專用校車內飾材料煙密度試驗研究
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摘 要：汽車內飾材料的質量優劣將很大程度影響乘坐舒適性及駕乘人員安全，故設計既能提升汽車檔次增加汽車舒適性，又能確保安全的內飾材料，是汽車開發工程師極力解決的問題。特別是對于專用校車內飾材料的燃燒特性國家標準的強制性要求越來越嚴格，文章通過三種典型校車內飾材料的煙密度試驗，詳細論述了各種試驗工況對試驗結果影響，具有一定的參考意義。
關鍵詞：專用校車;煙密度;試驗分析
中圖分類號：U465 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）17-0063-02
Abstract： The quality of automobile interior decoration materials will greatly affect the ride comfort and the safety of passengers， so the design can not only improve the vehicle grade and increase the vehicle comfort， but also ensure the safety of interior decoration materials. It is a problem that automobile development engineers try to solve. In particular， the mandatory requirements of the national standard for the combustion characteristics of special school bus interior decoration materials are becoming more and more strict. Through the smoke density tests of three typical school bus interior decoration materials， the effects of various test conditions on the test results are discussed in detail.
Keywords： special school bus; smoke density; experimental analysis
專用校車是用于運送學生往返學校的重要交通工具。我國國務院安全生產辦公廳通過《道路交通安全“十二五”規劃》中強調指出，要建立健全校車安全管理法律法規體系和安全管理制度，加強校車監管，保障校車安全。內飾材料的質量優劣會直接影響到車輛的駕乘人員的安全性和舒適性，研發出既能提升汽車檔次增加汽車舒適性，又能確保足夠安全的內飾材料，是內飾產品工程師亟待解決的問題。隨著當前《校車安全管理條例》的正式實施以及相關強制性標準的正式發布，校車內飾煙密度試驗作為火災防控和人員安全的主要檢測項目，其測試結果必將受到社會各界的普遍關注。
煙密度檢測是指內飾材料在一定的試驗工況下所發出的煙氣中由于固體顆粒塵埃導致光反射使光通量的損失，檢測的煙密度數值大小對應著內飾材料燃燒生成的煙氣的多少。國家標準要求塑料類內飾材料必須煙密度等級≤75，并嚴格的規定了測試方法。煙密度測試時要求用276kPa壓力的丙烷氣體引燃試驗樣件，所生成煙氣應在規定的試驗箱內進行收集。試驗過程中每隔0.25min需要記錄光吸收率，試驗共進行4min，最終得到以光吸收率為縱軸時間為橫軸的試驗結果曲線。該結果曲線的最大值對應試驗的最大煙密度值，該結果曲線與坐標橫軸所圍面積值除以橫縱軸有效記錄點所處坐標圍成的整體面積再乘以100就是最終的煙密度等級，表征4min試驗過程中內飾材料的產煙總量。
國家質量監督檢驗總局、國家標準化管理委員會批準發布GB24407-2012《專用校車安全技術條件》，該標準于2012年5月1日正式實施。明確了幼兒園階段（3周歲以上）和九年義務教育期間所用校車的相關規定。在標準GB24407-2012中，除了對校車的型式、機械構造等方面進行了相關規定外，在第5.12.2和5.12.6兩條款同時明確了校車乘員艙內飾材料和電器系統的導線、保護套管等部件的阻燃要求。標準規定專用校車的內飾需要用阻燃材料制成，燃燒速度不得大于70mm/min，測試方法按照GB8410-2006進行。試驗項目除了內飾件的水平燃燒以外，還增加了內飾材料的點燃性能、產煙特性等相關規定。同時還對內飾材料的氧指數指標提出了明確要求，在指定的試驗工況下樣件在O2、N2混合氣體中可以維持火焰燃燒的最小氧濃度，以O2的體積百分數判斷，用來表明相應材料與火焰接觸發生燃燒的難易程度，氧指數數值越大表明材料越不容易燃燒，阻燃性能較好。標準規定了專用校車內飾材料的氧指數必須大于22%，對于紡織品以及塑料、橡膠等材料，要求按照GB/T5454-1997《紡織品燃燒性能試驗氧指數法》進行試驗。其他塑料材料，要按照GB/T2406.2-2009《塑料 用氧指數法測定燃燒行為 第2部分：室溫試驗》的規定執行。此外，對考核材料燃燒安全性的另一重要指標，煙密度等級也作了要求。材料在燃燒的過程中會產生大量的煙霧，不僅影響救援及逃生視線，而且很容易使人窒息死亡。煙密度等級的測試原理是在指定的試驗工況下測量試樣發出煙氣中固體顆粒對光反射而導致光通量的損失，通過煙的光強下降值判定煙密度等級，判定的等級越高表明材料燃燒產生的煙塵越多。標準GB24407-2012規定了塑料類內飾產品煙密度等級（SDR）必須小于75，測試過程按 GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》的要求進行。除了以上3個標準的規定以外，GB 24407-2012對電器類設備和導線也提出了環境溫度和濕度的耐受要求，必須能經受發動機艙內的同等溫濕度以及各類污染物造成的損壞。電器導線要滿足電壓負荷、導電良好、外表絕緣以及具有阻燃性能，波紋管必須滿足GB/T 2408-2008《塑料燃燒性能的測定水平法和垂直法》中要求的V-0級阻燃水平。 在煙密度試驗過程中，在滿足標準要求的情況下，主要有以下三點需要注意：
?。?）試驗過程中的氧氣消耗：設備長時間試驗后，煙箱底板容易被燃燒滴落的腐蝕性液體燒穿，這樣可能加大測試過程中氧氣的供應量，進而影響測試結果。所以在試樣金屬網正下方應設置防滴穿的鋼盤避免煙箱底板腐蝕。
?。?）試樣與文氏管出氣口的相對位置：出氣口位置和試驗用易燃混合氣體的壓力共同決定點燃試樣的狀態，進而影響煙密度測試結果;若可燃混合氣體的火焰中心偏離試樣中心，則將對煙密度測試結果產生較大影響。
?。?）測試時的煙箱周圍的風速：因為煙箱下部設計有換氣開口，在煙密度測試過程中，如果煙箱底部周圍的風速較大，會導致樣件燃燒產生的煙霧流速較大，進而影響煙密度測試結果。所以在檢測過程中，應盡量保證確保煙箱附近風速較小。
在校車內飾材料中，改性PP儀表板、無紡布座椅面料、XPS隔熱材料應用非常廣泛，下面對這三種材料的煙密度試驗過程和結果進行詳細的比對分析。
改性PP儀表板從試樣底部開始燃燒，試樣中間部分逐漸鼓起，火焰熄滅的時間較長，設備中的安全出口標識變朦朧的時間很快。無紡布座椅面料從開始點燃，邊緣逐漸卷曲，熔融炭化速度非常快，最后變成黑色的固體，火焰熄滅經歷的時間很長。和改性PP儀表板比較，安全出口標志變朦朧所需的時間更長。XPS隔熱材料受熱后會慢慢縮小，開始點燃后短時間內就可燒完，火焰熄滅需要的時間較短，所生成的白色固體附在底部的鐵絲網上，產煙量較小，試驗過程中未觀測到安全出口標志朦朧現象。
試驗結果分析：開始產煙時間隨著加水量增多，改性PP儀表板、無紡布座椅面料和XPS隔熱材料出現煙霧的時刻均滯后。隨著加水量增多，無紡布座椅面料、改性PP儀表板安全出口標志變朦朧的時刻也會滯后。XPS隔熱材料密度較小容易點燃，很短時間內就會燃燒完畢，產生煙氣逐漸較少，始終未觀察到安全出口標識朦朧的現象。改性PP儀表板隨著加水量的增加試驗測得的煙密度等級（SDR）和煙霧總量降低，但不加水同加2～3mL水浸泡過的試驗結果變化很小。改性PP儀表板是以纖維、塑料等材料為表層加工制成的內飾材料，聚氯乙烯在初始受熱時主要進行熱解反應，溫度達到100℃時就開始反應，溫度達到230～340℃時，會釋出HCL，產生苯環類有機物，此物質表現為黑色固體，故反應過程中會產生大量的黑色煙氣，溫度繼續升高苯環類有機物會通過完全燃燒產生CO2。持續一陣后，兩者逐漸趨于平穩，燃燒產生的煙塵基本保持不變。在經水浸泡一陣后，改性PP儀表板的點燃時間變晚，因為水對燃燒的阻礙，所以煙氣產生的速度比經水浸泡的試樣慢，但經過2～3mL水浸泡的試樣煙密度變化很小。經1mL水浸泡后，無紡布座椅面料試樣與不經水浸泡相比產生的煙塵總量以及煙密度等級（SDR）都增加，不過經2～3mL水浸泡試樣的產煙總量和煙密度等級（SDR）會降低。無紡布座椅面料的吸水表現明顯，初始燃燒產生的熱量被水分吸收蒸發，然后才會出現材料分解和燃燒現象，經水浸泡的試樣會發生不完全燃燒現象，所以經少量水浸泡的試樣產煙總量與煙密度等級（SDR）都會增加。經2～3mL水浸泡的試樣初始點燃時間延遲明顯，在4min時還未完全燃燒，所以其產煙量在4min時還處于顯著的增長階段，在4min內產煙總量與煙密度等級（SDR）比經少量水浸泡的試樣小。無紡布座椅面料主要由聚丙烯纖維構成，燃燒產物為CO與CO2，燃燒產生的煙塵相對于改性PP儀表板產生的苯類有機物中的固體粒子相對少，總產煙量也會較改性PP儀表板低。XPS隔熱材料經水浸泡后的產煙總量、煙密度等級（SDR）與干材料相比有顯著的減小，但由于XPS隔熱材料吸水現象主要發生在試樣表層，故不同體積樣品的燃燒產煙總量和煙密度等級（SDR）幾乎沒有變化。樣品中含水量變化主要影響初始產煙的時間、產煙總量和煙密度等級的大小三個試驗數據，樣品中含水量大，初始產煙的時間滯后。綜上，隨著含水量的增加，改性PP儀表板和XPS隔熱材料燃燒測試的產煙總量和煙密度等級變小，無紡布座椅面料的產煙總量和煙密度等級先變大后變小。
參考文獻：
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