第三章 外牆保溫材料防火實驗
第一節 圓錐量熱儀試驗法
一般來說一個典型火災之發展情形可概分為三個時期：火焰傳播期、閃燃期 與 完 全 發 展 期 當 火 場 溫 度 及 熱 釋 放 率 達 到 一 定 程 度 時 ， 即 會 造 成 閃 燃
（flashover），此時火焰會快速傳播，溫度瞬間提高以致於無法控制。因此最 佳的逃生與滅火時機是在閃燃發生之前。所以針對如何在初期階段滅火或降低環 境溫度之研究是相當重要的。在判定建築材之耐燃等級的研究中，熱釋放率是重 要的指標。CNS 14705-1(2010)［33］ 建築材料燃燒熱釋放率試驗法-圓錐量熱 儀法，乃我國建築材料在其火災初期之耐燃性試驗方法，其方法為材料在圓錐輻 射電熱器穩定熱通量（50 kW/m2）作用下，材料對火反應過程中釋放出的熱量及 放熱速率，其基本原理是採用材料燃燒時消耗氧氣原理，即材料燃燒期間氧氣消 耗質量與熱釋放量間的比例關係，其關係為：每消耗 1 ㎏ 氧氣約可釋出（13.1
×103）kJ 熱量，以模擬材料的實際火災狀況，同時測定材料的點火性、熱釋放及 質量損失等等結果。
32
圖 3-1 圓錐量熱儀設備
（本研究製作）
圓錐量熱儀驗其試體尺寸為邊長應為 100−02 ㎜ 之正方形，在 50 kW/m2 水 平熱通量下，依耐燃級別參照表 3-1 進行加熱試驗。
表 3-1 試體加熱時間
耐燃性級別 加熱時間（min）
耐燃1級 20
耐燃2級 10
耐燃3級 5
（資料來源: CNS 14705-1 建築材料燃燒熱釋放率試驗法）
每組試體均須有 3 個試體，經加熱試驗結果後需符合下列條件則視為合格：
（a）耐燃 1 級材料總熱釋放量為 8 MJ/㎡ 以下，或總熱釋放量為 15 MJ/㎡
以下，且依 CNS 14705-3 之 A.2 計算所得 b 參數為 -0.4 以下。
（b）耐燃 2 級及 3 級材料總熱釋放量為 8 MJ/㎡ 以下。
（c）最大熱釋放率無持續 10 秒以上超過 200 kW/㎡。
（d）無防火上有害之貫穿至背面之龜裂及孔穴。
貳、試體規劃
試體以目前市售之有機保溫材料進行耐燃試驗，包含發泡聚笨乙烯（EPS）、 聚胺酯（PU）發泡體及擠塑聚笨乙烯（XPS），及因考量保溫材料應用於外牆或內 裝時會與不同的包覆裝修材料結合，以高度聚氨酯發泡材面貼石膏板，進行 CNS
14705-1 建築材料燃熱釋放率試驗，以了解保溫材料與其他材料結合後在耐燃等 PU-1 聚胺酯（
Polyurethane，
PU）發泡成型、無機粉體及助劑
牆體隔熱保溫材料 PU-2 聚胺酯（
Polyurethane，
PU）發泡成型、無機粉體及助劑
34
PU 面貼石 膏板
高度聚氨酯（PU）發泡材（PU-25
㎜）
石膏板
（本研究製作）
參、試驗結果
一、發泡聚笨乙烯（市售 A 廠牌）:不同密度之 EPS
表 3-3 試體說明
1.試體名稱： EPS-1 EPS-2 EPS-3 2.試體密度： 9 kg/m³ 12 kg/m³ 18 kg/m³ 3.試體厚度： 30 ㎜ 30 ㎜ 30 ㎜ 4.耐燃級別設
定：
耐燃 3 級
5.試驗結果： 未符合 未符合 未符合
（本研究製作）
試驗前 試驗中 試驗後
EPS-1
EPS-2
EPS-3
圖 3-2 EPS-1、EPS-2、EPS-3 試驗前後圖
（本研究製作）
36
2. 試體經過 300 秒的加熱試驗後，皆燃燒殆盡（圖 3-2）。
38
EPS-1 EPS-2 EPS-3
Time(sec)
EPS-1 EPS-2 EPS-3
Time(sec
)持續燃燒時間
二、發泡聚笨乙烯試驗（市售 B 廠牌）
40
圖 3-10 EPS-4 引燃時間
（本研究製作）
圖 3-11 EPS-4 燃燒時間
（本研究製作）
2 2 2
0 1 2 3 4
EPS-4-1 EPS-4-2 EPS-4-3
Time(秒)
引燃時間
298 298
268
150 200 250 300 350
EPS-4-1 EPS-4-2 EPS-4-3
Time(秒)
持續燃燒時間
42
三、聚胺酯試驗（市售 C 廠牌）:試體組成成分相同但比例不同之 PU 發泡材 料。
表 3-8 試體說明
1.試體名稱： PU-1 PU-2 PU-3 2.試體厚度： 50 ㎜ 50 ㎜ 50 ㎜ 3.設定級別試驗： 耐燃 1 級
4.試驗結果： 符合 未符合 未符合
（本研究製作）
試驗前 試驗中 試驗後
PU-1
正面
正面
側面 側面
PU-2
正面 正面
側面 側面
PU-3
正面 試體內縮
正面
側面 側面
圖 3-12 試驗前後圖
（本研究製作）
表 3-9 PU-1、PU-2、PU-3 耐燃判定一覽表
44
0 200 400 600 800 1000 1200
HRR(kW/㎡)
0 200 400 600 800 1000 1200
THR（MJ/㎡）
圖 3-14 PU-1、PU-2、PU-3 總熱釋放量時間曲線圖
PU-1 PU-2 PU-3
T im e (s e c)
PU-1 PU-2 PU-3
T im e (s e c)
持續燃燒時間
46
四、高度聚氨酯：成分相同厚度不同之 PU 發泡材料（市售 D 廠牌）。
表 3-11 PU-25mm、PU-30mm 試體說明
1.試體名稱： PU-25mm PU-30mm
2.試體厚度： 25 ㎜ 30 ㎜
3.通過試驗： 1. ASTM E 648 CRF≥0.45W/㎝2（Class 1）
2. UL-94 一級防火建材（燃燒速度小於 75 mm/min）
4.耐燃級別設定： 耐燃 3 級
5.試驗結果： 未符合 未符合
（本研究製作）
試驗前 試驗中 試驗後
PU-25mm
正面
正面
側面 側面
PU-30mm
正面 正面
側面 側面
圖 3-17 PU-25mm、PU-30mm 試驗前後圖
（本研究製作）
表 3-12 PU-25mm、PU-30mm 耐燃判定一覽表
表 3-13 PU-25mm、PU-30mm 試驗結果表
引燃
48
圖 3-18 PU-25mm、PU-30mm 熱釋放率時間曲線圖
每條曲線為 3 個試體實驗結果之平均值。（本研究製作）
圖 3-19 PU-25mm、PU-30mm 總熱釋放量時間曲線圖
每條曲線為 3 個試體實驗結果之平均值。（本研究製作）
圖 3-20 PU-25mm、PU-30mm 引燃時間
每個時間點為 3 個試體實驗結果之平均值。（本研究製作）
圖 3-21 PU-25mm、PU-30mm 燃燒時間比較
每直條圖為 3 個試體實驗結果之平均值。（本研究製作）
7 7
0 2 4 6 8 10
PU-25mm PU-30mm
引燃時間
414
476
300 350 400 450 500
PU-25mm PU-30mm
持續燃燒時間
50
圖 3-22 PU-25mm、PU-30mm 不同試驗時間總熱釋釋放比較
每直條圖為 3 個試體實驗結果之平均值。（本研究製作）
五、擠塑聚笨乙烯試驗（市售Ｅ廠牌）
1. 試體名稱：XPS 2. 試體厚度：50 ㎜
3. 設定試驗級別：耐燃 3 級
4. 試驗結果：未符合耐燃 3 級判定
試驗前 試驗中 試驗後
XPS
試體燃燒殆燼
圖 3-23 XPS 試驗前後圖
表 3-15 XPS 耐燃判定一覽表
52
XPS-1 XPS-2 XPS-3
T im e (s e c)
引燃時間
圖 3-27 XPS 燃燒時間
（本研究製作）
六、高度聚氨酯發泡材面貼石膏板：
1. 試體說明:高度聚氨酯面貼石膏板
表 3-17 試體組合說明
試體組合 耐燃等級 總熱釋放
底材： 高度聚氨酯（PU-25 ㎜）， 厚度為 25 ㎜
級外 85（MJ/㎡）
面材： 石膏板，厚度為 15 ㎜ 1 級 2. 試驗結果：符合耐燃 2 級。
41 40
69
0 20 40 60 80
XPS-1 XPS-2 XPS-3
T im e (s e c)
持續燃燒時間
54
圖 3-29 PU-25 ㎜+石膏板熱釋放率時間曲線圖
56
PU+石膏板-1 PU+石膏板-2 PU+石膏板-3
T im e (s e c)
PU+石膏板-1 PU+石膏板-2 PU+石膏板-3
T im e (s e c)
持續燃燒時間
料的結合，可提升其防火安全等級。
表 3-20 PU-25 ㎜+石膏板與 PU 試驗結果比較
CNS 14705-1耐燃判定基準 PU25㎜＋石膏板 PU-25㎜
總熱釋放量為 8 MJ/㎡以下 未超過 超過
最大熱釋放率無持續10秒以上超過200kW/㎡ 無 有
無防火上有害之貫穿至背面之龜裂及孔穴 無 有
耐燃判定 符合耐燃2級 級外
（本研究製作）
肆、小結
表 3-21 為各保溫材料的耐燃試驗結果，EPS 和 XPS 試體在測試過程中因 為試體完全燃燒殆盡及總熱釋放超出標準要求，雖然 EPS-4 成份中添加防火劑，
也都未能符合耐燃等級。PU-3 試體在試驗過程中，雖然其總熱釋放率小於 15 MJ，
且根據 CNS 14705-3 之 A-2 計算所得 b 參數為 -0.4 以下，但因為試體內縮 而判定產生有害之龜裂及孔穴，而未能作符合耐燃 1 級之判定。 PU-25 ㎜ 與 PU-30 ㎜ 則總釋放量、熱釋放率及試體燒盡皆超未能符合要求，無法通過耐燃 3 級，但 PU-25 ㎜ 與石膏板組合，則提升為耐燃 2 級之材料。由耐燃性試驗 的結果，後續會選擇 EPS-3（級外）、EPS-4（級外）、PU-1（耐燃 1 級）與 PU-25
㎜（符合 ASTM E 648 Class 1）進行垂直立面的延燒試驗。
表 3-21 耐燃試驗結果
名稱 規格/原料 試驗結果
EPS-1 發泡聚笨乙烯，密度 9 kg/m³ 級外 EPS-2 發泡聚笨乙烯，密度 12 kg/m³ 級外 EPS-3 發泡聚笨乙烯，密度 18 kg/m3 級外
EPS-4 發泡聚笨乙烯 級外
PU-1 聚胺酯 耐燃 1 級
58
PU-2 聚胺酯 級外
PU-3 聚氨酯 級外
PU-25 ㎜ 高度聚氨酯 級外
PU-30 ㎜ 高度聚氨酯 級外
XPS 擠塑聚笨乙烯 級外
PU-25 ㎜+石膏板 高度聚氨酯+石膏板 2 級
（本研究製作）