材料燃燒時的生煙性

1、材料燃燒時的生煙性是二次火效應(yīng)。很多塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酷等燃燒時都會產(chǎn)生大量的煙霧；特別是某些氣相阻燃的塑料生煙量更甚。早在20世紀(jì)70年代，人們就已認(rèn)識到煙是火災(zāi)中致人死命的首要危險因素之一，同時煙也嚴(yán)重延誤火災(zāi)時搶救人民生命財產(chǎn)的時機(jī)。因此從20世紀(jì)80年代起，抑煙就已成為對阻燃塑料的基本要求之。進(jìn)人21世紀(jì)后，由于對環(huán)保的更加垂視，歐洲即將實(shí)行，我國也擬實(shí)行的一些新阻燃塑料性能測試方法和標(biāo)準(zhǔn)，以及我國公安部于2007年3月頒布和執(zhí)行的公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求及標(biāo)識”中，都耍求降低阻燃塑料的生煙性，并將;它規(guī)定為必須滿足的重要要求之一?，F(xiàn)在，任何生煙性高的阻燃塑料，即

2、使其它性能優(yōu)異，也是不可能有應(yīng)用前景和持續(xù)生命力的。美國NBS煙箱法（ASTME662）此法在美國用于測定煙密度歷史最久、很具權(quán)威性，是其它各國NBS煙箱法的基礎(chǔ)困。ASTME662可測定塑料明燃（燃燒）及陰燃（熱裂）的生煙性（其裝置圖見GB8323-1987）。試驗(yàn)所用試件尺寸為76mmx76mmx25mm（最大厚度），共用6個試樣，3個用于測定陰燃煙密度，3個用于測定明燃煙密度。測試室內(nèi)容積為914mmx610mmx914mm。試件在箱內(nèi)垂直放置，平行于輻射熱源。輻射熱源強(qiáng)度為2.5W/cm2（對試樣表面積），陰燃時只采用此輻射熱源。點(diǎn)燃源為6個微型管式丙烷噴燈，燈在試件下邊緣之上6.4m

3、m,明燃時同時采用輻射熱源及點(diǎn)燃源。試驗(yàn)時問最多20min，或產(chǎn)生最低光透射率后再試驗(yàn)3min。試驗(yàn)結(jié)果以最大煙密度（D）表示：m式中：T最小透光率。mNBS煙箱測定塑料的生煙性無論從理論上還是實(shí)際上都有一些缺點(diǎn)，其中最重要的是缺乏與大型火試驗(yàn)的相關(guān)性，因而不能用于預(yù)測塑料在真實(shí)火災(zāi)中的危害性。NBS煙箱法的其它缺點(diǎn)還有：（1）垂直放置試樣導(dǎo)致熔化和熔滴；（2）試驗(yàn)過程中不能測定試件的質(zhì)量；（3）只采用單一的輻照熱流量；（4）煙箱中氧含量低于14%時燃燒一般自熄，而在試驗(yàn)結(jié)束前有時氧含量即降低至14%;（5）壁損失明顯；（6）不適用于復(fù)合材料，因?yàn)楫?dāng)煙箱中氧濃度不足時，多層復(fù)合材料的某一部分可

4、能不會燃燒；（7）光源為多色光?，F(xiàn)在，人們已對NBS煙箱進(jìn)壓元件，改進(jìn)點(diǎn)燃源，給煙箱供應(yīng)氧-氮混合氣等。所以現(xiàn)在存在不少改進(jìn)型的NBS煙箱，但它們有待統(tǒng)一和標(biāo)準(zhǔn)化。其它NBS煙箱法法國NBS煙箱法（UTEC20-452）此法是法國電氣工程領(lǐng)域采用的測定塑料煙密度的NBS煙箱法，它以煙遮蔽指數(shù)（VOF）及煙密度指數(shù)（IOF）表征生煙性。4VOF表征總的生煙量，系每隔lmim所測得的煙密度的總和，可4按下式計算：VOF=（D+D+D+D）/2式中：D、D、D、D1、2、3、4min412341234時的煙密度。IOF表征試件生煙的速率，它由最大煙密度、煙密度達(dá)16的時間及達(dá)最大煙密度10%、30%

5、、50、70%和90%的時間計算得到。UTEC20一452的測試裝置和條件與ASTME662大致相同。德國NBS煙箱法德國航空工業(yè)規(guī)定，用于飛機(jī)的塑料應(yīng)進(jìn)行生煙性及有毒燃燒產(chǎn)物試驗(yàn)。對于生煙性，采用NBS煙箱測定，系測定90s及4min內(nèi)的煙密度。對電線及電纜，則系測定20min內(nèi)的煙密度。對機(jī)身壓力區(qū)的部件材料，其煙密度不能超過規(guī)定值。此法試驗(yàn)裝置和條件也與ASTME662基本相同。改良NBS煙箱法常規(guī)NBS煙箱測定法系將試樣垂直放置，熱塑性塑料會由于熔滴而流失，從而影響煙密度的測定結(jié)果，而在改良型煙箱中系水平放置試樣，同時降點(diǎn)燃輻射源的能量，且不采用明火點(diǎn)燃。另外，與常規(guī)NBS煙箱的輻射源

6、不同，改良NBS煙箱的輻射源雖只能在單一輻射強(qiáng)度下操作，但每一次操作的輻射強(qiáng)度可調(diào)，即可設(shè)置多個輻射強(qiáng)度。經(jīng)如此改進(jìn)后的NBS煙箱法稱為改良NBS煙箱法。IS05659/21994(E)法即可歸屬于改良NBS煙箱法，其裝置見圖1。此法于1994年提出，經(jīng)改進(jìn)的NBS煙箱可水平放置試件(75mmx75mm)，錐形輻射加熱器位于試件上方，其熱流量允許在一定范圍內(nèi)變動，但通常為25kW/m(2可采用或不采用試樣點(diǎn)燃器)或50kW/m2(不采用試樣點(diǎn)燃器)。在試樣及輻射加熱器上方，最初曾裝有排風(fēng)柜，后者又與煙箱頂上的導(dǎo)管相連，導(dǎo)管內(nèi)裝有煙霧測試系統(tǒng)和抽引風(fēng)扇，即煙密度的測定在動態(tài)下進(jìn)行。E則工出1丨至

7、紅外趾講儀）；2氣休取樣伶小一軸射器汕側(cè)圖1ISO耶滋矗：-J殍ME）銘測煙裝毗示徹圖（木包擠測劃塞體在美國航空工業(yè)中，對所用塑料的煙密度有定的要求，均需采用改良NBS煙箱測定，且同時取樣測定某些化合物（塑料熱裂及燃燒產(chǎn)物）的毒性。XP2煙箱法此方法已確定為美國標(biāo)準(zhǔn)ASTMD2843-88,它用于測定塑料建材的生煙性。在歐洲（德國、奧地利、瑞士），XP2煙箱法或在其基礎(chǔ)上經(jīng)改良的方法也用于建材生煙性的測定。瑞士采用的XP2煙箱一般結(jié)構(gòu)見圖2。虹1-址吸收率折小2肌2記束器；3比探測器；4撚燒器;自F鳳機(jī)；&-光腺?7板汕-試件支架圖？X吃焰軻結(jié)構(gòu)朋總圖XP2煙箱法的試件為6個，試件尺寸是：固體

8、塑料為30mmx30mmx4mm；泡沫塑料為60mmx60mmx25mm包覆材料為30mmx30mmx原始厚度。煙箱內(nèi)容積為790mmx308mmx308mm,空氣循環(huán)流速為6.06.5L/s。試件水平放置于60mmx60mm的鐵絲網(wǎng)上。點(diǎn)燃源為可旋轉(zhuǎn)丙烷噴燈，火焰長150mm,以與水平成45。角施加于試件上，噴燈孔距試件中心45mm。試驗(yàn)時，點(diǎn)燃源一直施加于試樣，直至試樣完全燃盡，并記錄試驗(yàn)過程中光吸收率隨時間變化的情況。試驗(yàn)結(jié)果表征為塑料的最大光吸收率，并以此將塑料分類。以XP2煙箱法測定生煙性時，笙少應(yīng)測定3次，取其算術(shù)平均值為結(jié)果。ASTMD2843一88規(guī)定的試件尺寸為25mmx25

9、mmx6mm施加火源時間為4min,對ASTMD2843-88規(guī)定的XP2法，系以3個試驗(yàn)的平均光吸收率對時間作圖所得曲線的峰值為最大光吸收率，行了一些改進(jìn)，例如在系統(tǒng)中引人壓縮空氣提供的可控通風(fēng)裝置及測而煙密度值則系以該試驗(yàn)曲線下的面積除以整面積再乘以100所得，以表示。這里的整面積是試驗(yàn)時間內(nèi)各時間間隔與相應(yīng)光吸收率乘積之和。ISO煙箱法ISO煙箱包括一個分解室及一個測量室（總?cè)莘e1.3m3）,兩者由上導(dǎo)管及下導(dǎo)管連結(jié)。點(diǎn)燃裝置位于分解室內(nèi)，它系一錐形輻射器，其輻射強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)。試件置于分解室內(nèi)的支持架上。分解室內(nèi)生成的煙進(jìn)人測量室，測量室內(nèi)裝有煙密度測量系統(tǒng)，它包括一鹵燈光源及光學(xué)器件。

10、光源發(fā)出的水平光束通過測量室進(jìn)人光接收器（配有光學(xué)器件及光電二極管）并被放大。為了使光徑縮短至300mm，由光源和光接收器伸出一管子進(jìn)人測量室。ISO煙箱法試驗(yàn)規(guī)范如下：試件最多5個，尺寸為165mmx165mmx70mm（最大厚度）。每個試樣應(yīng)在輻射能分別為5、4、3、2、1W/cm2下試驗(yàn)。試件水平放置，用鋁箔包覆，以使試件被輻照面積的直徑為140mm。輻射源的輻射能為15W/cm2，不用明火。光電系統(tǒng)及測量裝置為水平光源，光徑長360mm,具有光檢測器及放大器。試驗(yàn)時間為15min，連續(xù)監(jiān)測測量室的煙密度，測定結(jié)果以最大平均煙密度（D）及相應(yīng)試件點(diǎn)燃時問（t）表示。mmi由每一個輻射能下

11、5個試樣D測定值的算術(shù)平均值計算被測塑m料的D;平均點(diǎn)燃時間（t）由每個試樣的ti的算術(shù)平均值求得。mmim德國DIN53436/E53437法DIN53436/E53437法在德國用于測定建材的生煙性，其裝置見圖3。HTM甲rELIl-PLLtnF5M37的試戚住T41試臥2卷人I1門一石英第4可動環(huán)形電熱爐;56光束：?排叫（_|：光檢測器圖弓1）n53436/E53437測定牛.煙性的裝比此法系將試樣置于一石英玻璃舟中，該舟再水平置于一長1m、外徑40mm的石英管中。用一長100mm的可沿石英管移動的管式電爐將試樣加熱，且可在多個溫度下熱裂試件。試件尺寸為270mmx5mmx2mm,每個

12、熱裂溫度下應(yīng)試驗(yàn)3個（均相塑料）或4個（復(fù)合材料）試件。試驗(yàn)時，裝好試件后，開啟加熱爐調(diào)至250C，同時以與電爐移動相對方向往石英管中通人空氣，流量為300L/h。試件被加熱15min后，記錄試樣熱解的生煙性，如果被測的第一個試件在前10min內(nèi)光吸收率小于5%則可停止試驗(yàn)，否則在250C再測定23個試件。隨后，依次調(diào)高溫度至300、350、400、450、500C（如有必要，還可包括200C），并在每一溫度下各測定3個試件。DIN53436/E53437法的測定結(jié)果以煙系數(shù)F及煙密度增高系數(shù)V表示，它們的定義為：F=S/m式中：s煙密度與時問min關(guān)系曲線下的面積；m試樣質(zhì)量，go式中;t達(dá)

13、到最大煙密度的時間；to滯后時間（試件熱解產(chǎn)物由熱解舟達(dá)到煙密度測定處所需要的時間）。試驗(yàn)所得任一溫度下3個或4個試件的測定平均值與任一試件單一測定值的差值不應(yīng)大于30%o法國NFT51-073-1977法也是以DIN53436/E53437為基礎(chǔ)，但NFT51-073-1977法只是用于實(shí)驗(yàn)室比較不同塑料的生煙性。與DIN53436/E53437不同的是，法國方法所用試件尺寸為80mmx10mmx6mm,測定溫度為350、500、650C和900C，光電系統(tǒng)的光徑長是100mm,日本JISA1321-75法JISA1321-75法系以BS476.6為基礎(chǔ)建立的，用來檢驗(yàn)建材的阻燃性能，但可連結(jié)裝有測煙系統(tǒng)的集煙箱，用于測定塑料的生煙性。JSA1321-75法的集煙箱尺寸為1000mm（高）xl410mmxl410mm,在箱天花板中心下300mm處有一煙人口，試樣熱解及燃燒生成的煙由此進(jìn)人煙密度計。JISA1321-75法以單位面積的生煙系數(shù)表征塑料的生煙性。結(jié)語塑料燃燒時的生煙