阻燃检测中火焰蔓延指数如何通过ASTM E84标准测定？

ASTM E84是美国材料与试验协会制定的建筑材料表面燃烧特性测定标准，核心模拟材料被引燃后火焰沿表面横向蔓延的场景，其中火焰蔓延指数（FPI）是评估材料阻燃性能的关键指标，通过对比基准材料（红橡木）的蔓延速度计算得出。本文将详细讲解ASTM E84标准下火焰蔓延指数的测定逻辑、操作流程及关键控制要点。

ASTM E84与火焰蔓延指数的基础逻辑

ASTM E84全称为“建筑材料表面燃烧特性测试方法”，是建筑行业评估材料阻燃性能的核心标准之一，主要针对内墙、天花板、地板等内饰材料，聚焦“火焰沿材料表面蔓延”这一建筑火灾中最常见的蔓延方式。

火焰蔓延指数（FPI）是相对指标，以红橡木（FPI=100，代表普通可燃材料的蔓延速度）和无机纤维板（FPI=0，代表不燃材料）为基准。试样FPI越低，阻燃性越好——例如FPI=25的石膏板蔓延速度仅为红橡木的1/4，适合人员密集场所；FPI=100的木质纤维板与红橡木速度相当，需限制使用场景。

在建筑设计中，FPI是防火合规的核心依据。如美国IBC规范规定，高层建筑疏散楼梯间墙面材料FPI需≤25，商业建筑天花板材料FPI需≤50，工业厂房墙面材料FPI需≤75。

需注意，FPI是“相对对比指标”，仅能用于同类型材料的性能比较，无法跨材料直接类比（如石膏板与塑料板的FPI不能直接对等）。

测定火焰蔓延指数的试样要求

试样的规格与状态直接影响测试准确性，ASTM E84有严格规定：试样尺寸需为“长1220mm×宽152mm×厚≤51mm”，长度对应火焰蔓延方向，厚度需与实际使用一致（超过51mm需切割并记录原厚度）。

试样数量至少3个平行样，非均质材料（如带饰面层的复合板）需增加至5个，避免材料不均导致的误差。平行样需来自同一批次、同一生产工艺，确保代表性。

测试前试样需在“温度23±2℃、相对湿度50±5%”环境中调节48小时，直至质量变化率≤0.1%/24小时。状态调节的核心是消除水分影响——潮湿试样会因水分蒸发吸热延缓蔓延，导致FPI偏低；干燥试样则相反。

试样表面需无损伤、油污或涂层脱落，且需标注“长度方向”，确保测试时摆放一致。

试验装置：隧道炉燃烧箱的关键结构

ASTM E84的核心装置是隧道式燃烧箱，模拟建筑受限空间环境，主要组件包括：

1、燃气燃烧器：位于燃烧箱前端，采用丙烷燃料，火焰高度需调至254mm±13mm，模拟初始火源大小，确保测试重复性。

2、通风系统：控制箱内空气流速为0.3m/s±0.05m/s——流速过快会带走热量，FPI偏低；过慢会积聚烟气，FPI偏高，测试前需用风速仪校准。

3、火焰前沿探测器：沿燃烧箱长度方向安装，实时追踪火焰到达试样“每隔152mm标记点”的时间，为计算提供原始数据。

4、热电偶阵列：监测箱内温度，确保预热阶段温度稳定在100℃±10℃，避免温度波动影响结果。

火焰蔓延指数的测定流程

测试需严格遵循以下步骤，确保结果一致：

1、安装试样：将状态调节后的试样固定在支架上，起始端与燃烧器火焰中心对齐，间隙≤3mm，确保火源准确引燃。

2、预通风与预热：启动通风系统，待流速稳定后点燃燃烧器，预热5分钟使箱内温度稳定——预热的目的是消除箱内温度梯度，保证测试环境一致。

3、引燃与追踪：预热结束后，燃烧器移至试样起始端，启动数据采集系统，火焰前沿探测器记录火焰到达各标记点的时间。

4、终止试验：火焰到达末端、自行熄灭或时间达10分钟时，关闭燃烧器与通风系统。试验过程需记录试样燃烧行为（如滴落、明火），但不影响FPI计算。

火焰蔓延指数的计算逻辑

FPI计算采用“相对对比法”，核心是对比试样与红橡木的蔓延速度，步骤如下：

1、绘制曲线：以“位置（mm）”为纵轴、“时间（s）”为横轴，将火焰到达各标记点的时间连成“火焰位置-时间曲线”。

2、计算面积：计算曲线与坐标轴围成的面积（A_s），代表试样的火焰蔓延累积速度（面积越大，速度越快）。

3、对比基准：红橡木的基准曲线面积（A_r）固定为249600 mm·s（对应FPI=100）。

4、计算FPI：FPI=(A_s/A_r)×100——例如，试样A_s=124800 mm·s，则FPI=50，说明其蔓延速度是红橡木的50%。

影响FPI准确性的关键因素

尽管有规范约束，以下因素仍需重点控制：

1、空气流速：需严格保持0.3m/s±0.05m/s，测试前需校准通风系统，避免流速偏差影响结果。

2、火焰高度：燃烧器火焰需保持254mm±13mm，过高会加速蔓延（FPI偏高），过低则延缓（FPI偏低），测试前需用直尺测量。

3、试样状态：水分含量需通过状态调节控制在平衡含水率，未充分调节的试样会导致结果偏差。

4、试样厚度：厚试样导热性好，热量传递快，FPI偏低；薄试样则相反，测试时需记录实际厚度。

测试结果的应用与注意事项

FPI结果需保留两位有效数字（如45、25），并注明试样厚度、状态调节条件及平行样数量，确保可追溯性。

应用中，FPI需结合建筑规范判定合规性——如IBC要求疏散通道材料FPI≤25，商业天花板≤50。需注意，FPI是同类型材料的对比指标，不能跨材料类比。

测试过程需注意安全：燃烧箱内温度可达500℃，需佩戴防火手套与防毒面具；烟气含一氧化碳、甲醛等有毒物质，需在通风良好的实验室进行。

若试样测试中火焰自行熄灭（FPI<10），说明具有自熄性，适合核电站、数据中心等对阻燃性要求极高的场景，能快速熄灭避免蔓延。