火灾条件下聚氨酯软泡的收缩及燃烧行为研究

摘要

聚氨酯（PU）是一种化学合成聚合物，通常由是由异氰酸酯和多元轻基化合物通过逐步加成而得到的一种具有氨基甲酸酯基团重复结构单元的聚合物，PU材料性能优异，其火灾危险性分析和防火措施一直是人们关注的焦点。火灾中软质聚氨酯泡沫（FPUF）材料具有收缩响应特性，生活中对于 FPUF的需求量巨大，但由于其极易燃特性，当发生燃烧后，会融化而形成流体，引发池火灾，危害严重；此外由于其流动特性，火灾的可控性很差。本文基于以上原因选用FPUF对其火灾条件下的收缩及其燃烧行为进行研究。 文章主要利用锥形量热仪来探讨密度以及外部热辐射通量对于火灾条件下FPUF收缩及燃烧的影响，进而探讨收缩的机理，构建收缩机理模型；并在自搭建火蔓延装置上探讨FPUF的水平火焰传播过程。 锥形量热仪下FPUF着火前的收缩速率随着样品密度的增大而减小，随着外部辐射通量的增大而增大；热台显微镜所测得的FPUF的临界收缩温度为236.3℃。收缩是由于FPUF在热辐射作用下泡孔壁热解形成焦油，在重力、表面张力等力的作用下粘稠焦油流动填充孔隙泡孔结构塌陷所致，同时FPFU表面在受到外部辐射通量作用时会生成一层黑色的非透明状的焦油层，且焦油层的厚度随着FPUF密度的增大而减小。 FPUF的燃烧过程可分为三个阶段：着火前的受热收缩阶段、着火后边燃烧边收缩的燃烧收缩阶段以及泡孔收缩后的池火燃烧。所有FPUF的HRR曲线只有单峰且到达峰值所对应的时间随着密度的增大而增大；FPUF30，FPFU40，FPUF50的HRR 曲线先出现平台再出现峰。FPUF15的Figra 曲线只有单峰，FPUF30，FPFU40，FPUF50的Figra曲线表现为双峰且随着密度的增大，第一个峰减小，第二个峰增大，这表明随着密度的增大火灾危险性越大。FPUF在存在外部点火源时的点燃临界热通量为11.9kW/m2，无外界引火源时的临界点燃热通量为18.8kW/m2，FPFU的极限氧指数不随密度而改变。以上实验结果表明FPUF的火灾危险性随着密度、外部辐射通量的增大而增大，这提示对于不同密度的FPUF的储存应分类存放。 不同尺寸的FPUF的水平燃烧实验结果表明：火蔓延速率随着FPUF样品厚度、宽度的增大而增大，不同尺寸的质量损失速率随着厚度、宽度的增大而增大。 FPFU的热解可分为：FPUF 热解生成多元醇和异氰酸酯以及多元醇的再分解两个阶段。通过对FPUF进行氮气、空气两种热解环境的实验结果对比可知O2的存在促进了样品热分解反应的发生从而使反应提前。

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