定制家具板材阻燃检测关键技术研究现状与展望

期刊: 国际市场 DOI: PDF下载

陈冠军通讯作者,闫彬,孙经煜,张容榕,万观军

浙江省质量科学研究院,浙江杭州 310018

摘要

随着我国家具行业尤其是定制家具市场的快速发展,其广泛使用的木质人造板等可燃材料带来的住宅火灾风险日益凸显。然而,由于定制家具尚未纳入国家产品质量监督抽查名录,市场监管存在空白,亟需建立科学有效的燃烧性能测试与评估体系。本文系统综述了定制家具板材阻燃检测的关键技术体系,该体系覆盖了点燃性(如极限氧指数法、水平垂直燃烧试验)、火焰传播与热释放性(如锥形量热仪法、单体燃烧试验)、生烟性与烟气毒性等维度的检测方法,以及热分析、微观结构分析等用于探究阻燃机理的新兴辅助技术。进而,本文梳理了国内外关于板材燃烧性能的研究现状,指出当前研究主要集中在燃烧性能表征、新型阻燃剂开发及处理效果比较三个方面,但在烟气毒性综合评价、多种检测方法关联性及微观机理与宏观性能的系统整合方面仍存在不足。


关键词

定制家具;人造板;阻燃性能;燃烧测试;锥形量热仪;烟气毒性;火灾安全

正文


近年来,我国家具行业快速发展,定制家具市场规模持续扩大。然而,定制家具多采用木质人造板等可燃材料,在住宅火灾中易成为着火点,带来严重的生命财产损失。据统计,居民住宅火灾中家具起火占比较高,但由于定制家具尚未纳入国家产品质量监督抽查名录,市场监管存在空白,相关消费投诉也呈上升趋势。因此,开展定制家具板材阻燃检测关键技术研究,建立科学有效的燃烧性能测试与评估体系,对定量分析火灾风险、提升公共安全水平、保障消费者权益具有重要的社会与经济意义。

阻燃检测技术体系庞大,其评价维度覆盖材料在火灾中的多种行为,主要包括点燃性、火焰传播性、热释放性、生烟性及烟气毒性等检测方法。将这些方法应用于定制家具板材,可形成从基础筛选到深入机理研究的完整评估链条。

在点燃性检测技术层面,核心目标是评估材料被外部火源引燃的难易程度。极限氧指数法是最基础且广泛应用的方法之一,通过测定材料在氧氮混合气中维持有焰燃烧所需的最低氧气浓度(LOI)来评价其阻燃性能。LOI值越高,材料越难燃烧,例如LOI大于27%通常被认为具有阻燃性。该方法操作简便、重复性好,适用于阻燃板材的初步筛选和质量控制,但其自上而下的点燃方式与真实火灾差异较大,难以完全模拟实际火场条件。水平垂直燃烧试验则通过将试样水平或垂直放置,用标准火焰点燃特定时间,记录有焰/无焰燃烧时间及燃烧长度等参数,可直观反映材料对小火焰的抵抗能力。该方法遵循GB/T 2408、UL 94等标准,其分级结果(如V-0、V-1、V-2)为电器内部件及家具组件的阻燃等级评定提供了明确依据。

火焰传播与热释放性能是评估材料火灾危险性的关键指标。锥形量热仪法是当前燃烧性能评价的先进手段,其将试样置于预设辐射热流(通常为25–75 kW/m²)的锥形加热器下,利用电火花点燃热解释放的可燃气,基于氧消耗原理精确测量热释放速率等核心参数,如峰值热释放速率和平均热释放速率,这些参数直接决定火势强度与蔓延速度。此外,锥形量热仪还能同步获取质量损失速率、有效燃烧热、生烟速率及有毒气体生成率等多项数据,全面评估材料燃烧行为,因此在阻燃研究和高品质控制中具有重要价值。单体燃烧试验则面向工程应用,遵循EN 13823标准,模拟墙角火灾场景,通过将两个大型试样垂直相交放置并暴露于燃烧器火焰中,综合评价材料对火灾发展的贡献,包括总热释放量和火焰横向传播潜力。该方法是欧盟建筑制品燃烧性能分级(A2–F级)的强制依据,对进入欧洲市场的定制家具板材至关重要。

火灾中人员伤亡多由“浓烟”和“毒气”导致,因此生烟性与烟气毒性检测构成阻燃安全评价的另一关键支柱。烟密度测试通过光密度法等方法量化材料燃烧时烟雾对光线的遮蔽程度,以最大比光密度等参数进行评价。该测试对阻燃板材尤为重要,可识别某些阻燃剂(如部分卤系产品)在阻燃的同时大幅增加生烟量的负面效应,是环保型阻燃剂研发的重要指标。烟气毒性评价则更为复杂,既包括通过仪器分析燃烧气体中CO、HCN、卤化氢等有毒成分浓度,也可能结合生物试验进行综合毒性评估。当前趋势是结合化学分析法与毒性当量模型进行预测,推动低烟、低毒、环保型阻燃技术的发展。

除传统燃烧测试方法外,基于材料科学分析的新兴辅助技术为深入探究阻燃机理、优化配方与工艺提供了有力工具。热分析技术中,热重分析可追踪板材热分解过程中的质量变化,揭示热分解温度与成炭率,为凝聚相阻燃机理提供依据;差示扫描量热法则用于分析相变、固化等热行为;热重-红外联用技术可实时鉴定热解产物,关联气相阻燃机理。微观结构分析方面,扫描电子显微镜能直观展示阻燃处理前后材料表面形貌及残炭结构,结合能谱分析元素分布,验证阻燃剂作用效果。

国内外研究现状表明,学者们已对板材燃烧性能开展了广泛研究。国内方面,卢金汉等[1]对比了SBI、CONE和FP试验在评价阻燃刨花板燃烧性能中的异同,为完善评价体系提供参考。徐澜[2]利用锥形量热仪研究了不同热辐射下实木板的燃烧行为,发现密度越小越易点燃,高热辐射下火势增长指数显著增大,且欧松板与松木板产烟率较高。卢国建[3]通过锥形量热仪测试表明阻燃处理能显著降低材料热释放速率。胡云楚[4]研究了阻燃杨木碎料板的成炭机理。刘玲等[5]综合运用锥形量热仪和傅里叶红外烟气分析仪,系统评估了多种人造板的燃烧性能与火灾风险。

国外研究方面,Winandy等人借助锥形量热仪测定了阻燃定向刨花板的关键燃烧参数,并构建了火焰增长指数预测模型。Gao等人采用热分析技术探究了阻燃处理木材的热解过程,并对其反应动力学进行了深入分析。Lee等通过DSC发现阻燃改性可使木材吸热峰提前、燃烧热降低。Branca等比较了不同铵盐阻燃剂对木材热解行为的影响。Wang等人系统考察了氧气浓度、外部辐射强度等关键环境因素对火焰在烧焦固体表面蔓延特性的影响,开展了一系列受控实验。Nadir等及Ergun等则探讨了多种阻燃剂在木质复合材料中的应用效果与协效作用。

综上所述,现有研究主要集中在三个方面:一是采用不同表征方法评价板材燃烧性能,但对烟毒性因素的综合考量仍不充分;二是新型阻燃剂的开发;三是阻燃处理前后板材燃烧性能的比较。总体而言,当前研究在烟毒性综合评价、多种检测方法关联性以及从微观机理到宏观性能的系统整合方面仍有待深化,未来需进一步加强多维度、多尺度的一体化评估体系构建,以提升定制家具板材的火灾安全性评价水平。

参考文献:

[1]卢金汉,姜鹏,陈志林,李路明.基于3种评价方法的阻燃刨花板燃烧特性分析[J].林业工程学报,2020,5(05):28-34.DOI:10.13360/j.issn.2096-1359.201911023.

[2]徐澜.常见木质板材燃烧特性与火灾危险性评价研究[D].西安科技大学,2023.DOI:10.27397/d.cnki.gxaku.2023.001221.

[3]卢国建,刘松林,彭小芹.木材的燃烧性能研究—锥形量热计法[J].消防科学与技术,2005,24(4):414-418.

[4]胡云楚,周培疆,屈松生.木材阻燃的热动力学研究[J].木材工业,1996(01):14-17.DOI:10.19455/j.mcgy.1996.01.004.

[5]刘玲,刘义祥,邢政.基于锥形量热法的常见人造木质板材燃烧性能研究[J].今日消防,2022,7(02):1-4.

基金资助:浙江省市场监管局项目(编号:ZC2023033、ZC2023032、CY2023110),国家市场监管总局项目(编号:2023MK052)。

*通讯作者:陈冠军,工程师。


...


阅读全文