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5種典型有機保溫材料的耐火性能分析

發(fā)布時間：2020-07-20 10:12:37 來源： 作者： 閱讀量：463

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導讀：有機保溫材料包括以發(fā)泡性聚苯乙烯(EPS)、擠塑性聚苯乙烯(XPS)和石墨聚苯乙烯(SEPS)等為代表的熱塑性材料及以聚氨酯(PU)、酚醛樹
　
有機保溫材料包括以發(fā)泡性聚苯乙烯(EPS)、擠塑性聚苯乙烯(XPS)和石墨聚苯乙烯(SEPS)等為代表的熱塑性材料及以聚氨酯(PU)、酚醛樹脂(PF)為代表的熱固性材料，因其導熱系數(shù)低、質(zhì)量較輕、便于施工、價格相對便宜等優(yōu)點使其在保溫材料應(yīng)用方面占有主導地位。但有機材料均具有遇火易燃燒的特性，阻燃性能遠不及無機材料。針對有機保溫材料耐火反應(yīng)及受熱行為時，配合使用錐形量熱儀，可以在一定，程度上更加客觀地反映真實火災(zāi)及材料受熱降解的情況，確保實驗數(shù)據(jù)的可參考性。1、實驗部分1.1儀器與原料


表1 保溫材料及性能


所用保溫材料及性能見表1。錐形量熱儀(PL型),FTT公司，見圖1。


圖1試樣用錐形量熱儀示意圖


1.2 實驗方法稱取一定量樣品(精度0.001g)，用鋁箔包封后稱重，置于試樣安裝架上。在使用錐形量熱儀前，先檢查氣體分析儀、樣品氣路、煙塵過濾器處于正常狀態(tài)，冷阱、煙氣氣流速度處于規(guī)定值，調(diào)節(jié)試樣安裝架與輻射錐表面為 25mm, 將輻射錐輻射強度設(shè)定為 SOkW,進行點火，當樣品表面點燃時啟動計時按鈕，移出點火器，觀察實驗過程，記錄樣品燃熔化、崩裂等現(xiàn)象，實驗持續(xù)至 CO濃度在2 X 10-6 以下，此時燃燒已經(jīng)結(jié)束，熱固性材料隱燃也結(jié)束，然后取出燃燒后的樣品，冷卻后稱取質(zhì)量。最后進行數(shù)據(jù)處理，將各時段稱取的樣品質(zhì)量、記錄的點火時間、樣品編號和設(shè)定的輻射強度等參數(shù)輸入計算機中，利用計算機自帶程序?qū)Y(jié)果進行處理。2、結(jié)果與討論本實驗采用錐形量熱儀所得實驗數(shù)據(jù)見表2。


表2 5種典型有機保溫材料的錐形量熱儀


2.1 HRR 分析5 種典型有機保溫材料的 HRR 曲線見圖 2由表2和圖 2可知，相比于熱塑性材料而言，PU和PF在熱輻射強度為 50kW/m2 時，其點燃時間更短，并分別在 10s和 20s 即達到峰值，但是其HRR峰值數(shù)據(jù)遠小于這 3 種熱塑性材料，尤其是PF, 其 HRR 峰值僅為 58. 7kW /m2 ， 而 XPS 高達484kW /m2 , 二者相差 8倍之多。熱固性材料的燃 燒時間遠大于熱塑性材料，導致其平均熱釋放速率 也相對較低。熱塑性材料的 HRR 在點燃后迅速增大并達到峰值，之后由于試樣的消耗使得可燃性氣。


圖2 5種典型有機保溫材料的 HRR曲線圖


體濃度降低，其HRR也開始緩慢降低直至為零，曲線整體上呈單峰形式。而熱固性材料則是在材料點燃后其HRR在很短時間內(nèi)達到峰值，之后由于可燃性氣體濃度的降低直至火焰熄滅，其HRR也迅速降低，但是其HRR并未達到零值，而是開始發(fā)生陰燃 , 其HRR也是保持在一個較低的常數(shù)，繼續(xù)進行燃燒，直至試樣被完全燃燒。2.2 MLR分析5種典型有機保溫材料的 MLR 曲線見圖3。


圖3 5種典型有機保溫材料的MLR曲線圖


由圖可見，熱塑性材料的MLR峰值出現(xiàn)的時間較熱固性材料要延后不少。在輻射錐熱流的作用下，熱塑性材料發(fā)生熔融，吸收大量熱量，減緩材料的進一步燃燒過程，而熱固性材料則是在外部高溫作用下，材料表面迅速發(fā)生裂解反應(yīng)，并劇烈燃燒，從而產(chǎn)生相對較大的MLR , 但是熱固性材料在反應(yīng)過程中，后期會在材料表面產(chǎn)生較厚的炭層， 隔離空氣中的氧氣，抑制材料的進一步燃燒，使得其MLR逐漸減緩，在后期陰燃階段較長時間內(nèi)MLR都在0.02g/s 附近波動，并且其熱反應(yīng)時間遠大于熱塑性材料。在平均質(zhì)量損失速率方面，熱固性材料較小，僅為0. 012g/s, 而其中熱塑性材料至少為0. 035g/s,3倍于熱固性材料的平均質(zhì)扯損失速率，EPS的平均質(zhì)量損失速率更 是達到0. 079g/s, 是熱固性材料的6倍之多。2.3煙生成速率(SPR)分析5種典型有機保溫材料的SPR曲線見圖4。


圖4 5種典型有機保溫材料的SPR曲線圖


由圖可見，熱塑性材料與熱固性材料的SPR 與HRR 趨勢極其相似，并且試樣均是在燃燒過程中有較大的煙氣產(chǎn)率，這說明試樣燃燒越劇烈，產(chǎn)煙速率越大。相比而言，在反應(yīng)的中后期，熱塑性材料的SPR遠大于熱固性材料，尤其是熱固性材料PF, 僅在試樣燃燒初期階段有一個較小的峰值。而熱固性材料僅在試樣表面產(chǎn)生明火時，才有較大的SPR, 而在試樣陰燃階段，其SPR極小，趨近于零。并且PU的SPR曲線具有雙峰，其第二個峰的產(chǎn)生是由于在熱輻射強度的持續(xù)作用下，PU內(nèi)部產(chǎn)生 的揮發(fā)物成分逐漸增多并被表面炭層阻擋，難以釋放出來，最終導致其表面的炭層膨脹并發(fā)生破裂，揮發(fā)物不斷逸出使得SPR增加，從而產(chǎn)生另 一個煙值峰值。相比于熱塑性材料，可以發(fā)現(xiàn)熱固性材料的總產(chǎn)煙量相對而言要小很多，尤其是PF的總產(chǎn)煙量僅有0.02m2 /m2 左右。這些均說明相比于熱塑性材料，熱固性材料具有更小的煙氣危害性。2.4 COY分析5種典型有機保溫材料的COY曲線見圖5。


圖5 5種典型有機保溫材料的COY曲線圖


由圖可見，試樣在開始燃燒過程中，其COY保持在一個常數(shù)附近波動，而在試樣火焰熄滅后，其 COY出現(xiàn)幾個較為明顯的峰值，特別是對千熱固性 材料而言，在其陰燃階段，出現(xiàn)了一些COY峰值，這是因為在陰燃階段時，試樣不能完全燃燒分解，因而產(chǎn)生較多的CO氣體。相對于熱塑性材料而言，熱固性材料的COY則要多出不少，在熱輻射強度為50kW/m2 時，熱塑性材料的平均CO產(chǎn)率僅為 o. 068kg/kg, 而熱固性材料的平均CO產(chǎn)率則達到了0.2~0. 3kg/kg之間，是其3倍之多。3、結(jié)語我國現(xiàn)有建筑有機保溫墻材火災(zāi)頻發(fā)，造成市民巨大的生命及財產(chǎn)損失，而我國在保溫材料及相關(guān)改進措施方面的研究有待進一步完善，為深入探索材料的燃燒特性，對其中具有代表性的材料的耐火行為及其燃燒性能進行了相當深入的研究。旨在通過對不同類型材料從熔融降解、對火反應(yīng)到燃燒等一系列特性進行探索，并分析材料的燃燒機理， 為保溫材料之后的應(yīng)用及 研究提供參考，進一步 完善保溫材料及保溫系統(tǒng)的防火措施設(shè)計并提供一定的幫助。

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