保溫隔聲板在燃燒性能試驗中的研究

丁文強，孫才勇，吳文斌，姚敏強，馬海波

（昆山市建筑工程質(zhì)量檢測中心，江蘇 蘇州 215337）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，鋪地材料被越來越多地使用在了室內(nèi)裝修中。鋪地材料燃燒性能的優(yōu)良直接影響著人們?nèi)粘Ｉ畹陌踩?。如何正確地檢測鋪地材料的燃燒性能對消除火災隱患和保障日常生活安全有著重大意義［1］。我國對于鋪地材料的燃燒性能分級和判定依據(jù)標準 GB 8624－2010《建筑材料及制品燃燒性能分級》，同時其明確指出了燃燒等級 A2、B、C、D、E 的鋪地材料需要遵循標準 GB/T 11785－2005《鋪地材料燃燒性能測定輻射熱源法》中的試驗方法來評定［2，3］。

近年來，常見的鋪地材料例如木地板、PVC 卷材地板、地毯、氯丁橡膠地板等已經(jīng)不滿足人們對于高質(zhì)量生活的要求，保溫隔聲板因為其獨特的功能性引起了人們廣泛的關注并應用于地面的性能改良［4，5］。常見的保溫隔聲板包括石墨 EPS 板、石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板、改性聚丙烯板、聚苯板等，其相對于常見的鋪地材料有著良好的隔聲與保溫性能［6，7］。但是聚乙烯、聚丙烯以及聚苯乙烯這些材料由于其特有的高分子材料特性，導致材料在高溫下會迅速融化，從而會一定程度干擾其臨界輻射通量的測量。

本文對保溫隔聲板中石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板與石墨 EPS 板的燃燒性能進行了大量的測試與檢驗，研究了在外部環(huán)境穩(wěn)定，養(yǎng)護條件一致的情況下，石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板與石墨 EPS 板在輻射熱源法、氧指數(shù)測量和可燃性能測試下的性能表現(xiàn)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

1）石墨 EPS 板 1，即保溫隔聲板 a，表層貼覆無紡布作為保護膜，背面呈現(xiàn)波紋形結(jié)構。規(guī)格（長h 寬h厚）1 500 mmh 1 000 mmh 20 mm。

2）石墨 EPS 板 2，即保溫隔聲板 b，表層貼覆無紡布作為保護膜，背面呈現(xiàn)波紋形結(jié)構。規(guī)格（長h 寬h厚）1 500 mmh 1 000 mmh 15 mm。

3）石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板 1，即保溫隔聲板 c，規(guī)格（長h 寬h 厚）1 500 mmh 1 000 mm h 30 mm。

4）石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板 2，即保溫隔聲板 d，規(guī)格（長h 寬h 厚）1 500 mmh 1 000 mm h 40 mm。

上述 4 種保溫隔聲板均從市場買回，未經(jīng)過后續(xù)阻燃處理。

1.2 試驗設備

本論文中輻射熱源法使用的設備為 FRF-1 鋪地材料燃燒試驗裝置，可燃性能測試使用的設備為 JCK-2 建材可燃性試驗爐，氧指數(shù)測量使用的設備為 JF-5 氧指數(shù)測定儀。

1.3 測試方法

按照標準 GB/T 11785－2005《鋪地材料燃燒性能測定輻射熱源法》中的試驗方法將式樣切割成（長h 寬）1 050 mmh 230 mm的規(guī)格后對其輻射通量的數(shù)值進行測量。按照標準 GB/T 8626－2007《建筑材料可燃性試驗方法》將式樣制成尺寸為（長h 寬）250 mmh 90 mm 后進行測試。

氧指數(shù)試驗是依據(jù)標準 GB/T 2406.2－2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第二部分：室溫試驗》。采用頂面點燃法測試，使式樣在向上流動的氧氮混合氣體中發(fā)生燃燒，觀察式樣頂部燃燒情況進行判定。式樣尺寸為 120 mmh 10 mmh 10 mm。

2 輻射熱源法試驗

圖 1（a）顯示的是進行 30 min輻射熱源法試驗后 4 種保溫隔聲板呈現(xiàn)的熔化距離（零點到熔化最遠端）。由圖可知，在試驗開始點火的 10 s 內(nèi)，4 種保溫隔聲板出現(xiàn)了大面積收縮，但并未發(fā)生燃燒，也無濃煙產(chǎn)生，樣品出現(xiàn)了燒熔現(xiàn)象，分別出現(xiàn)了 19、21、17、14 mm 的熔化距離。這是由于在輻射板 500 ℃ 的外部條件下，保溫隔聲板中的聚丙烯與聚苯乙烯材料均會發(fā)生熱解，從而導致保溫隔聲板出現(xiàn)瞬間熔化的現(xiàn)象。在試驗開始 10 min 后，4 種保溫隔聲板的熔化分別達到了 42、40、37、33 mm 的距離。在試驗經(jīng)過 20 min 后，4 種式樣的熔化距離到達了 51、48、47、42 mm。這是由于試驗中輻射板的溫度一直維持在 500 ℃，導致輻射板所在端的溫度較高，而另一端溫度較低，高溫傳遞的時間影響到了保溫隔聲板中材料的熱解快慢，從而出現(xiàn)了試驗開始 10 min 與 20 min 后不同的熔化距離。在試驗進行 30 min 時，如圖 1（b）所示，4 種保溫隔聲板的熔化距離達到了 73、69、68、61 mm。

圖1 保溫隔聲板 a、b、c、d 在輻射熱源法試驗中的燃燒情況

在整個試驗過程中，4 種保溫隔聲板均未發(fā)生明火，各自出現(xiàn)了不同程度的熔化現(xiàn)象，導致無法明確的判斷出火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x，從而無法準確地計算出保溫隔聲板的輻射通量值。這是由于保溫隔聲板 a 和 b 中的聚丙烯材料在高溫下發(fā)生了熱解，其-C-C-鍵分解形成自由基，當溫度高于 350 ℃ 時，自由基就會發(fā)生脫氫反應［8，9］。同時由于 a 板和 b 板在熱解時產(chǎn)生了大量的碳，形成碳層隔絕了熱和氧，使得保溫隔聲板 a 和 b 并未出現(xiàn)明火燃燒現(xiàn)象。保溫隔聲板 c 和 d 中的聚苯乙烯材料在高溫下同樣會發(fā)生熱解反應，首先聚苯乙烯分子鏈斷裂生產(chǎn)聚苯乙烯的低聚體，隨后活性自由基相繼生成并與氧氣反應［9，10］。在保溫隔聲板 c 和 d 發(fā)生反應的同時，一邊在表層形成了碳層阻止了熱量和氧氣的傳播，另一邊受熱分解出了難燃以及不燃氣體，進一步阻止了材料的燃燒，這就導致了保溫隔聲板 c 和 d 未出現(xiàn)明火現(xiàn)象。經(jīng)過輻射熱源法試驗，由于未出現(xiàn)明火，無法判斷 4 種保溫隔聲板燃燒性能的優(yōu)劣，因此還需要通過可燃性試驗與氧指數(shù)試驗評判。

3 可燃性試驗

圖 2 顯示的是 a、b、c、d 4 種保溫隔聲板在進行點火 15 s，持續(xù)燃燒 20 s 的可燃試驗中焰尖的最高距離。a 和 b 保溫隔聲板在試驗開始后均被快速點燃，且火焰沿式樣向上燃燒，最終的焰尖距離分別為 23 mm 和 18 mm，這是由于 a、b 板中的聚丙烯材料僅由碳氫兩種元素組成。當燃燒開始時，聚丙烯中的大分子鏈首先斷裂，其中的-C-C-開始分解成自由基，隨著氧氣不斷地與 a、b 板內(nèi)部的聚丙烯材料接觸，自由基會大量的生成。隨著溫度超過 350 ℃，自由基就會開始發(fā)生脫氫反應。最終宏觀體現(xiàn)為 a、b 板被快速點燃后火焰持續(xù)燃燒，在點火 15 s 并持續(xù)燃燒 20 s 后焰尖高度達到 23 mm 和 18 mm。同時，圖 2 所示的 c 和 d 保溫隔聲板的最終焰尖距離僅分別為 7 mm 和 5 mm。這是因為在燃燒開始后 c、d 板中的聚苯乙烯材料發(fā)生了β-斷裂、氫轉(zhuǎn)移、自由基終止和 C-C 鍵斷裂這幾種反應，宏觀表現(xiàn)為 c、d 板被點燃，并且火焰有向上燃燒的趨勢。隨后，火焰快速熄滅，最終焰尖高度為 7 mm 和 5 mm。這是由于一方面 c、d 板中阻燃材料在受熱時發(fā)生分解吸收了大量的熱能，降低了材料燃燒處的溫度，另一方面阻燃材料分解產(chǎn)生的水蒸氣以及不燃氣體會稀釋火焰附近的氧氣以及助燃氣體，從而達到氣相阻燃的功效［11］。通過對 a、b、c、d 4 種保溫隔聲板可燃試驗的測試，我們發(fā)現(xiàn)，在燃燒性能方面，保溫隔聲板 d＜c＜b＜a。但是在輻射熱源法試驗中，由于未出現(xiàn)明火，所以無法判斷 4 種保溫隔聲板不同的燃燒性能差異。由此初步判斷，輻射熱源法已經(jīng)不適用于檢測保溫隔聲板的燃燒性能，需要借助其他例如可燃性能檢測等試驗來輔助測定。

圖2 保溫隔聲板 a、b、c、d 在可燃性試驗中的焰尖高度

4 氧指數(shù)試驗

依據(jù)標準 GB/T 2406.2－2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為 第二部分：室溫試驗》對 4 種保溫隔聲板進行頂面點燃法測試，測試結(jié)果如圖 3 所示。我們發(fā)現(xiàn)保溫隔聲板 a 與 b 的氧指數(shù)只有 19.7 %、20.1 %，這可能是由于 a、b 板主要由聚丙烯材料組成。根據(jù)文獻可知不含任何阻燃劑的聚丙烯材料的氧指數(shù)只有 17.5 % 左右，而 a、b 板的氧指數(shù)均高于此值是由于板中混合有一定量的阻燃劑，在受高溫后迅速形成一層碳層，隔絕板材與火焰，所以測試所得氧指數(shù)數(shù)值會大于聚丙烯材料，但是加入的阻燃劑本身成碳能力弱，無法形成致密的隔熱層，導致其氧指數(shù)最終測得為 19.7 %、20.1 %。保溫隔聲板 c 和 d 最終測得的氧指數(shù)為 22.6 %、23.2 %，結(jié)合 c、d 板的熱輻射試驗與可燃性試驗，筆者推測一方面是由于保溫隔聲板 c 和 d 中的阻燃劑在受熱的情況下，迅速碳化形成致密的碳層，起到了隔絕熱源與板材的作用，同時阻燃劑在熱解時還會釋放出水蒸氣以及不燃氣體，阻隔了熱源與氧氣的接觸，進一步增強了材料的阻燃性能［12］，導致保溫隔聲板 c 和 d 測得的氧指數(shù)數(shù)據(jù)明顯高于 a、b 板。因此，通過氧指數(shù)試驗的測試，保溫隔聲板 c 和 d 的阻燃性能優(yōu)于 a、b 板，并且可燃性試驗也證試了這一結(jié)論。然而，作為常用于測試鋪地材料燃燒性能的輻射熱源法測試卻顯示不出保溫隔聲板 a、b、c 和 d 的燃燒性能差異。所以，筆者認為輻射熱源法已經(jīng)不能滿足對于保溫隔聲板作為鋪地材料燃燒性能的測試，需要輔助以其他測試如可燃性測試以及氧指數(shù)測試。

圖3 保溫隔聲板 a、b、c、d 在氧指數(shù)試驗中的氧指數(shù)測定值

5 結(jié)語

本文對保溫隔聲板中石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板與石墨 EPS 板作為鋪地材料時的燃燒性能進行了探索，分別從輻射熱源法、可燃性試驗和氧指數(shù)試驗對樣品進行了測試，研究發(fā)現(xiàn)：①在輻射熱源法試驗中，石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板與石墨 EPS 板的阻燃性能不能明顯區(qū)分；②通過可燃性試驗和氧指數(shù)試驗，發(fā)現(xiàn)石墨 EPS 板的阻燃性能優(yōu)于石墨 XPS 板復合電子交聯(lián)聚乙烯板；③為提高測試保溫隔聲板燃燒性能的真試可靠性，可以考慮在進行輻射熱源法與可燃性測試的同時，對樣品的氧指數(shù)也進行測試。Q