纺织地毯燃烧性能分析方法浅谈

徐发良， 刘东发， 袁嘉伟， 尹碧军， 肖智仁

（广州市质量监督检测研究院， 广东 广州511442）

铺地材料的火灾危险性越来越受到人们的关注， 并取得了一些研究成果， 但对于铺地材料火灾危险性的评价仅限于单一燃烧性能参数的分析比对， 常常出现依据不同参数比较结果不一致的情况， 不能全面综合地体现铺地材料的火灾危险性[1-3]。 因此提出一种较为系统的铺地材料燃烧性能参数分析方法是有意义的。

目前， 铺地材料的国家标准主要有被GB 8624 - 2006 《建筑材料及制品燃烧性能分级》[4]引用的GB／T 11785 - 2005 《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》[5]和GB／T 8626 - 2007《建筑材料可燃性试验方法》[6]。 GB／T 11785 -2005 中给出了铺地材料临界辐射通量和烟气测量方法； GB／T 8626 - 2007 给出了在没有辐射情况下， 用小火焰直接冲击垂直放置的试样来测定建筑制品的可燃性测量方法。 但是均未提出火灾风险评估的一个重要参数——热量。 因此在评估纺织地毯火灾风险时， 加入热释放速率、 热释放总量等参数是有可行性的。

1 试验

1. 1 主要材料和设备

各种纺织地毯 （惠州市东方地毯生产有限公司）。

铺地材料辐射热通量实验装置 (PZF - 1，南京上元分析仪器有限公司)。

锥形量热仪(FTT， 环球 （香港） 科技有限公司)。

1. 2 辐射热源法

辐射热源法的基本原理是按照GB／T 11785- 2005 《铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法》[6]确定的试验方法和条件， 通过观察和测量暴露于倾斜的热辐射场中的铺底材料PTT 地毯的火焰传播情况， 评估其实验室状态下的燃烧性能，适用于纺织地毯、 软木板、 木板、 橡胶板和塑料地板以及地板喷涂等各种铺地材料。 具体试验方法是： 在规定的实验装置中， 用小火焰点燃水平放置的铺地材料， PTT 地毯在倾斜的热辐射场中进行火焰传播， 观察火焰蔓延状态和测量火焰熄灭时的传播距离， 并通过实际辐射通量分布曲线， 将传播距离转换为临界辐射通量（火焰熄灭处的辐射通量或试验30 min 时火焰传播到的最远位置处对应的辐射通量， 两者中的最低值）。 实际辐射通量分布曲线在辐射通量标准曲线（见图1） 允许范围内进行校准标定。 由图1 可以看出， 火焰熄灭点到零点的距离越近，火焰传播越短， 对应的临界辐射通量越大， 阻燃性能越好； 反之越差。 而GB 8624 - 2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》[1]主要是根据铺地材料的临界辐射通量对其进行燃烧性能分级的。

图1 辐射通量校准曲线

1. 3 锥形量热仪法

锥形量热仪（CONE） 是按照GB／T 16172 -2007 《建筑材料热释放速率试验方法》[7]标准要求， 根据氧消耗原理为基础的新一代建筑材料燃烧性能测定仪， 由CONE 获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种， 包括热释放速率（RHR）、 总释放热 （THR）、 有效燃烧热 （EC）、点燃时间（TTI）、 烟及毒性参数和质量变化参数（MLR） 等。 美国及其它发达国家的一些标准都把锥形量热仪法确认为进行材料燃烧性能测试的标准试验方法， 锥形量热仪也成为研究火灾行为、阻燃性能的常用手段。 辐射热通量为50 kW／m2，空气流量为24 L／s， 样品尺寸为100 mm × 100 mm × 样品原厚。

2 结果与讨论

2. 1 不同纺织地毯的辐射热源法试验结果

根据GB／T 11785 - 2005 《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》 5. 2 随机制取20 份不同类别的纺织地毯； 按7. 2 分别试验， 所得数据如表1。

表1 不同纺织地毯的辐射热源法试验结果

2. 2 不同纺织地毯相同辐射通量的热释放速率试验分析

从表1 中选#4、 #7、 #16 三组热辐射通量相同的试样根据GB／T 16172 - 2007 《建筑材料热释放速率试验方法》 标准8. 2 及11. 3 进行状态调节和试验。 试验结果如表2 及HRR - t 曲线图2 ～ 4 （HRR 为单位面积热释放速率峰值、t 为时间）。

表2 三组辐射通量相同的试样热释放速率测量结果

图2 #4 试样HRR - t 曲线图

图3 #7 试样HRR - t 曲线图

图4 #16 试样HRR - t 曲线图

由表2 和图2 ～ 4 看出， 对于不同类别纺织地毯， 根据GB／T 11785 - 2005 标准所测热辐射通量虽然相同， 但是在GB／T 16172 - 2007 标准中其单位面积热释放速率峰值及600 s 内单位面积的总热释放量有很大的差异。 3 组数据中单位面积热释放速率峰值最大差值达到119. 99 kW／m2；600 s 内单位面积的总热释放量最大差值达到42. 36 MJ／ m2。 从制造工艺来看， #4 为胶黏类地毯， 材料主要为化学纤维， 背衬为橡胶， 在热释放速率试验时， 橡胶背衬及纤维能迅速燃烧并释放大量的热量， 单位面积热释放速率及单位面积总热释放量也较其它试样更大； #7 为平绒簇绒地毯， 材料主要为羊毛， 基底为难燃矿棉， 在热释放速率试验时， 主要由绒毛燃烧，单位面积热释放速率及单位面积总热释放量都比#4 小； #16 为圈绒簇绒地毯， 材料主要为化纤， 基底为难燃矿棉， 在热释放速率试验时，主要由化纤燃烧， 单位面积热释放速率及单位面积总热释放量与#7 较接近。

由此看出， 即使GB／T 11785 - 2005 标准所测热辐射通量相同， 但不同材料， 不同工艺的纺织地毯的热释放速率、 总热释放量都相差非常大， 当发生火灾时， 火灾风险也相差甚远。这也说明GB／T 11785 - 2005 标准对地毯类火灾风险评估是有缺陷性的。

2. 3 试样厚度对纺织地毯燃烧性能的影响

根据GB／T 11785-2005 《铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法》 5. 2 制取3 份不同厚度同一胶黏类地毯(背衬厚度一致， 均为3 mm)， 按7.2分别试验， 所得数据如表3。

表3 三组不同厚度试样热辐射通量测量结果

将3 组试样根据GB／T 16172 - 2007 《建筑材料热释放速率试验方法》 标准8. 2 及11. 3 进行状态调节和试验。 试验结果如表4 及图5 ～ 7。

表4 三组不同厚度试样热释放速率测量结果

图5 厚度为6 mm 试样HRR - t 曲线图

图6 厚度为9 mm 试样HRR - t 曲线图

图7 厚度为12 mm 试样HRR - t 曲线图

由表3 看出， 同一类型不同厚度的纺织地毯对临界热辐射通量影响很小。 厚度增大临界热辐射通量稍微有点增加， 但是变化量很小，从6 mm 到12 mm 临界热辐射通量只增加了0. 2 kW／m2。 由表4 及图5 ～ 7 来看， 随着厚度的增加单位面积热释放速率峰值及600 s 内单位面积的总热释放量都有所增加， 单位面积热释放速率峰值增量达到31. 29 kW／m2， 600 s 内单位面积的总热释放量增值也达到了15. 36 MJ／m2。 其中厚度为12 mm 的试样600 s 内单位面积的总热释放量明显高于其它两组试样， 由图7 看出，其HRR - t 曲线图中在出现热释放速率峰值后HRR 值一直保持着较大值， 且还出现了一个较高值的波峰， 其主要原因是， 试样厚度越大，实验中其通过裂解出来的可燃气体也更多， 燃烧更猛烈， 释放的热量也更大。

这就说明， 同一材料不同厚度的纺织地毯，通过GB／T 11785 - 2005 标准中的7. 2 试验，其临界辐射通量测量结果是很接近的， 其仅仅体现了铺地材料火焰传播的能力接近， 但是真正发生火灾时， 其风险是不一样的， 因为其释放出的热量相差较大。 试样厚的释放的热量明显大于厚度小的， 产生的破坏力也会更大些，可以得出GB／T 11785 - 2005 标准对地毯类火灾风险评估是有缺陷性的。

3 小结

（1） 即使GB／T 11785-2005 标准所测热辐射通量相同， 但不同材料、 不同工艺的纺织地毯的热释放速率、 总热释放量都相差非常大，当发生火灾时， 火灾风险也相差甚远。

（2） 同一材料不同厚度的纺织地毯， 通过GB／T 11785 - 2005 标准中的7. 2 试验， 其临界辐射通量测量结果是很接近的， 但是其释放出的热量相差较大。

（3） GB／T 11785 - 2005 标准对纺织地毯类火灾风险评估是有缺陷性的。 其仅仅体现了铺地材料火焰传播的能力， 未考虑火灾风险另一重大要素： 热量。

（4） 考虑到GB／T 11785-2005 标准的缺陷性， 提出在GB／T 11785 - 2005 标准4. 1 ～ 4. 14规定的试验装置中增加测量热释放速率测试仪的可能性， 或在做纺织地毯试验时增加GB／T 16172 - 2007 标准中热释放速率试验项， 这也是有实际意义的。

[1] 马哲， 舒中俊.几种地板燃烧性能的实验研究 ［J］ .火灾科学, 2005 (7) : 132 - 136 .

[2] 杨宁， 宋魁. 几种铺地材料燃烧性能的锥形量热计研究[J] .消防科学与技术， 2005 （1）： 1-3.

[3] 舒中俊， 谌强. 竹地板与普通实木地板燃烧性能的锥形量热计对比实验研究 [J] . 火灾科学,2007, 16 (3) : 148 - 152 .

[4] 国家质量监督检验检疫总局. GB 8624 - 2006： 建筑材料及制品燃烧性能分级[S] . 全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会. 北京： 中国标准出版社， 2006 .

[5] 国家质量监督检验检疫总局. GB／T 11785 - 2005：铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法[S] . 全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会. 北京： 中国标准出版社， 2005 .

[6] 国家质量监督检验检疫总局. GB／T 8626 - 2007：建筑材料可燃性试验方法[S] . 全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会. 北京： 中国标准出版社， 2007 .

[7] 国家质量监督检验检疫总局. GB／T 16172 - 2007：建筑材料热释放速率试验方法[S] . 全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会. 北京： 中国标准出版社， 2007 .