典型热塑性装饰材料火灾特性研究

摘要

热塑性装饰材料因其质轻、便宜、加工方便和防水、耐腐蚀等优点，在建筑中得到了广泛的应用。然而热塑性装饰材料在建筑火灾中，会释放出大量的有毒烟气，通过壁面火蔓延或流动火蔓延，为火灾向邻区发展提供通道，扩大火灾面积并强化室内火灾，加速室内火灾的发展过程。 以往的装饰材料火灾研究主要集中在“热固型”材料，对于热塑性装饰材料的火灾行为研究非常少，热塑性材料的受热流动特性其火灾行为与“热固型”材料的火灾行为有很大的差异，因此本文的目标是对热塑性装饰材料的火灾特性进行研究。根据实际情况选取了五种常见的热塑性装饰材料PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PS(聚苯乙烯)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲脂)和PVC(聚氯乙稀)装饰板作为研究对象，运用小尺寸实验和全尺寸实验相结合的方法进行火灾特性研究。 小尺寸实验采用热失重分析仪(-TG)和锥形量热仪(Cone)，热失重分析仪用于研究材料的热解特性，分析了材料在空气中的热解过程和热解动力学，为热塑性装饰材料火灾行为的研究提供最基础的支持。锥形量热仪用于研究材料的小尺寸燃烧性能，分析了材料厚度与外加热辐射通量对材料的点燃时间、热释放速率和质量损失速率等火灾参数的影响。利用无量纲化、数值模拟和线性拟合的方法建立了预测热薄型、热中型和热厚型材料的点燃时间公式，以无量纲热辐射通量的形式给出了各预测公式的适用范围，并验证了其可靠性。 目前建筑装饰材料的对火行为测试标准很难能够反映热塑性装饰材料的火灾行为，因此本文根据火灾中热塑材料的受热行为，基于ISO 9705热释放速率实验台，设计并搭建了热塑性装饰材料火灾行为实验平台。利用该实验平台研究了材料种类、材料厚度、点火源功率、地板材料和熔融流动能力对热塑性装饰材料全尺寸火灾行为的影响，测量了热释放速率、油池与油池火面积、火焰高度等关键的火灾参数。通过对实验数据的分析提出了热塑性装饰材料的流动燃烧与固体表面燃烧两种燃烧形式，运用材料热解机理对燃烧形式进行了解释，分析得到影响热塑性装饰材料火灾行为的重要因素。 在实验研究文献分析基础上，提出了热塑性装饰材料火灾过程模拟的困难与方向，利用场模拟软件FDS对热塑性装饰材料固体表面燃烧过程进行了模拟计算，分析了FDS对固体表面燃烧过程模拟的适用性。根据顺流火蔓延理论，推导了无点火源作用下壁面向上火蔓延的计算公式，并对固体表面燃烧火灾过程进行了模拟，验证了推导的计算公式的适用性。

目录

文摘

英文文摘

中国科学技术大学学位论文相关声明

致谢

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1装饰材料火灾危害

1.1.2装饰材料分类

1.1.3装饰材料对火行为测试标准

1.2装饰材料火灾特性研究现状

1.3研究目标和思路

1.4本文的章节安排

本章符号

参考文献

第二章聚合物热解及材料点燃与火蔓延基础理论

2.1聚合物热解

2.2材料点燃

2.3火蔓延过程分析

2.4本章小结

本章符号

参考文献

第三章实验装置与原理

3.1引言

3.2热失重分析仪

3.3锥形量热仪

3.3.1锥形量热仪构造

3.3.2锥形量热仪工作原理

3.4基于全尺寸热释放速率实验台的热塑性装饰材料实验平台

3.4.1全尺寸热释放速率实验装置

3.4.2热塑性装饰材料火灾行为实验平台

3.4.3实验相关理论

3.5本章小结

本章符号

参考文献

第四章典型热塑性装饰材料热解特性研究

4.1引言

4.2实验仪器及条件

4.3结果与讨论

4.3.1热失重分析

4.3.2热解动力学分析

4.3.3热解动力学验证

4.4本章小结

本章符号

参考文献

第五章典型热塑性装饰材料小尺寸火灾实验研究

5.1引言

5.2实验部分

5.2.1热辐射强度的确定

5.2.2样品测试数量

5.3结果与讨论

5.3.1点燃性能

5.3.2热释放速率

5.3.3质量损失速率

5.4本章小结

本章符号

参考文献

第六章典型热塑性装饰材料全尺寸火灾实验研究

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1实验工况概述

6.2.2实验标定

6.3实验结果及分析

6.3.1热塑性装饰材料的燃烧形式

6.3.2材料厚度与点火源对流动燃烧的影响

6.3.3底板材料对流动燃烧的影响

6.3.4分析与讨论

6.4本章小结

本章符号

参考文献

第七章热塑性装饰材料火灾发展模拟

7.1热塑装性饰材料火灾模拟方向分析

7.2火灾发展的FDS模拟

7.2.1网格的尺寸及其配置

7.2.2参数选择

7.2.3 FDS模拟结果与实验比较

7.3火蔓延模型模拟

7.4本章小结

本章符号

参考文献

第八章总结及展望

8.1本文的主要结论

8.2主要成果和创新点

8.3工作展望

攻读学位期间发表的学术论文