聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用

吴振坤 颜东升 尤飞
[1]安徽省消防总队,合肥230011 [2]山东省广电局,山东253020 [3]中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026

文章摘要:利用热解分析、热电偶柬和ISO9705房屋／墙角等实验装置测试了彩钢板中聚苯乙烯泡沫（EPS）芯材的热解特性和水平方向的温度分布及整体板材的燃烧特性，结合某乳液公司冷库火灾事故原因调查，分析评价了EPS泡沫夹芯板的潜在和实际火灾危险性，证实了EPS芯材内部的燃烧和热传播为火灾蔓延的主要原因。
文章主题:聚苯乙烯泡沫塑料 燃烧特性 火灾事故 火灾危险性

文章内容：第16卷第3期2007年7月火灾科学1.16,.31.2007文章编号:1004—5309(2007)一0180—05聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用吴振坤,颜东升,尤飞.(1_安徽省消防总队,合肥230011;2.山东省广电局,山东253020;3.中围科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥230026)摘要:利用热解分析,热电偶柬和9705房屋/墙角等实验装置测试了彩钢板中聚苯乙烯泡沫()芯材的热解特性和水平方向的温度分布及整体板材的燃烧特性,结合某乳液公司冷库火灾事故原因调查,分析评价了泡沫夹芯板的潜在和实际火灾危险性,证实了芯材内部的燃烧和热传播为火灾蔓延的主要原因.关键词:聚苯乙烯泡沫塑料;燃烧特性;火灾事故;火灾危险性中图分类号-328.4文献标识码:引言硬质闭孔聚苯乙烯泡沫塑料()彩钢夹芯板是目前国际特别是国内市场上一种使用非常普遍的轻质新型建材材料.由于芯材彩钢板具有良好的结构功能,低廉的价格和施工的便利,这种板材在中国占领了很大的市场份额,在未来几年甚至更长的时间里,会得到更多更广泛的使用.然而,目前芯材彩钢板在应用中存在的一个重要问题是耐火性较差,这表现在三方面】:(1)彩色涂层镀锌钢板刚性较弱,接近火源时极易扭曲变形,与芯材脱接,使可燃芯材失去保护.(2)芯材燃烧性能较差,接近热源或火源时较易发生明火燃烧,在受火区表面产生黄橙色火焰并快速向芯材其它部位传播,芯材则软化,熔融,收缩和滴落,在空巾和地面形成流窜火和流淌火,同时释放大量热量,黑烟和毒性气体产物,导致现场极具危险眭且极难扑救_￡].(3)芯材彩钢板的安装方式一般为板问直接相连,受火后容易在两板间形成一个空腔,产生烟囱效应和横向蔓延,加速火焰的传播和板材的塌陷.虽然目前加阻燃剂的夹芯板能够达到1级材料要求,但由于其价格昂贵,物理性能差,实际市场份额偏小.在发达国家,不合格的夹芯板材料的使用已收稿日期:2007—06—11修改日期:2007—07—09经造成很多大的火灾隐患,发生了多起重特大恶性火灾事故.在中同,由于市场监管,技术监督,生产管理等的漏洞,不合格的夹芯板材料使用更加广泛,存在的火灾隐患更加突出.实际上包含芯材的火灾事故屡见不鲜.所有这些都要求对夹芯板的燃烧特性进行专门研究.同内目前还没有有关彩钢夹芯板的耐火试验报告,也没有这方面针对性研究.大多是根据国外试验和研究,结合中国实际使用情况进行一些安全性分析,并对材料的使用进行一定的控制.本文将通过对芯材的热解和燃烧特性的表征,结合对某乳液公司冷库火灾事故的调查,评价泡沫夹芯板的潜在和实际火灾危险性.1实验手段1.1热解特性在德国公司生产的409同步分析仪上对试验芯材进行热失重分析.气氛为空气,升温速率为10℃/,样品量为10左右.1.2燃烧特性参照某乳液公司冷库保温板材的规格,将型号为16()()31()()0375689,尺寸为1600(长)×1000(宽)×75(厚),芯材为的双面热镀1.16.3聚苯乙烯泡沫芯材的燃烧特性及其在火灾事故原因调查中的应用181锌钢板板材垂直固定于支架上(短边向下),将支架置于9705房屋/墙角锥形量热装置中的标准燃烧问(内尺寸3.62.42.4)中部.测试中有和两种板材,前者是未做任何处理加工的四周开放的夹芯板,是在80处切开,然后再拼接,四周加槽铝封闭,接口处用白铁皮严密包裹,并在槽铝,白铁皮覆盖彩钢板面板处均匀上铆钉加同.火源为1515油盆,油量500,放在距板右侧6.5,距板面6.5处.启动9705装置后测试火源功率和整体板材的燃烧特性(或对火反应特性,主要为热释放速率和总释热速率).1.3温度分布测试中采用露端式型热电偶(镍镉一镍硅)束测量芯材内部10和40深度水平方向上6个测量点的温度随时问的变化,两行测量点分别记为一61和11—61,距板材下边缘分别为0.2和0.3;/和/61距板材两侧边缘均为0.,/11—31和/51-61点问间距均为0.1,/31—41和/41-51点间问距分别为0.3和0.2.每根热电偶直径为0.5,响应时间小于0.5秒,配合数据采集系统,可以使得信号精度达到1;采用6062多功能数据采集卡和_软件编写的数据采集程序,对实验中的温度数据转化得到的电信号以及压差电信号进行采集处理,采集频率为每秒1个温度采样.1.4燃烧级别根据/2406—93,利用氧指数仪对火灾事故调查中采样的芯材进行测试,判断其可燃性.1.5火灾物证的分析利用扫描电镜分析法[.]对取样的铜导线熔珠进行观察和分析,鉴别火场中残留物的熔化性质和形成原因;利用剩磁法4对某乳液冷库保温板残骸进行检测,判断其附近是否存在短路.2试验结果与讨论2.1芯材热解性能试验用芯材的热失重曲线如图1所示,具体热解参数见表1.从曲线可见,在出现最大热解速率时对应的温度范围是:358℃～438℃(上峰根部的2个拐点),在此范围内一步即可完全热解.(/)图1的(曲线2.2芯材彩钢板燃烧特性经测定,火源功率约为32.和两种板材的热释放速率()和总释热曲线()分别如图2()和2()所示.表1相关热解参数20002004006008001000120014001600()]435主.主20重5一520002004006008001000120014001600())图2与热释放速率()和总释放热()对比吕,≥邑0兽0一蛊0雹0受82火灾科学第6卷第3期从图2中可以看出:未加任何保护的空白板()在230左右迅速达到最大热释放速率63/.,比的最大热释放速率20/高出约8倍;燃烧过程中未加任何保护的总释热量(38)几乎是(14)的三倍.这些清楚表明了空白板材在实际应用中的潜在火灾危险性:在较小火源功率情况下即可迅速燃烧并坍塌并释放大量热,如图3所示.图3板燃烧实景如未对板材进行任何物理保护(如包裹)或化学保护(如阻燃),则火场将十分危险.即使进行阻燃等处理,也需要抑制烟雾的释放.3芯材水平方向上的温度分布图4为1一6和一6各测量点温度随时间的分