公共场所地毯防火等级测试中的临界热辐射通量测定

公共场所人员密集、流动大，地毯作为常见装饰材料，其防火性能直接关系到火灾发生时的人员疏散与财产安全。临界热辐射通量（Critical Heat Flux, CHF）作为地毯防火等级测试的核心指标，反映了材料在特定热辐射条件下维持燃烧的最低热通量值，是评估地毯是否能有效延缓火灾蔓延的关键参数。本文将围绕公共场所地毯防火测试中的临界热辐射通量测定展开，详细解析其测试原理、标准依据、操作流程及结果应用等内容。

临界热辐射通量的基本概念与测试意义

临界热辐射通量（CHF）是指在规定测试条件下，材料表面被热辐射引燃后，刚好能维持持续燃烧（通常为30秒）的最低热辐射通量值，单位为kW/m²。热辐射通量是衡量热辐射强度的物理量，代表单位时间内通过单位面积的热辐射能量，是火灾中引燃周边材料的主要能量传递方式——火灾发生时，燃烧物释放的热辐射会加热周围物体表面，一旦物体接收的热通量达到临界值，就会被引燃并参与燃烧。

对于公共场所地毯，临界热辐射通量直接反映其“抗引燃能力”。例如，某地毯的临界值为8kW/m²，意味着只有环境热辐射≥8kW/m²时，才会被持续引燃；若热辐射低于该值，即使短暂接触高温也能自行熄灭。这种特性对延缓火灾蔓延至关重要——公共场所疏散路径复杂，地毯若能在低辐射下不持续引燃，就能为人员疏散争取更多时间。

同时，临界热辐射通量是地毯燃烧性能分级的核心指标。我国GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中，B1级（难燃）地毯需≥8kW/m²，B2级（可燃）≥4.5kW/m²，B3级（易燃）<4.5kW/m²。因此，其测定结果直接决定地毯是否满足公共场所防火要求。

公共场所地毯防火测试的标准体系

国内外针对公共场所地毯的防火测试已形成完善标准体系，临界热辐射通量是核心内容。国内以GB 8624-2012为基础，明确不同燃烧等级的临界值要求；同时，GB 18587-2001《室内装饰装修材料 地毯、地毯衬垫及地毯胶粘剂有害物质释放限量》也要求地毯燃烧性能符合GB 8624规定。

国际标准方面，ISO 9239-1:2010《建筑材料及制品的燃烧性能 第1部分：用热辐射源测定地板材料的临界热辐射通量》、ASTM E648-21《Standard Test Method for Critical Radiant Flux of Floor-Covering Systems Using a Radiant Heat Energy Source》应用较广。这些标准原理一致，但细节有差异——如ISO要求样品长1000mm，ASTM为1220mm；ISO维持燃烧30秒，ASTM部分高等级材料要求10分钟。

公共场所地毯采购需严格遵循标准：我国商场、酒店通常要求GB 8624的B1或B2级，出口欧洲需符合ISO 9239-1，出口美国需满足ASTM E648。标准统一确保了测试结果的可比性与权威性，为监管和企业提供明确依据。

临界热辐射通量测定的核心原理

测定基于“热辐射引燃”理论，模拟火灾中“燃烧物热辐射加热地毯”的场景。核心装置是产生“梯度热辐射场”的管式加热器，加热器下方热辐射沿样品长度呈线性梯度分布（如从15kW/m²降至0kW/m²）。

测试时，地毯样品水平固定在样品架上，与热源保持规定距离（通常25mm）。样品高辐射端被点火器引燃后，沿梯度向低通量区域移动。当移动至某位置时，热通量刚好维持燃烧30秒，该值即为临界热辐射通量。

这一原理的合理性在于：火灾中地毯引燃的主因是热辐射而非直接接触火焰——例如，沙发着火释放的热辐射加热对面地毯，若地毯临界值低于沙发辐射强度，就会被引燃扩大火灾。梯度热辐射场模拟真实场景，准确评估地毯抗引燃能力。

需强调“持续燃烧”的定义：火焰需覆盖样品宽度50%以上，且持续30秒；若30秒内熄灭，说明热通量未达临界值。这种规定确保结果反映“维持燃烧能力”，而非“短暂引燃”。

测试样品的制备与预处理

样品制备需严格遵循标准：ISO 9239-1要求样品长≥1000mm、宽≥200mm、厚≤25mm（超25mm需注明）；每批抽取3个平行样，代表整批产品平均性能。带衬垫的地毯需按实际使用状态组合，保留粘结层，厚度超25mm需裁剪至25mm。

预处理目的是消除环境影响：样品需在23±2℃、50±5%湿度环境中放置24小时，使温湿度与测试环境平衡。预处理期间避免阳光直射、沾水或化学物质，表面灰尘用软毛刷去除，褶皱用平板压平（不拉伸）。

常见误区是“随意裁剪”——如缩短样品长度或选择最厚部分，会导致结果偏离真实值。需从整卷地毯不同位置（头、中、尾）取样，确保代表性。

临界热辐射通量测定的操作流程

典型流程基于ISO 9239-1：第一步，装置校准——用精度±0.1kW/m²的热通量计校准辐射梯度，确保线性误差≤5%，否则调整加热器功率或位置。

第二步，样品安装——将预处理样品固定在样品架上，确保平整无褶皱，边缘对齐。用塞尺测量样品与热源距离，误差±1mm以内，避免热通量偏差。

第三步，点火与测试——预热热源30分钟至稳定，用丙烷火焰（高度15±3mm）引燃样品高辐射端，点火时间10±2秒，确保均匀引燃。

第四步，梯度移动与记录——样品以10mm/min速度向低通量区域移动，记录维持燃烧30秒的位置通量值。若火焰熄灭，回移样品重新测试。

第五步，重复测试——3次平行样取平均值，相对标准偏差≤10%方有效；若偏差超15%，需重新测试。

测试过程中的关键控制要点

一是环境气流控制——测试舱气流速度≤0.2m/s，过大带走样品热量导致结果偏高，过小则烟气聚集影响热辐射传递，需用防风罩或封闭设计稳定气流。

二是点火器火焰强度——定期检查火焰高度（15±3mm），过低无法引燃，过高过度传递热量。通过调节丙烷流量控制火焰，测试前用直尺测量。

三是燃烧状态观察——全程观察火焰是否覆盖50%宽度、持续30秒，若仅边缘燃烧或中途熄灭，需重新测试。

四是设备维护——每半年检查加热器金属管完整性（避免氧化缝隙导致辐射不均），每年校准热通量计传感器，确保精度。

测试结果的有效性判定与应用

结果有效性需满足：平行样相对标准偏差≤10%；测试无异常（如样品脱落、热源故障）。若无效，重新抽样测试。

结果应用场景包括：产品研发——调整纤维材料（如阻燃聚酯）或添加阻燃剂（磷系），提高临界值至B1级；采购验收——公共场所采购方要求第三方报告确认符合GB 8624等级；监管检查——消防部门抽样检测，未达标需更换并处罚。

需注意，临界热辐射通量是地毯防火性能的重要指标，但需结合总燃烧热释放量、烟密度等参数综合评估。不过在公共场所应用中，它是最直观、易执行的分级依据。

测试中的常见问题与解决方法

常见问题一：样品引燃失败——原因可能是湿度高或火焰过低。解决方法：延长预处理时间至48小时，或调节丙烷流量提高火焰高度。

常见问题二：平行样偏差大——原因是样品不均匀或操作失误。解决方法：从不同位置取样确保代表性，安装时用夹具固定避免褶皱。

常见问题三：辐射梯度不均——原因是加热器金属管氧化或变形。解决方法：更换变形管，用压缩空气吹去积灰，重新校准梯度。