第三章 外牆保溫材料防火實驗
第二節 保溫材料與板材結合之耐燃試驗
本研究依據耐燃試驗的結果選用兩種發泡型聚苯乙烯（EPS-3 及 EPS-4）與 兩種聚胺脂（PU-1 及 PU-25 ㎜）進行延燒試驗，延燒試驗方式主要參照國內外 相關延燒試驗[21]、[34] 與 CNS 15213-1-建築物外牆立面防火試驗法-中尺度 試驗[35]進行試驗規劃。CNS 15213-1 的試驗方式為外牆立面底部設有引燃源，
與外牆立面距離 25 公分，如圖 3-33 所示
圖 3-33 CNS15213-1-建築物外牆立面防火試驗法-中尺度試驗設備
(資料來源：CNS15213-1)
壹
、試驗規劃
一、試體固定架：兩側支架固定試體用，支架中間為試驗使用之平方火災燃燒器
（圖 3-34 及圖 3-35）。
圖 3-34 延燒試驗設備示意圖
圖 3-35 延燒試驗試體組裝
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二、試體規劃：預計進行 4 種材料（表 3-22）的延燒試驗，分別為 EPS-3、EPS-4、PU-1 及 PU-25 ㎜，試體尺寸為寛 0.8 m x 高 1 m，厚度與耐燃性試驗 的厚度相同。
表 3-22 延燒試驗試體
名稱 規格/原料 厚度
EPS-3 發泡聚笨乙烯 30 ㎜ EPS-4 發泡聚笨乙烯 50 ㎜
PU-1 聚胺酯 50 ㎜
PU-25 ㎜ 高度聚氨酯 25 ㎜
三、背板：為 14 ㎜ 厚 Type X 的強化石膏板，可分別討論有無背板對隔熱材 延燒之影響。
四、火源設計：分為單點火源引燃、線性火源引燃、燃燒器引燃。
1.單點火源引燃：以噴燈火焰直接在試體正下方單點引燃，當試體引燃之後噴 燈火焰會立即移開試體
2.線性火源引燃：先用石膏板遮蔽在試體引燃位置的上方，此石膏板主要用來 防止試體尚未完全線性引燃時，阻擋先行引燃向上延燒的火焰，當試體完成 線性引燃，便立即將石膏板移開，則可觀察整體延燒的現象。
3.火災燃燒器：使用 50 kW 及 100 kW 2 種的氣態燃燒器火焰進行引燃的行 為，如圖 3-36 所示。
圖 3-36 延燒試驗使用之平方火災燃燒器
五、實驗設計：對 4 種試體進行燃燒器 50 kW 火源、平方燃燒氣 100 kW 火源、
噴燈單點引燃以及線性引燃方式來進行試驗，並且分別進行有無石膏板作為 背板對試體延燒之影響（表 3-23）。
表 3-23 延燒試驗參數表
試體 試驗條件
EPS-3 EPS-4 PU-1 PU-25 ㎜
50 kW 無背板 ● ● ● ●
有背板 ● ● ● ●
100 kW 無背板 ● ● ● ●
有背板 ● ● ● ●
單點引燃 無背板 ● ● 有背板 ● ● 線性引燃 無背板 ● ● 有背板 ● ●
(本研究製作) 貳、試驗結果
一、EPS-3：
1.火災燃燒器+無背板：燃燒器點燃後，EPS-3 試體底部受到燃燒器加熱後會 開始熔解，熔解後的 EPS-3 會滴落至燃燒器上方並且燃燒，此時燃燒器的 火焰會變得更旺盛。在燃燒器 100 kW 的試驗過程中，EPS-3 熔解向下滴落 至燃燒器使得燃燒器火焰比 50 kW 更加旺盛。因 EPS-3 在受熱後即開始 熔解而滴落，因此試體本身反而無火焰直接延燒的現象，且試體受燃燒器火 焰加熱的過程，試體中心線受到較高的溫度影響，熔解速度會高於試體的兩 側，最終成為三角形的熔解區域（圖 3-37 及圖 3-38）。
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圖 3-37 無背板 EPS-3 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-38 無背板 EPS-3 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
2.火災燃燒器+背板：在燃燒器 50 KW 時，因為石膏板會阻隔一部分燃燒器的 熱量，EPS-3 的熔解速度會比較慢，且試體也未被點燃，大約在 5 分鐘時 熔解的範圍就不再擴大（圖 3-39）。燃燒器 100 KW 時，受熱融解的 EPS-3 液滴會附著在石膏板上並被引燃，產生向上延燒的現象，大約在 1 分 30 秒 時，火焰延燒至試體的頂部（圖 3-40）。
根據試驗結果推論，當實際火災發生時，可能會因火勢使外牆中的 EPS
材料受到熱輻射造成 EPS-3 熔解，而其滴落的材料會使低樓層的火勢加劇，
另熔解的 EPS-3 也有可能附著在外牆上，被引燃後迅速向上延燒。
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圖 3-39 有背板 EPS-3 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-40 有背板 EPS-3 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
3.單點引燃+無背板：試體 EPS-4 引燃後試體產生延燒現象，並且受熱熔解向 下滴落至地面的試體也同樣持續燃燒。在試驗過程中，EPS-4 試體除了有垂
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直延燒外，也有水平延燒的現象，但垂直延燒的速度比水平延燒的速度還快。
由圖 3-41 顯示，試體引燃1分20秒後，火焰已經延燒至試體板頂部，整體 的延燒範圍呈現三角形的形狀。
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圖 3-41 無背板 EPS-3 單點引燃之試驗歷程 (本研究製作)
4.單點引燃+背板：因為背板吸熱所造成的熱損失，使得 EPS-3 的延燒速率較 慢，且延燒速率並非穩定的數值，延燒過程較不規律，引燃後於1分40秒時 延燒至頂部。根據單點引燃的試驗結果，可以推論當外牆飾材使用 EPS-3 材 料時，若是部分的 EPS-3 裸露，並且不慎引燃，EPS-3 會向上延燒，燃燒 的 EPS-3 滴落也會造成火勢往低樓層延燒。
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圖 3-42 有背板 EPS-3 單點引燃之試驗歷程 (本研究製作)
5.線性引燃+無背板：噴燈均勻引燃試體底部並抽離石膏板後，試體並非均勻 的向上延燒，並於1分36秒時火焰延燒至試體頂部（圖3-42）。
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圖 3-43 無背板 EPS-3 線性引燃之試驗歷程 (本研究製作)
6.線性引燃+背板：圖3-44為有背板的條件下 EPS-3 其延燒行為也並非均勻 地往上延燒，在66秒時火焰已經延燒至試體頂部。
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圖 3-44 有背板 EPS-3 線性引燃之試驗歷程 (本研究製作)
二、EPS-4
1.火災燃燒器+無背板：燃燒器為 50 KW 時，試體在受熱後即開始熔解（圖 3-45），熔解的 EPS-4 滴落在燃燒器上使火焰變大。試驗進行至3分45秒時 右側試體引燃，向上延燒之速率加劇，在4分30秒時受熱軟化的 EPS-4 從鐵 架上脫落。圖3-46 燃燒器為 100 KW 時，因加熱強度較高使得試體更迅速 的熔解，在40秒時火勢變得旺盛並且引燃試體，在接下來的20秒迅速地延燒 至試體頂部。
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圖 3-45 無背板 EPS-4 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程
(本研究製作)
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圖 3-46 無背板 PS 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
2.火災燃燒器+背板：圖3-47為 EPS-4 加上石膏板作為背板時，在燃燒器 50 KW 加熱條件下之試驗歷程，在試驗過程中雖然石膏板會阻隔部分的燃燒器 熱量，但因為受熱熔解的 EPS-4 會附著在石膏板上並且被引燃，比起沒有 加上背板的條件，更快的延燒至試體頂部。圖3-48 為燃燒器 100 KW 加熱 條件下試驗歷程，試體在 35 秒被引燃，並且迅速的向上延燒，於 1 分 08 秒時延燒至試體頂部，相較於 EPS-3，EPS-4火焰明顯的較大。
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圖 3-47 有背板 EPS-4 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程
(本研究製作)
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圖 3-48 有背板 EPS-4 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
3.單點引燃+無背板：EPS-4 厚度為5公分，其質量較 EPS-3 大，且內部結構 較為緻密，在試驗過程中可以觀察到燃燒所形成的火焰較為旺盛，也可以觀 察到點燃的 EPS-4 液滴往下滴落並且燃燒，於2分21秒時試體燃燒殆盡的 已區域擴散至試體頂端（圖 3-49）。
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圖 3-49 無背板 EPS-4 單點引燃之試驗歷程
(本研究製作)
4.單點引燃+背板：試體於3分16秒燃燒殆盡的區域擴散至試體頂端，且此種 EPS 試體在燃燒過程中會產生較大的火焰，並且預熱上方尚未熱裂解的區 域，在加上石膏板背板的條件下，上方的試體預熱的面積較大（圖 3-48）。
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圖 3-50 有背板 EPS-4 單點引燃之試驗歷程 (本研究製作)
5.線性引燃+無背板：因為此種 EPS-4 板的材料特性，相較於 EPS-3 線性引 燃後，底部仍然保持著均勻的燃燒狀態並持續向上延燒，在1分43秒時，火 焰延燒至試體頂部（圖 3-51）。
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圖 3-51 無背板 EPS-4 線性引燃之試驗歷程 (本研究製作)
6.線性引燃+背板：EPS-4 在試驗過程中，雖然延燒的速度較 EPS-3 緩慢，但 燃燒過程中產生的火勢較大，於實際火災發生時，對於上方樓層的影響較大，
且燃燒時往下滴落的物質也會對低樓層產生影響（圖 3-52）。
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圖 3-52 有背板 EPS-4 線性引燃之試驗歷程 (本研究製作)
三、PU-1：因使用噴燈實驗時，當噴燈火焰接觸到試體表面，試體會隨即引燃，
但當噴燈火焰離開試體表面，火焰即熄滅不會繼續燃燒，因此 PU-1 的延燒
試驗僅使用燃燒器進行試驗。
試驗開始當燃燒器火焰接觸到試體底部時，試體會出現明顯焦黑的痕跡，
為燃燒過後留下焦黑的殘留物，火焰在試體表面不會產生延燒現象。在 50 KW 無背板以及有背板的條件下，上半部的試體均沒有被引燃，在 100 KW 無 背板以及有背板的條件下，因為燃燒器的火焰較大，所以試體焦黑的面積較 大，但仍然沒有延燒的現象（圖 3-53、圖 3-54、圖 3-55 及圖 3-56）。
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圖 3-53 無背板 PU-1 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-54 有背板 PU-1 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程
(本研究製作)
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圖 3-55 無背板 PU-1 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-56 有背板 PU-1 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
四、PU-25 ㎜：試體使用噴燈作單點以及線性引燃時，當噴燈的火焰接觸到試體 後，試體會開始燃燒，但是噴燈火焰移開後火焰隨即熄滅，故 PU-25 ㎜ 只 進行燃燒器的延燒試驗。由試驗結果推論，若是實際火災發生時，此種材質 在穩定的熱源下會持續燃燒並且延燒至高樓層，對於高樓層仍有一定的危 害。
火災燃燒器+無背板：在燃燒器 50 KW 條件下，有背板與無背板其試驗
結果差異不大，試體引燃後向上延燒的現象並不明顯且延燒速率很慢，至 10 分鐘後才延燒至試體的上半部，且試體持續燃燒的情形延續至 25 分鐘（圖 3-57 及圖 3-58）。燃燒器 100 KW 試體無背板的條件下（圖 3-59），試驗開 始 30 秒後試體引燃，1 分 30 秒時試體上半部被引燃，於 2 分 30 秒時關閉 燃燒器。在燃燒器 100 KW 試體有背板的條件時（圖 3-60），試體在 30 秒時 引燃並且在 2 分前上半部的試體已被引燃，我們繼續觀察試體燃燒的情形，
試體一直持續燃燒至 7 分鐘時，燃燒完的試體掉落火勢才逐漸變小，一直到 9 分鐘火勢才熄滅。
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圖 3-57 無背板 PU-25 ㎜ 在 50 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-58 有背板 PU-25 ㎜ 在 50 kW 引燃條件下之試驗歷程
(本研究製作)
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圖 3-59 無背板 PU-25 ㎜ 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
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圖 3-60 有背板 PU-25 ㎜ 在 100 kW 引燃條件之試驗歷程 (本研究製作)
五、小結：
表 3-24 為延燒試驗結果總表，以符號★有延燒、☆無延燒表示試驗過程中 試體產生現象。EPS-3 及 EPS-4 試體受熱後會熔解並滴落，且其滴落的材料會 在地面持續燃燒或使燃器的火焰更大。且 EPS-4 其熔解的材料還會附著於石膏 板上並持續燃燒，造成其延燒的速度比無背板的更快。PU-1 試體並未被引燃，
僅有燃燒器火焰接解範圍處有焦黑不可燃的殘留物，並沒有發生延燒的現象。PU-25 ㎜ 在燃燒器 50 KW 與 100 KW 時，均被引燃並向上延燒，引燃後的 PU-僅有燃燒器火焰接解範圍處有焦黑不可燃的殘留物，並沒有發生延燒的現象。PU-25 ㎜ 試體會穩定的向上延燒，若是使用在實際建築上，火災發生時有很大的危險性。
表 3-24 延燒試驗結果
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