室内装饰材料的燃烧性能研究

摘要

本文利用锥形量热计对多种木制品、泡沫塑料、铺地材料以及复合材料的燃烧性能进行了研究,并通过试验获得的热释放速率(HRR)、热失重速率(MLR)、有效燃烧热(EHC)、烟释放速率(SPR)、比消光面积(SEA)和点燃时间(TTI)等参数研究了材料的热降解行为、阻燃机理和抑烟性能。文中还研究了外部辐射热流对锥形量热计各种参数的影响,以及参数间的相互关系。最后分析了与锥形量热计有关的燃烧模型,并利用锥形量热计对建筑材料燃烧性能分级进行了初步的探索。研究结果表明:(1)经过阻燃处理的木材其热释放速率有不同程度地降低,降低的多少与木材的种类和阻燃剂的含量有关,而且阻燃处理还延长了木材的点燃时间。同时,木材的总放热量、比消光面积和CO2产率在阻燃处理后也有所降低,但CO产率无显著变化。另外,阻燃处理还可提高木材的成炭量。最后研究还发现未经阻燃处理的木材制品在燃烧时其热释放速率会形成两个波峰。(2)在辐射热流较高的情况下(不低于30kW/m2),材料的热释放速率会随着辐射热流的改变呈现出线性的变化规律。根据这个线性关系,笔者提出了热释放系数这个概念,并依据这个参数可判断材料燃烧的难易程度。同样,对于热厚性材料,当辐射热流在30kW/m2以上时,材料的点燃时间与辐射热流也存在这样的关系,即TTI-1/2与辐射热流基本上也呈线性变化。(3)相同厚度的同种材料在同样的外部条件下,随辐射热流增加,质量损失速率会加快,总放热量增加,但有效燃烧热、CO产率和CO2产率无多大变化。材料厚度增加,点燃时间会延长。(4)根据锥形量热计所获得的热释放速率峰值和总放热量可以对建筑材料燃烧性能进行分级,这种分级方法比起以前的分级方法具有更多的优点和科学性,并且可以统一各类材料的测试方法。通过锥形量热计得到的数据为建立火灾特性数据库提供了许多有意义的内容,为消防研究、设计人员在火灾荷载、火灾危险性评估及性能化规范的建立等方面提供了极具参考价值的宝贵资源,为防火安全设计的实现打下了一定的基础。

目录

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 材料阻燃处理的必要性

1.2 燃烧

1.2.1 燃烧的必要条件

1.2.2 燃烧的充分条件

1.2.3 热传播的途径

1.2.4 燃烧的基本过程

1.2.5 燃烧中的几个概念

1.2.6 燃烧产物

1.2.7 燃烧本质

1.3 阻燃技术

1.3.1 阻燃技术发展简介

1.3.2 我国阻燃技术发展现状

1.4 阻燃机理

1.4.1 凝聚相阻燃机理

1.4.2 气相阻燃机理

1.4.3 中断交换机理

1.4.4 卤系阻燃剂和氢氧化镁阻燃机理

1.5 阻燃剂在火灾中的作用

1.6 国内外研究现状

1.7 课题的提出

1.8 主要研究内容

2 原材料及仪器

2.1 原材料

2.1.1 木制品

2.1.2 泡沫制品

2.1.3 塑料制品

2.1.4 铺地材料

2.1.5 复合材料

2.2 试验样品的预处理

2.3 试验仪器

2.3.1 锥形量热计发展和应用

2.3.2 锥形量热计的结构

2.3.3 锥形量热计的几个简化假设

2.3.4 锥形量热计工作原理

2.3.5 试验方法

2.3.6 试验样品

2.3.7 锥形量热计的校正

2.3.8 与锥形量热计有关的标准

2.4 有关的燃烧特性参数

3 木材的燃烧性能研究

3.1 前言

3.2 木材及其阻燃技术

3.2.1 木材燃烧特性

3.2.2 阻止木材燃烧的途径

3.2.3 木材阻燃处理方法

3.3 试验样品准备

3.4 热释放参数分析与讨论

3.4.1 未经阻燃处理的木材的主要燃烧性能

3.4.2 不同材料的热释放速率比较

3.4.3 有效燃烧热

3.4.4 总放热量

3.4.5 木材的热释放速率曲线比较

3.4.6 经阻燃处理的木材的主要燃烧性能

3.4.7 阻燃处理前后木材热释放速率比较

3.4.8 密度变化与热释放速率的关系

3.5 木材燃烧过程分析

3.6 质量变化参数分析

3.7 烟及毒性参数分析

3.7.1 CO 产率比较

3.7.2 CO_2 产率比较

3.7.3 比消光面积比较

3.8 本章小结

4 不同热辐射能量下材料燃烧性能的试验研究

4.1 前言

4.2 试验准备

4.2.1 试验样品

4.2.2 样品预处理

4.3 热释放速率与辐射能量的关系研究

4.3.1 热释放速率平均值分析

4.3.2 不同热辐射能量下的热释放速率比较

4.3.3 热释放速率峰值分析

4.4 点燃时间与辐射能量的关系研究

4.5 辐射能量变化对其他参数的影响

4.5.1 有效燃烧热

4.5.2 质量损失

4.5.3 WPMMA 燃烧分析

4.6 点燃时间分析

4.6.1 样品厚度对点燃时间的影响

4.6.2 不同颜色有机玻璃对点燃时间的影响

4.7 本章小结

5 与锥形量热计有关的燃烧模型

5.1 燃烧模型

5.2 用积分模型预测木材的点燃时间

5.2.1 点燃时间积分模型

5.2.2 临界热流

5.2.3 点燃温度

5.3 热释放速率与质量损失速率的关系

5.4 锥形量热计燃烧性能分级探讨

5.5 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录