专用校车内饰材料烟密度试验研究

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　　摘  要：汽车内饰材料的质量优劣将很大程度影响乘坐舒适性及驾乘人员安全，故设计既能提升汽车档次增加汽车舒适性，又能确保安全的内饰材料，是汽车开发工程师极力解决的问题。特别是对于专用校车内饰材料的燃烧特性国家标准的强制性要求越来越严格，文章通过三种典型校车内饰材料的烟密度试验，详细论述了各种试验工况对试验结果影响，具有一定的参考意义。
　　关键词：专用校车;烟密度;试验分析
　　中图分类号：U465         文献标志码：A         文章编号：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
　　专用校车是用于运送学生往返学校的重要交通工具。我国国务院安全生产办公厅通过《道路交通安全“十二五”规划》中强调指出，要建立健全校车安全管理法律法规体系和安全管理制度，加强校车监管，保障校车安全。内饰材料的质量优劣会直接影响到车辆的驾乘人员的安全性和舒适性，研发出既能提升汽车档次增加汽车舒适性，又能确保足够安全的内饰材料，是内饰产品工程师亟待解决的问题。随着当前《校车安全管理条例》的正式实施以及相关强制性标准的正式发布，校车内饰烟密度试验作为火灾防控和人员安全的主要检测项目，其测试结果必将受到社会各界的普遍关注。
　　烟密度检测是指内饰材料在一定的试验工况下所发出的烟气中由于固体颗粒尘埃导致光反射使光通量的损失，检测的烟密度数值大小对应着内饰材料燃烧生成的烟气的多少。国家标准要求塑料类内饰材料必须烟密度等级≤75，并严格的规定了测试方法。烟密度测试时要求用276kPa压力的丙烷气体引燃试验样件，所生成烟气应在规定的试验箱内进行收集。试验过程中每隔0.25min需要记录光吸收率，试验共进行4min，最终得到以光吸收率为纵轴时间为横轴的试验结果曲线。该结果曲线的最大值对应试验的最大烟密度值，该结果曲线与坐标横轴所围面积值除以横纵轴有效记录点所处坐标围成的整体面积再乘以100就是最终的烟密度等级，表征4min试验过程中内饰材料的产烟总量。
　　国家质量监督检验总局、国家标准化管理委员会批准发布GB24407-2012《专用校车安全技术条件》，该标准于2012年5月1日正式实施。明确了幼儿园阶段（3周岁以上）和九年义务教育期间所用校车的相关规定。在标准GB24407-2012中，除了对校车的型式、机械构造等方面进行了相关规定外，在第5.12.2和5.12.6两条款同时明确了校车乘员舱内饰材料和电器系统的导线、保护套管等部件的阻燃要求。标准规定专用校车的内饰需要用阻燃材料制成，燃烧速度不得大于70mm/min，测试方法按照GB8410-2006进行。试验项目除了内饰件的水平燃烧以外，还增加了内饰材料的点燃性能、产烟特性等相关规定。同时还对内饰材料的氧指数指标提出了明确要求，在指定的试验工况下样件在O2、N2混合气体中可以维持火焰燃烧的最小氧浓度，以O2的体积百分数判断，用来表明相应材料与火焰接触发生燃烧的难易程度，氧指数数值越大表明材料越不容易燃烧，阻燃性能较好。标准规定了专用校车内饰材料的氧指数必须大于22%，对于纺织品以及塑料、橡胶等材料，要求按照GB/T5454-1997《纺织品燃烧性能试验氧指数法》进行试验。其他塑料材料，要按照GB/T2406.2-2009《塑料 用氧指数法测定燃烧行为 第2部分：室温试验》的规定执行。此外，对考核材料燃烧安全性的另一重要指标，烟密度等级也作了要求。材料在燃烧的过程中会产生大量的烟雾，不仅影响救援及逃生视线，而且很容易使人窒息死亡。烟密度等级的测试原理是在指定的试验工况下测量试样发出烟气中固体颗粒对光反射而导致光通量的损失，通过烟的光强下降值判定烟密度等级，判定的等级越高表明材料燃烧产生的烟尘越多。标准GB24407-2012规定了塑料类内饰产品烟密度等级（SDR）必须小于75，测试过程按 GB/T8627-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》的要求進行。除了以上3个标准的规定以外，GB 24407-2012对电器类设备和导线也提出了环境温度和湿度的耐受要求，必须能经受发动机舱内的同等温湿度以及各类污染物造成的损坏。电器导线要满足电压负荷、导电良好、外表绝缘以及具有阻燃性能，波纹管必须满足GB/T 2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》中要求的V-0级阻燃水平。 　　在烟密度试验过程中，在满足标准要求的情况下，主要有以下三点需要注意：
　　（1）试验过程中的氧气消耗：设备长时间试验后，烟箱底板容易被燃烧滴落的腐蚀性液体烧穿，这样可能加大测试过程中氧气的供应量，进而影响测试结果。所以在试样金属网正下方应设置防滴穿的钢盘避免烟箱底板腐蚀。
　　（2）试样与文氏管出气口的相对位置：出气口位置和试验用易燃混合气体的压力共同决定点燃试样的状态，进而影响烟密度测试结果;若可燃混合气体的火焰中心偏离试样中心，则将对烟密度测试结果产生较大影响。
　　（3）测试时的烟箱周围的风速：因为烟箱下部设计有换气开口，在烟密度测试过程中，如果烟箱底部周围的风速较大，会导致样件燃烧产生的烟雾流速较大，进而影响烟密度测试结果。所以在检测过程中，应尽量保证确保烟箱附近风速较小。
　　在校车内饰材料中，改性PP仪表板、无纺布座椅面料、XPS隔热材料应用非常广泛，下面对这三种材料的烟密度试验过程和结果进行详细的比对分析。
　　改性PP仪表板从试样底部开始燃烧，试样中间部分逐渐鼓起，火焰熄灭的时间较长，设备中的安全出口标识变朦胧的时间很快。无纺布座椅面料从开始点燃，边缘逐渐卷曲，熔融炭化速度非常快，最后变成黑色的固体，火焰熄灭经历的时间很长。和改性PP仪表板比较，安全出口标志变朦胧所需的时间更长。XPS隔热材料受热后会慢慢缩小，开始点燃后短时间内就可烧完，火焰熄灭需要的时间较短，所生成的白色固体附在底部的铁丝网上，产烟量较小，试验过程中未观测到安全出口标志朦胧现象。
　　试验结果分析：开始产烟时间随着加水量增多，改性PP仪表板、无纺布座椅面料和XPS隔热材料出现烟雾的时刻均滞后。随着加水量增多，无纺布座椅面料、改性PP仪表板安全出口标志变朦胧的时刻也会滞后。XPS隔热材料密度较小容易点燃，很短时间内就会燃烧完毕，产生烟气逐渐较少，始终未观察到安全出口标识朦胧的现象。改性PP仪表板随着加水量的增加试验测得的烟密度等级（SDR）和烟雾总量降低，但不加水同加2～3mL水浸泡过的试验结果变化很小。改性PP仪表板是以纤维、塑料等材料为表层加工制成的内饰材料，聚氯乙烯在初始受热时主要进行热解反应，温度达到100℃时就开始反应，温度达到230～340℃时，会释出HCL，产生苯环类有机物，此物质表现为黑色固体，故反应过程中会产生大量的黑色烟气，温度继续升高苯环类有机物会通过完全燃烧产生CO2。持续一阵后，两者逐渐趋于平稳，燃烧产生的烟尘基本保持不变。在经水浸泡一阵后，改性PP仪表板的点燃时间变晚，因为水对燃烧的阻碍，所以烟气产生的速度比经水浸泡的试样慢，但经过2～3mL水浸泡的试样烟密度变化很小。经1mL水浸泡后，无纺布座椅面料试样与不经水浸泡相比产生的烟尘总量以及烟密度等级（SDR）都增加，不过经2～3mL水浸泡试样的产烟总量和烟密度等级（SDR）会降低。无纺布座椅面料的吸水表现明显，初始燃烧产生的热量被水分吸收蒸发，然后才会出现材料分解和燃烧现象，经水浸泡的试样会发生不完全燃烧现象，所以经少量水浸泡的试样产烟总量与烟密度等级（SDR）都会增加。经2～3mL水浸泡的试样初始点燃时间延迟明显，在4min时还未完全燃烧，所以其产烟量在4min时还处于显著的增长阶段，在4min内产烟总量与烟密度等级（SDR）比经少量水浸泡的试样小。无纺布座椅面料主要由聚丙烯纤维构成，燃烧产物为CO与CO2，燃烧产生的烟尘相对于改性PP仪表板产生的苯类有机物中的固体粒子相对少，总产烟量也会较改性PP仪表板低。XPS隔热材料经水浸泡后的产烟总量、烟密度等级（SDR）与干材料相比有显著的减小，但由于XPS隔热材料吸水现象主要发生在试样表层，故不同体积样品的燃烧产烟总量和烟密度等级（SDR）几乎没有变化。样品中含水量变化主要影响初始产烟的时间、产烟总量和烟密度等级的大小三个试验数据，样品中含水量大，初始产烟的时间滞后。综上，随着含水量的增加，改性PP仪表板和XPS隔热材料燃烧测试的产烟总量和烟密度等级变小，无纺布座椅面料的产烟总量和烟密度等级先变大后变小。
　　参考文献：
　　[1]全国汽车标准化技术委员会.GB8410-2006.汽车内饰材料的燃烧特性[S].
　　[2]GB 24407-2012.专用校车安全技术条件[S].北京：中国标准出版社，2012.
　　[3]GB/T 8627-2007.建筑材料燃燒或分解的烟密度试验方法[S].北京：中国标准出版社，2007.
　　[4]陈伯辉.典型内装修材料烟密度的实验研究[J].福建工程学院学报，2011，9（6）：531-534.
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