第三章 防火門性能探討與分析
3.1 鋼製防火門防火性能探討
常見之防火門主要為鋼製與木製防火門，鋼製防火門主要構成材料為 鋼板，由於鋼鐵材料為不燃材料但易於導熱，因此用於防火門製材，較易 達到遮焰性能與構造穩定性，熱絕緣功能性上必需較高之設計與處理技 術。木製防火門則於熱絕緣性較易達到，至於遮焰性能與構造穩定性上，
由於木質材料為可燃材料，所以其製造技術較高。此外，遮煙性上，由於 國內尚無檢測能力，故目前暫無要求。
所謂防火門係由門樘、門扇及五金配件所組成者稱之，而鋼製防火門 顧名思義其主要構成材料，即門樘、門扇及五金配件為鋼鐵材料，其中門 扇部分為面板及門扇構架為鋼鐵材料，如為熱絕緣性時，其內可以防火隔 熱材填充。
目前鋼製防火門最常使用之鋼鐵材料為鍍鋅鋼及不銹鋼，鋼係純鐵加 入碳原素或其他合金元素之統稱，純鐵能以兩種形態存在自然界。其中之 一是體心立方結構(bcc)的α鐵〔肥粒鐵（ferrite）〕，α鐵的安定範圍是自 低溫到 910℃(A3溫度)。超過 910℃後它就變態為一面心立方結構(fcc)的γ 鐵[沃斯田鐵(austenite)]，直到 1390℃(A 溫度) 鐵都安定。溫度再昇高，
間溫度關係，可知鋼製防火門應受溫度影響造成鋼鐵材料產生變形而影響 防火性能為最主要因素。
前述情形係鋼材之導熱度及熱膨脹性能所影響，鋼材在室溫之導熱度 頗大，隨溫度升高或合金元素之加入而減小，低合金鋼之導熱度因溫度所 起之變化較小，高合金鋼則隨溫度升高而增加。800℃時各種合金鋼之導熱 度相差甚小。鐵及鐵合金之導熱度如表 3.2 所示。
圖 3.1 鐵晶體中每個原子的平均體積與溫度關係
表 3.1 耐火加熱時間溫度關係
表 3.2 鐵及鐵合金之導熱度
室 溫 附 近 之 導 熱 度
種 類 合 金
Cal/cm2/cm/℃/sec. Btu/sq ft/in/℉/sec.
純鐵 0.178 0.144
鑄鋼 3.16C，1.54Si，0.57Mn 0.112 0.0903 碳鋼 0.23C，0.635Mn 0.124 0.100 碳鋼 1.22C，0.35Mn 0.108 0.0871 合金鋼 0.34C ， 0.55Mn ，
0.78Cr ， 3.53Ni ， 0.05Cu，0.39Mo
0.079 0.064
表 3.3 鐵及鐵合金之線膨脹係數
種類 溫度(℃) 每℃線膨脹係數
純鐵 20 11.7×10-6
Fe-C 合金0.06% C 20~100 11.7×10-6 0.22%C(一般碳鋼) 20~100 11.7×10-6 0.40%C(一般碳鋼) 20~100 11.3×10-6 0.56%C 20~100 11.0×10-6 1.08%C 20~100 10.8×10-6 1.45%C 20~100 10.1×10-6 1.97%C 20~100 9.9×10-6 2.24%C 20~100 9.6×10-6 3.66%C 20~100 8.6×10-6 Invar'Fe 36Ni 室溫 0~2×10-6 13Mn，1.2C 室溫 18×10-6 13Cr，0.35C 20~100 10.0×10-6 12.3Cr ， 0.4Ni ，
0.09C
20~100 9.8×10-6
17.7Cr ， 9.6Ni ， 0.06C(不銹鋼)
20~100 16.5×10-6
18W，4Cr，1V 0~100 11.2×10-6 灰鑄鐵 0~100 10.5×10-6 展性鑄鐵 --- 12×10-6
由鋼材之導熱度與線膨脹係數可知，不銹鋼之導熱度在 0.036~0.057 Cal/cm2/cm/℃/sec.低於一般碳鋼 0.124 Cal/cm2/cm/℃/sec.約二至三倍，但 其 線 膨 脹 係 數 一 般 不 銹 鋼 約 16.5×10-6 高 於 一 般 碳 鋼
11.3×10-6~11.7×10-6 。
計算出其變形量，再據以評估是否能達到所需防火性能及作妥適改善。
表 3.4 不符合申請性能因素
申 請
性 能
申 請 件 數
非 曝 火 面 火 焰
有 害 孔 穴
變形量背 溫衝 擊強制閉鎖 材質不符 符 合
木30A 二六 二 二 二 三 一三 O O 一二 木30B 四 一 O 二 O 二 O O 一 木60A 四三 一二 八 三 一O 二三 O 二 三
木60B 一 O O O O O O O O
小計 七四 一五 一O 七 一三 三八 O 二 一六 鋼30A 三 O 二 二 二 O O O O 鋼30B O O O O O O O O O 鋼60A 一六 四 六 一一 六 O 一 O 一 鋼60B 一O 一 四 八 O 一 O O 二 鋼120A 三 二 二 一 一 O O O O 鋼120B 一三 七 三 二 O 三 O O 一 小計 四五 一四 一七 二四 九 四 一 O 四 其他30A 五 二 二 一 一 一 O O 二 總合 一二四 三一 二九 三二 二三 四三 一 二 二二
3.2 木製防火門防火性能探討
木質材料之熱降解乃是纖維素、半纖維素及木質素等三主要成分，其 各組成分之熱分解溫度為纖維素 325~375℃、半纖維素 225~325℃及木質 素 250~500℃，因而可知基本上木質材料之熱分解即是三主要成分熱分解 的連續性綜合結果，由圖 3.2、3.3 可發現，在空氣中木質材料熱分解可分
幾乎是木質素熱分解所致。
由木質材料之熱解與溫度關係及參照表六可知，在耐火加熱條件下，
木質材料表層約 5 分鐘即已完全熱解，雖然碳化之木質材料具有較小之熱 傳導係數，可阻斷部分之熱造成進一步之熱解，但是在溫度不斷隨著時間 而增加，且碳化之木質材料會產生收縮龜裂，所以其熱解不斷地深化進行；
因此，經過測試之木製防火門其木質部分之碳化程度往往超過一半以上，
其強度折損可想而知，此點可由表 3.4 之木製防火門不符合申請性能之原 因，主要在於衝擊試驗。
圖 3.2 三種闊葉樹木材在空氣中之 TG/DTG 曲線
圖 3.3 二種針葉樹木材在空氣中之 TG/DTG 曲線
3.3 防火門防火性能提昇策略
1.鋼製防火門防火性能改善建議
由前述探討得知鋼製防火門如能解決變形量問題時，鋼鐵材料將是 較容易施作防火門且較容易達到防火性能需求，要有效降低變形量之方 法，可由鋼鐵材料受熱之微觀行為與巨觀之表現著手，由微觀行為觀之，
鋼鐵材料由常溫至 910℃其鐵原子體積約膨脹 4%(如圖 3.1 所示)，以一
變化問題，然此溫度以後已因鋼鐵材料軟化問題，已不具熱應力問題，
所以在初期三十分鐘階段乃鋼製防火門變形之影響階段。
降低鋼製防火門變形問題可以下列方式：
(1)變形疏導
以機械構造方式使面板材與骨架適當分離，讓面板與骨架產生相對 變形，以減少彼此間所產生熱應變之相互影響。
(2)變形抑制：在防火門鉸鍊側得以縮短鉸鍊之間距，以束制其變形。
2.木製防火門防火性能改善建議
由於木質材料在受到 500℃以上之火焰燃燒下，其材料幾乎已完全 熱解，所以用木質材料作為防火門主要用材其技術上，相較於鋼製防火 門為高；因此，從檢測結果之彙整，要改善木製防火門之防火性能，作 以下幾點建議：
(1)木質材料難燃化處理
木質材料經過難燃化處理後，可延緩材料之熱分解時間，其耐火性 能可提高，惟木質材料乃非均質性材料，同時要將可燃材料處理到 完全不燃，其所需技術非常高而且所需成本亦大，如純以難燃化處 理並無法有效提高木製防火門之防火性能。
(2)無機材料防護
木質材料經過難燃化處理，並無法達到防火門防火性能要求，因 此，除難燃化處理為必需外，對於木質部分可再以無機材料(如耐 火棉、無機礦物板等)作適當地將火焰及溫度隔絕，以使木質材料 在加熱過程中不受火焰直接燃燒，同時溫度適度隔絕可延緩熱分 解時間及速率。