材料燃燒時的生煙性

2021-07-14 06:44:18 字數 4656 閱讀 8986

材料燃燒時的生煙性是二次火效應。很多塑料如聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氨酷等燃燒時都會產生大量的煙霧;特別是某些氣相阻燃的塑料生煙量更甚。早在20世紀70年代,人們就已認識到煙是火災中致人死命的首要危險因素之一,同時煙也嚴重延誤火災時搶救人民生命財產的時機。

因此從20世紀80年代起,抑煙就已成為對阻燃塑料的基本要求之。進人21世紀後,由於對環保的更加垂視,歐洲即將實行,我國也擬實行的一些新阻燃塑料效能測試方法和標準,以及我國公安部於2023年3月頒布和執行的"公共場所阻燃製品及元件燃燒效能要求及標識」中,都耍求降低阻燃塑料的生煙性,並將;它規定為必須滿足的重要要求之一。現在,任何生煙性高的阻燃塑料,即使其它效能優異,也是不可能有應用前景和持續生命力的。

1 美國nbs菸箱法(astm e 662)

此法在美國用於測定煙密度歷史最久、很具權威性,是其它各國nbs菸箱法的基礎困。astm e662可測定塑料明燃(燃燒)及陰燃(熱裂)的生煙性(其裝置圖見gb 8323-1987)。試驗所用試件尺寸為76 mm x76 mm x25 mm(最大厚度),共用6個試樣,3個用於測定陰燃煙密度,3個用於測定明燃煙密度。

測試室內容積為914 mm x610 mm x914mm。試件在箱內垂直放置,平行於輻射熱源。輻射熱源強度為2.

5 w/cm2(對試樣表面積),陰燃時只採用此輻射熱源。點燃源為6個微型管式丙烷噴燈,燈在試件下邊緣之上6.4mm,明燃時同時採用輻射熱源及點燃源。

試驗時問最多20min,或產生最低光透射率後再試驗3 min。試驗結果以最大煙密度(dm)表示:

式中:tm—最小透光率。

nbs菸箱測定塑料的生煙性無論從理論上還是實際上都有一些缺點,其中最重要的是缺乏與大型火試驗的相關性,因而不能用於**塑料在真實火災中的危害性。nbs菸箱法的其它缺點還有:(1)垂直放置試樣導致熔化和熔滴;(2)試驗過程中不能測定試件的質量;(3)只採用單一的輻照熱流量;(4)菸箱中氧含量低於14%時燃燒一般自熄,而在試驗結束前有時氧含量即降低至14%;(5)壁損失明顯;(6)不適用於複合材料,因為當菸箱中氧濃度不足時,多層複合材料的某一部分可能不會燃燒;

(7)光源為多色光。

現在,人們已對nbs菸箱進壓元件,改進點燃源,給菸箱**氧-氮混合氣等。

所以現在存在不少改進型的nbs菸箱,但它們有待統一和標準化。

2 其它nbs菸箱法

2.1 法國nbs菸箱法(ute c 20 -452)

此法是法國電氣工程領域採用的測定塑料煙密度的nbs菸箱法,它以菸遮蔽指數(vof4)及菸密度指數(iof)表徵生煙性。

vof4表徵總的生煙量,系每隔1 mim所測得的煙密度的總和,可按下式計算:

vof4=(d1+d2+d3+d4)/2 式中:d1、d2、d3、d4—1、2、3、4 min時的煙密度。

iof表徵試件生煙的速率,它由最大煙密度、煙密度達16的時間及達最大煙密度10%、30%、50%、70%和90%的時間計算得到。

ute c 20一452的測試裝置和條件與astm e662大致相同。

2.2 德國nbs菸箱法

德國航空工業規定,用於飛機的塑料應進行生煙性及有毒燃燒產物試驗。對於生煙性,採用nbs菸箱測定,系測定90s及4 min內的煙密度。對電線及電纜,則系測定20min內的煙密度。

對機身壓力區的部件材料,其菸密度不能超過規定值。

此法試驗裝置和條件也與astm e 662基本相同。

2.3 改良nbs菸箱法

常規nbs菸箱測定法系將試樣垂直放置,熱塑性塑料會由於熔滴而流失,從而影響煙密度的測定結果,而在改良型菸箱中系水平放置試樣,同時降點燃輻射源的能量,且不採用明火點燃。另外,與常規nbs菸箱的輻射源不同,改良nbs菸箱的輻射源雖只能在單一輻射強度下操作,但每一次操作的輻射強度可調,即可設定多個輻射強度。經如此改進後的nbs菸箱法稱為改良nbs菸箱法。

is0 5659/2一1994(e)法即可歸屬於改良nbs菸箱法,其裝置見圖1。此法於2023年提出,經改進的nbs菸箱可水平放置試件(75mm x 75mm),錐形輻射加熱器位於試件上方,其熱流量允許在一定範圍內變動,但通常為25 kw/m2(可採用或不採用試樣點燃器)或50 kw/m2(不採用試樣點燃器)。在試樣及輻射加熱器上方,最初曾裝有排風櫃,後者又與菸箱頂上的導管相連,導管內裝有煙霧測試系統和抽引風扇,即煙密度的測定在動態下進行。

在美國航空工業中,對所用塑料的煙密度有-定的要求,均需採用改良nbs菸箱測定,且同時取樣測定某些化合物(塑料熱裂及燃燒產物)的毒性。

3 xp2菸箱法

此方法已確定為美國標準astm d 2843-88,它用於測定塑料建材的生煙性。在歐洲(德國、奧地利、瑞士),xp2菸箱法或在其基礎上經改良的方法也用於建材生煙性的測定。

瑞士採用的xp2菸箱一般結構見圖2。

xp2菸箱法的試件為6個,試件尺寸是:固體塑料為30 mm x30 mm x 4 mm;泡沫塑料為60 mm x60 mm x 25 mm;包覆材料為30 mm x30 mm x原始厚度。煙箱內容積為790 mm x 308 mm x 308 mm,空氣迴圈流速為6.

0~6.5 l/s。試件水平放置於60 mm x60 mm的鐵絲網上。

點燃源為可旋轉丙烷噴燈,火焰長150 mm,以與水平成45。角施加於試件上,噴燈孔距試件中心45mm。試驗時,點燃源一直施加於試樣,直至試樣完全燃盡,並記錄試驗過程中光吸收率隨時間變化的情況。

試驗結果表徵為塑料的最大光吸收率,並以此將塑料分類。以xp2菸箱法測定生煙性時,笙少應測定3次,取其算術平均值為結果。

astm d 2843一88規定的試件尺寸為25 mm x25 mm x 6 mm,施加火源時間為4 min,對astm d2843-88規定的xp2法,係以3個試驗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,,以%表示。這裡的整面積是試驗時間內各時間間隔與相應光吸收率乘積之和。

4 iso菸箱法

iso菸箱包括乙個分解室及乙個測量室(總容積1.3 m3),兩者由上導管及下導管鏈結。點燃裝置位於分解室內,它系一錐形輻射器,其輻射強度可以調節。

試件置於分解室內的支援架上。分解室內生成的煙進人測量室,測量室內裝有煙密度測量系統,它包括一滷燈光源及光學器件。光源發出的水平光束通過測量室進人光接收器(配有光學器件及光電二極體)並被放大。

為了使光徑縮短至300mm,由光源和光接收器伸出一管子進人測量室。

iso菸箱法試驗規範如下:試件最多5個,尺寸為165 mm x 165 mm x 70 mm(最大厚度)。每個試樣應在輻射能分別為5、4、3、2、1 w/cm2下試驗。

試件水平放置,用鋁箔包覆,以使試件被輻照面積的直徑為140 mm。輻射源的輻射能為1~5 w/cm2,不用明火。光電系統及測量裝置為水平光源,光徑長360 mm,具有光檢測器及放大器。

試驗時間為15min,連續監測測量室的煙密度,測定結果以最大平均煙密度(dmm)及相應試件點燃時問(ti)表示。

由每乙個輻射能下5個試樣dm測定值的算術平均值計算被測塑料的dmm;平均點燃時間(tim)由每個試樣的ti的算術平均值求得。

5 德國din 53436/e 53437法

din 53436/e 53437法在德國用於測定建材的生煙性,其裝置見圖3。

此法系將試樣置於一石英玻璃舟中,該舟再水平置於一長1 m、外徑40 mm的石英管中。用一長100 mm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270 mmx 5 mm x 2 mm,每個熱裂溫度下應試驗3個(均相塑料)或4個(複合材料)試件。

試驗時,裝好試件後,開啟加熱爐調至250℃,同時以與電爐移動相對方向往石英管中通人空氣,流量為300 l/h。試件被加熱15 min後,記錄試樣熱解的生煙性,如果被測的第乙個試件在前10 min內光吸收率小於5%則可停止試驗,否則在250℃再測定2~3個試件。隨後,依次調高溫度至300、350、400、450、500℃(如有必要,還可包括200℃),並在每一溫度下各測定3個試件。

din 53436/e 53437法的測定結果以菸係數f及菸密度增高係數v表示,它們的定義為:

f=s/m

式中:s—煙密度與時問min關係曲線下的面積;

m——試樣質量,g。

式中;t——達到最大煙密度的時間;

t。—滯後時間(試件熱解產物由熱解舟達到煙密度測定處所需要的時間)。

試驗所得任一溫度下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大於30%。

法國nf t 51-073-1977法也是以din53436/e 53437為基礎,但nf t51-073-1977法只是用於實驗室比較不同塑料的生煙性。與din53436/e 53437不同的是,法國方法所用試件尺寸為80 mm x 10 mm x 6 mm,測定溫度為350、500、650℃和900℃,光電系統的光徑長是100 mm,

6 日本jis a 1321 -75法

jis a 1321 - 75法系以bs476. 6為基礎建立的,用來檢驗建材的阻燃性能,但可鏈結裝有測煙系統的集煙箱,用於測定塑料的生煙性。js a1321-75法的集煙箱尺寸為1000 mm(高)x 1410 mm x1410 mm,在箱天花板中心下300 mm處有一菸人口,試樣熱解及燃燒生成的煙由此進人煙密度計。

jis a1321 -75法以單位面積的生煙係數表徵塑料的生煙性。

7 結語

塑料燃燒時的生煙是乙個極其複雜的物理化學過程,現行的一些測定生煙性的方法多屬小型實驗範疇,它們的結果雖然對比較不同塑料的生煙效能提供較可靠的資訊,也可據此對塑料在規定條件下的生煙性進行分類評價,但直到目前為止,還沒有一種測煙法能準確地用來**塑料在真實火災中的生煙情況,或者能與真實火災的生煙性良好關聯。因為塑料燃燒時的生煙特性與燃燒條件(如熱流、氧化劑量、樣品幾何形狀、是否存在引火源等)及試驗條件(室溫、實驗室體積、通風情況等)均有關。

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