近日,市质监局下属事业单位广州纤检院主持起草的国家标准《纺织品燃烧烟释放和热释放性能测试》通过专家组审定。纺织品的消防安全性越来越受到社会各界的关心和重视,如何合理评价纺织品的燃烧危险性、对纺织品相关的燃烧性能测试标准显得尤为重要。对于多数火灾而言,有毒烟气的吸入成为火灾中人员致死的主要原因,且火灾现场中烟尘的大量释放导致可见度大大降低,进而影响消防人员的有效救援;此外,热释放速率越大,越容易引起周围物体的燃烧,造成更大的火灾损失。此次,国家标准《纺织品燃烧烟释放和热释放性能测试》对纺织品燃烧烟释放和热释放性能测试进行了规定,综合测试纺织品的燃烧危险性,完善该领域的标准体系,有利于规范市场并推动阻燃纺织品的健康发展与应用。

摘要]:聚氨酯硬泡大很多应用场合都是阻燃要求的,20年来中国相应的材料阻燃标准在不断修订,并逐步与国际标准接轨。通过对以往研究工作的总结,本文就聚氨酯硬泡在实施《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-2006)
摘要]:聚氨酯硬泡大很多应用场合都是阻燃要求的,20年来中国相应的材料阻燃标准在不断修订,并逐步与国际标准接轨。通过对以往研究工作的总结,本文就聚氨酯硬泡在实施《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-2006)后应向什么方向发展,提出了几点建议。
[关键词]:阻燃标准;聚氨酯硬泡;阻燃方向
1聚氨酯硬泡20余年执行的相关阻燃标准
1.1《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-1997)对于PU硬泡B1等级的严格要求
近20年来,我国聚氨酯工业发展很快。由于该产品具有非常低的导热系数及透水蒸汽性,质轻、比强度高,加之其与纸、金属、木材、水泥板、砖墙塑料板、沥青毡等具有很强的粘接性,不需另加其它粘合剂等优点,已为众多的工业及民用部门所采用。但是,聚氨酯与其它有机高分子材料一样是一种可燃性较强的聚合物。硬质聚氨酯泡沫塑料的密度小,绝热性能好,与外界的暴露面比其它材料大,因此更容易燃烧。随着聚氨酯泡沫塑料的广泛运用,其材料的耐燃、防火等问题已成为迫切需要解决的重要课题。在我国,由于不慎引燃聚氨酯泡沫塑料而导致火灾的事件时有发生,给聚氨酯泡沫的应用带来了一些负面影响。在国外许多专家甚至认为这个问题是硬质聚氨酯泡沫塑料今后能否
继续发展的关键之一。因此硬质聚氨酯泡沫塑料的耐燃性、安全性,已成为能否用于建筑材料的重要技术指标。许多国家的建筑立法机构都制定了一系列难燃法规,与此同时又相应的制定了一系列对聚氨酯泡沫塑料燃烧性能的测试方法。
我国从1980年开始制定了4项塑料燃烧性能试验方法的国家标准,即氧指数法(GB2406-1980)、炽热棒法(GB2407-1980)、水平燃烧法(GB2408-1980)、垂直燃烧法(GB2409-1980),特别是氧指数法(GB2406-1980)是我国适用于硬质聚氨酯泡沫塑料燃烧性试验的第1个国家标准。1984年上海市公安局颁布了《关于生产、销售、使用高分子建筑材料的管理规定》,其中明确指出:硬质聚氨酯泡沫塑料使用在建筑上,氧指数不得小于26%。相当多的省市部门及公安消防机构参照此规定陆续颁布了各地方和部门的法规。研制氧指数大于26%的硬质聚氨酯泡沫塑料,也引起了国内相关研究部门的普遍重视。国家科委在“六五”、“七五”期间将硬质聚氨酯泡沫塑料氧指数大于26%的指标列为国家攻关课题,并在“七五”攻关成功。这对安全使用硬质聚氨酯泡沫塑料,减少和消除火灾事故,起到了积极的作用。但随着我国科学技术不断提高,生产、使用硬质聚氨酯泡沫塑料的有关单位和公安消防部门的工作人员逐渐认识到,其是一种有机高分子材料,即使氧指数达到26%或者更高,并非意味着在火中不燃烧。高氧指数可通过提高阻燃剂的含量来达到,而大量阻燃剂的使用却又带来了烟雾大、毒性大的弊端。随着我国聚氨酯泡沫塑料工业的发展,要求全面地了解泡沫塑料的燃烧性能,科学地确定阻燃性能的综合评价指标,真实地反映在实际火灾中材料的燃烧行为,已提到议事日程上来。较初以自熄性和氧指数作为评价材料燃烧难易程度的指标,已远远不够,还必须考虑到着火后,火焰传播扩散速度指标、产生烟雾大小及毒性情况。
为此我国颁布了国家标准——建筑物隔热用硬质聚氨酯泡沫塑料(GB10800-1989),并于1990年开始实施规定的水平燃烧法和垂直燃烧法测定聚氨酯泡沫塑料的阻燃性,即用火焰传播性来衡量材料的阻燃性。
1997年颁布国家标准《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-1997)(以下简称《标准》),于1997年4月1日实施,规定中的氧指数、垂直燃烧法、烟密度3项指标,更为严格的测定硬质聚氨酯泡沫塑料阻燃性能,即用着火性、火焰传播性,烟密度3项综合指标衡量材料的阻燃性能。
B1等级材料指标:1)氧指数大于32%;2)平均燃烧时间30s,平均燃烧高度小于250mm;3)烟密度等级SDR<75。
查阅国外相当于我国B1等级的相关标准及测试方法以及文献报道,均未发现同时把氧指数、火焰传播性、烟密度3项指标作为PU硬泡阻燃级别的产品评定标准。在ASTME-84阻燃一级标准中,只考虑了火焰传播指数及发烟量2项指标,均无氧指数大于32%的指标;在德国DIN4102标准中,B1等级的评定是:只有火焰传播性能;在日本JISA9514的标准及JISA9501法测定中,评定难燃级别也只考虑了火焰传播性;在SATMD2863评定难燃级别中,难燃一级氧指数大于30%,而我国在B1等级中规定的氧指数大于32%,在世界上是较高的。而在即将颁布的国家标准《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求及标志》中,除上述3项指标外,还增加了1项烟气毒性指标,即以着火性(热释放性)、火焰传播性、发烟性、烟气毒性4项指标作为泡沫塑料阻燃级别的产品评定标准。故该国家标准将比1997年的《标准》更为苛刻、更为严格。
纵观世界聚氨酯工业的发展历程,在国外聚氨酯的发展中,始终将其优异性能放在第1位。如硬泡在应用领域,始终将其绝热性放在第1位,而对其防火、安全性的要求比较宽,只要求在一定原则范围之内。在国外对这种易燃的高分子材料,只要遵循下述原则:
1)减少对生命的威胁:其途径是防止点燃、起火,减少火焰传播速度,限制火区范围,留有或允许有逃生的时间;制定氧指数、热释放速率峰值与火焰传播速度的标准。
2)减少对财产造成的损失:其途径是把火情、火灾控制在原发区域,限制、控制由烟雾造成的对生命的威胁及财产损失;制定火焰传播速度、烟密度等级与烟毒性的标准。
在国外根据上述原则制定各国的国家标准,虽测试方法不一致,但总体情况要求较宽,只要达到防火标准中4个参数(火焰的着火性、火焰的传播性、火焰的发烟性、火焰的烟雾毒性)中的1~2个指标值就可允许其使用。因而我国颁布的《标准》中PU硬泡B1等级的国家标准是目前世界上指标较高、也是较为严格的。
1.2新颁布的《建筑材料及制品燃烧性能分级》(GB8624-2006)国家标准
我国1997年颁布的《标准》,虽其指标是目前世界较高、较为严格的,但其采用试验方法大多是小尺寸试验,其火焰传播特性——水平燃烧法、垂直燃烧法,均采用单火焰点火方式,装置小巧简单,根本难以准确预测PU泡沫材料在实际火灾条件下的燃烧特性。尤其是氧指数法,其试验方法采用长条状的试样树立在氧氮气流中,点火方法为从试样顶端点火,火焰向下蔓延,这与实际火灾中的火焰传播方式不同,并且在实际火灾中的PU泡沫材料不是在富氧情况下燃烧,而是在氧气浓度越来越低的情况下燃烧。
烟密度测定只是累计数,也无法测定在真实火灾中PU泡沫烟毒气的释放速率。因而GB8624-1997标准体系很难真实地反映PU泡沫材料在实际火灾场景下的燃烧特性,只是主要针对发生火灾时,材料表面的火焰传播和蔓延。随着火灾科学和消防工程科学领域研究地不断深入,对燃烧特性的内涵也从单纯的火焰传播和蔓延,扩展到材料在真实火灾中的实际燃烧特性参数:燃烧热释放量(热值)、燃烧热释放速率、烟密度(SDR)、烟气生成速率、燃烧产物烟气毒性及火焰传播等。
新颁布的《建筑材料燃烧性能分级方法》(GB8624-2006)(以下简称《新标准》)分级体系是完全参照欧盟EN13501-1:2002标准,它规定了其试验方法及等级标准,并对部分级别另规定了附加燃烧生成物的毒性试验要求。新的分级体系是基于材料在真实火灾场景中的燃烧特性所建立的一套评价体系,试验的设计和数据的采集建立在火灾基础理论上,并以实际火灾为参考场景。新的分级体系以墙角实体试验(ISO-9705)为参考场景,主要采用ISO-1182不燃性试验(SBI),ISO-9239铺地材料燃烧性能测定——辐射热源法试验,以及CA.132-1996规定的毒性试验,用于对材料的产烟毒性评价、火灾场景毒性评价以及由成分分析结果推测的烟气毒性危险等。通过上述一系列测试标准,以实体火灾为参考场景,可测得一系列与潜在火灾危险性相关的参数:燃烧热释放速率、产烟量、产烟速率、烟气毒性、火焰传播等。用这些参数可以全面、系统地描述火灾发生时3个阶段的3个火灾情景。第1阶段:指制品被点燃的着火阶段,即用小火焰施加于制品的局部区域;第2阶段:指火灾逐步扩大发展直至轰燃阶段;第3阶段:轰燃后,所有可燃制品成为火灾荷载。用这些参数可将建筑材料分为A1、A2、B、C、D、E、F7个级别,新的分级体系中的试验方法对材料的燃烧性更为科学、更为合理。《新标准》中,规定了一些试验方法要有实际火灾场景,又要考虑材料的较终用途,也就是PU泡沫在不同建筑物和建筑物的不同部位使用时,其火灾危险性是不一样的。
因此《新标准》可以说是目前世界上较为科学、合理,且同国际先进标准直接接轨的国家标准。此标准一方面能正确评价PU泡沫塑料在真正火灾中的燃烧性能,同时也能预测PU泡沫在火灾中的危险程度,从而找到如何正确、安全使用这种易燃PU泡沫塑料合理的科学根据。
1.3《新标准》为中国聚氨酯工业发展创造了机遇
我国GB8624标准于1988年首次发布,其后1997年发布修订版标准,此标准主要非等同采用德国工业标准DIN4102-81第1部分《建筑材料分级的要求和试验》。在修订过程中,材料阻燃级别是相互对应的。但在B1级材料(难燃级)的指标要求中,我国增加了对烟密度的标准要求,这在技术指标上要高于德国的DIN4102标准。因此,1997年颁布的《标准》中对PU硬泡B1等级防火指标是目前世界较高的,这无形之中形成了一个技术壁垒,国外同类制品达不到中国PU硬泡B1等级防火指标就进不了中国市场。
双面铝箔聚氨酯复合板材与风管技术较早起源于意大利,并在世界各地应用了20多年,在国际上列为节能、绿色环保产品。90年代初由意大利P3公司、ALP公司打入了中国市场,并进行了技术推广与培训工作,获得了国内认可。
但由于中国关于聚氨酯B1等级防火标准的要求,使2家公司的推广工作受阻,进不了中国聚氨酯市场。
中国企业家从2000年开始仿造、研制意大利P3公司、ALP公司产品,投巨资成功研制开发了难燃B1等级聚氨酯泡沫塑料,在不到5年时间内,国内出现了十几条轻质、保温复合型风管生产线,既能生产酚醛型复合风管又能生产聚氨酯型复合风管,打出了十几个品牌,并初步形成了一个新兴产业。其中个别企业真正掌握了PU硬泡B1等级风管生产的技术,初步形成拥有自己知识产权的品牌产品,并出口国际市场。
我国颁布的《新标准》是对《标准》的修订,除全部采用欧盟EN1350-1:2002规定的试验方法和等级划分外,对部分级别还规定了附加燃烧生成物的毒性试验要求,这充分说明了中国消防安全要求十分严格。我国颁布的防火体系标准始终高于国外同类体系的标准。《新标准》的颁布具有双重意义:对外来讲,其给中国PU产品直接打入国际市场开辟了一条绿色通道;对内来讲,中国PU产品某些指标要高于国外同类产品,这无形之中形成了一个技术壁垒。因而可以说,中国严格的PU防火标准,给中国聚氨酯工业的发展,形成具有中国特色、有自主知识产权的PU产品体系创造了一个发展机遇。

锥形量热仪是最重要的测试仪器在火灾检测领域因为它措施被各种预先设定的条件下测试材料的重要实火性能。这些测量可以直接使用学生/学者,或用作数据输入到相关或数学模型,用于预测火灾的发展。

锥形量热仪不仅可测量烟及烟灰产率,也可研究阻燃聚合物烟与毒气的产生,测定阻燃剂的加入对阻燃聚合物成烟的影响,从烟释放角度对材料的阻燃性能进行评估,锥形量热仪是用氦一氖激光束测定烟释放动态过程中的消光系数,测得的主要参数比消光面积是表征燃烧过程中,每时每刻发烟量的动态参数,能体现单位质量挥发物转换成烟的比率,锥形量热仪获得的众多火情参数中,RHR、PkRHR和TTI是衡量聚合物材料在火灾中危险性的重要参数及指标。研究者首先将TTI和PkRHR结合起来,用TTI/PkRHR来评价聚合物材料潜在的危险性。

锥型量热仪是一种基于燃烧过程中释放的热量与燃烧过程中耗氧量直接相关的火灾测试工具。所产生的热量的量直接与火灾的严重程度,如火灾增长率。为了获取材料的可燃性是暴露于外部辐射热源。因此,由于这是一个强制燃烧试验,锥值通常认为反映第二项点燃可燃性。

下面介绍常见的几个关于锥形量热仪参数:

一、质量损失速率(Mass Loss Rate,简称MLR)

MLR是指燃烧样品在燃烧过程中质量随时间的变化率,它反应了材料在一定火强度下的热裂解、挥发及燃烧程度。

MLR值由5 点数值微分方程算出,MLR 的单位为g/s。

除质量损失速率外,由CONE还可得到质量损失曲线,从而获取不同时刻下的残余物质量,便于直观分析燃烧样品的裂解行为。

二、烟生成速率(Smoke Produce Rate,简称SPR)

SPR 被定义为比消光面积与质量损失速率之比,单位为m2/ S
,式中SEA为比消光面积(Specific Extinction
Area),SEA表示挥发单位质量的材料所产生的烟,它不直接表示生烟量的大小,只是计算生烟量的一个转换因子,单位为m?/kg。

同样,总生烟量(Total Smoke Rate)可由积分得到,TSR=∫SPR,TSR
表示单位样品面积燃烧时的累积生烟总量,单位为m?/m?。

三、有效燃烧热(Effective Heat Combustion,简称EHC)

EHC
表示在某时刻t时,所测得热释放速率与质量损失速率之比,它反应了挥发性气体在气相火焰中的燃烧程度,对分析阻燃机理很有帮助。

EHC 的单位为MJkg-1。

四、点燃时间(Time to Ignition,简称TTI)

TTI是评价材料耐火性能的一个重要参数(单位:s),它是指在预置的入射热流强度下,从材料表面受热到表面持续出现燃烧时所用的时间。TTI
可用来评估和比较材料的耐火性能。

五、毒性测定

材料燃烧时放出多种气体,其中含有CO,HCN,SO2,HCl,H2S等毒性气体,毒性气体对人体具有极大的危害作用,其成分及百分含量可通过锥形量热仪中的附加设备收集分析。

六、热释放速率(Heat Relea se Rate,简称HRR)

HRR 是指在预置的入射热流强度下,材料被点燃后,单位面积的热量释放速率。

HRR是表征火灾强度的最重要性能参数,单位为kW/m2;HRR的最大值为热释放速率峰值(Peak
of HHR,简称pkHRR),pkHRR 的大小表征了材料燃烧时的最大热释放程度。HRR
和pkHHR 越大,材料的烧烧放热量越大,形成的火灾危害性就越大。

七、总释放热(Total Heat Release ,简称THR)

THR
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,单位为MJ/m?。

将HRR与THR结合起来,可以更好地评价材料的燃烧性和阻燃性,对火灾研究具有更为客观、全面的指导作用。

锥形量热仪的前景

锥形量热仪在材料的燃烧性能研究、阻燃材料性能的研究和火灾模型化的研究三个领域中的都有重大作用,表明锥形量热仪在室内装修材料、矿评价.烟和毒气释放、井火灾、塑料、木材等领域具有广阔的应用前景,且其对材料的阻燃机理、材料燃烧危险等级划分、评价材料的燃烧型和阻燃性等的研究有很大帮助。

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