保温隔声板在燃烧性能试验中的研究

丁文强，孙才勇，吴文斌，姚敏强，马海波

（昆山市建筑工程质量检测中心，江苏 苏州 215337）

0 引言

随着社会经济的快速发展，铺地材料被越来越多地使用在了室内装修中。铺地材料燃烧性能的优良直接影响着人们日常生活的安全。如何正确地检测铺地材料的燃烧性能对消除火灾隐患和保障日常生活安全有着重大意义［1］。我国对于铺地材料的燃烧性能分级和判定依据标准 GB 8624－2010《建筑材料及制品燃烧性能分级》，同时其明确指出了燃烧等级 A2、B、C、D、E 的铺地材料需要遵循标准 GB/T 11785－2005《铺地材料燃烧性能测定辐射热源法》中的试验方法来评定［2，3］。

近年来，常见的铺地材料例如木地板、PVC 卷材地板、地毯、氯丁橡胶地板等已经不满足人们对于高质量生活的要求，保温隔声板因为其独特的功能性引起了人们广泛的关注并应用于地面的性能改良［4，5］。常见的保温隔声板包括石墨 EPS 板、石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板、改性聚丙烯板、聚苯板等，其相对于常见的铺地材料有着良好的隔声与保温性能［6，7］。但是聚乙烯、聚丙烯以及聚苯乙烯这些材料由于其特有的高分子材料特性，导致材料在高温下会迅速融化，从而会一定程度干扰其临界辐射通量的测量。

本文对保温隔声板中石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板与石墨 EPS 板的燃烧性能进行了大量的测试与检验，研究了在外部环境稳定，养护条件一致的情况下，石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板与石墨 EPS 板在辐射热源法、氧指数测量和可燃性能测试下的性能表现。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

1）石墨 EPS 板 1，即保温隔声板 a，表层贴覆无纺布作为保护膜，背面呈现波纹形结构。规格（长h 宽h厚）1 500 mmh 1 000 mmh 20 mm。

2）石墨 EPS 板 2，即保温隔声板 b，表层贴覆无纺布作为保护膜，背面呈现波纹形结构。规格（长h 宽h厚）1 500 mmh 1 000 mmh 15 mm。

3）石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板 1，即保温隔声板 c，规格（长h 宽h 厚）1 500 mmh 1 000 mm h 30 mm。

4）石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板 2，即保温隔声板 d，规格（长h 宽h 厚）1 500 mmh 1 000 mm h 40 mm。

上述 4 种保温隔声板均从市场买回，未经过后续阻燃处理。

1.2 试验设备

本论文中辐射热源法使用的设备为 FRF-1 铺地材料燃烧试验装置，可燃性能测试使用的设备为 JCK-2 建材可燃性试验炉，氧指数测量使用的设备为 JF-5 氧指数测定仪。

1.3 测试方法

按照标准 GB/T 11785－2005《铺地材料燃烧性能测定辐射热源法》中的试验方法将式样切割成（长h 宽）1 050 mmh 230 mm的规格后对其辐射通量的数值进行测量。按照标准 GB/T 8626－2007《建筑材料可燃性试验方法》将式样制成尺寸为（长h 宽）250 mmh 90 mm 后进行测试。

氧指数试验是依据标准 GB/T 2406.2－2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为 第二部分：室温试验》。采用顶面点燃法测试，使式样在向上流动的氧氮混合气体中发生燃烧，观察式样顶部燃烧情况进行判定。式样尺寸为 120 mmh 10 mmh 10 mm。

2 辐射热源法试验

图 1（a）显示的是进行 30 min辐射热源法试验后 4 种保温隔声板呈现的熔化距离（零点到熔化最远端）。由图可知，在试验开始点火的 10 s 内，4 种保温隔声板出现了大面积收缩，但并未发生燃烧，也无浓烟产生，样品出现了烧熔现象，分别出现了 19、21、17、14 mm 的熔化距离。这是由于在辐射板 500 ℃ 的外部条件下，保温隔声板中的聚丙烯与聚苯乙烯材料均会发生热解，从而导致保温隔声板出现瞬间熔化的现象。在试验开始 10 min 后，4 种保温隔声板的熔化分别达到了 42、40、37、33 mm 的距离。在试验经过 20 min 后，4 种式样的熔化距离到达了 51、48、47、42 mm。这是由于试验中辐射板的温度一直维持在 500 ℃，导致辐射板所在端的温度较高，而另一端温度较低，高温传递的时间影响到了保温隔声板中材料的热解快慢，从而出现了试验开始 10 min 与 20 min 后不同的熔化距离。在试验进行 30 min 时，如图 1（b）所示，4 种保温隔声板的熔化距离达到了 73、69、68、61 mm。

图1 保温隔声板 a、b、c、d 在辐射热源法试验中的燃烧情况

在整个试验过程中，4 种保温隔声板均未发生明火，各自出现了不同程度的熔化现象，导致无法明确的判断出火焰传播距离，从而无法准确地计算出保温隔声板的辐射通量值。这是由于保温隔声板 a 和 b 中的聚丙烯材料在高温下发生了热解，其-C-C-键分解形成自由基，当温度高于 350 ℃ 时，自由基就会发生脱氢反应［8，9］。同时由于 a 板和 b 板在热解时产生了大量的碳，形成碳层隔绝了热和氧，使得保温隔声板 a 和 b 并未出现明火燃烧现象。保温隔声板 c 和 d 中的聚苯乙烯材料在高温下同样会发生热解反应，首先聚苯乙烯分子链断裂生产聚苯乙烯的低聚体，随后活性自由基相继生成并与氧气反应［9，10］。在保温隔声板 c 和 d 发生反应的同时，一边在表层形成了碳层阻止了热量和氧气的传播，另一边受热分解出了难燃以及不燃气体，进一步阻止了材料的燃烧，这就导致了保温隔声板 c 和 d 未出现明火现象。经过辐射热源法试验，由于未出现明火，无法判断 4 种保温隔声板燃烧性能的优劣，因此还需要通过可燃性试验与氧指数试验评判。

3 可燃性试验

图 2 显示的是 a、b、c、d 4 种保温隔声板在进行点火 15 s，持续燃烧 20 s 的可燃试验中焰尖的最高距离。a 和 b 保温隔声板在试验开始后均被快速点燃，且火焰沿式样向上燃烧，最终的焰尖距离分别为 23 mm 和 18 mm，这是由于 a、b 板中的聚丙烯材料仅由碳氢两种元素组成。当燃烧开始时，聚丙烯中的大分子链首先断裂，其中的-C-C-开始分解成自由基，随着氧气不断地与 a、b 板内部的聚丙烯材料接触，自由基会大量的生成。随着温度超过 350 ℃，自由基就会开始发生脱氢反应。最终宏观体现为 a、b 板被快速点燃后火焰持续燃烧，在点火 15 s 并持续燃烧 20 s 后焰尖高度达到 23 mm 和 18 mm。同时，图 2 所示的 c 和 d 保温隔声板的最终焰尖距离仅分别为 7 mm 和 5 mm。这是因为在燃烧开始后 c、d 板中的聚苯乙烯材料发生了β-断裂、氢转移、自由基终止和 C-C 键断裂这几种反应，宏观表现为 c、d 板被点燃，并且火焰有向上燃烧的趋势。随后，火焰快速熄灭，最终焰尖高度为 7 mm 和 5 mm。这是由于一方面 c、d 板中阻燃材料在受热时发生分解吸收了大量的热能，降低了材料燃烧处的温度，另一方面阻燃材料分解产生的水蒸气以及不燃气体会稀释火焰附近的氧气以及助燃气体，从而达到气相阻燃的功效［11］。通过对 a、b、c、d 4 种保温隔声板可燃试验的测试，我们发现，在燃烧性能方面，保温隔声板 d＜c＜b＜a。但是在辐射热源法试验中，由于未出现明火，所以无法判断 4 种保温隔声板不同的燃烧性能差异。由此初步判断，辐射热源法已经不适用于检测保温隔声板的燃烧性能，需要借助其他例如可燃性能检测等试验来辅助测定。

图2 保温隔声板 a、b、c、d 在可燃性试验中的焰尖高度

4 氧指数试验

依据标准 GB/T 2406.2－2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为 第二部分：室温试验》对 4 种保温隔声板进行顶面点燃法测试，测试结果如图 3 所示。我们发现保温隔声板 a 与 b 的氧指数只有 19.7 %、20.1 %，这可能是由于 a、b 板主要由聚丙烯材料组成。根据文献可知不含任何阻燃剂的聚丙烯材料的氧指数只有 17.5 % 左右，而 a、b 板的氧指数均高于此值是由于板中混合有一定量的阻燃剂，在受高温后迅速形成一层碳层，隔绝板材与火焰，所以测试所得氧指数数值会大于聚丙烯材料，但是加入的阻燃剂本身成碳能力弱，无法形成致密的隔热层，导致其氧指数最终测得为 19.7 %、20.1 %。保温隔声板 c 和 d 最终测得的氧指数为 22.6 %、23.2 %，结合 c、d 板的热辐射试验与可燃性试验，笔者推测一方面是由于保温隔声板 c 和 d 中的阻燃剂在受热的情况下，迅速碳化形成致密的碳层，起到了隔绝热源与板材的作用，同时阻燃剂在热解时还会释放出水蒸气以及不燃气体，阻隔了热源与氧气的接触，进一步增强了材料的阻燃性能［12］，导致保温隔声板 c 和 d 测得的氧指数数据明显高于 a、b 板。因此，通过氧指数试验的测试，保温隔声板 c 和 d 的阻燃性能优于 a、b 板，并且可燃性试验也证试了这一结论。然而，作为常用于测试铺地材料燃烧性能的辐射热源法测试却显示不出保温隔声板 a、b、c 和 d 的燃烧性能差异。所以，笔者认为辐射热源法已经不能满足对于保温隔声板作为铺地材料燃烧性能的测试，需要辅助以其他测试如可燃性测试以及氧指数测试。

图3 保温隔声板 a、b、c、d 在氧指数试验中的氧指数测定值

5 结语

本文对保温隔声板中石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板与石墨 EPS 板作为铺地材料时的燃烧性能进行了探索，分别从辐射热源法、可燃性试验和氧指数试验对样品进行了测试，研究发现：①在辐射热源法试验中，石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板与石墨 EPS 板的阻燃性能不能明显区分；②通过可燃性试验和氧指数试验，发现石墨 EPS 板的阻燃性能优于石墨 XPS 板复合电子交联聚乙烯板；③为提高测试保温隔声板燃烧性能的真试可靠性，可以考虑在进行辐射热源法与可燃性测试的同时，对样品的氧指数也进行测试。Q