典型熱塑性材料火災行為中融流燃燒過程的實驗研究.pdf

1、熱塑性材料由于具有加工方便、價格低廉、防水、防腐蝕等優(yōu)點，被廣泛應用于家具、室內(nèi)裝飾及建筑保溫等領(lǐng)域。熱塑性材料由于其特殊的物理化學性質(zhì)，受熱易軟化熔融并產(chǎn)生流動，從而為其火災防治帶來了新問題。對于壁面熱塑材料著火的情況，流動性使其聚集在地面上形成油池火，并與壁面火相互耦合促進，極大的提高了其火災危害性。
　　熱塑性材料的特殊火災行為引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，這種特殊的燃燒行為由多個復雜的過程耦合而成，包括壁面燃燒過程、油池流淌

2、燃燒過程以及兩者在傳熱和傳質(zhì)方面的相互作用過程。目前相關(guān)的研究還停留在復雜行為的綜合表現(xiàn)方面，對于熱塑性材料復雜燃燒行為中多個耦合的過程，缺乏深入的研究。因此本文的目標是自主設(shè)計并搭建實驗平臺對熱塑性材料的耦合燃燒行為中的單一過程進行研究，并研究真實尺度下材料的熱解機理及過程，深入理解熱塑性材料的復雜燃燒行為。本文根據(jù)實際情況選取了三種常見的熱塑性材料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)作為研究對象。
　　熱塑材料自身

3、的物化性質(zhì)決定了其特殊的火災行為，因此為了理解熱塑材料在火災中的行為變化，首先需要理解材料的熱解過程。熱重實驗平臺是常用的手段，但是熱重實驗研究過程中，材料尺度很小，表現(xiàn)出均一的性質(zhì)，和真實火災中的情形相差很大，因此本文設(shè)計并搭建了真實尺度熱塑材料熔融實驗平臺，對材料的熱解動力學行為進行深入研究。實驗結(jié)果顯示，該平臺可以很好的體現(xiàn)出受熱情況下材料內(nèi)部的溫升特性，表明小尺度實驗在再現(xiàn)真實尺度情況下熱災害行為的局限性。通過對質(zhì)量和溫度特性的

4、分析可以看出，熱解過程可以分為三個階段:初期加熱階段、融化主導階段以及氣化主導階段。熱解釋放的氣態(tài)產(chǎn)物直接補充了燃燒的原料，而融化和熱解導致的液態(tài)產(chǎn)物則增加了液體流淌蔓延的范圍。材料在熱解過程中的火災危害性是多個因素綜合影響的結(jié)果。對于熱解動力學的研究也表明了實驗尺度的局限性。本研究有助于深入理解和分析材料在火災過程中熔融滴落流淌的機理和過程，為后面的實驗平臺設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。
　　為了確定火災中不同過程對燃燒的影響，本文搭建了熱

5、塑板材火蔓延實驗平臺，選取代表性材料PP，定量研究了板材懸空條件下的火蔓延過程，并考慮了外加輻射以及板材寬度對燃燒的影響。通過對不同工況下質(zhì)量特性的分析，確定了不同外界條件下，熱塑材料特殊火災行為不同過程的相對危害性。實驗結(jié)果表明，在板材火蔓延過程中，流淌燃燒的油池火過程的影響及危害性最大?；诒緦嶒炂脚_的研究結(jié)果，考慮設(shè)計實驗平臺，研究滴落油池火的流淌燃燒行為。
　　基于熱塑材料熔融實驗平臺對材料熱解機理的理解，以及火蔓延平臺對

6、溢流油池火危害性的分析，設(shè)計并搭建了熔滴流淌燃燒實驗平臺，對熱塑材料復雜燃燒過程中的滴落油池火的流淌燃燒行為進行研究。該實驗平臺實現(xiàn)了高溫液態(tài)熱塑性材料的持續(xù)滴落，從而研究滴落形成的溢流油池的產(chǎn)生、發(fā)展及蔓延燃燒過程。實驗結(jié)果表明溢流油池燃燒行為受材料自身性質(zhì)的影響，不同材料表現(xiàn)出不同的行為特性。而在外界的影響中，最主要的就是底板材料。因此本文利用熱塑材料熔滴流淌實驗平臺，研究了液態(tài)熱塑性材料連續(xù)滴落情況下，不同底板材料對油池火發(fā)展、蔓