EPS、PU保温材料火灾危害性研究要点

EPS、PU保温材料火灾危害性研究

The research on fire hazard of EPS and PU

heat insulating material

摘 要

在建筑中，外围护结构的热损耗较大，外围护结构中墙体又占了很大份额。建筑墙体的改革和墙体节能技术的发展是建筑节能技术的一个重要的环节，而发展外墙保温材料技术则是节能的主要体现方式。外墙保温技术最早起源于欧洲，我国是从20世纪80年代中期开始试点，并将该技术广泛应用于建筑领域的。但目前的建筑节能水平还远低于发达国家，我国建筑单位面积能耗是气候相近的发达国家的3-5倍。所以今后建筑业中对保温材料的应用将是一个很大的趋势，为了能够合理的利用能源，保温材料的使用将会占到一定的主导作用。随着我国节能技术的发展房屋建筑中主要利用的保温材料有：EPS板材、XPS板材以及发泡聚氨酯（PU）板材等等。本论文以EPS和PU板材为研究对象，通过其燃烧特性和得到的数据进行分析在发生火灾时两种材料各自的特点，对比两种材料哪种相对安全比较适合当今建筑业的需要，对两种材料的火灾危险性进行比较基础的测试。

本论文针对保温材料的燃烧特性和原理，主要以国内的试验评价方法对EPS、PU板材进行试验研究，通过实验现象和结果比较二者的差异，经过一系列试验数据对材料进行分析针对其不同材料在同一种实验下的表现得到了一些有实用性的结论。

该论文中的实验包括：垂直燃烧、烟密度和氧指数。通过材料在一定条件下火焰蔓延速度、产生有毒害气体的浓度以及燃烧时耗氧原理等对比材料的不同从而进行材料的评定。同时在得出材料优点的同时也发现两种材料的缺点以及在应用的时候可能产生的危险后果。

关键词：保温材料；EPS；PU；燃烧特性；

ABSTRACT

In the building, external structure of the heat loss greater external structure of the wall they account for a large share. Reform of building walls and wall building energy-saving technology is an important energy-saving technology sectors, the development of external wall insulation technology is mainly embodied energy-saving mode. External wall insulation technology originated in Europe, China is the mid-80s from the 20th century, started a pilot, and the technology is widely used in construction field. But the current level of building energy efficiency is far lower than developed countries, China's building energy consumption per unit area of climate similar to the developed countries is 3-5 times. Therefore, the construction industry in the future the application of thermal insulation materials will be a big trend, in order to rational use of energy, the use of thermal insulation material must be accounted for the leading role. Along with the development of energy-saving technologies in housing construction are the main use of insulation materials: EPS board, XPS foam board and polyurethane (PU) sheet and so on. In this thesis, EPS and PU panel to study the object, through its combustion characteristics and analysis of data obtained when the two materials in the event of fire, their characteristics, to compare the relative safety of which two materials suited to today's construction industry needs, two materials are compared based on fire risk judgments.

This thesis focuses on the combustion characteristics of insulation materials and principles, mainly to test the current evaluation method EPS, PU sheet pilot study, through experimental results and the differences between the two phenomenon, after a series of test data analysis for the different materials material performance under the same experiment has been some practical conclusions.

Experiments in the paper include: vertical burn, smoke density and oxygen concentration. Through the material under certain conditions, the flame spread rate, resulting in the concentration of toxic gases and oxygen combustion rationale of comparing the different materials to the evaluation of materials. While the advantages derived materials also found that the shortcomings of the two materials and the time of application may have dangerous consequences.

Key words: thermal insulation material；EPS；PU；combustion characteristics；

目 录

第1章 绪 论 ................................................................................................................. 1

1.1保温材料火灾危险性研究的重要性 ................................ 1 1.2 国内外的研究现状 .............................................. 2 1.3 保温材料的应用 ................................................ 4 1.4 火灾的产生及危险性 ............................................ 4 第2章 试验方法和参考标准的选择 ............................................................................. 7

2.1参考标准 ...................................................... 7 ............................................... 10 2.2 燃烧的标准方法

........................................... 10 2.3 燃烧性能的实验方法

第3章 试验材料 ........................................................................................................... 12

3.1 EPS保温板(膨胀型聚苯乙烯保温板) ............................. 12 3.2 PU保温板（硬泡聚氨酯保温板） ................................ 12 第4章 保温材料的燃烧特性研究 ............................................................................... 13

4.1 实验方案 .......................................................................................................... 13 4.2 实验内容和过程 .............................................................................................. 13

4.2.1 氧指数实验（GB/T 2406） ................................ 13 4.2.2 烟密度试验（GB／T 8627-1999） .......................... 15 4.2.3 垂直水平燃烧试验（GB/T 2408-2008、GB/T 2408-1996 ） .... 19 4.2.4 点着温度试验 ........................................... 20 4.3实验现象和数据分析 ........................................... 21

4.3.1 氧指数实验： ........................................... 21 4.3.2 烟密度试验： ........................................... 22 4.3.3 垂直水平燃烧试验： ..................................... 23 4.3.4 点着温度试验 ........................................... 25 4.4 实验数据和曲线汇总分析 ....................................... 27

4.4.1 实验数据分析 ........................................... 27 4.4.2 试验曲线分析 ........................................... 27

第5章 结论 ................................................................................................................... 31 致 谢 ........................................................................................................................... 32 参考文献 ......................................................................................................................... 33

第1章 绪论 第1章 绪 论

1.1保温材料火灾危险性研究的重要性

随着我国经济建设的发展和人民生活水平的提高，人们对建筑及装饰装修材料在美观、舒适及其它功能方面提出了更高的要求，而我国科学技术和新型建材工业的发展也为这些需求的实现提供了充足的条件。近年来各类新型装饰装修材料大量涌现并应用于各类建筑的室内装修。品种繁多、花色新颖的新型建筑材料和装饰装修材料的广泛应用给人们的生活带来了美的享受和更多的便利。但是在这些新型建筑材料、装饰装修材料中，相当多的产品含有大量可燃或易燃的高分子聚合物，在燃烧时还可能放出大量浓烟和有毒气体，具有潜在的火灾危险性。尤其是内部的保温材料，有机化学聚合物燃烧时可以放出有毒性的气体如果采取了不适合的保温材料这使得危险性大大增加。

最近几年我国公共娱乐场所发生恶性火灾造成了严重的人员伤亡和经济损失，一些娱乐场所只注重外部的装饰效果忽视了其建筑装饰材料和保温材料的化学性质和质量是否符合规定的要求，以至于留下了严重的火灾隐患。让人记忆犹新的

克拉玛依市友谊馆特大火灾，致使 325 名师生死亡，120人受伤；其后不久发生 的辽宁省阜新市艺苑歌舞厅特大火灾，又使233人惨遭焚毙。2009年2月9日晚电视台新址北配楼电视文化中心发生大火，持续时间6小时，过火面积达10万平方米，7人受伤，其中一名消防人员牺牲。该大楼共30层，高159米，建筑面积1038平方米。主体结构为钢筋混凝土结构，外立面装饰材料南北侧为玻璃幕墙；东面立面为钛锌板幕墙，幕墙外层表面保温材料为XPS（聚苯乙烯挤塑板）内层表皮保温材料为防火棉，外皮表层防水材料为三元乙丙防水膜。初步查明火灾是违规燃放烟花爆竹引起保温材料所致。火灾沿保温材料面上下左右多方向迅速蔓延到整个大楼。电视台2月13日通报专家组对火灾现场进行勘察的初步结果称这次火灾是新国成立以来建筑物燃烧最快的一例。[1]

这些例子不难发现虽然火灾的原因各不相同但是火灾的迅速蔓延扩大是导致人员伤亡、财产损失的原因。一些建筑内无视消防安全法规，用一些廉价的不符合规定的装饰材料和保温材料，一旦着火后果可想而知，当然了其他一些原因也影响到了整个事故的结果，比如人们对许多装饰材料和保温材料在火灾中的综合燃烧特性还不够了解，如保温材料的燃烧速度、燃烧过程中的烟气产生速率，是否产生有毒有害气体等等，以至于无法知道火灾发生后人员的情况从而给安全疏散以及火灾扑救造成了极大的困难。所以保温材料的研究会有很大的意义，对人们认识保温材料提供基础的数据为以后选择合适的保温材料提供方便。更重要的是一旦发生火灾合适的保温材料能够将人员伤亡和财产损失大大降低。

1

第1章 绪论 结合目前国家对建筑节能的要求,泡沫保温材料以其轻质高强的特点得到了广泛的应用和关注。那么这些保温节能材料在火灾中的实际反应如何？燃烧特性如何呢？尤其是在发生火灾时选择哪种保温材料能够更大限度的满足人们的安全需要显的尤为重要。由于保温材料种类繁多，对其火灾时的特性需要逐个研究，本次研究将主要针对市场常见的EPS，PU保温板进行试验和分析并且对照现行的分级标准进行选择，到底哪种保温材料相对安全。当然用同种的方法可以衍射到不同的材料，对以后各种保温材料的选取可以起到一定的参考作用。

1.2 国内外的研究现状

国内和国外对建筑材料的燃烧危险性研究重点有相同的地方但是也存在一定的差异，因为材料在应用的方向有所不同当然包括地域和环境条件的差异，一些对材料的要求就有着明显的差异。

美国国籍建筑规范（International Building Code ）及其他一些建筑规范、国家防火保护协会（National Fire Protection Association，NFPA ）101（NFPA 101）生命安全规范等文件均对建筑材料和制品可燃性及其相关危害试验方法和标准作了相关规定。在美国，为公众接受的判断标准和分级方法一般都参照国际建筑规范中的规定，该规定也是美国主要建筑规范。这些规范均要求测试建筑材料的可燃性和火焰传播特性，它们的测试方法分别对应ASTM E136《在750℃时立式管炉中材料特性试验方法》和ASTM E84《建筑材料表明燃烧特性试验方法》，其中 ASTM E84 还对可见烟的特征作了规定。[2]在欧美等发达国家，对重要建筑、高层建筑进行外墙保温均有严格的要求。一般要求对保温系统的绝热材料进行燃烧性能及耐火极限试验（同时考虑燃烧时烟气及毒性），并且分为若干等级，不同等级的系统和材料适合不同规范的建筑防火要求。国外同行专家认为 :对外墙外保温系统来讲 ,最重要的是系统的质量和安全 ,因此考虑建筑保温的 防火安全性是必须的 ,尤其体现在大城市的高层建筑中 。在世界范围内 ,对不同防火等级保温系统的建筑应用范围进行规定也因各国的和法规差异而有所不同 。例如 : 德国将外保温防火问题分为3个层面 : 1) 在德国的法律法规中明确规定超过22 m 的建筑严禁使用有机可燃保温材料 ,因此聚苯板外保温系统只能用于低于22 m 的建筑中 ,高于22 m 的建筑大部分使用岩棉外保温系统 。2) 在欧洲标准规范ETAG 004《 有抹面层的外墙外保温复合系统欧洲技术标准认证》中规定对外保温防火性的测试方法要按照 CEN 分级文件 EN 1350121《建筑产品或组件的燃烧性能分级——— 第 1 部分 : 使用火反应试验数据分级》进行阻燃等级 A1～ E 的测试 。防火等级的测定和相关测试需进行 2 次 : 一次为整个体系 ,另一次仅为保温材料 。在测试时需要考虑火焰 在系统保温材料中蔓延的可能性 ,系统供应商应推荐一种防火隔离来防止火势蔓延 。作为系统的一部分 ,其防火性能可参照产品

2

第1章 绪论 性能列表或大尺寸试验的结果而定 。同时对外墙外保温的防火要求将依据法律法规和适用于建筑物最终使用的管理条例而定。在德国将防火等级分为 A～B3 级 ,按照德国标准,聚苯板材料和保温系统的防火等级应达到B1级 , 按照 DINEN 1350121 , 聚苯板材料和保温系统均要达到B/ C级要求 。3) 当聚苯板外保温系统中的聚苯板厚度大于 100 mm 时 ,需在满足 1) 的条件下再进行防火构造以满足建筑防火安全规定。在每个窗楣和门楣上口加入不燃高强矿棉防火隔离带,厚度同聚苯板 ,向上宽度大于200 mm ；长度为窗口两侧向外延伸 300 mm 以上 ,用满粘的方式铺帖 。主要防止室内发生火灾时 ,火势从窗口部位点燃外墙外保温系统并引起火灾蔓延的发生 。[3]

国内对外墙外保温系统防火技术的研究和重视程度还远远不够 ,几乎所有提及的内容都是关于系统所采用保温材料的燃烧性能 ,在外保温行业标准中对有机保温材料的要求也仅仅是氧指数和可燃性试验指标 。我国现行《高层民用建筑设计防火规范》( GB 500452-2005) 尚无针对外墙外保温的防火设计内容 。对外墙外保温系统缺乏分级标准和使用范围限定 , 外墙外保温防火技术也没有国家或行业标准及规范 ,生产企业的产品说明书中一般缺少防火性指标 , 进入中国的外墙外保温著名外企也 回 避 了防火问题 。而与国外不

3

第1章 绪论 开 。[4]

根据国内和国外的研究现状我们所做的这项研究可以很好的融入到现有的研究行列，对现有的建筑保温材料研究提供一个有说服力的平台，让我们的研究更加具有实际意义。

1.3保温材料的应用

我国目前是世界上最大的建筑市场，我国建筑面积达400亿m³，每年新增建筑面积20亿m³，而目前我国新建筑中95%以上是高耗能建筑，建筑能耗已经达到全社会能耗的27%。若不采取节能措施，到2020年将有50%全国能源消耗在建筑上。据有关部门统计，我国建筑围护结构保温性能普遍较低，外墙和窗口的热导率系数为同等发达国家的3-4倍，外墙单位建筑面积能耗要高出4-5倍，我国建筑单位面积总热量

[5]

为气候条件接近的发达国家高出2-5倍。由此表明我国建筑节能方面的发展空间很

大，而保温材料在节能上起着主导作用所以保温材料能运用到大多数的节能项目上。

我们这项研究的材料在国内外的消耗水平是什么样呢？据有关资料报道，欧美等发达国家和建筑保温材料中约有49%采用PU材料，但在我国目前还不到10%,EPS/XPS在欧洲和美国建筑节能保温材料中占有率小于10%,在中国占80%.根据国际板材制造商协会公布的资料表明,PU/PIR(聚异氰尿酸酯)板材在发达国家占建筑节能板材总消费量的73.8%，EPS/XPS只占20.6%。其中有机泡沫塑料板材达到了建筑节能材料消费量的94.4%。中国塑料加工协会PU专业委员会高级顾问孟扬教授做过粗略计算，按照中国的建筑市场每年新增建筑面积20亿m³，按65%节能标准计算，年需PU保温材料为100万t/a。对400亿m³建筑能耗既有建筑每年也已20亿m³节能改造计算，每年也需100万t/a PU保温材料。由此可见我国以后光建筑方面就给保温材料提供的巨大的应用空间。[6]

1.4火灾的产生及危险性

火灾是一种特殊形式的燃烧现象。为了科学合理地预防控制火灾，应当对燃烧的基本理论有一定的了解。燃烧是可燃物与氧化剂之间发生的剧烈的化学反应，两者缺一都会导致燃烧反应无法进行，某种物质发生燃烧也必定会生成一些特定的产物。在通常条件下，可燃物和氧化剂可以而稳定的存在，要使他们发生化学反应需要提供额外的能量，反应的结果则会发出大量的热能。

1、可燃物：凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起燃烧化学反应的物质称为可燃物。可燃物按其物理状态分为气体可燃物、液体可燃物和固体可燃物三种类别。 可

4

第1章 绪论 燃烧物质大多是含碳和氢的化合物，某些金属如镁、铝、钙等在某些条件下也 可以燃烧，还有许多物质如肼、臭氧等在高温下可以通过自己的分解而放出光和热。

2、氧化剂：帮助和支持可燃物燃烧的物质，即能与可燃物发生氧化反应的物质称为氧化剂。燃烧过程中的氧化剂主要是空气中游离的氧，另外如氟、氯等也 可以作为燃烧反应的氧化剂。

3、温度(引火源)：是指供给可燃物与氧或助燃剂发生燃烧反应能量来源。常见的是热能，其它还有化学能、电能、机械能等转变的热能。

4、链式反应：有焰燃烧都存在链式反应。当某种可燃物受热，它不仅会汽化，而且该可燃物的分子会发生热烈解作用从而产生自由基。自由基是一种高度活泼的化学形态，能与其他的自由基和分子反应，而使燃烧持续进行下去，这就是燃烧的链式反应。[7]

当燃烧时其产生的火焰、有毒有害气体、热量、刺激性物质会直接对人造成伤害，其间接伤害如：将氧气耗尽、使建筑物强度发生变化使得对人造成物理伤害等等。而这些伤害造成的死亡率是相当高的所以我们必须了解火灾产生时对人的伤害并且去积极的采取措施防止造成巨大的人员伤亡。

我们可以看看燃烧时的几个阶段进一步了解它的过程，从燃烧发展的微观角度看，可将其分为以下几个阶段：

第一阶段，吸热过程。当材料周围有热源或火源存在时，接近热源或火源的材料表面的结构分子吸收外界的能量，分子运动加剧，分子的间距加大。

第二阶段，热解过程。材料表面的结构分子运动的加剧导致其表面温度的升高。当表面温度上升到一定温度时，被加剧运动的表面分子由于继续吸收热量，使得组成分子的各原子之间的引力平衡遭到破坏，各原子之间开始重新组合，形成更小的分子，材料表面开始热解过程，产生 CO、CO2、HCL、H2O、HCN 以及甲醛、丙烯酸、醇类、醚类等有机挥发性物质。

第三阶段，发烟阶段。随着材料热解运动的加剧、热解范围的扩大，材料本身将分解出更多的气体，分解出的气体分子聚合成大直径的芳香或多环高分子化合物，并进而形成碳颗粒。由于气体分子的热对流作用，使得有机物气化后残留的炭颗粒随之挥发，形成有色烟雾。

第四阶段，火焰扩散。随着材料热解运动的加剧、热解范围的扩大以及表面温度的升高，气化产物越来越多，烟雾越来越浓。伴随产生的是气化产物的二次分解，形成包括 CO在内的可燃性气体。当可燃性气体达到一定浓度且材料表面达到一定温度时，可燃性气体与 O2 发生轰燃，由此火焰开始扩散。

第五阶段，全燃阶段。当扩散的火焰引燃周围所有的可燃物质时，材料的燃烧达到平衡状态。材料的热释放以及产生的气体和烟雾维持在一定的速度水平。[8]

第六阶段，火灾衰减。随着可燃物的燃烧，可燃物的总量逐步减少。当材料气

5

第1章 绪论 化产生的可燃气体总量开始减少时，标志着可燃物质即将耗尽，火焰强度开始衰减，直至形成阴燃或熄灭。[9]

其中，第一、第二、第三阶段属于材料对火反应的初期阶段，尚未形成火灾，对生命财产不构成危害，但对火灾报警至关重要。第四、第五、第六阶段，材料燃烧产生了大量烟雾及有毒气体将危及人身安全。

对应到室内火灾来看，通常就将室内火灾的整个过程分为三个阶段即火灾发展、完全燃烧和火灾衰退。见图1.1：

图 1.1 室内火灾发展的阶段

防火设计和材料阻燃的目的就是为了防止和延缓到达轰燃的时间，为灭火和逃生赢得时间。当然了能在材料燃烧的发展阶段有效地阻止火灾的蔓延对评价一种建筑材料的火灾危险性起到绝对性的作用。

第2章 试验方法和参考标准的选择

2.1参考标准

对材料燃烧特性的研究需要选择适当的方法和建立一套评价体系，目前国内

6

第2章 试验方法和参考标准的选择

对建筑材料燃烧性能进行评筑内部装修设计防火规范》等多个强制性规范所引用，经过十多年的发展与完善，已逐步形成了较为系统的我国的建材燃烧性能分级体系，涉及试验方法十余个，其中主要包括 GB/T54 、GB/T8625 、GB/T8626、GB/ T8627、GB/T14402、GB/T14403、GB/T11785、GB/T5454、GB/T5455、GB/T2406、GB/T2408、GB/T8332、GB/T8333，一直以来为我国消防安全价的强制性国家标准是 GB 8624-1997《建筑材料燃烧性能分级方法》、GBJ 16 《建筑设计防火规范》和GB50045《高层民用建筑防火设计规范》。这些规范对建筑产品行业的发展和消防监督工作发挥着重要作用。[10]

材料的防火分级是指材料具有的阻止对火反应能力的大小，防火分级是根据材料对火反应能力确定其防火等级。产品的防火分级传统上表达为等级或指数，即将产品的全部性能综合为一个或者多个特征参数。这些参数描述产品在试验中的燃烧特性，材料对火反应的描述取决于材料的燃烧特性及其试验方法。材料的燃烧特性包括点火性、热释放、烟及毒性气体的产生等等。[11] 虽然各国之间的分级标示不一样但很明确的将燃烧级别和程度进行了划分。如下表2-1，国内和国外的可燃性材料的分级对比。见表2-2

[11]

表 2-1 燃烧性能级别和名称

级别 A B1 B2 B3

名称 不然材料 难燃材料 可燃材料 易燃材料

因为考虑到我们国家的环境条件我们所参考的标准主要以国内的标准GB 8624-1997，该标准的适用范围：该标准适用于各类工业及民用建筑物所使用的结构材料和装饰装修材料。特定用途的材料指铺地材料、窗帘幕布类纺织物材料、电线电缆套管类塑料材料和管道隔热保温用泡沫塑料。所以在确定分级方法时我们可以选用通用符合建材燃烧性能分级，也可以用特定材料的燃烧性能分级。两种分级的标准见 表2-3：

[11]

表 2-2 国际上主要国家建筑材料燃烧新能分级情况

燃烧程度 极小 轻微 A B1 A1、A2 B1 NC A 0 1 中国 德国 美国 英国

日本 法国 M0 M1、M2 1 2 7

第2章 试验方法和参考标准的选择

普通 严重 B2 B3 B2 B3 B、C / 2、3 4 M3 M4、M5 3 /

[11]

表2-3 复合建材燃烧性能分级（GB 8624-1997）

级别 测试方法

技术要求 炉内温升≤50℃ 持续燃均质材料A级 GB/T 54 烧时间≤20s 质量损失率≤50% 最小剩余长度>200mm 平GB/T 8625 复合夹芯材料 A级 均剩余长度≥350mm 平均烟气温度峰值≤125℃ GB/T 8627 GB/T 14402 GB/T 14403 GA 132-1996 烟密度等级 SRD≤15 热值≤4.2MJ/kg 热释放量≤16.8MJ/m2 全不致死浓度 LC0≥25mg/L 最小剩余长度>0mm 平均剩余长度≥B1级难燃 B级 GB/T 8625 150mm 平均烟气温度峰值≤200℃ GB/T 8627 GB/T 8626 B2级可燃 B3级易燃 GB/T 8626 未达到B2级

烟密度等级 SRD≤75 焰尖高度<150mm 焰尖高度<150mm 表2-4 一些特定材料的燃烧性能分级 材料名称 铺地材料 分级 B1 级 测试方法 GB/T 11785 判定依据 临界辐射通量≥0.45W/cm2 9

第2章 试验方法和参考标准的选择

B2 级 GB/T 11785 临界辐射通量≥0.22W/cm2 窗帘幕布纺织物 B1 级 GB 5454 GB 5455 氧指数≥32 损毁长度≤150mm 续燃时间≤5s 阴燃时间≤5s B2 级 GB 5454 GB 5455 氧指数≥26 损毁长度≤200mm 续燃时间≤15s 阴燃时间≤10s 热塑性塑料 B1 级 GB/T 2406 GB/T 2408 GB/T 8627 B2 级 GB/T 2406 GB/T 2408 热固性塑料 B1 级 GB/T 2406 GB/T 2408 GB/T 8627 B2 级 GB/T 2406 GB/T 2408 管道隔热保温用泡沫塑料 B2 级 GB/T 2406 GB/T 8332 B1 级 GB/T 2406 GB/T 8333 GB/T 8627 达到 FH-1（水平燃烧）烟密度等级 SRD≤75 氧指数≥26达到 FH-2（水平燃烧） 氧指数≥32达到 FV-0（垂直燃烧） 烟密度等级 SRD≤75 氧指数≥26达到 FV-1（水平燃烧） 氧指数≥32 平均燃烧时间≤30s，平均燃烧高 度≤250mm烟密度等级 SRD≤75 氧指数≥26 平均燃烧时间≤90s，平均燃烧范 围≤50mm

根据EPS和PU保温材料的用途,我们可以通过评价体系看到,两种材料可以用通用的方法来评价测试如 GB 8625方法，而这两种材料又可以用特定材料的评价方法评定比如用GB 2406 的氧指数法。两套方法的测试标准不一样，其实验的规模大小不同，实验原理也不同，所以当用同一种材料实验时结果也就不一样了。所以为了我们的实验方便直观，而且为了让两种材料在同一个环境下有可比性我们选择用通用的方法评价判断。

9

第2章 试验方法和参考标准的选择

2.2 燃烧的标准方法

实验室里的燃烧试验是有各自的特点和目的的，为了能够全面详细的了解材料的特点我们参照现行的燃烧试验方法即：垂直燃烧、氧指数、烟密度和可燃性实验。另外还通过点着温度试验确定了两种材料的着火温度。我们用不同的材料在同一组实验中得到的数据和现象进行对比，再不考虑外界参照条件下可以得出相对公平的结果。

2.3 燃烧性能的实验方法

在对保温材料评价标准的体系中我们可以发现主要的方法有难燃性、烟密度、氧指数、可燃性等。然而分级评价从不同的角度入手通过多种方法的组合比如：通过GB/T 8625、GB/T 8626、GB/T 8627实验来确定B1 级。先简单的介绍一下实验: 2.3.1 氧指数实验（GB/T 2406）

GB/T 2406 是参照 ISO45 编制的国家标准。氧指数即是能维持材料燃烧蔓延的极限氧浓度值，是评价材料阻燃性能好坏最常用的方法之一，其依据标准为 GB/T 2406-1996（参照 ISO 45）该方法规模很小，样品尺寸为 10mm×100mm，样品数量约 10 只。在试验过程中，长条片状样品直立放置在充盈着氧气/氮气混合气的玻璃罩内，气体从罩底部进入，从顶部出，试验时按照标准计算出的氧指数和氧气/氮气混合比例表调节不同的氧指数浓度，可以采用双流量计控制也可采用顺磁法测试氧浓度值直接显示。氧浓度调整步长至少为 0.2％，用点火器在玻璃罩内充分点着样品顶部，观察样品的点着和向下蔓延情况，通过上下调节氧气/氮气混合比来测试出极限氧指数值。试验装置见图4..1.1。该方法仅仅适合匀质结构材料，对于目前的很多建筑制品就无法评价。目前为大多数泡沫、塑料、纺织物等验证阻燃性能好坏的常用方法，适合于企业自己进行质量控制。试验结果为极限氧指数以%表示。[12]

2.3.2 烟密度实验（GB／T 8627-1999）

采用GB/T 8627的方法试验时将试样放入箱内燃烧产生烟雾,并测定穿过烟雾的平行光束透光率的变化,再计算其比光密度,即单位面积试样产生的烟扩散在单位面积烟箱单位光路长的烟密度。试样燃烧时的烟密度用给定时间段的比光密度和最

11

第2章 试验方法和参考标准的选择

大比光密度来评定。聚合物材料即我们试验的对象EPS和PU保温材料燃烧室多少会产生烟雾，根据长期的火灾资料，材料燃烧时产生的烟雾和毒性是导致人类死亡的主要原因，其危害性通常比燃烧时产生的火焰和热量更为严重，所以烟密度的实验是比较重要的。

2.3.3 垂直与水平燃烧实验（GB/T 2408-2008、GB/T 2408-1996 ）

采用 GB/T 2408-2008 塑料燃烧性能的测定水平法和垂直(GB/T2408-1996),水平或垂直的夹住试样一端，对试样自由端施加规定的气体小火焰，通过测量线性燃烧速度（水平法）或有烟燃烧及无烟燃烧时间（垂直法）等来评价试样的燃烧性能。从一些火灾实例中可以看到有些火灾火势很猛，燃烧速度相当快，这和其支持燃烧的燃烧物燃烧性能有关，燃烧速度越快造成的损失也就越多危害也就越大。尤其是现在用处比较多的保温材料，由于保温材料是围绕整个墙壁布置的，面积比较大，一旦着火如果蔓延速度很快会使整个建筑被火焰包围，这会使得扑救难度和逃生难度加大。所以在选择保温材料是其火灾蔓延速度是非常有必要去参考的。 2.3.4 点着温度实验（GB4610-84）

点着温度试验可以很好的将试验材料的燃烧临界温度确定出来，将粉碎的颗粒材料装入试验设备能够在其充分均匀的条件下确定出其最低的着火温度。通过着火温度可以明显的对比材料的燃烧性能。由于是缓慢加热的过程符合现实火灾的特点所以试验的结果是比较可靠和可信的。

11

第3章 试验材料

第3章 试验材料

泡沫外墙保温材料在市场上有很多种所以在燃烧特性实验时，我们将选取两种常见的材料进行对比。目前EPS和PU保温材料在市场上比较常见在大多数建筑内大量使用。

3.1 EPS保温板(膨胀型聚苯乙烯保温板)

该材料以聚苯乙烯树脂为基料，加入发泡剂等辅助材料，经加热发泡而成的轻质材料。在多倍放大后可见，EPS由内腔充满空气的封闭的小球状体互相围绕而成。用做外墙外保温的发泡聚苯乙烯保温板达到标准的具体指标：表现密度（kg/m³）≥18，导热系数(w/㎡·k)＜0.041，吸水率%(v/v)＜6，厚度偏差(mm)±2。EPS板应在自然条件下存放6周或蒸汽60℃养护5天后方可使用.根据各个地区节能设计要求确定其厚度,在现场使用中EPS板应具有均匀的厚度。[13]

3.2 PU保温板（硬泡聚氨酯保温板）

聚氨酯泡沫可分硬泡和软泡。软泡一般用于家具中，即日常常称的“海绵”，而建筑节能工程中使用的均为硬泡聚氨酯，聚氨酯泡沫属热固性材料，是通过双组份液料反应交联固化发泡而成，呈网状结构，所以其耐高温性能，结构稳定性和结构强度等物化综合性能比普通泡沫塑料优异的多。硬泡聚氨酯的燃烧机理是：遇火→燃烧→碳化，不会产生收缩和融化，直接生成碳化层。而碳化层的产生，一方面阻碍热量的传递，更重要的是阻碍氧气的进入，由于硬泡聚氨酯是闭孔结构，内部呈现封闭状态，不与外界空气连通，在缺氧的状态下，泡沫层就不会继续燃烧。同时阻燃剂的加入，则更进一步阻碍火势的蔓延。[14]因此硬泡聚氨酯具有较好的阻燃能力，保温系统完善后，防火性能能则更加优异。试样见图3.1、3.2：

图3.1 EPS试样

图3.2 PU试样

12

第4章 保温材料的燃烧特性研究

第4章 保温材料的燃烧特性研究

4.1 实验方案

以泡沫保温材料为样品，研究不同的实验方法（氧指数、烟密度 、垂直与水平燃烧、点着温度）下对火反应性能。根据现有的燃烧性能评价体系对两种材料进行燃烧危险性进行确定。基本的方案：采用现有分级体系规定的方法进行实验研究，并对材料的燃烧性能进行评价；比较二者的特点和对今后材料应用的不同层面进行论述，并且提出实际意义的见解。

4.2 实验内容和过程

4.2.1 氧指数实验（GB/T 2406）

1）实验目的：通过HC-2型氧指数测定仪对EPS和PU材料进行对比，在整个过程中观察到的物理现象和所得到的数据进行评价。

2）实验原理：物质燃烧时,需要消耗大量的氧气,不同的可燃物,燃烧时需要消耗的氧气量不同,通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定,计算出物质的氧指数值,可以评价物质的燃烧性能。所谓氧指数（Oxygen index），是指在规定的试验条件下，试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧气浓度，以氧所占的体积百分数的数值表示（即在该物质引燃后，能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需要的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度）。作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度非常有效。[15]一般认为，OI<27的属易燃材料, 27≤OI<32的属可燃材料,OI≥32的属难燃材料。HC-2型氧指数测定仪，就是用来测定物质燃烧过程中所需氧的体积百分比。该仪器适用于塑料、橡胶、纤维、泡沫塑料及各种固体的燃烧性能的测试，准确性、重复性好，因此普遍被世界各国所采用。氧指数的测试方法，就是把一定尺寸的试样用试样夹垂直夹持于透明燃烧筒内，其中有按一定比例混合的向上流动的氧氮气流。点着试样的上端，观察随后的燃烧现象，记录持续燃烧时间或燃烧过的距离，试样的燃烧时间超过3min或火焰前沿超过50mm标线时，就降低氧浓度，试样的燃烧时间不足3min或火焰前沿不到标线时，就增加氧浓度，如此反复操作，从上下两侧逐渐接近规定值，至两者的浓度差小于0.5％。氧指数法是在实验室条件下评价材料燃烧性能的一种方法，它可以对窗帘幕布、木材等许多新型装饰材料的燃烧性能作出准确、快捷的检测评价。需要说明的是氧指数法并不是唯一的判定条件和检测方法，但它的应用非常广泛，已成为评价燃烧性能级别的一种有效方法。

13

第4章 保温材料的燃烧特性研究

3）实验装置、仪器及试样：HC-2型氧指数测定仪由燃烧筒、试样夹、流量控制系统及点火器组成（见图4.1.1）。

1—点火器；2—玻璃燃烧筒；3—燃烧着的试样；4—试样夹；5—燃烧筒支架；6—金属网；7—测温装置；8—装有玻璃珠的支座；9—基座架；10—气体预混合结点；11—截止阀；12—接头；13—压力表；14—精密压力控

制器；15—过滤器；16—针阀；17—气体流量计。

图4.1.1 氧指数测定仪示意图

燃烧筒为一耐热玻璃管，高450mm，内径75～80mm，筒的下端插在基座上，基座内填充直径为3～5mm的玻璃珠，填充高度100mm，玻璃珠上放置一金属网，用于遮挡燃烧滴落物。试样夹为金属弹簧片，对于薄膜材料，应使用140 mm×38mm的U型试样夹。流量控制系统由压力表、稳压阀、调节阀、转子流量计及管路组成。流量计最小刻度为0.1l/min。点火器是一内径为1～3mm的喷嘴，火焰长度可调，试验时火焰长度为10mm。

4）实验步骤：

（1）检查气路，确定各部分连接无误，无漏气现象。

（2）确定实验开始时的氧浓度：根据经验或试样在空气中点燃的情况，估计开始实验时的氧浓度。如试样在空气中迅速燃烧，则开始实验时的氧浓度为18%左右；如在空气中缓慢燃烧或时断时续，则为21%左右；在空气中离开点火源即马上熄灭，则至少为25%。根据经验，确定该地板革氧指数测定实验初始氧浓度为26%。氧浓度确定后，在混合气体的总流量为10l/min的条件下，便可确定氧气、氮气的流量。例如，若氧浓度为26%，则氧气、氮气的流量分别为2.5l/min和7.5l/min。

14

第4章 保温材料的燃烧特性研究

（3）安装试样：将试样夹在夹具上，垂直地安装在燃烧筒的中心位置上（注意要划50mm标线），保证试样顶端低于燃烧筒顶端至少100mm，罩上燃烧筒（注意燃烧筒要轻拿轻放）。

(4) 通气并调节流量：开启氧、氮气钢瓶阀门，调节减压阀压力为0.2～0.3MPa，然后开启氮气和氧气管道阀门(在仪器后面标注有红线的管路为氧气，另一路则为氮气,应注意：先开氮气，后开氧气，且阀门不宜开得过大),然后调节稳压阀，仪器压力表指示压力为0.1±0.01MPa，并保持该压力（禁止使用过高气压）。调节流量调节阀，通过转子流量计读取数据（应读取浮子上沿所对应的刻度），得到稳定流速的氧、氮气流。检查仪器压力表指针是否在0.1Mpa，否则应调节到规定压力，O2+N2压力表不大于0.03Mpa或不显示压力为正常，若不正常，应检查燃烧柱内是否有结炭、气路堵塞现象；若有此现象应及时排除使其恢复到符合要求为止。应注意：在调节氧气、氮气浓度后，必须用调节好流量的氧氮混合气流冲洗燃烧筒至少30s（排出燃烧筒内的空气）。

(5) 点燃试样：用点火器从试样的顶部中间点燃（点火器火焰长度为1-2cm），勿使火焰碰到试样的棱边和侧表面。在确认试样顶端全部着火后，立即移去点火器，开始计时或观察试样烧掉的长度。点燃试样时，火焰作用的时间最长为30s，若在30s内不能点燃，则应增大氧浓度，继续点燃，直至30s内点燃为止。

(6) 确定临界氧浓度的大致范围：点燃试样后，立即开始记时，观察试样的燃烧长度及燃烧行为。若燃烧终止，但在1s内又自发再燃，则继续观察和记时。如果试样的燃烧时间超过3min，或燃烧长度超过50mm（满足其中之一），说明氧的浓度太高，必须降低，此时记录实验现象记“×”，如试样燃烧在3min和50mm之前熄灭，说明氧的浓度太低，需提高氧浓度，此时记录实验现象记“Ο”。如此在氧的体积百分浓度的整数位上寻找相邻这样的四个点，要求这四个点处的燃烧现象为“ΟΟ××”。例如氧浓度为26%时，烧过50mm的刻度线，则氧过量，记为“×”，下一步调低氧浓度，在25%做第二次，判断是否为氧过量，直到找到相邻的四个点为氧不足、氧不足、氧过量、氧过量，此范围即为所确定的临界氧浓度的大致范围。

(7) 在上述测试范围内，缩小步长，从低到高，氧浓度每升高0.4%重复一次以上测试，观察现象，并记录。

(8) 根据上述测试结果确定氧指数OI。[16] 4.2.2 烟密度试验（GB／T 8627-1999）

1）实验目的：通过建材烟密度试验得到EPS、PU保温材料在燃烧时的发烟量，从而确定其烟密度等级

2）实验原理：该实验方法是在规定的实验条件下测定材料受辐射或燃烧时所产

15

第4章 保温材料的燃烧特性研究

生的比光密度。比光密度是以规定的试验箱容积、光程长度和试验面积所测定的透光率计算出的比光密度值。最大密度值用来表示材料的光密度。[17]

3）实验装置、仪器及试样： ㈠实验装置和仪器

①烟箱：烟箱由防锈蚀的合金板制成。烟箱主体内尺寸为长300mm、宽300mm、高790mm，如图4.1.2所示。

a)烟箱正面装镶有耐热玻璃的观察门；

b)烟箱固定在外形尺寸为350mm×400mm×57mm的底座上，底座正面设有试验用燃气压力调节器；

c)烟箱内、外表面涂有防腐蚀的黑漆；

d)在烟箱内部左、右两侧距底座480mm高的居中位置处，各有一开口直径为70mm的不漏烟的玻璃圆窗，作为测量光线的发射及接收入口；

e)烟箱内部的背面设有一块“安全标志”板，它位于距底座480 mm烟箱背面板的居中处，高90min、宽150mm，它的背后面装有功率为15 W的安全标志灯；当打开安全标志灯时，可以看见在白底面上的红色安全标志“EXIT”字样； f)烟箱底部四边留有高25mm、宽230mm的开口，烟箱其余部分均应密封。 ② 烟箱左外侧顶部安装一个排风机，其排风量约为1700L／min。排风机的进风口通过风门开关与烟箱内部联通；排风口与通风橱相通。

③ 烟箱左外侧居中处装有“光源箱”，其箱外表面装有燃气压力表、电源开关、电源指示灯、风机开关、光源调节器。

④ 烟箱右外侧居中处装有“光度计箱”，其箱外表面装有“LED显示窗”和六个“功能操作键”。显示窗显示了工作状态和测量的时间值、烟密度值。

⑤ 试样支架固定在一根钢杆手柄的顶端，钢杆手柄位于烟箱右侧面距底座220mm居中处。支架由上、下两个尺寸相同的正方形框槽组成，其边长均为 mm。上框槽内有一块置放试样的钢丝格网，该格网由内尺寸5 mm的正方形网格构成，下框槽由1 mm厚的金属板围成。

⑥燃烧系统：试验用燃气采用液化石油气。燃气的工作压力由压力调节器调节，由压力表显示。

⑦ 试验时，采用本生灯火焰。本生灯的结构如图2所示，本生灯长度为260mm，本生灯的喷喉直径为0.13mm。试验时，本生灯与烟箱成45°空间角。 ⑧本生灯工作时所需的空气从燃烧器底座空间导人。

⑨光电系统：光电系统如图4.1.3所示。光源安装在主体烟箱左侧的“光源箱内”。光源灯泡为灯丝密集型仪表灯泡，其功率为15 W，工作电压为6 V。灯泡发射的测量光束经滤光处理后成为视见函数光束(400～700nm)，由一个焦距为60～65mm的透镜漫聚焦在“光度计箱”内的光电池上。光电池应在15～50℃范围内工作，其线性度

16

第4章 保温材料的燃烧特性研究

和温度效应可由一个补偿电路来完成。

⑩ 计时系统：计时采用单板机的晶体振荡来完成，由“LED显示窗”显示试验的时间值。当本生灯转动到工作位置时，计时自动开始，并且每隔15s由蜂鸣器鸣一次。

图 4.1.2 烟箱示意图

图4.1.3 烟箱光路示意图

17

第4章 保温材料的燃烧特性研究

㈡试样制备

试样的外形尺寸见表4-1

表4-1 试样尺寸

建材密度 kg／m3 >1 000 100～1 000 <100

25．4±0．1 25．4±0．1 长 mm 基本尺寸 宽 mm 基本尺寸 厚度 mm 基本尺寸 6．0±0．1 10．0±0．1 25．0±0．1 ①注意事项小于规定厚度的建材，其试样厚度也可取该建材在使用时的实际厚度，但在试验报告中必须说明，而且试验结果只能在同等条件下进行比较。

②试样的加工：试样数量为九个，把它们随机编成三组。试样的加工可采用机械切磨，要求取样部位具有该样品的代表性，其表面平整、厚度均匀、无飞边和毛刺等缺陷。

③试样的状态调节

在试验前，需将试样置于(23土2)℃和相对湿度为(50土5)％的环境中40h以上。

4）实验步骤：

（1）按下“电源开关”和“复位”键，实验前，必须进行“实验装置的校正”； ① 鼠标左键单击校准开始，点击插入遮光片，插入遮光片变暗，此时用黑色不透明材料挡住光电池。后边数值显示为0.0，如果不是，调节仪器内部后边电位器，使之为零。

② 点击移出遮光片，此时移出遮光片；按键变暗，等显示电数值稳定之后（数值在450-550之间），再次单，击使之弹出。

③ 点击插入遮光片，按键变暗，此时显示数值应为100%，分别将标定的滤光片遮住接收口，这时计算机上吸收率窗口应分别显示对应的由厂家提供的滤光片金属套的数值，三次平均值小于3%后，点击插入滤光片，使之弹出。

④ 若有较大偏差，可取出遮光片，重复②，微调烟箱面板上的“满度”电位器，使之数值增大，再重复③操作，如若偏差变大，则反向调节。

⑤ 火焰位置确认：鼠标左键单击校准开始 ，选中进火，本生灯进到位。点燃燃气，调整试样架位置，使火焰在钢丝网正中心附近，调整后选中退火，单击校准结束按键，结束火焰位置确认。

（2）调试结束后，应关闭仪器上角的排风扇开关；打开燃烧箱门，把筛网和收集盒放入试样架框内；

18

第4章 保温材料的燃烧特性研究

（3）打开气源阀门和仪器上的“燃气开关”，用明火或者点火点着本生灯，调解“燃气调解”使仪器上压力表指示210Kpa；燃烧预热3min。

（4）将试样平放在试样支架的筛网上，其位置应处于本生灯转入工作状态时燃烧火焰对准试样下表面中心。

(5) 点击平行试验一，调解采样时间1-15S，左键单击平行试验一开始，跳出“请点击确定初始化仪器，等候九秒”，点击确定后等待仪器初始化。初始化完成后，跳出对话框“点火后请确认”，点击确认，等本生灯进火到位后自动开始采集。实验过程中注意观察实验现象，4min后实验自动结束。此时如需保存实验数据，点击保存平行试验数据按键，选择所保存位置保存。如不需保存，则可进行下一次平行试验。

（6）第一次试验结束后，打开箱门或风机开关排除烟气，擦净两侧光源玻璃（每次试验后），放好第二个试样开始实验。

（7）第二次试验结束后，点击“平行试验三”，按步骤（7）进行实验，直至实验结束。

（8）实验全部结束后，关闭电源、气源、计算机对试样支架进行必要的护理。 （9）将实验数据保存以备后期分析和计算。

4.2.3 垂直水平燃烧试验（GB/T 2408-2008、GB/T 2408-1996 ）

1）实验目的：通过实验测定和对比EPS和PU保温材料的垂直于水平燃烧蔓延速度，进一步对两种材料进行安全性对比。

2）实验原理：根据GB/T 2408-2008塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法（GB/T2408-1996），水平或垂直地夹住试样一端，对试样自由端施加规定的气体小火焰，通过测量线性燃烧速度（水平法）或有焰燃烧及无焰燃烧时间(垂直法)等来评价试样的燃烧性能。

3）实验装置、仪器及试样：

㈠实验装置和仪器：采用CZF-2型综合垂直燃烧测定仪，实验装置主要包括：燃烧箱、本生灯、气源、试样夹等。仪器工作条件及主要技术指标：环境温度：-5℃—30℃；相对湿度：≤85%；供电电压和功率：220V±10%、50HZ、100W；气源：液化石油气；仪器外型尺寸约：720㎜×370㎜×850㎜；精确至0.5S的秒表；医用脱脂棉；本生灯对试样施加火焰10s、12s、30s；本生灯内径9.5㎜±0.5㎜；本生灯斜45度可调。

㈡试样制备

试样的外形尺寸见表4-2：

19

第4章 保温材料的燃烧特性研究

表 4-2 试样尺寸

尺寸 方法 垂直法 水平法 长 宽 高 每组/个 ㎜ 125±5 125±5 13±0.3 13±0.3 3.0±0.2 3.0±0.2 5 3

试样外观要求：试样表面应清洁、平整、光滑、没有影响燃烧行为的缺陷，如气泡、裂纹、飞边和毛刺等。

4）实验步骤： （1）水平法的实验步骤

① 在距试样点燃端25㎜和100㎜处，与试样长轴垂直，各划一条线。将试样装在试样夹上，用夹具夹紧试样远离25㎜标线的一端，使其长轴呈水平，横截面轴线与水平方向成45°。将金属网水平的固定在试样下边，与试样最低棱边相距10㎜，并使金属网的前缘与试样自由端对齐。

② 点着本身灯，使灯管在垂直位置时，产生25㎜高的蓝色火焰。 ③ 开电源，按“复位”、“返回”、“清零”键。 ④ 按“选择”键,显示“—F”（即水平法）

⑤ 将本生灯斜45°，按“运行”键，对试样施加火焰作用，30s后本生灯自动复位，若不足30s火焰前沿已燃烧到第一标线，应立即按“及时控制”，到燃烧到第二标线位置按“计时控制”。

⑥ 停止施焰后。如果试样继续燃烧，则记录火焰前沿从每一标线到第二标线所需时间t，两标线的距离除以时间t，即为燃烧速度v，以㎜/min 表示。如果火焰到达第二标线前熄灭，记录燃烧长度S；

S＝（75-L）㎜

式中：L为从第二标线到未燃部分的最短距离，精确到1㎜； ⑦ 实验结束关闭气源，对数据进行处理。 4.2.4 点着温度试验（GB4610-84）

1）实验目的：通过点着温度试验确定高温状态下试验材料的燃烧温度从而进一步了解确定不同材料的燃烧特性。

2）实验装置、仪器：DW—02型点着温度测定仪是根据GB4610标准的技术条件为依据而研制的。该仪器采用了国内先进的电子元件和数字式温度显示，读数值精确而清晰，还可以预先设定温度值并显示。温度控制线路板由于采用了计算机设计的板子，具有精密度高，元件紧凑，体积小，外形美观等特点。该仪器是评定材料燃烧性

20

第4章 保温材料的燃烧特性研究

能的方法之一。点着温度可以相对比较各种材料在一定条件下的燃烧特性。仪器操作简单、维修方便，可为设计选材提参考数据。[18]

3）实验步骤：

① 炉温：150℃—450℃之间任意温度上恒定不大于±2℃。

② 将插头分别插入座内，接通电源，打开电源开关，然后拨动“升温—降温”手柄（在炉体侧面），使其在“升温”位置。

③ 设定温度时，按出仪器面板上的“降温、升温”开关，按下“设定、测量”开关，然后旋转“温度调节”旋钮，观察仪器面板上的数显器（左上角）将温度设定好后，再按“设定、测量”开关，此时看到的温度值是实际炉体升温的值。

④ 炉体经过一段时间的升温，温度符合规定要求时，恒温5min左右即可进行试验。

⑤ 将装有1克试样的容器放入铜锭炉的孔中，盖上盖子（盖子预先放在铜锭炉顶上加热）并起动秒表。

⑥ 用明火点着点火器，将点火器喷嘴向上调节火焰长10mm—15mm。将点火器火焰置于盖的喷阻上方2毫米处晃动。如果在开始5min内，喷阻上没有（或有）连续5s的火焰，则每次将炉温升高（或降低）10℃，用新的试样重新试验，直到测得喷阻上出现连续5s以上火焰时的最低温度为止，并记录次温度。

⑦ 每个预定的温度做三个试样，若有两个没有5s以上的火焰，则将炉温升高10℃，再做三个试样，如有两个出现5s以上火焰的最低温度，将其修约到十位数，即为材料的点着温度。试验结束后关闭电源对炉子和容器进行必要的维护。

⑨ 在热塑性塑料的测定中有发泡溢出现象时，可以讲试验减少到0.5g，如果有溢出，则不能用本方法试验。

4.3实验现象和数据分析

为了能够直观对材料进行对比我们将不同实验的现象和结果分开对比： 4.3.1 氧指数实验： 实验数据见表4-3：

表4-3 氧指数数据

试验材料 EPS PU 氧指数/％ 25.5 32.5 燃烧性能评定 易燃 难燃

21

第4章 保温材料的燃烧特性研究

对于已经采购的EPS和PU保温板,厂家已经对其氧指数有了确定和说明,在整个实验过程中其现象和燃烧性能基本一致。所以通过其氧指数值对二者的燃烧性能可以给予评定，EPS为易燃，PU为难燃材料。 4.3.2 烟密度试验：

实验现象和所得数据对比见表4-4：

表4-4 烟密度试验数据

产品名称 EPS 1 2 3 PU 1 2 3 最大烟密度值（MSD） 83.00 83.87 85.41 99.33 100.00 100.00 烟密度等级（SDR） 59.19 60.17 62. 88.60 88.17 78.60

在实验过程中可以看到表面的物理现象，EPS保温材料在烟箱内迅速收缩脱火，在很短的时间内完全被燃烧，没有碳化产物和滴落物的产生（见图4.1.4）。PU材料在过程中没有燃烧，在高温的作用下有大量滴落物的产生并且伴有大量的烟雾和刺激性气味，整个过程持续时间比较长（见图4.1.5）。

图4.1.4 EPS试样烟密度测试

图4.1.5 PU试样烟密度测试 22

第4章 保温材料的燃烧特性研究

图4.1.6 EPS试样烟密度燃烧测试 图4.1.7 PU试样烟密度燃烧测试

4.3.3 垂直水平燃烧试验： 1）水平燃烧试验数据见表4-5：

图4.1.8烟密度试验发烟现象 图4.1.9烟密度试验排烟现象 水平燃烧试验过程中：EPS试样燃烧速度比较快，遇火立即收缩，火焰有蔓延至仪器夹具的现象并且伴有少量的烟气（见图4.2.1）。PU试样遇火融化，无明显的燃烧现象，离火自动熄灭，过程中刺激性烟气和液状滴落物的产生（见图4.2.1）。

图4.2.1 EPS试样水平燃烧试

图4.2.2 PU试样水平燃烧试23

第4章 保温材料的燃烧特性研究

表4-5 水平燃烧试验数据

记录结果 试样 实验燃烧行为 火焰前沿从每一标线到第二标线所需时间t（s） 若火焰到达第二标线前熄灭，记录燃烧长度 S（s） 燃烧速度 m/s 其他试验现象 EPS 1 2 3 14.0 13.0 14.3 - - - - - - - - - 3.21 3.46 3.15 - - - 燃烧速度非常快，收缩脱火 PU 1 2 3 在第一标线前熄灭，脱离火焰自动熄灭

2）垂直燃烧试验

在垂直燃烧试验中EPS试样在施焰时间内完全燃烧，按照不合格试验处理，只能用水平法判定分级。PU试验实验数据如表4-6：

表4-6 垂直燃烧试验数据

记录结果 试样 PU 1 2 3 4 5 2.1 2.3 1.8 2.0 2.4 离火后有焰燃烧时间s 试样燃烧行为 二次施加火焰离火后有焰燃烧时间s 0.8 0.9 0.7 0.8 1.0 二次施加火焰离火后无焰燃烧时间s 0.9 0.8 0.9 0.7 1.0 总时间s 级别 离火后有焰燃烧时间总和s 3.8 4.0 3.4 3.5 4.4 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0 FV-0 10.6

垂直法试验结果的评定试验结果按照下表规定，将材料的燃烧性能归纳为FV-0、FV-1、FV-2三个级别（见表4-7）：

24

第4章 保温材料的燃烧特性研究 表4-7 垂直燃烧试验分级标准

判据 V-0 每根试样的有焰燃烧时间 对于任何状态调解条件，每组五根试样有焰燃烧时间总和 每根试样第二次施焰后有焰加上无焰时间 每根试样有焰或者无焰燃烧蔓延到夹具现象 滴落物引燃脱脂现象 无 无 无 有或无 无 无 无 有 ≤30 ≤60 ≤60 ＞6.0 ≤10 ≤50 V-1 ≤30 ≤250 级别 V-2 ≤30 ≤250 △ ＞30 ＞250

垂直燃烧试验中：EPS试样迅速蔓延燃烧有明显的明火现象，在施焰时间内试样完全燃烧（见图4.2.3）。PU试样在施焰时有火焰燃烧，若火焰离开则立即熄灭过程中伴有少量液体状滴落物和刺激性气体产生（见图4.2.4）。

图4.2.3 EPS试样的垂直燃烧试验 4.3.4 点着温度试验

图4.2.4 PU试样的垂直燃烧试验 当仪器温度达到300℃左右EPS材料有烟气产生，达到320℃左右PU材料有烟气产生，此时用明火引燃试样时二者没有燃烧现象（见图4.2.6）。当温度达到表中的数值时用明火引燃试样，试样立即持续燃烧（见图4.2.7）。

两种试样的点着温度数据见表4-8：

25

第4章 保温材料的燃烧特性研究

表4-8 点着温度数据

材料 EPS 1 2 3 PU 1 2 点着温度℃ 346 358 361 365 376 372 平均点着温度℃ 355

图4.2.5 点着温度试验仪

图4.2.7 试样点燃现象

图4.2.6 点燃测试 26

第4章 保温材料的燃烧特性研究

4.4 实验数据和曲线汇总分析

4.4.1 实验数据分析

通过水平垂直实验和点着温度试验得到的数据我们可以发现EPS保温材料的燃烧速度比PU材料的要快很多，水平燃烧试验中EPS材料的平均瞬时燃烧速度是3.27m/s，材料完全燃烧。PU材料离火即灭，无明显的燃烧效果。垂直燃烧试验中EPS材料迅速燃烧蔓延，五组实验在6秒内均完全燃烧，按照实验的标准归类为不合格燃烧试验。PU材料在垂直燃烧试验过程中无明显的火焰蔓延现象，施焰过程中有滴落物产生，离开火焰自动熄灭，从施焰开始到自动熄灭的整个过程中，试样燃烧的平均时间为3.82s，平均燃烧长度仅为40mm（整个试样长度为130mm）。所以通过该实验对比后发现PU保温板在火焰传播速度和阻燃效果上占有很大优势可以定义为难燃材料，而EPS材料相对来讲容易燃烧和传播火焰安全性上比较差。

烟密度试验中我们直接得到材料的数据即发烟过程中的最大烟密度值和烟密度等级。三组实验中EPS材料的平均最大烟密度值为84.09，平均烟密度等级为60.75。PU的平均最大烟密度为99.77，平均烟密度等级为85.12。过程中EPS材料迅速燃烧完，有少量的碳化物产生。PU材料在过程中缓慢融化变形没有明显的燃烧迹象，产生大量的烟气和滴落物，在试验结束后（4分钟内）还有少量未融化的试样。从得到的数据上看同体积的试样中，EPS材料的发烟量和烟密度等级远远小于PU材料，而且通过接触产生的烟气，后者释放的烟气具有刺激性。所以烟密度试验中可以看出EPS材料占有优势。

点着温度试验比较简单但是比较实际，PU材料的点着温度比EPS高17℃，我们知道温度越高升的越慢，17℃需要一段时间来过渡，所以一旦发生火灾可以提供一段时间来进行救援的操作这项试验中PU材料体现其燃烧性能的一个特点。 4.4.2 试验曲线分析

在进行的几个试验中烟密度试验得出了几组试验曲线我们可以简单的分析一下见图4.2.8、4.2.9、4.3.1、4.3.2、4.3.3、4.3.4：

27

第4章 保温材料的燃烧特性研究

图4.2.8 EPS试样烟密度平行试验一

图4.2.9 EPS试样烟密度平行试验二

图4.3.1 EPS试样烟密度平行试验三 28

第4章 保温材料的燃烧特性研究

图4.3.2 PU试样烟密度平行试验一

图4.3.3 PU试样烟密度平行试验二

图4.3.4 PU试样烟密度平行试验三

可以看出施焰前期EPS的发烟量急剧增加，根据物理现象前20秒EPS材料急剧收缩、燃烧产生的烟气速率非常快、产生的烟气量比较少。而PU材料则缓慢的融化。

29

第4章 保温材料的燃烧特性研究

随着时间的过渡EPS材料发烟量开始减少，曲线中可以看到是平滑下降的曲线，主要原因是材料燃烧殆尽，没有支持燃烧的物料了。PU材料的烟密度曲线在38秒时烟气产生量迅速增加，可以看出现在材料才开始反应，从点着温度测试的结果分析现在温度达到了其燃烧的温度从而开始了燃烧反应，整个过程比较缓慢平稳所以烟气的产生量也比较平稳但是烟气产生量居高不下。物理现象观察在整个过程中PU材料产生的烟气比较多，原因是单位体积的该材料密度特别大也就是说支持反应的材料量是同体积下EPS材料的若干倍。整个曲线得出结论PU材料的烟气产生量远远大于EPS材料，但是PU材料比EPS材料耐火性要强很多，火焰支撑能力比较强。

30

第5章 结论

第5章 结论

本文利用标准实验手段对两种市场常见的保温材料按照分级要求进行试验，通过实验可以对两种材料的燃烧性能进行分析对比。整个试验我发现在同样条件下EPS材料和PU材料各自的特点，具体特点如下： (1)EPS保温板：

优点：价格较便宜，质量轻，运输方便，安装使用时难度较小。

缺点：材料硬度较差、容易变形、使用时只能用作夹心层来辅助使用。当作夹心层使用时受火后容易在两板间形成一个空腔，产生烟囱效应和横向蔓延，产生的高温很容易让其他两层支撑板变形垮塌，形成明火剧燃。使用时的火灾危险性较高。 (2)PU硬质保温板：

优点：硬度较高可以作为普通的支撑物、属于有机材料有利于环保、保温效果比较理想（高分子聚合物）、属于难燃性材料能够有效地阻止火势的蔓延起到阻燃的效果基本上不存在火焰横向急剧蔓延的现象、与EPS材料相比同体积下燃烧反应的时间比较长能够为火灾的扑救提供宝贵的时间、支撑强度高高温下较难垮塌、离火自动熄灭能够有效地降低火灾发生的概率。

缺点：价格比较贵、同体积下密度较大、运输和安装困难较大、燃烧时产生大量的刺激性气体并且高温下有大量液状滴落物的产生。

通过对比我们可以发现两种材料都具有各自的优缺点，但是结合现实的火灾状况我们不难发现在阻燃和燃烧性能方面PU硬质保温板具有明显的优势，我们所取的试样是没有通过阻燃处理的，那就意味着进行阻燃处理后的试样效果会比现在试验体现的更加优良。现实告诉我们火灾一旦发生能否给救援和自救提供大量的时间显的非常重要，同样在试验中我们不难发现PU材料的阻燃性优秀支撑强度也非常可观能够为扑救火灾提供时间保障。而且其离火自动熄灭的特点也大大降低了扑救的难度。所以得出的结论非常明显PU硬质保温板应该得到建筑保温材料市场的重视。 当然由于实验条件的局限很多具有实际意义的实验我们未能完成，展望未来随着科技水平的提升以及对高分子化合物的深入研究我们的试验研究可以从人工阻燃方面入手，通过不同阻燃处理的材料进行对比，发现各种阻燃手段的优缺点这样就不仅仅局限于材料本身的性质，而且能够充分利用现如今资源紧张的现状。

31

致 谢

致 谢

四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。 从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！同时也感谢天津城市建设学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。我会在以后的社会生活中继续努力，用自己的双手创造属于自己的天地。

32

参考文献

参考文献

[1] 赵成刚.泡沫保温材料燃烧特性及安全性评价研究[D].2005.10 [2] 胡新宇,张翔.浅谈欧美建筑材料可燃性试验规范[D].2007.06 [3] [4] 建筑科学.第24卷第2期[J].2008.2:28-29

[5] 黄茂松.聚氨酯在建筑节能保温材料中的应用和防火安全性能的解析[D].2009.09

[6] 段日强，李淑慧，梁世明.建筑装饰物的防火分级与评价原理[D].1995.10 [7] 霍然,杨振宏,柳静献.火灾爆炸预防控制工程学[M].北京：机械工业出版社，2007.8:9-25

[8] 李引擎.建筑防火工程[M].北京：北京化学工业出版社，2004.04：27-72 [9] 杨湘萍.新型塑料燃烧性能试验研究[D].2009.12

[10] 赵成刚,万体智.泡沫保温材料燃烧特性及安全性评价研究[D].2005.10 [11] GB8624-1997.建筑材料燃烧性能分级方法[S]. [12] GB/T 2406-1996.建筑材料燃烧性能分级方法[S].

[13] 周全会,刘仕杰.聚苯乙烯泡沫夹芯板的火灾危险性评价[D].2008.09 [14] 裴华.聚氨酯硬泡保温材料阻燃技术.第23卷第2期[N].2009.09:8-11 [15] 刘杰,马正恒.阻燃聚氨酯氧指数测定影响因素分析[D].2003.05 [16] 林旭,刘盼,徐永平.氧指数测试仪计量方法的研究[Z].1998.02 [17] GB8672烟密度试验箱.四川消防科研所[S].

[18] 于水军,谢风承,贾金涛,于明高.火灾中易燃材料的燃烧危险性分析[D].2009.09

33

参考文献

33