间1560s（26min）。试验中将幕墙用铝塑板试样用螺丝固定在轻钢龙骨框架上，试样与基材硅酸钙板之间存在40mm空气隙，以模拟最严峻的受火方式。基材背面采用背板（硅钙板）支撑。由于在实际应用中，铝塑板存在拼接缝，故在长翼200mm处和500mm分别设置了一条垂直接缝和水平接缝。SBI试验采用的试样安装方式见图3，固定方式及其拼接缝见图4。

图3 SBI试样安装方式

图4 SBI试样固定及其拼接缝

3.2.3 中等尺度多层建筑结构的防火标准NFPA 285试验

按照美国标准NFPA 285试验方法进行。美国IBC（International building code）第26章规定：墙体组件必须通过NFPA 285-2006 标准试验，该试验被行业称作多层燃烧性能试验。

任意高度的Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ类建筑的外墙系统，应符合NFPA 285 要求。

试验标准的中文名称为：《使用中等尺寸多层试验仪评定包含可燃部件的外部非承重墙组件可燃性特征的标准试验方法》。下面的图5为NFPA 285试验的整体结构模拟图，图6为燃烧点火器放置侧视图。

图5 整体结构模拟图

3.2.4 PSB BS 476-6 和PSB BS476-7 火焰传播性能试验的测定方法

PSB BS 476-6 测试方法是一种材料火焰传播性能的测定方法，主要用于评估墙壁和天花板衬里的防火性能，测定结果以火焰传播指数表示。

图6 燃烧点火器放置侧视图

试验时，将试件暴露于管式喷灯下，该灯的释热量为530J/秒。试验2分45秒后，将2个电加热器的总功率调为1800瓦，至试验5分钟时，将功率降至1500瓦，随后维持此功率不变，直至试验结束，总试验时间为20分钟。

表2 不同芯材类型的铝塑板难燃竖炉试验结果参数对比[3]

表3 不同芯材的铝塑板幕墙SBI试验参数对比

为了评估被试材料BS476-6中的火焰传播性能，用热电偶连续记录烟筒中温度与室温的差值，并将所得结果（温差与时间的关系曲线）与标定曲线比较，标定曲线是以规定密度的石棉－水泥板以同样方式测定的。进行比较时，比较相同时间下两条曲线表示的温差值，在试验最初3分钟，每隔30 秒取温差值，在随后的4－10分钟，每隔1分钟取温差值，在最后的11－20分钟，每隔2分钟取温差值，这三个时间段的分火焰传播指数I分别按公式计算。分别计算3个时间段[(0-3)min，(4-10)min，(11-20)min]的分火焰传播指数i。总火焰传播指数 I值为3个分火焰传播指数之和（即I=i1+i2+i3）。

PSB BS476-7 主要通过测定样品表面侧向延伸并基于速度和延伸长度来确定燃烧等级。 测试方法是在燃烧箱内点燃烧样品，点燃源为燃气辐射板及中型燃气喷灯。辐射板的辐射强度在离75mm处为32.5kw/m2(表面)，喷灯的火焰高75-100mm，与辐射板在同一方向施加于试样。样品暴露在辐射热源板下10min。记录1.5分钟及10分钟样品的火焰传播程度。

表4 不同芯材的铝塑板NFPA 285防火试验参数对比

PSB BS476-7 火焰蔓延等级为四个等级分别为：BS476-7 Class 1-4这四个等级。

BS476-7 Class 1：要求1.5分钟，样品火焰蔓延长度在165mm以内，要求10分钟，样品火焰蔓延长度在165mm以内。

BS476-7 Class 2：要求1.5分钟，样品火焰蔓延长度在215mm以内，要求10分钟，样品火焰蔓延长度在455mm以内。

BS476-7 Class 3：要求1.5分钟，样品火焰蔓延长度在265mm以内，要求10分钟，样品火焰蔓延长度在710mm以内。

BS476-7 Class 4：火焰蔓延长度超出BS476-7 Class 3的要求。

BS476-7火焰蔓延等级关系到火灾是否波及到邻近可燃物，或者加速邻近可燃物而使火势扩大。

4 试验结果与评价分析

4.1 不同芯材类型的铝塑板难燃竖炉试验参数评价分析

按照DIN4102-1标准，不同芯材类型的铝塑板难燃竖炉试验参数见表2。

由表2可知，在总厚度均为4 mm、铝板厚0.50 mm条件下，采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板在各项燃烧性能指标上明显比普通铝塑板优越，燃烧性能等级可达B1/A级的较高防火等级，而不阻燃的普通聚乙烯芯材制作的普通铝塑板燃烧性能等级则达不到难燃B1级。

4.2 不同芯材类型的铝塑板SBI试验参数评价分析

按照EN13823进行试验。不同芯材类型的铝塑板SBI试验结果如下表3。

由表3可知，在总厚度均为4 mm、铝板厚0.50 mm条件下，采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火

铝塑板在各项燃烧性能指标上明显比普通铝塑板优越，燃烧性能等级为B-s1，d0的较高防火等级，而普通

LDPE芯材制作的铝塑板防火等级较差，为D-s1，d2的较低等级[2]。

4.3 不同芯材类型的铝塑板NFPA285试验参数评价分析

按NFPA 285—2006标准方法进行。不同芯材类型的铝塑板，防火试验参数评价分析见表4。

结论

NFPA 285—2006检测中，外部防火铝塑板上的火焰处于设定的限制之内（窗户顶端以上10'、窗户边以外5'）；火焰没有蔓延至核心部件或渗入2楼房间；热电偶没有超过最大限值。

从图7可看出：采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板，进行NFPA 285标准燃烧试验时的起始与燃烧过程的图片。经过40 min的点火燃烧试验，火焰没有从窗口处沿着防火铝塑板大面积蔓延，只烧掉一少部分，阻燃效果很好。

图7 无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的防火铝塑板NFPA 285燃烧试验

4.4 PSB BS 476-6/7 火焰传播与侧向蔓延性能的试验参数与安全性评价

4.4.1 PSB BS 476-6 的试验参数及其防火安全评价

PSB BS 476-6 试验结果与参数，参见表5 。从表5可以看出：I 值越高，材料的阻燃性越低，0 级材料要求：I≤12，i1、i2、i3≤6。

在东南亚如新加坡，防火铝塑版的燃烧传播等级只有稳定达到PSB BS 476-6 0级材料方可应用

于建筑幕墙，其材料的火焰传播指数满足：i1，2，3≤6，I≤12(I=i1+i2+i3) 。

表5 PSB BS476-6 FR-ACP的试验结果参数

4.4.2 PSB BS 476-7 的试验参数

图8 PSB BS476-7 FR-ACP的测试装置图

PSB BS476-7 的试验结果参数参见表6。

从表6可以看出：根据BS476-7火焰蔓延等级分类B标准，测试结果符合BS476-7 Class 1级的要求，危险波及性最小，可应用作建筑装饰材料。在新加坡等东南亚国家，防火铝塑板只有达到BS476-7 Class 1级，才能作建材使用。

表6 PSB BS476-7 FR-ACP的试验结果参数

5 、研究结论

基于对欧美等发达国家关于防火建材标准的测试研究，我们得出以下结论：

铝塑复合板因使用不同的芯材成分而表现出不同的防火安全特性，需要引起建筑消防设计、使用部门和国家相关协会的高度重视和严重关切。

研制生产的防火铝塑板，按德国DIN4102-1 难燃炉试验，测试指标达到并超过A级对应的技术指标要求；而普通铝塑板按DIN 4102-1 试验不能达到难燃B1级的技术要求。

研制生产的防火铝塑板，按欧盟EN13823单体燃烧试验时，燃烧性能等级达到B- s1，d0级，防火铝塑板在火灾试验中对火势扩大的贡献较小，燃烧滴落物和烟气毒性附加分级均为最好的d0和s1级；而普通铝塑板按EN13823单体燃烧试验时燃烧性能等级为D级，燃烧滴落物附加分级为d2级，具有相当的火灾危险性。

研制生产的防火铝塑板，按美国NFPA 285中等尺度多层建筑结构的防火标准进行试验，检测中的外部防火铝塑板上的火焰处于设定的限制之内（窗户顶端以上10'、窗户边以外5'），火焰没有蔓延至核心部件或渗入2楼房间，测试温度没有超过最大限值，可通过NFPA 285标准的合格测试。

研制生产的防火铝塑板，按英国PSB BS476 PART6/PART7防火建材标准进行试验，试验时撕去表面铝板，对露出的阻燃塑料芯材表面进行火灾蔓延试验，检测结果分别可达到0级材料（火焰传播指数满足i1，2，3≤6，I≤12）要求和BS476 PART7 CLASS 1级材料要求，可用于建筑装饰材料领域，并不受建筑高度的限制。

[1] 赵成刚编著.建筑材料及制品燃烧性能分级[S].北京：中国标准出版社，2007

[2] 王小红，赵成刚，无卤阻燃型铝塑复合板在高层建筑外墙装饰上的防火安全性试验与材料应用研究[J].中国建材科技，2011（6）：15-20.