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【技术帖】汽车内饰材料及其阻燃测试标准概况

摘要:汽车内饰材料优劣不仅决定车辆舒适性与商品形象,其阻燃性能也和乘用人员生命财产安全息息相关。从3个不同的层面对汽车内饰材料进行了分类,简要概述了汽车内饰材料的应用范围,对目前我国汽车内饰材料阻燃测试标准的现状进行了深入阐述,结合当今现状,提出了汽车内饰材料阻燃标准的研究方向,对汽车内饰的开发与阻燃体系测试标准制修订具有一定的指导意义。
关键词:内饰材料;阻燃特性;测试标
随着我国交通技术的高效持续发展与进步,以及人们对车辆的需求和依赖日益加剧,促使我国成为世界上最大的汽车产销国。为了争得相对应的这一巨大的汽车经济市场,众多整车及配套供应厂商如雨后春笋般涌现,导致汽车领域竞争加剧。汽车内饰材料在汽车生产成本中占据很大一部分,各厂商为了提高竞争力大多采用压缩成本的低价策略抢占市场,使汽车内饰材料良莠不齐。而内饰材料的优劣会直接影响到车辆的舒适性及驾乘人员的安全性,研发出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。
汽车内饰材料种类繁多,按原料材质可分为纤维、塑料泡沫、天然橡胶及合成橡胶三大类。汽车内饰中常用的纤维有棉纤维、羊毛、涤纶、芳纶、PBO、PPS、碳纤维、玻璃纤维等诸多新型纤维,大多应用于地毯、气囊、座椅面料、窗帘、遮阳帘、表面覆盖及装饰位置;塑料因具有密度小、尺寸稳定性好、触感好、耐化学性且易成型等良好的综合性能使其在汽车内饰材料中占比较大,常见的塑料类材料有PP、PVC、PET、ABS、PE、PU、PPO及其他改性塑料,常应用于门内护板、汽车立柱、仪表板、遮阳板等位置;橡胶材料如SBR、EPM、EPDM、TPO等,多应用于密封条,仪表板、地板覆盖物以及织物涂层。近年来,随着汽车的快速发展,为了满足人们对汽车更加风格化、高档化、环保化的需求,各种新型环保且可以回收利用的材料在汽车内饰中快速发展和应用。
汽车在给人类带来巨大方便的同时,各类交通事故的发生也对车内人员的生命财产构成极大的潜在威胁,火灾是各类安全事故中非常重要的一种。如2009年6月5日,成都9路公交车发生故意放火事件,熊熊大火将整个车身烧成空壳,造成27人遇难74人受伤;2016年6月26日,因一辆大巴车在湖南境内高速公路上碰撞隔离带和护栏后起火引起的特大交通事故,造成35人死亡,13人受伤。频发严重的交通汽车事故均是由于汽车在使用过程中因电气故障、油路系统故障、交通事故、车身高温以及人为因素等原因引发火灾。许多研究表明,造成重大损失的主要原因是由于汽车发生火灾后,车内装饰材料的阻燃等级过低,助长了火势的蔓延,从而加重了乘车人员的伤亡和财产损失。因而,如何抑制或延缓火焰的传播,为乘员安全疏散和扑灭火灾争取足够时间,提高汽车内饰材料的质量安全等级,健全汽车内饰的阻燃标准体系迫在眉睫。
1987年,我国出台了最早的汽车内饰材料燃烧测试强制性标准GB8410-1987《汽车内饰材料的燃烧特性》,并于1994年进行了第一次修订。随着国内汽车消费者安全需求的变化,2006年我国参考了美国联邦车辆安全标准FMVSS571.302《汽车内饰材料的燃烧性能》,对GB8410-1994再次进行修订,进一步指导我国所有类型汽车内饰材料的生产。标准要求内饰件的燃烧速度不大于100mm/min。但是,该标准并未像欧盟95/28/EC号指令以及美国FMVSS300系列防火测试法规一样充分考虑到内饰件使用部位,对各种使用位置提出不同的测试方法,而仅仅考察了材料的水平燃烧速率,未考虑内饰件的安装位置、布置方法、使用条件和引火源等因素,不适用于评价真实的车内燃烧特性,不能明确分辨汽车内饰材料燃烧性能的优劣,具有一定的局限性,并且标准限值要求较低,以至于大多数塑料,特别是热塑性塑料几乎不用经过任何阻燃处理就能满足要求。此外,公交车辆内墙板和顶板多采用木质胶合板贴面的形式,木质材料不易被引燃,但是一旦引燃,则会释放大量的热,这样的内饰材料在火灾发生时,却成了助燃材料。
2011年,在甘肃庆阳、江苏丰县等地发生多起校车安全事故,校车安全受到了全社会的广泛关注。2012年4月10日,国家质检总局、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》,并于2012年5月1日正式实施。此标准适用于幼儿园阶段(3周岁以上)及九年制义务教育阶段受教育的群体所乘用的专用校车。在GB24407-2012中,除了对校车的结构尺寸、机械安全性能等作出了详细、严格的要求外,标准中5.12.2和5.12.6节明确对乘员舱内饰材料以及电器系统的导线、波纹管等材料的阻燃性能作出了严格规定,明确指出内饰材料最大水平燃烧速度试验方法按照GB8410-2006进行,但限值加严到70mm/min。测试指标不再局限于水平燃烧性能,扩展到了材料点燃性能、材料产烟性等,新增了内饰材料氧指数的要求,所谓氧指数是指在所规定的试验条件下材料在O2、N2混合气体中刚好维持火焰燃烧时的最小氧浓度,以O2体积的百分率表示,用来判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度,其氧指数越高表明材料越不易被点燃,阻燃性能越好。
在火灾研究调查中表明,由织物引起的火灾占很大比例,一旦被引燃火焰极易传播和扩大。2015年10月9日,国家质检总局、国家标准化管理委员会批准发布了针对运载超过22名乘客的M3类汽车内使用窗帘、遮阳帘和/或其他内部悬挂材料的阻燃评价标准GB32086-2015《特定种类汽车内饰材料垂直燃烧特性技术要求和试验方法》,于2016年7月1日正式实施。其原理是将试样垂直固定到矩形框架上,在燃烧箱中用规定火焰引燃试样,测定试样燃烧距离和所用时间,该标准要求垂直燃烧速度不大于100mm/min。该标准不适用于有站立乘客的城市客车。
众所周知,当火灾发生时,给人造成伤害的不仅只有燃烧产生的热辐射,燃烧产生的浓烟和烟气毒性也会给人造成极大地伤害。统计结果表明,火灾中70%~85%的死亡者是由于吸入了烟尘及有毒气体昏迷后致死的。目前在地铁、动车组及高铁上均要求采用阻燃、低烟、无毒(少毒)的非易燃防火材料。JT/T1095-2016特别针对铺地材料上的地板覆盖物要求进行燃烧性能、产烟特性、烟气毒性等级试验。其中在热危害方面,燃烧性能等级试验方法按照GB/T11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法》测定临界热辐射通量(CHF,CriticalHeatFlux),要求满足CHF不小于8.0kW/m2;同时,按照GB/T8626-2007《建筑材料可燃性试验方法》,点火15s,测定20s内焰尖高度,要求其满足Fs不大于150mm,即满足GB/T8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中B1-B的要求。在烟气危害方面,由于地板覆盖物使用量巨大且处于较低位置,车辆又密封较好,一旦起火,烟气易弥漫聚集,造成能见度骤降,同时,烟气中有对人眼、呼吸道及中枢神经系统产生极大刺激毒害的烟气,均会对人员的疏散带来困难,标准中要求产烟特性等级试验方法按照GB/T11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定辐射热源法》测定产烟量,需满足GB/T8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》中产烟特性及分级判据中产烟量需符合铺地材料的s1级别要求。材料产烟毒性评价方法采用动物染毒法,对应于GB/T20285-2006《材料产烟毒性危害分级》,即以充分产烟及无火焰情况下的烟气进行动物染毒试验,根据染毒期间及染毒后试验的动物小白鼠的体重变化及死亡情况来确定材料产生烟气的毒性级别,标准要求以浓度大于25.0mg/L的烟气对小白鼠进行30min染毒试验,要求实验小鼠30min染毒期内无死亡(包括染毒后1h内)及实验小鼠在染毒后3天内恢复平均体重,达到麻醉性及刺激性均合格的准安全级ZA1级,即烟气毒性等级满足GB/T8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》t0级要求。
针对近几年迅猛发展的新能源汽车,也屡次出现起火现象,这些事故不仅仅涉及到内饰材料阻燃性能,还与动力电池的防火性能有关,动力电池的防火测试需要进一步完善,目前,国标《电动客车安全要求》正在制订中,其中,内饰材料考核项目大致与营运客车相同。在后期的标准制修订中,应更多地借鉴轨道交通、建筑材料等相似领域的经验,增加内饰材料阻燃性能的测试项目,例如:对于汽车内饰材料燃烧的热释放速率、烟雾释放速率的考核;车顶内饰材料燃烧过程中产生的熔融滴落现象的考核;发动机舱及动力电池隔热材料的导热系数的考核等。
交通工具火灾事故的频发,内饰材料助燃导致火情进一步加剧,只有根据汽车工业的特点,将材料阻燃研究的方法机制、技术标准有机结合地应用到汽车内饰材料阻燃性研究上来,寻找适用的新型阻燃材料,进一步从本质上提高汽车内饰材料的质量安全性。此外,汽车内饰材料阻燃测试标准是确保汽车安全的重要因素之一,我国应根据车型种类、内饰材料材质类型及实际使用状况,综合国内外相关的标准切合实际地制订并完善一系列的汽车内饰材料燃烧测试标准,并积极开展内饰材料阻燃性能的评价分级工作。与此同时,相关的职能部门应加大标准的执行力度,加强汽车内饰材料的质量监督,降低安全隐患。