VC石塑地磚燃燒特性

第7頁(yè)共12頁(yè)前言聚氯乙烯(PVC)是一種應(yīng)用普遍的通用性熱塑性高分子材料。以PVC為基材的塑料產(chǎn)品已深入人們生活的各個(gè)環(huán)節(jié)，在室內(nèi)的裝飾裝修中也被廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)代建筑工程中越來(lái)越普遍使用的PVC石塑地磚就是其中之一。這種石塑地磚以PVC為基材，加入了回料，料合劑，填料及其他組分而制成。但由于PVC燃燒時(shí)生煙量大，釋放出大量有毒氣體等，在火災(zāi)情況下具有一定的危險(xiǎn)性。塑料產(chǎn)品的燃燒特性是評(píng)價(jià)其使用的消防安全的重要依據(jù)。本文用錐形量熱計(jì)方法研究了幾種PVC石塑地磚的燃燒參數(shù)，并對(duì)其使用的消防安全性進(jìn)行分析。實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)材料、儀器2.1.1實(shí)驗(yàn)材料：市售PVC石塑地磚。2.1.2儀器：錐形量熱儀（產(chǎn)地英國(guó)）2.2測(cè)試方法：按照ISO5660進(jìn)行測(cè)試2.3材料燃燒的錐形量熱計(jì)研究方法熱釋放速率是描述火災(zāi)的最重要參數(shù)，它的測(cè)定經(jīng)歷了熱量換算法，絕熱箱法，耗氧量法?，F(xiàn)在一般都采用耗氧量法。目前，美國(guó)和其他發(fā)達(dá)國(guó)家的一些標(biāo)準(zhǔn)都把錐形量熱計(jì)法確定為進(jìn)行材料燃燒性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法[1]。錐形量熱計(jì)采取耗氧量原理測(cè)量材料的熱釋放速率，所謂耗氧量原理就是：材料燃燒時(shí)消耗每一單位的氧氣所釋放的熱量基本是相同的。Hugget在1980年發(fā)表的文章指出建筑業(yè)和商業(yè)中普遍使用的大多數(shù)塑料和其他固體材料都遵循這個(gè)規(guī)律，并測(cè)出這個(gè)值為13.1MJ/kg±5%。在試驗(yàn)中將所有燃燒產(chǎn)生的煙氣都收集起來(lái)并在排氣觀眾經(jīng)過(guò)充分混合后，精確的測(cè)出其質(zhì)量流量和組分，至少要將O2的濃度出測(cè)來(lái)，那么通過(guò)計(jì)算可得到燃燒過(guò)程中消耗的氧氣質(zhì)量，運(yùn)用氧消耗原理，即可得材料燃燒過(guò)程中的熱釋放速率，如圖1。圖1錐形量熱儀原理圖2.3PVC石塑地磚性能結(jié)構(gòu)PVC地磚作為地面材料：減輕房屋的荷載，降低綜合造價(jià)，施工方便，縮短工期。同其它的地面材料相比，它花色品種齊全，圖案變化多樣，即有石材的華麗高雅之感，而無(wú)石材冰冷厚重之感覺(jué)，又比地毯易于清理。它防滑、吸音、抗靜電、耐磨、耐腐蝕、防水、防潮、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。且能使石紋與木紋極具個(gè)性的組合在一起。PVC地板中除一部分PVC樹(shù)脂外，其余組分是回料、料合劑、填料及其它組分。3.結(jié)果與分析試驗(yàn)采用的樣品都是市場(chǎng)上的成品，有馬麗象牙黃，臺(tái)灣小石塊，馬麗云彩黑咖啡，馬麗云彩霧灰等。按照ISO5660標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣制備的要求，將他們按原厚度制成100mm×100mm的式樣，試驗(yàn)時(shí)用鋁箔包裹試樣的四周和底面，底部墊有陶瓷纖維棉，在表面放上鋼柵防止地板在燃燒過(guò)程中翹曲。試驗(yàn)采用水平試驗(yàn)法。對(duì)FL-41到FL-48地磚的熱輻射量為35kw/m2，測(cè)試結(jié)果如表1。FL-45地磚的熱輻射量分別為25kw/m2,35kw/m2，50kw/m2測(cè)試結(jié)果如表2。表135kw/m2熱輻射通量下樣品的燃燒參數(shù)樣品名稱(chēng)熱釋放率第一峰值kw/m2熱釋放率峰值kw/m2點(diǎn)燃時(shí)間S平均比光面積m2/kg平均有效燃燒熱m2j/kgCO生成率kg/kgCO2生成率kg/kgFL-4193．4397．5837655．596．720．04201．31`FL-4243．25130．9466221．0416．250．01931．73FL-4387．69105．3651593．378．290．03491．29FL-4424．34133．9930607．3411．130．03511．32FL-4549．96120．0155571．798．540．03731．19FL-46158．30158．3037696．9810．430．06730．93FL-4778．85134．8335627．2312．220．03661．35FL-48194．67195．5879930．1625．000．05032．29表2以三種不同的輻射通量照射FL-45的燃燒參數(shù)熱輻射通量kw/m2熱釋放速率kw/m2熱釋放速率第一峰值kw/m2熱釋放速率峰值kw/m2點(diǎn)燃時(shí)間S平均比光面積m2/kg平均有效燃燒熱m2j/kgCO生成率kg/kgCO2生成率kg/kg2580.6870143.2871590.9515.30.0311.423567.7751.7120.0155571.798.540.0371.195098.79118.9160.87222694728440511413981.893.1PVC石塑地磚熱釋放率分析試驗(yàn)用的PVC地磚材料雖然都是以PVC為基材的，但由于其中加入的其他成分的不同，表現(xiàn)出來(lái)的熱釋放率不同。如圖2-5，在同樣的輻射能量,FL-41比FL-42的熱釋放速率大，但又小于FL-47。由表1，圖2和圖3看出來(lái)，F(xiàn)L-42,FL-44的熱釋放率第一峰值和最大峰數(shù)值相差較大，而且兩個(gè)峰值之間間隔時(shí)間較長(zhǎng)。究其原因可能是材料燃燒后表面形成碳膜較快而且較厚，阻礙分解的可燃?xì)怏w的釋放，阻止了燃燒，推遲了轟燃時(shí)間，對(duì)防火而言是有積極意義的。而FL-46只有一個(gè)峰值，且出現(xiàn)較早。這種材料燃燒生成碳膜慢且薄，很快被燃燒生成的氣體沖破，沒(méi)有起到很好的阻燃效果，在火災(zāi)中燃燒快。圖2FL-41FL-42在35kw/m2熱輻射通量下的熱釋放速率圖3FL-43,FL-44在35kw/m2熱輻射通量下的熱釋放速率圖4FL-45,FL-46在35kw/m2熱輻射通量下的熱釋放速率圖5FL-47,FL-48在35kw/m2熱輻射通量下的熱釋放速率同種的材料在不同的熱輻射能量下其熱釋放速率也是不同的,如圖6。圖6同種材料在不同輻射能量下的熱釋放率參數(shù)從圖6可以看出：材料的熱釋放速率隨照射其上的輻射熱能量的增加而增加。熱釋放速率數(shù)據(jù)越大，表明材料燃燒時(shí)對(duì)環(huán)境的熱貢獻(xiàn)越大，火災(zāi)危險(xiǎn)性越大。而第一峰值越高，到達(dá)時(shí)間越早，火災(zāi)危險(xiǎn)性也越大。FL-45在25kw/m2熱輻射能量作用下出現(xiàn)第一峰值的時(shí)間要比在35kw/m2下出現(xiàn)的早，然后熱釋放率一直很低，甚至為零，接著卻出現(xiàn)了一個(gè)很高的峰值。由此可以推測(cè)產(chǎn)生這種現(xiàn)象是由于材料表面成碳速率高低引起的。這種材料的成碳速率快，在材料表面形成碳膜阻止了輻射能量向未燃基材傳遞，也阻止了O2向未燃基材擴(kuò)散，阻止了燃燒的進(jìn)行，熱釋放率降低。在碳膜下積聚了大量燃燒生成的氣體。隨著燃燒的進(jìn)行會(huì)使碳膜破裂，聚集在內(nèi)的氣體瞬間噴出，導(dǎo)致熱釋放率瞬間達(dá)到峰值。這樣就出現(xiàn)了圖中材料熱釋放率峰值在25kw/m2輻射通量照射下比在35kw/m2照射下高的自現(xiàn)象.當(dāng)然，這種推測(cè)需要大量實(shí)驗(yàn)才能驗(yàn)證，但由于材料有限，這里并沒(méi)有對(duì)它進(jìn)行驗(yàn)證，有待進(jìn)一步研究。3.2PVC石塑地磚點(diǎn)燃時(shí)間點(diǎn)燃時(shí)間的長(zhǎng)短是評(píng)價(jià)材料使用消防安全的重要參數(shù)。點(diǎn)燃時(shí)間越長(zhǎng)，逃生的時(shí)間越長(zhǎng)，也為滅火提供了更有力的條件。由表1可以看出，相同輻射能量下，各試驗(yàn)用的材料的點(diǎn)燃時(shí)間不同，點(diǎn)燃時(shí)間最長(zhǎng)的為FL-48。點(diǎn)燃時(shí)間最短的是FL-44，這種地磚在防火要求比較高的場(chǎng)所是不適合使用的。FL-42的點(diǎn)燃時(shí)間較長(zhǎng)，出現(xiàn)第一峰值時(shí)間也較長(zhǎng)，而且第一峰值出現(xiàn)后很長(zhǎng)時(shí)間才出現(xiàn)最大峰值，說(shuō)明這種材料的防火性能較好[2]。由圖可知在不同輻射量下，同種材料的點(diǎn)燃時(shí)間也不同?？偟膩?lái)說(shuō)同種材料的點(diǎn)燃時(shí)間隨輻射能量增高而減短。圖7FL-45在三種輻射能量下點(diǎn)燃時(shí)間情況3.3PVC石塑地磚材料燃燒的煙毒性情況分析燃燒時(shí)生成的煙和有毒氣體的種類(lèi)數(shù)量是評(píng)價(jià)材料使用安全必須考慮的因素。眾多火災(zāi)案例表明，煙，毒氣體是致人死亡的重要因素。煙的釋放過(guò)程分兩個(gè)階段：點(diǎn)燃階段的煙釋放和有焰燃燒階段的煙釋放。前者的煙釋放量很少，絕大多數(shù)煙都是在后一階段生成的。所以討論后一階段的比光面積就更具有意義[3]。比光面積是指單位質(zhì)量揮發(fā)物產(chǎn)生煙的量。從表1看出，相同輻射能量下，F(xiàn)L-48的比消光面積最大，F(xiàn)L-42的比消光面積最小。其可能的原因是各種PVC石塑地磚中所加的其他成分不同。表2表明，同一材料在不同輻射能量照射下，產(chǎn)煙率隨輻射能量增高?；馂?zāi)中燃燒產(chǎn)生的CO2,CO能使人窒息死亡，是火災(zāi)中致死的重要因素之一。材料燃燒生成的CO生成率越大說(shuō)明在單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的CO量越大?；馂?zāi)是這種材料燃燒對(duì)人的危害性越大。實(shí)驗(yàn)中在相同熱輻射通量的情況下，CO生成率最大的是FL-46,最小的是FL-42，CO2生成率最大的是FL-48，最小的是FL-42。大多數(shù)材料CO生成率在0.002kg/s左右的水平，也就是說(shuō)以PVC為基材的地磚材料CO產(chǎn)生速率無(wú)顯著差別。個(gè)別材料CO產(chǎn)生速率顯著增加，這是我們選擇使用材料和材料的開(kāi)發(fā)者應(yīng)引起注意的。表3材料燃燒的CO,CO2產(chǎn)生情況FL-41FL-42FL-43FL-44FL-45FL-46FL-47FL-48CO生成率kg/s0.002650.000890.00220.00220.00260.005920.002270.00196CO2生成率kg/s0.082530.079580.08260.08450.08330.081840.08370.08931PVC由聚氯乙烯構(gòu)成，聚氯乙烯在燃燒使出了會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧外，而且煙物種還含有許多有毒有害的氯化氫氣體。據(jù)國(guó)內(nèi)外火災(zāi)的傷亡統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)種的傷亡人員70%以上是由于煙氣和毒性氣體造成的。因此建筑裝飾材料今后的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是向難燃化，低煙，無(wú)鹵（低毒或無(wú)毒）方向發(fā)展[4]。結(jié)論3．1以PVC為基材的石塑地磚由于美觀，耐磨等需要加入了某些其他成分，導(dǎo)致了材料燃燒特性的改變。3．2同一種材料隨輻射能量的增加，點(diǎn)燃時(shí)間大大縮短，熱釋放速率第一峰值和最大峰值，平均燃燒熱等大幅度增加。3．3實(shí)驗(yàn)材料中FL-42的阻燃性能最好。3．4統(tǒng)一輻射能量下，以PVC為基材的外觀不同的石塑地磚CO生成率一般都在0.002kg/s左右的水平，并沒(méi)有顯著差別，個(gè)別材料CO生成率顯著增加，這要我們?cè)诓牧系倪x擇使用和生成商引起注意。綜上所述，PVC石塑地磚在火災(zāi)重的危險(xiǎn)性受外加基影響很大。建議開(kāi)發(fā)商在使用外加劑時(shí)能采用使其耐燃，抑煙，低毒的成分。參考文獻(xiàn)[1]程遠(yuǎn)平等，表面期對(duì)地板材料或