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SBI 单体燃烧试验装置和锥形量热仪用于建筑制品材料的测试

发布时间：2025-04-24 浏览次数：75 来源：半岛官方

随着城市建设脚步的不断推进，我国建筑迅猛发展，不断趋于现代化、大型化以及多功能化发展方向。

然而，在这快速发展的背后，一系列火灾风险也逐渐暴露出来。经分析发现，这些火灾风险的主要原因，很大程度上是建筑施工过程中使用了大量存在严重火灾隐患的易燃有机材料。

从建筑材料的选择和使用这一源头出发，消除建筑物中的火灾安全隐患已然转变成我国当前亟待解决的一大问题 [1] 。

因此，对于建筑材料的燃烧的研究，加大对建筑材料的阻燃测试及检验，准确地检测建筑材料的燃烧等级变得十分重要。

建筑材料燃烧性能分级检测设备主要有：单体燃烧实验设备（简称 SBI 试验装置）、铺地材料热辐射板测试仪、建材可燃性检测仪、建筑材料燃烧热值试验仪、建筑材料不燃性检测仪、氧指数检测仪、UL 94垂直燃烧测试仪、锥形量热仪等。

其中，SBI是一种大型实验装置，该设备所测得参数值是材料等级分级的核心部分[2]。

国内外众多学者利用SBI单体燃烧试验装置对建筑制品材料进行阻燃研究。

如 S´everine Bellaye 等人，在法国的实验室中搭建了小型模拟SBI单体燃烧装置，对用于建材木板的防火凝胶进行研究测试，发表了《Transparent fire protective sol-gel coating for wood panels》等文章。

英国阿尔斯特大学 Zhang 等人发表的《Experimental and numerical study of burning behaviors of flaxboard with intumescent coating and nanoparticles in the cone calorimeter and single burning item tests》中，使用锥形量热仪和SBI单体试验装置研究了膨胀涂层和纳米粒子对建筑板材的燃烧行为的影响。

国内2013年发表的《建筑材料单体燃烧实验设备的构成及使用》、2019年发表的《基于单体燃烧试验的木饰面板燃烧性能分析》等。

2024年，北京建材院、北京雅达润邦建筑材料和北京科技大学联合发表了一篇名为《一种无机复合聚苯板的制备与燃烧性能研究》的文章，文章中使用了FTT的多个阻燃设备对无机复合聚苯板进行了研究, 探究了自制阻燃浆液对EPS泡沫板的阻燃性能。

实验内容

该研究自制了含有阻燃浆液的无机复合聚苯板，即将 EPS 泡沫板基材置于孔隙均匀分布的负压状态下，在顺孔后的 EPS 泡沫板表面均匀涂敷自制的混合阻燃浆料，重复刮除多余浆液，使阻燃浆料填满 EPS 泡沫珠之间的孔隙；后室温下自然通风静置养护干燥，得到试验样品 EPSC 。

研究按照GB/T 2406.2-2012、GB/T 16172-2007、GB/T 20284-2006等标准，使用FTT的氧指数仪、锥形量热仪以及SBI单体燃烧装置对样品进行测试。

获得了临界氧指数 (LOI) 、点燃时间 (TTI) 、热释放速率 (HRR) 、总热释放 (THR) 、产烟速率 (SPR) 、总产烟量 (TSP) 及燃烧增长速率指数火焰蔓延等参数。

实验结果

氧指数：

EPSC 材料的氧指数为 39.7%，相较于 EPS 的18.3%，提高了116.9%，阻燃性能显著提高。

引燃及热释放特性：

材料在不同辐射照度下的引燃时间如图1所示。2个样品的引燃时间随辐射照度的增加而缩短。由于 EPS 样品辐射加热后收缩熔融，导致样品表面与加热锥之间的距离变大，辐射照度为 25kW/㎡时无法引燃；而辐射照度为 35 kW/㎡时，由于 EPS 的收缩熔融现象，使得其引燃时间相比 EPSC 推迟了88 s；辐射照度继续增大到 50 kW/㎡时，EPS 的引燃时间大幅缩短，比 EPSC 仅多 6 s

图1锥形量热仪测试中 EPS、EPSC 不同辐射照度的引燃时间

EPS 和 EPSC 在不同辐射照度下的热释放速率（HRR）和总释放热（THR）曲线如图 2～图3 所示。可以看出，相同辐射照度下 EPSC 的热释放速率峰值（PHRR）与 THR 显著低于 EPS 泡沫基材。

(a) 25 kW/㎡ (b) 35 kW/㎡ (c) 50 kW/㎡

图2 锥形量热仪测试中 EPS 与 EPSC 在不同辐射照度下的 HRR 曲线

(a) 25 kW/㎡ (b) 35 kW/㎡ (c) 50 kW/㎡

图 3 锥形量热仪测试中 EPS 与 EPSC 在不同辐射照度下的 THR 曲线

表1显示了 3种样品在不同辐射照度下的锥形量热仪测试数据，包括 PHRR、到达 PHRR 的时间（tp）和 THR。

表1 EPS 与 EPSC 在不同辐射照度下的测试数据

可以得出，辐射照度为 35 kW/㎡时，EPSC 的 PHRR 和 THR 相对 EPS 分别下降了 80% 和 56%；辐射照度为50 kW/㎡时，EPSC 的 PHRR 和 THR 相对 EPS 分别下降了79%和44%；这表明，相较于纯 EPS 泡沫板材，EPSC 材料的阻燃性能得到了很大的提升。

产烟特性：

两种材料在不同辐射照度下的产烟速率（SPR）和总产烟量（TSP）曲线如图 4、图 5 所示。

(a) 25 kW/㎡ (b) 35 kW/㎡ (c) 50 kW/㎡

图4 锥形量热仪测试中 EPS 与 EPSC 在不同辐射照度下的 SPR 曲线

(a) 25 kW/㎡ (b) 35 kW/㎡ (c) 50 kW/㎡

图5 锥形量热仪测试中EPS与EPSC 在不同辐射照度下的 TSP 曲线

可以看出，在相同的辐射照度下，EPSC 的产烟速率峰值（PSPR）和 TSP 明显小于 EPS 泡沫基材; 随着辐射照度的增加，两种材料的 PSPR 和 TSP 均有所增大。由表1可知，辐射照度为35 kW/㎡时，EPSC 的 PSPR 和 TSP 相对 EPS 分别下降了 94% 和 90%；辐射照度为 50kW/㎡时，EPSC 的 PSPR 和 TSP 相对 EPS 分别下降了97% 和 89%；这表明 EPSC 材料的抑烟性能明显优于 EPS 泡沫。

火蔓延特性：

通过单体燃烧装置测试了 EPSC 样品在中尺寸壁面安装条件下的燃烧性能和火蔓延特性，EPSC 样品测试前后的照片如图6所示。可以看出，在单体燃烧试验中 EPSC 未被火源引燃，只有墙角部位的样品表面被主燃烧器的火焰熏黑，并且试验期间未发生火焰横向蔓延到长翼边缘的现象。

(a) 测试前 (b) 测试后

图6 EPSC 试样单体燃烧测试

热释放特性：

图7(a)～(c)分别为主燃烧器开启到试验结束 EPSC 的 HRR、每 30 s 的平均热释放速率（HRRav）和 THR 曲线。

由图 7(a)、(b)可以看出，在受火时间内（300 s≤ t ≤1500 s）EPSC 的 HRR 和 HRRav 曲线变化趋势较平稳且低于3.0 kW；由图7 (c) 可以看出，在受火时间内，EPSC 的热释放总量仅为 1.6 MJ。

由图7(b) 可知，试验期间 EPSC 的 HRRav 值不超过3.0 kW，根据 GB/T 20284-2006 附录第 A.5.3 条款可确定 EPSC 的 FIGRA0.2 MJ 值为 0。

(a) SBI热释放速率 (b) SBI每30s内平均热释放速率 (c) SBI热释放总量

图7 EPSC 试样单体燃烧试验的 HRR、HRRav和 THR 曲线

由表2可以看出，EPSC 的 FIGRA0.2 MJ 为 0 W/s，THR600 s 为 0.7 MJ。根据 GB 8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》，可判断 EPSC 保温材料的燃烧性能等级达到 A2 级，属于不燃材料。

表2 EPSC 单体燃烧测试数据

产烟特性：

图8为 EPSC 样品在单体燃烧测试过程中 60 s 内的平均产烟速率 SPRav (60s)和 TSP 曲线。由图8（a）可以看出，EPSC 的 SPRav（60 s）曲线在受火过程中，始终处于无序波动状态，并且峰值低于 0.4 ㎡/s。由图8 (b)可以得出，EPSC 的总产烟量约为120 ㎡。