摘要:利用锥形量热仪CONE调奎了磷-氤-硼系阻燃剂FRW处理胶合板在不同热辐射通量条件 下的动态燃烧行为.结果显示:随热辐射通量提高,未阻燃肢合板的热释放速率峰值、烟气释放量 和火势增长指数上升明显,火灾危险性高;阻燃胶合板的成发率较高、热释放和烟释放较低;在燃 烧过程中CO产率受热辐射通量增大的影响较小;FRW能显著抑制胶合板的可燃性,从而降低肢 合板在使用过程中的火灾安全风险.

关键词:锥形量热仪;肢合板;火灾安全性:动态燃烧;烟释放

胶合板因具有结构合理、加工方便、抗变形能力 强等突出优点,甚至可以在一定程度上高于实体木 材的物理力学性能,所以,在室内建筑装饰装修1:程 中的应用价值日益突显,被大量用来作为实木复合 地板基材以及高档家具,车船内饰等用材•然而,目


火灾事故的通知”,对建筑装饰装修材料的规模使用 提出了更高的阻燃防火要求.

锥形*热仪(CONE)作为一种测试材料动态燃 烧性能的先进T.具,目前已经得到相关科技工作者 的广泛认可和普遍使用.近年来,锥形景热仪应用于 木质装饰装修材料燃烧性能的研究也得到快速发 展[16],其中包括对普通胶合板和阻燃胶合板的评价 研究方面,如杨昀等[7]选择不同热辐射通鍁来研究 普通胶合板的燃烧性能,胡景娟等m则通过FRW-1 阻燃剂制备阻燃胶合板,采用锥形量热仪在50 kW/m! 下评价其阻燃和抑烟性能,发现木材阻燃剂FRW 系列产品之一的FRW-1具有较好的阻燃和抑烟性 能.Peacock等[9]在研究火车车厢阻燃材料时发现, 在相对封闭的空间(如室内1车厢、船舱等),材料从 暴露在火灾中到逐渐被引燃,这个阶段受到的热辐 射通量大致为20〜50 kW/m2,从被引燃后火势不 断增大到充分燃烧这个阶段的热辐射通量约为50〜 70 kW/mz • Gratkowski等…]曾利用锥形量热仪研 究低热辐射通量下的胶合板燃烧特性.Yang等L】1] 讨论了木材在不同热辐射通量下的热解和点燃性, 提出利用Kung模型可以预测木材热解和点燃时 间.舒中俊等[1213]针对竹、木及复合地板的燃烧性 能,采用锥形量热仪选取了几种热辐射通量进行试 验研究,但仅对几种普通地板进行了对比分析.本文 通过锥形量热仪模拟实际火灾环境,对阻燃、未阻燃 胶合板的动态燃烧行为进行对比研究,以评价其在 火灾发生发展过程中的危险性,设定燃烧试验的热 辐射通量分别为25,50,75 kW/m2.

1材料和方法

1.1样品制备

选用华北地区杨木单板,在质量分数为10%的 木材阻燃剂FRW(东北林业大学中试产品,主要成 分为70%磷酸脒基脲和30%硼酸)溶液中室温常压 浸泡8h,沥干并置于鼓风干燥器中在70 t下进行 干燥,测得载药率约为10%.胶黏剂选择三聚氰胺 改性脲醛树脂,单面施胶•施胶最为140 g/mS单板 上下相邻层纹理方向互相垂直组坯,预压后置于热 压机中热压成型,热压压力为1.0 MPa,温度为150 制得阻燃胶合板.同时对于未进行阻燃处理的杨木 单板采用相同热压工艺制得普通杨木胶合板,厚度 均约为13 mm.

将上述附燃和未阳燃胶合板裁成尺寸为lOOtmiX 1001«11的样品,在(23士1) "C,相对湿度RH为(50士 2)%的W温恒M箱中调节至质ttW定(M隔6 h的2
次测量误差低于0.2%〉,用于CONE试验.

1.2燃烧试验测试方法

试验采用英国FTT标准型锥形最热仪(英格兰 西萨塞克斯郡东格林斯蒂德镇),按照现行国际标准 ISO 5660-1_2002《对火反应试验一热释放、烟产量 及质量损失率,第1部分:热释放速率(锥形量热仪 法)》进行.为避免样品受热后翘曲变形,在其上表面 置放特制的不锈钢丝网加以保护,除上表面以外的 所有面均用铝箔包裹,置于专用不锈钢固定支架内. 每个火灾暴露条件下测试3个试样,燃烧参数取平 均值.

2结果与讨论

本试验主要测试了热释放速率(heat release rate,HRR),180s 平均热释放速率(avHRR,8。,),质 量损失速率(mass loss rate,MLR),残余物质量分 数(Mass〉,有效燃烧热(effective heat combustion, EHO,产烟速率(smoke product rate’SPR),总产 烟量(total smoke product, TSP),—氧化碳产率 (yield of carbon monoxide, Yco)和 二氧化碳产率 (yield of carbon dioxide,Yco〗)等燃烧参数,测试结 果如表1及图1〜5所示.

2.1动态燃烧性能 2.1.1热释放速率

图1为不同热辐射通量下未陌燃、阻燃胶合板 的HRR曲线.由图1(a)可见,燃烧测试过程中,未 处理材主要产生2个热释放峰,这与成炭材料进行 CONE燃烧试验时一般形成2个或以上放热峰是一 致的.第丨个放热峰主要归因于着火初期木材 表层被迅速引燃而放热.随着表层的不断热解炭化, 形成的炭化层暂时起到阻隔辐射热源的作用,火势 变小,热释放速率减小,但随时间的延长,炭化层开 裂.露出下层未炭化板材,火势再度扩大而形成第2 个放热峰.在低热辐射通量(25 kW/m2)下,W测试刚 开始时火势较弱、温度较低,未阻燃胶合板不易被点 燃,其热释放速韦在较长时间内均保持较低水平;随 着热辐射通《的增加,未阻燃胶合板的热释放速率 增加,HRR最大值(pkHRR)增大明显,2个放热峰 出现的时间也提前(见表1),这表明板材的燃烧速 度加快.由團1(b)可见,阱燃胶合板的HRR曲线也 呈现2个放热峰,但放热峰的强度明S较未处理材 要低.提高热辐射通阻燃胶合板的HRR也随之 增加,佾增《较之于未阻燃胶合板要小许多.阻燃胶 合板虽然也在很短时间内被引然,但其火焰跳跃不 定,离开火源后会自动熄灭,热释放过程趋于均匀,
研究表明,材料被点燃后的3 mm对于早期火 灾预防和控制以及人员逃生十分关键U5].研究材料 燃烧初期的HRR对于衡量其在火灾早期的危险性 具有重要作用,并且利用CONE测试材料被点燃后 180 s内获得的平均热释放速率UvHRR1M,:>与大型 室内火灾试验具有很好的相关性"Sl7].由表1中未 阻燃、阻燃胶合板随热辐射通量变化的avHRR,8。, 值可以看出,即使在很低的辐射热流强度下,未阻燃 胶合板短时间内的HRR已经很大,相对阻燃胶合 板,其火灾初期的危险性已经很高.在热辐射通量为 75 kW/m2时,测试的环境温度已经达到约850 t:, 与实际火灾中火势猛烈蔓延时的烟气温度十分接 近,结合pkHRR可以判断,此时未阻燃胶合板将会 较阻燃胶合板更早达到轰燃,火势将很难得到有效 控制.而阻燃胶合板虽然也在短时间内被引燃,但其 HRR相对较小,达到轰燃所需的时间更长,可以为 人员逃生和消防扑救贏得时间,相对未阻燃胶合板 其安全性大幅提高.

出现以上现象的原因可解释为:阻燃胶合板经 热源辐照时,FRW在较低温度下逐渐催化胶合板木
材组分发生脱水、脱乙酰基及其他小分子有机化合 物、半纤维素热解等反应,释放可燃性挥发产物;而 在较高温度下FRW可发生催化纤维素、木质素产 生可燃物的热解反应以及不饱和产物间的聚合反 应.与热解反应相比,体系中的聚合反应可能占有相 对优势.因而阻燃处理使得可燃性挥发产物的生成 总量降低,表现为较未阻燃胶合板更低的热释放. FRW的主要活性成分为磷酸脒基睬(GUP)和硼 酸,其中GUP分解产物的质子酸催化作用效果显 著,而硼酸或其分解产物在较低温度下对聚搪(二元 醇结构)脱水反应产生Uwis酸催化作用,较高温度 下氧化硼起到了一定的物理覆盖作用⑴,二者由于 对木质材料的不同作用机理,产生较高的协同阻燃 效力.