地毯燃烧性能测试结果重现性研究

刘东发，肖智仁，尹碧军，李业添

（广州市质量监督检测研究院，广东 广州511442）

分析测试

地毯燃烧性能测试结果重现性研究

刘东发，肖智仁，尹碧军，李业添

（广州市质量监督检测研究院，广东 广州511442）

从实验方法及地毯燃烧性能测试的影响因素出发，重点针对辐射通量曲线、养护时间、基材及材料粘附方式等因素，按照GB/T 11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》，研究分析校准的辐射通量曲线对地毯燃烧性能测试结果重现性的影响。

地毯；燃烧性能；临界辐射通量测试；重现性

燃烧性能是指材料燃烧或遇火时所发生的一切物理和化学变化，这项性能由材料表面的着火性和火焰传播性、发热、发烟、炭化、失重以及毒性生成物的产生等特性来衡量。根据我国建材分级体系的国家标准GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》，地毯属于铺地材料，其燃烧性能测试包括GB/T 5464不燃性试验 （A1、A2），GB/T 14402燃烧热值试验（A1、A2），GB/T 11785临界辐射通量试验（A2、B1、B2），GB/T 8626可燃性试验 （B1、B2）等。大多数常见的地毯材料，均不属于不燃材料，燃烧性能介于难燃材料及可燃材料之间，其不合格项目集中于临界辐射通量试验中，本文将基于辐射通量曲线，重点探讨其对临界辐射通量试验测试结果重现性的影响。

2 临界辐射通量试验及其影响因素

2.1 临界辐射通量试验简介

临界辐射通量试验[1-2]，其方法来自国家标准GB/T 11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》，等同采用欧洲标准EN ISO 9239-1:2002《Reaction to fire tests for floorings--Part1:Determination of the burning behaviour using a radiantheat source》。该方法是试验燃烧箱中，用小火焰点燃水平放置并暴露于倾斜的热辐射场中的铺地材料，计算火焰传播距离，并通过辐射通量校正曲线转化为临界辐射通量，评估其火焰传播能力；同时通过烟测系统，计算其产烟量，评估其产烟特性。试验装置如图1所示。

图1 临界辐射通量试验装置示意图

2.2 影响因素分析

根据试验过程以及部分研究人员的分析[3-5]，试验结果的重现性主要受辐射通量曲线、养护时间、基材及材料粘附方式等一系列因素的影响，基于上述研究成果，我们在实验研究中将针对这些因素，研究分析其对测试结果重现性的影响。

3 实验部分

3.1 实验条件

按照国家标准GB/T 11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》进行实验 （包括校准程序及测试程序）。

校准程序为：在试验箱中，将滑动平台、模拟样品及夹具放置在试验位置，在排气扇打开、试件出人门关闭情况下测量箱体烟道内的气体流速，并调节使其满足 (2.5±0.2)m/s，然后点燃辐射板。让辐射板加热至少l h，直到试验箱体温度稳定，在此过程中点火器应关闭。用热通量计在410mm的位置测量辐射通量。插入热通量计，让它的探测表面与模拟样品面平行并高出2~3 mm，30 s后读数，如果辐射通量为 (5.1±0.2)kW/m2，就可以进一步进行辐射通量曲线的校准，如果达不到，则需要调节辐射板的燃气/空气流量。热通量计在每一次新的读数前应让辐射板的燃气流量稳定至少10 min。依次在每个孔中插人热通量计，起始点为110 mm，终点为910 mm，在910 mm点测量完毕后，再在410mm点测量辐射通量，检验在此测试过程中辐射通量是否在允许范围以内。

将辐射通量值和校准板上的每个长度值作为一组相关数据函数记录下来，通过这些数据点仔细地画一条平滑曲线，这条曲线就是辐射通量曲线。

测试程序为：根据设定排烟系统的空气流量，移走模拟样品，关闭试样出入门，点燃辐射板，让装置预热至少1 h，直到箱体温度稳定。测量辐射板黑体温度，与校准时记录的温度相比较，黑体温度的偏差应在±5℃范围内，箱体温度偏差应在 ±10℃范围内，如果黑体温度和箱体温度超出了给定的温度范围，那么应调整辐射板燃气/空气的输人量。在新的温度测试之前，试验装置需稳定至少15 min，当试验温度达到给定温度要求时，就可进行试验了。将试件 （包括它的底层材料和基材）安装在试件夹上。然后在组合件背后添加钢夹并紧固螺钉，或者根据样品特性及使用说明书使用其他方法安装。对于多层纺织地毯的试验，可在试验前使用真空吸尘器进行表面清洁，然后把试件安装在夹具内，再放在滑动平台上。点燃点火器，让它离试件零点至少50 mm，将滑动平台移人试验箱并立即关上样品出入门，试验开始，开启计时和记录装置。保持点火器离试件零点至少50 mm，预热2 min后，让点火器火焰与距试件夹具内边缘10 mm的试件接触。让点火火焰与试件接触10 min，然后移开点火器，让它离零点至少50 mm，熄灭点火火焰。在试验过程中，辐射板燃气和空气应保持稳定。试验开始后，每隔10 min观测火焰熄灭时火焰前端与试件零点前10 mm间的距离，观察并记录试验过程中明显的现象，比如闪燃、熔化、起泡、火焰熄灭后再燃时间和位置、火焰将试件烧穿等。另外，记录下火焰到达每50 mm刻度时的时间和该时刻火焰前端到达的最远距离，精确到10mm。

3.2 实验设计

（1）辐射通量曲线的影响

图2 辐射通量曲线图

标准规定的辐射通量曲线如图2所示，各测试位置的辐射通量都允许有一定的偏差，于是便出现了辐射通量曲线的上限线和下限线，为测定辐射通量曲线对测试结果的影响，我们在保证烟道内气体流速、养护时间、基材及材

料粘附方式等条件一致的基础上，通过调节辐射板的燃气/空气流量及相对比例，使得测试分别在上限曲线条件、下限曲线条件以及标准曲线条件下进行，每种校准曲线条件下试件取固定方向进行3次试验，取3次平均值作为该校准曲线条件的实验结果。

试件部分，我们选取常见的混纺地毯 （羊毛+尼龙、羊毛+涤纶）、化纤地毯 （尼龙、丙纶、涤纶）作为研究对象。具体试件特性如表1。

表1 试件材质特性

（2）养护时间

标准规定的养护时间为14天或者调节至间隔48 h，前后两次称重的质量变化率不大于0.1%。我们在保证烟道内气体流速、辐射校准曲线、基材及材料粘附方式等条件一致的基础上，分别将养护时间设定为0 h，48 h，96 h，144 h，240 h，336 h，取三种不同样品 （90%羊毛 + 10%尼龙+麻纱、100%尼龙-66+PVC、100%涤纶+PVC）作为试件，试件取固定方向进行3次试验，取3次平均值作为该校准曲线条件的实验结果。

（3）基材及材料粘附方式

我们在保证烟道内气体流速、辐射校准曲线、养护时间等条件一致的基础上，分别将养基材设定为硅酸钙板、B1级木地板、B2级木地板，材料粘附方式分化学固定 （胶黏剂）以及机械固定两种，取三种不同样品 （90%羊毛 + 10%尼龙+麻纱、100%尼龙-66+PVC、100%涤纶+PVC）作为试件，试件取固定方向进行3次试验，取3次平均值作为该校准曲线条件的实验结果。

3.3 实验结果

（1）辐射通量曲线的影响实验结果如表2所示。

表2 辐射通量曲线影响实验结果汇总

（2）养护时间的影响实验结果如表3所示。

表3 养护时间影响实验结果汇总

（3）基材及材料粘附方式的影响实验结果 如表4所示.

表4 养护时间影响实验结果汇总

4 结果与讨论

（1）辐射通量曲线的影响

试验结果汇总于图3，可以直观看出对于辐射通量值较高 （≥8.0 kW/m2，燃烧性能B1-B级为主）的试件，在上限曲线条件、下限曲线

条件以及标准曲线条件下，结果报出值均相差不大；辐射通量值中等 （4.0~8.0 kW/m2，燃烧性能B1-B级以及B1-C级为主）的试件在不同曲线条件下，结果报出值差异开始显现一定的差异，尤其以辐射通量值在5.0附件数值的试件影响较大；对于辐射通量值较低的试件（＜4.0 kW/m2，燃烧性能B2-D为主），各种条件下的结果报出值几乎一致，可认为受影响程度开始下降。

综上所述，我们认为辐射通量曲线对于辐射通量值介乎4.0~8.0 kW/m2之间的地毯样品将产生较大的影响。但由于在我国建筑材料燃烧性能分级标准[6]中，地毯材料的B1-B级、B1-C、B2-D级的分界限值分别为8.0 kW/m2、4.5 kW/m2，大部分产品的临界辐射通量值也集中于这个位置。为满足地毯燃烧性能测试结果的良好重现性，对于辐射通量曲线的校准，我们不能仅满足于符合标准要求的允许偏差范围，实际工作中，应尽可能使得实验条件满足标准校准曲线条件。

图3 实验结果汇总图

（2）养护时间的影响

通过3种不同试件的试验比较，可以直观看到当不对试件养护时，试验结果将偏高，我们认为这主要是试件的含水率相对偏高，但通过后续试验可以知道，当养护时间增加到一定值后，试验结果将基本维持不变，可以认为只要养护时间足够保证试件到达质量平衡状态，养护时间的长短对检验结果不会产生太大影响。

（3）基材及材料粘附方式的影响

对于不同燃烧等级的基材而言，可以明显看到试验结果为：A1级的硅酸钙板 ＜B1级的木地板 ＜B2级的木地板，这是由于各种基材在燃烧过程中的贡献不一致所导致的。因此我们在试验中必须选用与地毯实际铺装一致或者燃烧性能相近的基材，否则将可能导致试验结果偏高或偏低，无法给出正确的评价。

对于材料粘附方式而言，化学固定 （胶黏剂）方式产出的试验结果明显优于机械固定方式，这主要是由于采用化学固定将使试件与基材之间的连接更加紧密，降低火焰在试件与基材的空隙中蔓延的空间所导致的，尤其对于燃烧过程中会产生大规模卷曲的材料 （如本例中的100%涤纶+PVC试件），化学固定将底衬材料紧紧粘附在基材上，降低其卷曲的程度，因而导致试验结果较采用机械方式的高出近30%。所以在检测工作中，我们也必要采用与实际应用一致的粘附方式，确保数据的准确性以及重现性。

5 结语

本工作从实验方法及地毯临界辐射通量试验的影响因素出发，依据标准试验方法，分别针对辐射通量曲线、养护时间、基材及材料粘附方式等因素，通过试验条件、试样材质等方面设计了多个对比试验对地毯燃烧性能测试结果的重现性进行研究，结果表明，为保证测试结果的良好重现性，我们应该：（1）尽量保证辐射通量曲线与标准曲线一致；（2）养护时间应保证试件达到质量平衡状态以消除水分的影响；（3）试件安装时选择与实际安装一致的基材及安装方式。

[1] 全国消防标准化技术委员会第七分技术委员会.铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法:GB/T 11785-2005 [S].北京:中国标准化出版社，2006.

[2] Technical Committee ISO/TC 92，Fire Safety，SubcommitteeSC1，Fireinitiationandgrowth.Reaction to fire tests for floorings--Part 1:Determination of the burning behaviour using a radiant heat source：ISO 9239-1:2002[S].InternationalOrganization for Standardization，2002.

[3] 张希瑜，魏东，姬宝生，等.辐射热源法检测铺地材料燃烧性能 [J].消防科学与技术，2010，29 (12):1055-1057.

[4] 肖智仁.铺地材料燃烧性能测试方法的研究 [J].消防科学与技术，2012（9）:916-918.

[5] 杨森，邓小波，宋兆明，刘建志.国内外铺地材料燃烧性能试验方法探究：2014年全国阻燃学术年会会议论文集 [C].北京：北京理工大学，2014.

[6] 全国消防标准化技术委员会防火材料分技术委员会.建筑材料及制品燃烧性能分级：GB 8624-2012[S].北京:中国标准化出版社，2013.

RESEARCH ON REPRODUCIBILITY OF CARPETS’REACTION TO FIRE TEST

LIU Dong-fa，XIAO Zhi-ren，YIN Bi-jun，LIYe-tian
(Guangzhou Quality Supervision and Testing Institute，Guangdong Guangzhou 511442，China)

Based on the influence factors of fire reaction test for carpets，according to GB/T 11785-2005“Reaction to fire tests for floorings.Determination of the burning behavior using a radiant heat source”，deep discussion about the effects of radiation flux calibration curve，curing time，substrate and adhesion method on the reproducibility of carpets’ reaction to fire performancewere discussed.

Carpets;reaction to fire;critical radiant flux test;reproducibility

TS106.5

A

10.3969／j.issn.1672-500x.2015.04.011

2015-11-12

刘东发 （1981-），男，广东韶关人，质量工程师，主要从事建筑防火材料的检测和标准研究。

1672-500X(2015)04-0046-06