舱室绝缘材料燃烧性能的三大参数

14.2.2　舱室绝缘材料燃烧性能的三大参数

舱室绝缘材料燃烧性能的三大参数是指极限氧指数、烟密度和燃烧毒性。

14.2.2.1　极限氧指数（Limited Oxygen Index）和UL94标准

极限氧指数（LOI）是用来评判船舶舱室绝缘材料阻燃性能的重要参数之一。极限氧指数定义为材料燃烧3min或50mm所需的最低氧气浓度。测试所用气体是外部控制的氮气和氧气的混合物，试样由引火火焰点燃。在测试过程中，氧气浓度逐渐降低，直至试样不能维持燃烧。氧指数也可以用样品在氮、氧混合气体中保持烛状燃烧所需氧气的最小体积百分数来表示。当样品氧指数高于空气中氧气的体积浓度21%时，空气中的氧无法满足样品燃烧所需的最低氧含量，造成样品在空气中无法燃烧。氧指数越高表示材料燃烧时所需的氧浓度越高，越不容易燃烧，反之材料就越容易燃烧。以空气中氧气所占的体积百分比21%为界，根据材料氧指数的大小通常将材料分为易燃材料（LOI＜20%）、可燃（LOI＝21%～26%）、难燃（LOI＝27%～34%）和不燃（LOI＞35%）四个等级。因此，通过材料氧指数（也称极限氧指数）的测定，可以评判材料燃烧的难易程度。材料极限氧指数是材料燃烧所需的最低的极限氧指数或极限氧浓度，可用来比较材料的相对可燃或阻燃性。但是，极限氧指数只用作评定产品或材料在实验室条件下高温和火焰反应过程中的性能评价，而不能用作评估在实际使用条件下遭受火灾危险性的依据。

与氧指数相关的美国阻燃材料UL标准，是美国国家安全监测实验室（Underwriter Laboratories Inc.）的英文简写。UL标准几乎涉及所有种类的产品，它是检验产品的基础。UL出版了500多种标准，其中70%被美国国家标准协会（ANSI）采纳为美国国家标准。它是国际上最具权威的、独立的、非盈利的产品安全试验和鉴定机构。它采用科学的测试方法来研究确定各种材料、装置、产品、设备、建筑等对生命、财产有无危害和危害的程度。UL标准通常用得最多的是UL94V－0、UL94V－1、UL94V－2、UL94V－5四种垂直燃烧试验及材料阻燃评定方法。

（1）UL94V－0：火焰移开试样后，垂直试样在10s内停止燃烧，快速自熄，不产生引燃熔滴（燃烧着的熔体滴落在距测试样品1ft下面的棉花垫上﹐不能引燃棉花）。

（2）UL94V－1：与UL94V－0类似，材料的自熄时间稍长，火焰移开试样后，垂直试样延长至30s内停止燃烧，自熄，不产生引燃熔滴。

（3）UL94V－2：与UL94V－1相同，不同的是它允许燃烧着的熔滴将1ft下面的棉花点燃。

（4）UL94V－5：该试验方法最为严格，它涉及塑料制品实际在火焰里的寿命。实验要求火焰长度为5 in，对测试样品施加五次燃烧，其间不允许有熔滴滴落，不允许测试样品有明显的扭曲，也不能产生任何被烧出来的洞。

UL94标准中的垂直燃烧试验根据样品燃烧时间、熔滴及其是否引燃脱脂棉等试验结果，确定材料的阻燃级别。在V－0，V－1，V－2和V－5四个阻燃级别中，V－2级为最低阻燃级，V－5级为最高阻燃级。与材料的氧指数比较，材料UL94V－0的燃烧等级相当于LOI氧指数35%以上的难燃或不燃材料燃烧等级。

UL94标准的一个显著优点是不需要很多投资，适用领域广，过去30年美国火灾统计证明，该标准效果良好，得到国际上许多国家相关企业的重视和采用。

14.2.2.2　烟密度等级和最大烟密度

聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯泡沫等有机高分子绝热保温材料有别于传统无机绝热保温材料的最大特点是易燃、火焰蔓延和传播速度快以及在燃烧过程中释放出大量有毒有害气体和烟雾，而这些烟雾在短时间内可致人窒息死亡。因此，在当前阻燃技术中“抑烟”和“阻燃”具有同等重要地位。

1）烟密度等级（Smoke Density Rate）

材料烟密度等级（SDR）是通过测定试样燃烧过程中垂直通过试验箱上部光学窗口（光检测器）的一束平行光的光密度变化来确定，光密度变化值由计算机进行连续记录，最大光密度被定义为材料的烟密度等级（SDR）。根据我国建材燃烧性能的评定和分级标准GB 8624－1997规定，分为A级不燃材料和B1级难燃材料。其中A级不燃材料的烟密度等级（SDR）≤15；B1级难燃材料烟密度等级（SDR）≤75。

根据试验结果，通过式（14.1－1）计算获得烟密度等级（SDR）：

式中：D_m——最大光密度或烟密度等级

　　　V——试验箱容积/cm³；

　　　L——试验箱中平行光束的长度/cm；

　　　A——试样的试验面积/cm²；

　　　T_m——最小透光率值或20min透光率值；

　　　F——滤光片光密度值。

2）最大烟密度（Maximum Smoke Density）

在线性坐标纸上根据每隔15s测得的三次平行试验所得的烟密度平均值，作与试验时间相关的积分曲线图。曲线下所围成的面积表示试验材料的总产烟量，曲线最高点所对应的烟密度值即为试验材料的最大烟密度（MSD）。

试验过程中材料的最大烟密度（MSD）通常用来表征或比较不同绝缘材料燃烧或热分解时的发烟特性。最大烟密度是舱室绝缘材料要控制的另一个重要性能指标。表14.2－5列出的是船用舱室常用有机绝热保温材料的最大烟密度，其中，酚醛泡沫的烟密度最小，仅为5，而PVC（聚氯乙烯）泡沫的烟密度最大，燃烧时的烟密度高达384。

表14.2－5　舱室常用有机绝热保温材料的最大烟密度比较

14.2.2.3　燃烧毒性

绝大多数有机高分子绝缘材料在高温燃烧过程中会释放有毒有害气体，这将严重危及船上人员的生命安全。因此，船舶尤其是舰船舱室绝缘材料在使用前必须通过严格的毒性试验，方能被采用。毒性试验有多种方法，其中，封箱试验方法更贴近舱室实际使用。按国军标要求：封箱试验首先对被测试材料按一定舱容比进行封箱处理，采用气相色谱－质谱联用仪和气相色谱等仪器，对材料常温释放物或高温热解释放物定时进行定性、定量分析检测，释放物的种类和浓度都有严格限制。封箱期间各项气体组分浓度没有超出水面舰艇、潜艇和核潜艇舱室空气容许浓度标准，则可认为该材料在与试验条件一致的情况下不会产生超标的有毒有害气体，认为该材料是安全的，可以用于水面舰艇、潜艇或核潜艇。

我国军用标准GJB11.2－91规定了水面舰艇舱室空气组份容许浓度，该标准的空气组份容许浓度主要针对人体健康而不涉及对舱室设备和仪器的影响，标准规定了舱室空气中15种组份的容许浓度；标准GJB11A－98规定了核潜艇连续潜航90昼夜内舱室空气中60种组分的容许浓度；标准GJB11.3－91规定了常规动力潜艇舱室空气组份容许浓度，为常规动力潜艇的设计制造、大气净化和卫生监督提供依据。该标准主要考虑对人体的生理、生化影响，不包括艇内设备对艇内空气控制的要求，规定了舱室空气中25种组份的容许浓度。该标准适用于常规动力潜艇60天间断潜航（23h/d～12h/d）中舱室空气组份的控制和净化。