高阻燃型金属复合板幕墙系统不同标准防火试验中的燃烧特性研究

廖剑波，祝华国，成佳，王小红*

（湖南科天新材料有限公司，湖南省塑料研究所有限公司*，长沙，410100）

摘要：本文针对高阻燃型金属复合防火板在BS8414、NFPA285以及GB/T29416三个大/中型幕墙系统防火试验中的燃烧特性进行了试验研究，以期为高层建筑防火幕墙材料选择应用提供参考。

关键词：高阻燃型金属复合板；建筑幕墙系统；防火性能试验

Research on the Combustion Characteristics of High Flame Retardant Metal Composite Panel Curtain Wall System in Fire Tests of Different Standards

Liao jianbo     Zhu huaguo    Chengjia     Wang xiaohong

(Hunan KEOCT Materials Co.,Ltd, Hunan Plastics Research Institute Co., Ltd. Changsha ,Hunan ,410100)

Abstract :This paper conducts an experimental research on the combustion characteristics of high-flame retardant metal composite fire-retardant panels in the fire-proof test of three large/medium-scale curtain wall systems of BS8414, NFPA285 and GB/T29416, in order to provide a reference for the selection and application of fire-resistant curtain wall materials for high-rise buildings.

Keywords :high-flame retardant metal composite fire-retardant panel ;Building curtain wall system; Fire performance test

前 言

2021年11月9日,应急管理部消防救援局公布了今年1至10月全国火灾形势报告。今年前10个月火灾中，超过7成的亡人火灾发生在居住场所，人员密集场所发生较大火灾15起，占到总数的22.1%，饭店、商场、电影院等人员密集场所更容易发生群死群伤的重大火灾，因此，高效阻燃材料上岗迫在眉睫。

以往，阻燃往往只是要求材料不易被小火源引燃，而现在不仅是要求材料不易被小火源引燃，而且还要求材料或组件要有尽可能低的热释放速率，同时要求产烟量小、烟气毒性低。火灾发生时，不同材料通常发生不同程度的燃烧，同时影响材料燃烧的因素又多种多样，如点火源位置、火源强度、通风情况、材料的形状等，在这样一个复杂的系统中，很难准确而又客观地测定材料燃烧性能的所有参数。在这种情况下，大/中型幕墙系统防火试验方法应运而生，最具代表性的幕墙系统防火试验有美标NFPA285和英标BS8414及国标GB/T29416。我们采用科天高阻燃型聚乙烯为芯材，采用连续挤出热复合工艺制备高阻燃型金属复合板，保温材料采用岩棉，对以上三种幕墙系统防火试验进行了研究。

1、实验材料选用

我们采用科天高阻燃防火聚乙烯为芯材、双面0.5mm厚金属板、0.05mm厚高分子粘结膜，采用两辊连续热复合生产工艺制备4.0mm厚的高阻燃型金属复合板，保温材料均为岩棉并设置相应防火隔断，分别按以上三种系统防火试验标准进行安装试验，所采用的高阻燃型金属复合板主要性能指标见表1。

表1  高阻燃型金属复合板主要性能指标

序号	项目	单位	检验依据	检验结果
1	密 度（芯材）	g/cm3	GB/T3033-2008	1.70±0.05
2	热 值（芯材）	MJ/kg	GB/T34402	9.3±0.02
3	面密度	Kg/m2	GB/T27748-2016	7.9±0.03
4	弯曲强度	MPa		126
5	弯曲弹性模量	MPa		3.6x104
6	贯穿阻力	KN		9.0
7	剪切强度	MPa		32.0
8	滚筒 剥离强度	N.mm/mm	GB/T2447	平均值：166 最小值：143

2、NFPA285中等比例多层结构防火系统试验

2.1采用科天高阻燃防火聚乙烯为芯材生产的HFR-ACP  NFPA285实验前后对比图1：

实验前   before the test	实验中   during the test	实验后 after the test

图1 实验过程图片

2.2 NFPA285试验结果

采用上述高阻燃型金属复合板在NFPA285中等比例多层结构防火系统中的试验结果如下表2：

表2   NFPA285试验结果

序号	参数	技术指标	实验结果
1	起火窗沿以上两个房间是否着火情况	否	否
2	起火窗沿以上2.5 m和5 m处的温度是否超过537.7 ℃ 。	＜537.7℃	462.3℃
3	火焰纵、横向蔓延长度/m	＜纵、横向极限	＜纵、横向极限
4	是否造成外墙面的大面积燃烧？	否	否

2.3实验分析

根据NFPA 285实验可知，外部防火金属复合板上的火焰处于设定的限制之内；火焰没有蔓延至核心部件或渗入2楼房间；热电偶没有超过最大限值。采用无卤高阻燃聚乙烯芯材制作的金属复合板，经过40 min的点火燃烧试验，火焰没有从窗口处沿着金属复合板大面积蔓延，只燃烧掉了一小部分，阻燃效果良好。

3、外墙外保温系统的防火性能试验BS 8414-1:2015A+2017

3.1 BS 8414-1:2015A+2017实验过程对比

实验过程中，分别取3分钟后，8分钟后及13分钟后试验现象拍照对比，见图2

点火3分钟后	点火8分钟后	点火13分钟后

图2  实验过程照片

3.2温度曲线的峰值

3.2.1温度曲线峰值，如表3所示

参   数	结   果
开始温度	26.2°C
开始时间	点火2分52秒后
水平基准线2外部峰值温度/时间	517.3°C（点火16分35秒后）
水平基准线2内部空腔峰值温度/时间	171.6°C（点火17分50秒后）

表3  温度曲线峰值

3.3测试结果

This实验按照BS8414-1:2015+A1:2017进行，测试时间为60分钟。测试结果如下表4所示：

表4   BS8414-1实验结果

标   准	结     果
	测试时间（分钟）	结  论
外部火势蔓延	≥15分钟	通过
内部火势蔓延（中腔深度）	≥15分钟	通过
内部火势蔓延（分隔系统的中深度）	≥15分钟	通过
可见火焰： 在整个60分钟的测试期间内要求没有可见的火焰，超过垂直或横向限制。可见火焰定义为连续火焰，持续时间超过60秒（即不间断或不发光）。	60分钟	通过
机械性能： 在整个60分钟的测试期间内，要求系统或部件不崩溃（长度至少为500毫米，重量为200克），是否在指定的塌陷区之外的测试设施的地板上起火或未起火。	60分钟	通过
燃烧滴落物：整个60分钟的测试期间内，在指定地点之外的测试设施的塌陷区要求没有燃烧的滴落物	60分钟	通过
注1：塌陷区定义为2.4m x 1.2m，位于燃烧室开口中心线的中央（与燃烧室表面平行的长度为2.4m）。

4.GB/T29416-2012《建筑外墙外保温系统防火性能试验》

4.1GB/T29416-2012试验概述

GB/T29416-2012引用了BS8414-1:2002“建筑幕墙系统的耐火性能第1部分：适用于建筑表面非承重幕墙系统的试验方法”。基于建筑火灾的发展，它主要模拟建筑房间发生火灾后，窗户发出的火焰和热烟沿墙壁向上蔓延，对建筑幕墙的外保温系统产生热效应，导致外部隔热材料进一步分解和燃烧，火焰向上蔓延，如图3所示。

4.2测试结果

GB/T29416-2012建筑外墙外保温系统中高阻燃耐火金属复合板的耐火试验结果如表5所示：

表5 GB/T29416-2012试验结果

序号	试验参数	技术指标	实验结果
1	持续可见火焰	在整个试验期间内，试样出现燃烧，且持续可见火焰在垂直方向上高度小于9m，或在水平方向上，自主墙与副墙夹角外沿主墙小于2.6m或沿副墙小于1.5m。	小于规定值
2	外部火焰蔓延	水平基准线2外部热电偶温度小于初始温度600℃，持续时间小于30S	536℃
3	内部火焰蔓延	水平基准线2内部热电偶温度小于初始温度500℃，持续时间小于30S	469℃
4	垮塌区域火焰蔓延	掉落物超出垮塌区域或在垮塌区域内持续燃烧小于3min。	未超出，持续燃烧小于3min
5	阴燃	垂直方向：不超出水平基准线2 水平方向：水平基准线1和2之间不超出副墙外边界	未超出
6	系统稳定性	垮塌物不超出垮塌区域	未超出

5.实验结论

5.1防火金属复合板由无卤高阻燃聚乙烯芯材制成，根据NFPA285测试，经过40分钟的点火和燃烧后，火焰没有从窗户沿防火金属复合板材广泛蔓延，只有一小部分被燃烧，阻燃效果良好。

5.2使用高阻燃金属复合防火板的幕墙外覆系统应按照英国标准BS8414第1:2015+A1:2017部分“建筑外覆系统防火性能试验方法”进行测试。水平参考线2外测得的最高温度为517.3℃，内测得的最高温为171.6℃；在这个实验中，可以看出火焰、机械性能和坍塌区域

外的燃烧液滴都符合规定的要求。

5.3高阻燃耐火金属复合板采用GB/T29416-2012年建筑外墙外保温系统防火测试，相关指标符合测试要求。

5.4GB/T29416-2012《建筑外墙外保温系统防火性能试验方法》和BS 8414-1:2015A+2017《建筑外墙保温系统防火特性试验方法》相似但不等同，上述三种试验方法都有相似之处。

5.5.通过上述实验，可以得出结论，幕墙外覆层系统的测试与幕墙装饰材料和空腔保温材料的耐火性能和安装方法密切相关，三者缺一不可；使用科天高阻燃聚乙烯芯材生产的耐火金属复合板可以通过上述三种测试方法进行测试。

参考

[1] 王小红，廖剑波，祝华国，等.在线挤出防火金属复合板及其无卤高阻燃芯材的最新研究进展及市场应用[J].中国建材科技，2018（11）：76-79.

[2] 王小红，赵成刚.阻燃型铝塑复合板的防火安全性试验与材料应用研究[J].塑料工业，2012（1）：55-60.