建筑材料阻燃性测试方法现状及发展趋势

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　　现阶段，阻燃建筑材料被广泛应用，因此不同场所用到的材料阻燃性能应达到什么要求和材料阻燃性能的测试方法便成为人们研究的热点。
　　现阶段，阻燃建筑材料被广泛应用，因此不同场所用到的材料阻燃性能应达到什么要求和材料阻燃性能的测试方法便成为人们研究的热点。火灾发生时，不同材料通常发生不同程度的燃烧，同时影响材料燃烧的因素又多种多样，如点火源位置、火源强度、通风情况、材料的形状等，在这样一个复杂的系统中，很难准确而又客观地测定材料燃烧性能的所有参数。在这种情况下，针对不同参数的试验方法应运而生，这些试验及评价方法大多没有可靠的燃烧学理论根据，而是以人们的经验为基础的指令性方法，不同的试验方法针对的参数和检验项目不同。因此在标称该材料具有阻燃性能时，应说明该材料在测试时所采用的方法和条件，同时还应注意到，所有的测试方法都是在不断的发展、完善和统一中，与真实火灾的关联性逐渐增强，不断趋于客观真实和统一。
　　阻燃材料测试方法的进展
　　早在19世纪末期，英国就曾经试图测试建筑构件的耐火性能；1903年，国际消防大会上就有关于耐火极限测试方法数据的发表，而实际的测试工作更是在19世纪末期就已经开始； 1905年，美国工程师 John R. Freeman 就发明了“烟囱”测试法用来测试织物的阻燃性能；20世纪30年代以后，人们先后意识到火焰传播的危害性，开始建立相关标准，如英国为模拟火势在走廊中的蔓延，制定了BS 476 《建筑材料和构件的防火测试》等系列标准；与此同时，美国为评估房间内或走廊内火灾沿天花板传播的危害性，建立了 ASTM E 84 《建筑材料表面燃烧特性的测试方法》标准。
　　早期的阻燃试验，通常都是用于评价建筑材料或者天然材料。二次世界大战期间，德国为了保护木建筑免受战争引起火灾的破坏，就开始着手建立木材阻燃性能的测试方法；1943年出现了斯太纳管道法，至今仍在使用；用本生灯测试材料阻燃性能的方法也是在20世纪40年代出现的。
　　二次世界大战以后，塑料行业快速发展，人们将用于木材的测试方法用于塑料时发现试验现象不同，塑料在火种熔化、收缩，试验结果无相关性，这就促使了许多阻燃模型的建立和阻燃测试方法的发展。1954年，FM 就开始了对外墙保温系统防火性能进行测试，搭建了一个6m×30m×3m的建筑模型，主体采用不燃材料，上面搭上可燃材料，进行10min的燃烧试验，观察火势在30min内的蔓延情况，这个方法为后来 FM 开发的认证建筑材料的热量计标准奠定了良好的基础。
　　1959年，FM 建筑材料量热仪问世，这种小尺寸量热仪用来测量材料的热释放速率，随后 FPL 量热仪、NBS 量热仪、SRI 量热仪等一系列的量热仪相继被投入使用。1918年，Thornton发现了氧耗原理，即物质完全燃烧时消耗单位质量的氧气会产生基本相同的热量，1980年，Huggett应用氧耗原理对常用易燃聚合物及天然材料进行了系统的计算，得到了氧耗燃烧热的平均值为13.1 kJ/g， 偏差在5%以内。根据氧耗原理设计的锥形量热仪和单体燃烧仪被广泛用于材料阻燃性能的检测，ISO 5660：1 《火灾试验反应-热释放、生烟及质量损失速率 第一部分：热释放速率（锥形量热仪法）》、EN 13823 《建筑制品对火反应-不含铺地材料的建筑制品单项燃烧试验方法》、GB/T 16172 《建筑材料热释放速率试验方法》以及GB/T 20284《建筑材料或制品的单体燃烧试验》等标准被用做建筑材料燃烧性能分级的试验依据。
　　1966年，美国人 C.P.Fenimore 和 T.T.Martin 提出极限氧指数（LOI）的理论，4年后，美国制定了第一个 LOI 的标准ASTM D 2863《供给塑料的类似蜡烛燃烧时最低氧气浓度的测量方法（氧指数）》。随后，英国、日本以及前苏联等很多国家制定相关的标准，国际标准化组织ISO 也于1984年制定了ISO 4589 《塑料燃烧行为的氧指数测定》，我国GB/T 2406 《塑料燃烧性能试验方法氧指数法》是参照 ISO 4589 制定而成。虽然LOI被广泛应用，但由于实际发生火灾时，不可能是富氧燃烧，同时火焰是由下向上燃烧，并不是LOI试验中的由上向下燃烧，因此该方法与实际火灾的关联性不强，使用受到一定的限制。
　　根据实验室规模试验得出的试验数据很难预料材料在火灾中的真实情况，人们又发明了大型试验方法，并通过计算机进行模拟。但这种试验耗资巨大，不适合作为标准中的方法进行使用。同时，这种方法得出的数据同火灾实际情况也有一定差距，不能令人非常满意。此外，人们还通过建立物理和数学模型，用来推测材料在火灾中的真实行为，以期望能得到更好的进展。
　　材料阻燃性能测试六大方法
　　通常，人们根据火势的发生、发展、热释放以及对设备和人员的危害性，将材料阻燃性能的测试方法分为6大类，一是点燃性和可燃性（如点燃温度和极限氧指数）；二是火焰传播性（如隧道实验和辐射板试验）；三是热释放性（如锥形量热仪试验）；四是材料的生烟性（如烟箱试验）；五是燃烧产物毒性及腐蚀性（如产烟毒性试验）；六是耐燃性（如建筑构件耐火性试验）。这些方法都能在特定条件下、一定程度上反映燃烧的过程，但都具有一定的局限性。
　　点燃性和可燃性
　　点燃性试验主要测定材料是否容易由对流热、辐射热或火源被点燃，可以模拟材料在燃烧初期至闪燃各个阶段被点燃的倾向。由该方法制定的标准有 ISO 4589、GB 2406等氧指数试验方法，UL 94（IEC 60695-11）、GB 2408、GB/T 4609等塑料表面火焰传播试验方法，ISO 871、GB 9343、GB 4610等测定塑料点燃温度的试验方法，ISO 1182、BS 476.4、GB/T 5464等建材不燃性试验方法，建筑材料的难燃和可燃行试验方法，GB 2407 炙热棒试验、GB 5169.5针焰试验等电子电气类产品的燃烧试验，DIN VED 0472.804和 GB 12666.4 等单根电线电缆及绝缘芯线燃烧试验，还包括汽车舰船、家具及飞机材料的燃烧试验。 　　火焰传播性
　　火焰传播试验主要测定火焰是否易于蔓延和其传播速率，它关系到火灾波及临近可燃物而使火势扩大，通常用隧道发和辐射板法测定。由该方法制定的主要标准有ASTM E 84隧道法， ASTM E 970法，加拿大CAN/ULC-S 102隧道法，ISO 5658.2法，英国 BS 476.6和 BS 476.7 等方法，还有ASTM D 635、NF P 92-504等直接点燃法用来测定材料的燃烧速率。
　　热释放性
　　热释放性是指在预置的入射热流强度下，材料从点燃到火焰熄灭为止所释放热量的总和。热释放量越大的材料，越容易引发材料闪燃，形成火灾的危险性越高。前面提到的ISO 5660：1、GB/T 16172就是采用锥形量热仪的方法测定材料的热释放性，美国联邦民航规则（FAR）推荐俄亥俄州立大学（OSU）量热仪法测定飞机用材料的热释放，此外，ISO 1716、DIN 4102-1、BS 476.11、GB 14403、GB 14402等标准都是采用了该方法。
　　生烟性
　　高层建筑发生火灾，烟雾是阻碍人们逃生、进行灭火行动和导致人员死亡的主要原因之一。统计表明，由于一氧化碳中毒窒息死亡或被其它有毒烟气熏死者一般占火灾总死亡人数的80%以上，而被烧死的人当中，多数是先中毒窒息晕倒后被烧死的。因此，控制材料生烟性能以及烟气毒性是消防检测的又一重要问题。材料生烟性的实际测定方法可分为两类，一类是专门用于测定生烟性的，如ASTM E662和GB 8323所采用的NBS烟箱法、ASTM D 2843采用的XP2烟箱法、ISO 5924采用的ISO 烟箱法等。另一类是多功能的，一般与其他阻燃性能同时测定，如ASTM E 84隧道法、锥形量热仪法、ISO 6569-2法等。此外，还有质量法和电子法等测定生烟性的其它方法。
　　燃烧产物毒性及腐蚀性
　　很多有机材料燃烧后都会产生毒性气体和腐蚀性的物质。ISO 制定的ISO 11907-2标准采用静态法、ASTM D 5485采用锥形量热仪法测定材料燃烧产物的腐蚀性，法国则是采用CNET法测定材料燃烧后在真实条件下对材料的直接腐蚀作用。测定材料的产烟毒性通常有化学法和生物法两类，其中美国匹兹堡、德国DIN 53436以及GB/T 20285都是采用的生物试验法，ASTM 28000、BSS 7239、中国的 HB 7066 和 HB 7068.4 采用的是化学分析法。
　　耐燃性
　　耐燃性方法主要用于测定建筑构件的耐火性能，适用于承重和非承重的墙、楼板和水平屋顶、梁、柱等构件，ISO 834和 GB/T 9978等标准都是采用该方法。
　　由于实际燃烧过程的因素难以在实验室的条件下全面模拟和重现，所以任何试验都无法提供全面的准确的火灾实验结果，只能作为火灾中材料行为特性的参考。不同的试验方法也往往产生不同的分级评价结果，因此大多数燃烧试验的结果并不能全面反应材料在火灾中的真实行为。
　　材料阻燃性测试方法发展趋势
　　虽然，材料阻燃性能测试方法的标准越来越科学和完善，但由于各国材料阻燃性能测试的方法不尽相同，所以生产企业想要其产品在各国内都进行销售，必须符合各国不同阻燃性能的要求。而各国通常不会认同其他国家的检测数据，所以，生产企业需对同一产品进行多次测试以满足各国不同的需求，产生技术壁垒的同时还提高了生产成本，不利于企业的竞争和标准体系的发展。由此可见，不同标准体系的统一化和国际化路径势在必行。
　　从20世纪80年代初开始，欧盟为消除技术壁垒，使产品在欧盟成员国内自由流通，就开始致力于建筑产品阻燃试验方法的统一化工作。欧盟于1989年颁布了“建筑产品指令”，包括产品获得CE标志的6个基本要求，其中一个就是“火灾安全”，奠定了发展欧盟统一的阻燃试验方法和标准体系的基础。欧盟为主张其成员国统一阻燃试验方法，曾提出以英国的BS 476.7（火焰表面传播试验）、法国的NF P 92-501（Epiradiateur试验）和德国的DIN 4102-1（Brandschacht试验）为基础，进行阻燃测试方法的研究。1991年，北欧提出统一建材阻燃性能测试方法的计划，建议用锥形量热仪（ISO 5660）和大型燃烧试验（ISO 9705）两者的测试结果来划分比值和天花衬里材料的阻燃级别。
　　欧洲标准化委员会成立了TC 127专业技术委员会，主要目的是利用现有研究成果，建立用于评价建筑材料、产品及构件统一防火性能的试验方法；欧盟各国的官方实验室还成立了一个国际合作组织EGOLF，用于促进各实验室间的合作和试验数据的共享，EGOLF包括20多个欧盟的实验室，被认为是未来欧洲统一阻燃试验和认证系统的基础。在欧盟统一分类的标准中，一些对火反应的试验方法，仍是主要从ISO标准中选择的，如建材的不燃、难燃和易燃试验。但对于中等可燃性的墙壁及天花板衬里，没有现成的方法可以使用，因此开发出了单体燃烧试验，即EN 13823。为了确保阻燃性测试方法的有效实施，欧盟特意根据不同材料制定了不同的标准。例如1997年，欧盟建立了一个名为Firestarr Project的计划，旨在研究和建立一套适合铁路车辆部件的试验方法和分级系统，可用于车厢的墙壁、天花板、地板等材料。
　　随着经济的全球化，消除各国间的技术壁垒，标准的统一化是最有效的方法之一。对我国而言，自主研发的检测方法较少，大多采用欧盟或者国际标准，这给企业的进出口业务带来了一定的便利性。但由于检测机构间的互认等原因，还很难做到一份检测报告全球通用的最终目标。因此，我们应在现有的工作基础上积极参与国际标准的制修订工作。同时抓紧时间制定有优势和自主知识产权的高新技术标准，构建适当的技术壁垒，有利于对外贸易的健康发展。
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