典型有機(jī)保溫材料的熱過程演化及火蔓延特性研究.pdf

1、建筑節(jié)能是建設(shè)低耗環(huán)保型社會(huì)和保持經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。有機(jī)保溫材料因?yàn)槠鋬?yōu)越的隔熱效果而被國內(nèi)外的建筑保溫系統(tǒng)廣泛采用，其中熱塑性材料和熱固性材料作為日常生活中最常見的有機(jī)保溫材料，應(yīng)用極為廣泛。然而，這些材料在受熱情況下易產(chǎn)生裂解甚至發(fā)生燃燒，火蔓延速度極快，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣和有毒有害氣體。對(duì)于外墻保溫材料的熱危害性的防治已經(jīng)成為大力發(fā)展節(jié)能型建筑急需解決的關(guān)鍵問題。
　　不同于熱固性材料的燃燒行為，熱塑性保溫材料燃燒

2、過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熔融滴落物質(zhì)，并且在壁面火蔓延的底部積聚形成流淌油池火，加大其整體熱危害性。本文選取最常見的三種熱塑性材料:聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)和聚苯乙烯(PS)作為實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象，并通過自行搭建的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，開展一系列實(shí)驗(yàn)。觀察分析三種熱塑性顆粒材料形成穩(wěn)定熔融滴落熔液情況下，產(chǎn)生的油池火蔓延流淌行為，并且定量分析不同逆向滴落速率下情況下油池火的流淌速率，溫度場，輻射場和質(zhì)量變化等規(guī)律。
　　本文圍繞三種典型熱塑性材料熔

3、融滴落形成的油池火所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析表明，三種熱塑性材料加熱后形成的熔融物質(zhì)在空中滴落過程中的質(zhì)量損失占整體質(zhì)量損失相當(dāng)大的比例，高溫熔液在空中逆向滴落過程中的熱量損失同樣會(huì)對(duì)周圍環(huán)境形成較大熱危害，增加消防撲救的難度。相同條件下，聚苯乙烯(PS)形成的高溫熔融液滴由于其較大的粘性導(dǎo)致其逆向滴落速率低于聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)。由于三種熱塑性材料解聚物表觀粘性和材料分子結(jié)構(gòu)的差異，導(dǎo)致聚苯乙烯(PS)形成的油池火流淌速率慢

4、于聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，但聚苯乙烯(PS)形成的熔滴油池火在熔流槽內(nèi)流淌蔓延過程中的燃燒速率卻高于聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，聚苯乙烯材料較大的燃燒熱及流淌粘度使得其形成的流淌火火焰前鋒和油池的前鋒移動(dòng)保持一致。從熔融、滴落和流淌三方面特性觀察熱塑性材料表現(xiàn)出的燃燒行為差異，聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)形成的滴落流淌火熱危害性大于聚苯乙烯(PS)。所以在實(shí)際的建筑防火設(shè)計(jì)中，對(duì)熱塑性材料火災(zāi)熱危害性的綜合性評(píng)估是非常必要

5、且關(guān)鍵的。
　　另一方面，熱固性保溫材料的火蔓延行為是氣相燃燒與固相熱解相互耦合的復(fù)雜反應(yīng)過程。本文選取典型熱固性保溫材料—硬質(zhì)聚氨酯泡沫（RPU）和軟質(zhì)聚氨酯泡沫(FPU)作為研究對(duì)象，通過外加輻射源，模擬研究實(shí)際火災(zāi)場景中不同的外界輻射強(qiáng)度下二種保溫材料的火蔓延行為，著重分析火蔓延速度、溫度場、質(zhì)量損失、火焰脈動(dòng)頻率和火焰高度等典型特征參數(shù)隨試樣寬度的變化規(guī)律。
　　存在外界輻射源情況較之普通環(huán)境的逆向穩(wěn)態(tài)火蔓延過程具有

6、更強(qiáng)的輻射熱反饋，硬質(zhì)聚氨酯（RPU）和軟質(zhì)聚氨酯(FPU)板材的逆向火蔓延皆會(huì)發(fā)生加速蔓延現(xiàn)象，板材表面火蔓延隨著外界輻射強(qiáng)度的增加，會(huì)產(chǎn)生大量熱解氣，加劇火勢，質(zhì)量損失速率和火蔓延速度與外界輻射強(qiáng)度大小呈正相關(guān)的關(guān)系。相比硬質(zhì)聚氨酯(RPU)材料，軟質(zhì)聚氨酯(FPU)泡沫由于其自身的物理結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出了更充分的燃燒性能。當(dāng)外界輻射強(qiáng)度大于一定強(qiáng)度時(shí)，硬質(zhì)聚氨酯材料沿厚度方向?qū)⒈煌耆纪浮６叩幕鹧娓叨鹊淖兓?guī)律則是無關(guān)，主要受輻射強(qiáng)