第頁保溫隔音裝修材料燃燒及產(chǎn)煙性能的試驗研究【摘要】可燃易燃的有機材料由于其保溫隔音性能在現(xiàn)代裝飾裝修中頻繁使用，同時由于其燃燒特性，發(fā)生火災(zāi)時不僅會增大室內(nèi)的火災(zāi)荷載還會產(chǎn)生高溫、火焰，甚至濃煙以及毒性物質(zhì)危害火場中群眾的安全，其火災(zāi)危險性的研究是一個重要的話題。本文選取了室內(nèi)裝飾裝修中常見的保溫隔音材料硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作為研究對象，利用煙密度測試儀、氧指數(shù)測試儀和熱重分析儀分別其在有無水系滅火劑（S-100-AB-PT）情況下的產(chǎn)煙性能、燃燒性能以及熱分解行為進行研究，對比分析其火災(zāi)危險性。研究結(jié)果表明：在沒有S-100-AB-PT及加入S-100-AB-PT情況下，產(chǎn)煙量及煙密度等級順序均為：EPDM<礦棉板<XPSB1<PIR-PU。其中，加入S-100-AB-PT后，EPDM、XPSB1的產(chǎn)煙量及煙密度等級升高，PIR-PU和礦棉板的產(chǎn)煙量和煙密度等級降低。？在沒有加入S-100-AB-PT情況下，氧指數(shù)值順序為：XPSB1<PIR-PU<EPDM<礦棉板;在加入S-100-AB-PT情況下，氧指數(shù)值順序為：XPSB1<EPDM<PIR-PU<礦棉板。?加入水系滅火劑后，四種物質(zhì)的氧指數(shù)值均提高。的初始分解溫度高于EPDM，但最大熱分解溫度高于EPDM，PIR-PU不易被點燃，但一旦被點燃蔓延速度比EPDM的蔓延速度要快。阻燃且具有良好的保溫功能，而橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）常被作為內(nèi)保溫墻的保溫材料，EPDM除了具有隔熱保溫功能外，還具有保冷、制震、消音等功能。通過綜合對比分析研究四種保溫隔音材料的產(chǎn)煙性能、燃燒性能及熱分解行為，火災(zāi)危險性！更易于點燃！蔓延速度！等等！Flameretardantrigidfoamedpolyurethanecompositeboard(PIR-PU)areoftenaswallinsulationwallinsulationmaterial,hasgoodheatpreservationfunction,closed-cellfoamspongeproductsandrubber(EPDM)isoftenasinsulationwallinsulationmaterials,EPDMbesideshaveheatpreservationfunction,alsohasacold,thesystemvibrationandsound,andotherfunctions.Respectivelyusingsmokedensitytesterandthermogravimetricanalyzerforpolyurethanefoamboard(PIR-PU)andrubberspongeproducts(EPDM),tostudysmokeperformancandthethermaldecompositionbehavior.TheresultsshowthattheEPDMlevelofsmokedensityisgreaterthanthePIR-PI,availableEPDMproducedlargeamountofsmoke.Atthesametime,thePIR-PUinitialdecomposition temperature higher than that of EPDM, but the maximum thermaldecompositiontemperaturehigherthanthatofEPDM,PIR-PUisnoteasytobelit,butonceignitedspreadspeedisquickerthanthespreadofEPDM.關(guān)鍵詞：保溫隔音材料、熱分解、煙密度、氧指數(shù)目錄摘要目錄緒論研究目的與意義研究現(xiàn)狀研究內(nèi)容實驗方案及過程2.1實驗裝置與器材2.2實驗材料及制備2.3實驗方法2.3.1建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法2.3.2建筑材料的氧指數(shù)測定2.3.3可燃建筑材料熱分解動力學(xué)參數(shù)測定2.4實驗方案設(shè)計2.5小結(jié)實驗結(jié)果與分析3.1不同材料燃燒產(chǎn)煙性能對比分析3.1.1橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品試驗組3.1.2硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板試驗組3.1.3礦棉板試驗組3.1.4擠塑型聚苯乙烯板試驗組3.1.5實驗結(jié)果分析3.2不同材料氧指數(shù)值對比分析3.2.1橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品試驗組3.2.2硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板試驗組3.2.3礦棉板試驗組3.2.4擠塑型聚苯乙烯板試驗組3.2.5實驗結(jié)果分析3.3不同材料TG-DTG、TG-DSC曲線對比分析3.3.1橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品試驗組3.3.2硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板試驗組3.3.3礦棉板試驗組3.3.4擠塑型聚苯乙烯板試驗組3.3.5實驗結(jié)果分析3.4誤差分析3.4.1室內(nèi)通風(fēng)對試驗結(jié)果的影響的分析3.4.2點火位置對試驗結(jié)果的影響的分析3.4.3樣品支架對試驗結(jié)果的影響的分析3.4.4其他因素對試驗結(jié)果的影響的分析3.5小結(jié)4.結(jié)論與展望4.1結(jié)論4.2展望5.參考文獻1、緒論1.1研究目的與意義保溫隔音裝修材料是現(xiàn)代室內(nèi)裝飾裝修中最常見的墻體材料之一，有著改善室內(nèi)環(huán)境、提高室內(nèi)保溫隔音性能的作用，但與此同時，由于其可燃易燃的燃燒性能，一旦發(fā)生火災(zāi)不但會產(chǎn)生高溫和火焰，還會產(chǎn)生各種有腐蝕性、毒性和刺激性的煙氣，甚至產(chǎn)生能夠使人窒息、中毒、死亡的一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氯化氫（HCl）等氣體，增大了火場中人員的疏散難度，使消防救援任務(wù)難度增加，有毒煙氣等更會使受困人員和救援人員的生命安全受到嚴重威脅。同時，保溫隔音裝飾裝修材料品種繁多，燃燒性質(zhì)也大不相同，可將其按照燃燒性能進行分類，如下表所示。等級燃燒性能特性A不燃在空氣中受火燒或高溫作用時不起火、不燃燒、不炭化的材料B1難燃在空氣中受火燒或高溫作用時難起火、難燃燒、難炭化的材料B2可燃在空氣中受火燒或高溫作用時立即起火或微燃，且離開火源后繼續(xù)燃燒或微燃的材料B3易燃在空氣中受火燒或高溫作用時立即起火并迅速燃燒，且離開火源后繼續(xù)燃燒的材料根據(jù)燃燒等級的不同，不同裝飾裝修材料的產(chǎn)煙性能、燃燒性能大不相同，甚至在消防救援人員進行滅火救援行為時加入滅火劑后，不同材料所呈現(xiàn)的產(chǎn)煙性能和燃燒性能也并非像預(yù)期一樣，有時候會產(chǎn)生適得其反的效果，進一步增大救援難度。本論文針對可燃易分解的保溫隔音材料在現(xiàn)代室內(nèi)裝修裝飾中頻繁使用，且該類裝飾裝修材料在火災(zāi)中燃燒時不僅會產(chǎn)生高溫和火焰，還會產(chǎn)生各種有毒性、腐蝕性和刺激性的煙氣等有害因素，以及加入滅火劑后不同材料所呈現(xiàn)出的性質(zhì)變化不滿足人們預(yù)期等現(xiàn)象。通過對四種常見的保溫隔音裝飾裝修材料進行熱重實驗，繪制出TG曲線，得出不同溫度下質(zhì)量的變化，結(jié)合煙密度試驗以及氧指數(shù)實驗，得出其在有無水系滅火劑情況下的產(chǎn)煙特性及燃燒性能，為建筑室內(nèi)控?zé)煼桨敢约叭粘Ｏ廊蝿?wù)的救援提供參考意見，為建筑物內(nèi)人的生命財產(chǎn)安全提供保障。1.2研究現(xiàn)狀經(jīng)過文獻查閱調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前對裝修裝飾材料火災(zāi)的特性研究主要工作有：1.國外研究動態(tài)美國NIST(美國國家標準技術(shù)院)于1974年研究了各類型建筑及其內(nèi)部物品(裝飾材料和涂層、結(jié)構(gòu)材料、壁面覆蓋材料)的火災(zāi)行為和特征，于1999年1月正式發(fā)布了其火災(zāi)實驗數(shù)據(jù)庫NISTFASTData。挪威AtleWilliamHeskestad和PerJosteinHovde研究了三十幾種不同材料的產(chǎn)煙特性，結(jié)合了錐形量熱儀以及墻角火災(zāi)試驗的結(jié)果組成了歐洲煙氣分級標準的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。熱重法(TA)分為熱重分析法，微商熱重法，差熱分析法，其中最常用的就是熱重分析法。2國內(nèi)研究動態(tài)王平分別對裝飾裝修材料浸泡等量的水與不浸泡水的樣品進行燃燒分析，研究材料的煙密度的變化規(guī)律，并分析討論了水對裝飾裝修材料燃燒生成煙氣的煙密度的影響。馬哲選取了幾種常見的室內(nèi)裝飾裝修材料，通過錐形量熱儀以及屋角試驗，推算出材料點燃時間、CO2總產(chǎn)率和放熱量的經(jīng)驗公式。施海云、宋長忠等對火災(zāi)中可燃物進行了熱解動力學(xué)研究，且對典型火災(zāi)可燃物生物質(zhì)和紡織品進行了TG和DTG分析，研究了升溫速率、粒徑大小和試樣量對熱解的影響，提出了生物質(zhì)“多組分熱裂解動力學(xué)模型”陳現(xiàn)景等對煙密度測試儀使用過程中的一些問題及原因進行了分析，探討了煙密度測試過程中的一些可變因素對試驗造成的影響，并提出了相應(yīng)的解決辦法。1.3研究內(nèi)容建筑內(nèi)墻和建筑外墻材料是建筑裝飾裝修材料的重要組成部分。本文選取室內(nèi)裝飾裝修過程中常見的硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作為研究對象，應(yīng)用實驗的方法對比分析和研究其產(chǎn)煙性能和燃燒性能，并對其有無水系滅火劑時的燃燒性質(zhì)進行對比、分析和研究，主要研究內(nèi)容包括：（1）利用SCY-Ⅰ型建筑煙密度測試儀測試硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）在分別有無水系滅火劑（S-100-AB-PT）時的產(chǎn)煙量以及實驗現(xiàn)象。利用Origin軟件對所得出數(shù)據(jù)進行橫向?qū)Ρ群涂v向?qū)Ρ确治觥＃?）利用氧指數(shù)測試儀測試硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）在分別有無水系滅火劑（S-100-AB-PT）時燃燒需要消耗的最低氧氣量及實驗現(xiàn)象，根據(jù)臨界氧濃度值得出試樣的氧指數(shù)值。（3）熱重它們在氮氣氣氛下的初始熱分解溫度、最大失重溫度和不同溫度下殘?zhí)悸实淖兓?guī)律，并比較了三種材料的熱分解行為。（4）將產(chǎn)煙量、煙密度等級、氧指數(shù)值以及熱重數(shù)據(jù)聯(lián)合對比分析，分析四者是否存在某種潛在聯(lián)系。2、實驗方案及過程2.1、實驗裝置及器材AK-S6型愛科電熱泡沫切割機，愛科電熱設(shè)備廠生產(chǎn)SCY-1型建筑材料煙密度測試儀，南京上元分析儀器有限公司生產(chǎn)HC-2氧指數(shù)測定儀，南京市江寧區(qū)分析儀器廠生產(chǎn)電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。熱分析儀，NETZSCH公司生產(chǎn)2.2、實驗材料及制備2.2.1實驗材料選取室內(nèi)裝飾裝修中常見的硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作為研究對象，其中PIR-PU、EPDM購于淘寶建材店，礦棉板、XPSB1取自于實驗室倉庫，實物圖見圖2.1。（a）XPSB1（b）硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）（c）橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）（d）礦棉板圖2.1實驗材料實物圖 2.2.2實驗材料的制備實驗前，根據(jù)國家標準以及實驗要求對四種材料進行加工，將其制作成標準試樣，試樣的尺寸見表2.1。表2.1四種材料不同實驗下的試樣尺寸樣品煙密度（mm）氧指數(shù)（mm）熱重（mg）PIR-PU25.4*25.4*20120*6.5*105.5/6.3EPDM25.4*25.4*5120*6.5*55.5/4.5礦棉板XPS-B125.4*25.4*2025.4*25.4*20120*6.5*10120*6.5*106.3/6.04.7/4.8注：進行水系滅火劑（S-100-AB-PT）處理時，用水系滅火劑對試驗樣品進行浸泡，時間均為300s。2.3試驗方法2.3.1建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法根據(jù)GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》，測定一定容積的試驗箱內(nèi)建筑材料及其制品燃燒時的靜態(tài)產(chǎn)煙量，通過測定穿過煙霧的平行光束的穿透率變化來進行煙密度測試，計算產(chǎn)煙量及煙密度等級。2.3.2建筑材料的氧指數(shù)測定該實驗根據(jù)GB/T2406.2-2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為第2部分：室溫試驗》標準中的要求和方法進行，測定在規(guī)定的試驗條件下，試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒（即進行有焰燃燒）所需的最低氧氣濃度，作為判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度。2.3.3可燃建筑材料熱分解動力學(xué)參數(shù)測定熱重法（TCA）在溫度程序控制下，測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度變化之間關(guān)系的技術(shù)。可以廣泛應(yīng)用于無機物的脫水、絡(luò)合物的熱分解、石油和煤的熱解等方面的研究。熱重法是應(yīng)用最為廣泛的熱分析技術(shù)之一,它是在程序控制溫度下測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種技術(shù)。其原理是通過記錄質(zhì)量隨溫度(或時間)的變化,分析引起物質(zhì)特性改變的溫度點,從而來研究物質(zhì)的熱特性。由于熱重分析是一種動態(tài)溫度分析技術(shù),有很多因素會影響其測試結(jié)果,進而影響對材料性能和工藝的正確判斷。試樣的熱分解過程除了取決于樣品的性質(zhì)外,就是試驗的影響,影響TG曲線的試驗因素主要包括條件因素方面的加溫方式和試樣周圍氣氛,另外就是試樣因素方面的試樣用量、粒度、裝填方式、試樣的稀釋和試樣的熱歷史條件等。2.4實驗方案設(shè)計（1）煙密度試驗實驗方案見表2.2表2.2煙密度試驗方案樣品測試時間/sPIR-PU（有無S-100-AB-PT）240EPDM（有無S-100-AB-PT）240礦棉板（有無S-100-AB-PT）XPS-B1（有無S-100-AB-PT）240240煙密度測試儀圖（2）氧指數(shù)試驗實驗方案見表2.3表2.3氧指數(shù)試驗實驗方案樣品點燃方式燃燒位置PIR-PU（有無S-100-AB-PT）點火器點燃材料頂部EPDM（有無S-100-AB-PT）點火器點燃材料頂部礦棉板（有無S-100-AB-PT）XPS-B1（有無S-100-AB-PT）點火器點燃點火器點燃材料頂部材料頂部氧指數(shù)測試儀圖（3）熱分解試驗實驗方案見表2.4表2.4熱分解試驗實驗方案樣品氮氧配比溫度梯度（℃）升溫速率（K/s）PIR-PU（有無S-100-AB-PT）1：2:22070020EPDM（有無S-100-AB-PT）1：2:22070020礦棉板（有無S-100-AB-PT）XPS-B1（有無S-100-AB-PT）1：2:21：2:220700207002020熱重儀圖2.5小結(jié)3實驗結(jié)果與分析3.1不同材料燃燒產(chǎn)煙性能對比分析根據(jù)GB/T8627-2007《建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法》，應(yīng)用煙密度測試儀測定硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）的靜態(tài)產(chǎn)煙情況。（試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)：試驗前將試樣放入（23+-2）℃和相對濕度為（50+-5）%的環(huán)境中，放置40h以上；試驗在（23+-2）℃和相對濕度為（50+-5）%的標準實驗室條件下進行）表3.1為四種材料在有無水系滅火劑S-100-AB-PT情況下各時刻的光吸收率，圖3.1為四種材料在有無水系滅火劑S-100-AB-PT情況下光吸收率隨時間變化對比曲線，圖3.2為四種材料光吸收率隨時間變化對比曲線，圖3.3為8種試驗樣品進行煙密度試驗后的產(chǎn)物。表3.1.1硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板的光吸收率值試驗材料時間t/s153045607590105120PIR-PU光吸收率/%23.161.2379.6387.689.389.6789.1388.47PIR-PU（S-100-AB-PT）光吸收率/%8.2730.8753.1368.8379.0384.287.2387.93試驗材料時間t/s135150165180195210225240PIR-PU光吸收率/%87.5385.984.5382.280.3778.3776.0373.23PIR-PU（S-100-AB-PT）光吸收率/%87.186.7784.783.2782.2380.1778.6376.8圖3.1.1硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板的光吸收率曲線表3.1.2橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品的光吸收率值試驗材料時間t/s153045607590105120EPDM光吸收率/%12.620.2723.825.7725.225.5325.1724.5EPDM（S-100-AB-PT）光吸收率/%7.2321.1332.1336.238.739.740.7740.97試驗材料時間t/s135150165180195210225240EPDM光吸收率/%2422.921.7721.9320.818.8718.0716.6EPDM（S-100-AB-PT）光吸收率/%41.074139.939.0338.3337.536.6736.07圖3.1.2橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品的光吸收率曲線表3.1.3礦棉板的光吸收率值試驗材料時間t/s153045607590105120礦棉板光吸收率/%2.335.679.512.415.6719.6723.6726.53礦棉板（S-100-AB-PT）光吸收率/%1.833.66.079.1312.1314.5718.0322.1試驗材料時間t/s135150165180195210225240礦棉板光吸收率/%29.7731.833.736.337.63939.9340.3礦棉板（S-100-AB-PT）光吸收率/%25.5329.0732.635.838.4741.2343.4345.07圖3.1.3礦棉板的光吸收率曲線表3.1.4擠塑型聚苯乙烯板（B1）的光吸收率值試驗材料時間t/s153045607590105120XPSB1光吸收率/%1.432.758.368.172.672.772.671.1XPSB1（S-100-AB-PT）光吸收率/%0.335.531522.4332.3760.1774.5383.03試驗材料時間t/s135150165180195210225240XPSB1光吸收率/%69.468.166.765.063.361.860.058.2XPSB1（S-100-AB-PT）光吸收率/%87.6790.4791.991.690.6389.3787.4785.27圖3.1.4擠塑型聚苯乙烯板（B1）的光吸收率曲線圖3.2四種材料光吸收率隨時間變化對比曲線圖3.3.1（a）硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板圖3.3.1（b）硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（S-100-AB-PT）圖3.3.2（a）橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品圖3.3.2（b）橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（S-100-AB-PT）圖3.3.3（a）礦棉板圖3.3.3（b）礦棉板（S-100-AB-PT）圖3.3.4（a）XPSB1圖3.3.4（b）XPSB1（S-100-AB-PT）3.1.5試驗結(jié)果分析由表3.1可知，硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品、礦棉板、擠塑型聚苯乙烯板的光吸收率最大值即最大煙密度（MSD）分別為89.67、25.77、40.3、72.7；在用水系滅火劑S-100-AB-PT處理后，四者的MSD分別為87.93、41.07、45.07、91.9。使用EXCEL軟件計算試驗樣品三次試驗的光吸收率平均值，用origin軟件處理試驗數(shù)據(jù)，在線性坐標紙上作出光吸收率平均值與實驗時間關(guān)系的曲線。曲線最高點的光吸收率讀數(shù)為最大煙密度值（MSD）；曲線下圍成的面積表示了試樣的總產(chǎn)煙量；縱、橫坐標端點代表的長度值相乘再除曲線下所圍成的面積乘以100，定義為試件的煙密度等級（SDR）。煙密度等級（SDR）公式為：SDR=1/16(a1+a2+…+a15+a16/2)*100式中，a1、a2a16為每隔15s，試樣平均煙密度的百分率值。經(jīng)計算，硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品、礦棉板、擠塑型聚苯乙烯板的煙密度等級（SDR）分別為130.72、467.07、414.26、170.00；用水系滅火劑S-100-AB-PT處理后，四者的SDR分別為142.05、290.32、445.23、163.70。由圖3.2可知，在燃燒初期，硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板、XPSB1在較短時間內(nèi)成指數(shù)趨勢產(chǎn)煙，橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品緩慢產(chǎn)煙，礦棉板的產(chǎn)煙量成線性趨勢增加。燃燒過程中，硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板受熱后由四周向中央燃燒，由于試驗試驗較短，樣品無法全部燃燒；橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品邊緣卷曲開始燃燒，迅速熔融炭化，形成黑色的固體；礦棉板從下方開始燃燒，燃燒過程中樣品下方由于燃燒損耗試樣高度逐漸降低，但試樣上方未參與燃燒；XPSB1受熱后立刻熔融縮小，開始燃燒后短時間內(nèi)便完全燃燒，生成黑色物質(zhì)附著在鐵絲網(wǎng)上。四種材料的總產(chǎn)煙量大小順序為：硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板>擠塑型聚苯乙烯板>礦棉板>橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品；四種材料的最大煙密度值大小順序為：硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板>擠塑型聚苯乙烯板>礦棉板>橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品。由表可知，在加入等量的水的條件下，PVC壁紙初期產(chǎn)煙量較小，在30s后SMOGAR指數(shù)增長明顯，并且PVC壁紙邊緣發(fā)生卷曲，樣品出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象，表面炭化明顯但壁紙未出現(xiàn)明火燃燒，安全出口標志在較短的時間內(nèi)出現(xiàn)模糊的現(xiàn)象；丙綸地毯相比PVC壁紙產(chǎn)煙量較小，安全出口標志模糊時間較晚，總產(chǎn)煙量要小于PVC壁紙產(chǎn)煙量，當(dāng)挪走點火源后，樣品持續(xù)燃燒一段時間后熄滅；聚氨酯泡沫在點火初期產(chǎn)煙量的增長速率要略大于PVC壁紙以及丙綸地毯，但聚氨酯泡沫燃燒速度較快且產(chǎn)煙量小，在90s后基本無煙氣產(chǎn)生，由于其產(chǎn)煙量小，燃燒過程中未出現(xiàn)安全出口標志模糊的現(xiàn)象，其燃燒后產(chǎn)物為黑色固體，并附著在鐵絲網(wǎng)上。加水含量的多少并不影響三種材料產(chǎn)煙量之間的關(guān)系。(3)試驗分析試驗材料在浸泡水后，樣品易發(fā)生不完全燃燒，使煙密度增加[20]。橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品由乙烯、丙烯以及非共軛二烯烴的共聚物、阻燃劑組成。PVC壁紙的制作工藝是以紙為基材，以聚氯乙烯塑料、纖維等為面層，經(jīng)過一定的工藝處理后制成的墻體裝飾材料，聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用樹脂，有優(yōu)良的耐酸堿、耐磨、耐燃燒和絕緣性能[24]。但是對光和熱的穩(wěn)定性差。在不加熱穩(wěn)定劑的情況下，聚氯乙烯100℃時開始分解，第一階段主要是脫HCl，突出表現(xiàn)在230℃~340℃，用TGA在10℃/min下加熱，脫去的HCl約占PVC總量的64%[23]，受熱分解出氯化氫氣體后，其顏色由白色經(jīng)淺黃色、紅色、褐色到最終呈現(xiàn)黑色固體[24]。聚氯乙烯結(jié)構(gòu)式為，在受熱后不穩(wěn)定易分解，產(chǎn)生苯乙烯等苯環(huán)類有機物，此類有機物多為黑色固體狀態(tài)，表現(xiàn)為大量的黑色煙氣生成。當(dāng)有機物繼續(xù)受熱后會發(fā)生燃燒形成二氧化碳（CO2），燃燒前期主要發(fā)生PVC的熱解反應(yīng)[25]，煙氣濃度增長速率快，同時燃燒產(chǎn)生的黑色煙氣繼續(xù)發(fā)生燃燒生成CO2氣體，當(dāng)一段時間后，兩者逐漸趨于平衡狀態(tài)，SMOGRA指數(shù)逐漸趨于定值。在浸泡水后，PVC壁紙表面的水蒸發(fā)吸收熱量使PVC壁紙燃燒起始時間推后，由于水對燃燒的抑制作用，使煙氣增長速率要小于未浸泡過水的樣品。b)丙綸的學(xué)名是聚丙烯纖維，其化學(xué)性質(zhì)易燃，接近火焰時發(fā)生熔融收縮，離火后燃燒緩慢并釋放濃密黑煙。丙綸為制作丙綸地毯主要原材料，丙綸燃燒后釋放出一氧化碳（CO）與CO2為透明的氣體，由其組成的煙氣相對于PVC壁紙熱解釋放出的苯類有機物組成的煙氣，固體粒子的濃度會降低很多，煙密度也就隨之降低，SMOGRA指數(shù)小于PVC壁紙。丙綸地毯對水的吸收能力好，在浸泡水后，丙綸地毯產(chǎn)煙開始時間明顯退后，在燃燒一段時間后，丙綸開始產(chǎn)煙，無明火出現(xiàn)的現(xiàn)象發(fā)生陰燃，使煙氣大量增加，樣品未能燃燒完全。c)聚氨酯硬質(zhì)泡沫是以異氰酸酯和聚醚為主要原料，在發(fā)泡劑、催化劑、阻燃劑等多種助劑的作用下，通過專用設(shè)備混合，經(jīng)高壓噴涂現(xiàn)場發(fā)泡而成的高分子聚合物。聚氨酯是由含異氰酸酯基-NCO的化合物如TDI、MDI等與含活潑氫的化合物如ROH、RNH2，通過聚合反應(yīng)得到的，聚合物中含有氨基甲酸酯鍵、脲鍵等，聚氨酯泡沫受熱極易燃燒，會產(chǎn)生含有劇毒氰化氫的氣體，氰化氫氣體無色[26,27]。在浸泡水之前，聚氨酯泡沫燃燒后活潑的氨基甲酸酯鍵和脲鍵在受熱后從碳鏈上脫落，形成煙粒子使煙氣濃度迅速增加，聚氨酯泡沫密度小且易燃，一段時間后即可完全燃燒，煙氣濃度逐漸降低。在浸泡水后，水吸收了部分燃燒的熱量，使聚氨酯泡沫受熱量減小，燃燒速率緩慢，導(dǎo)致其產(chǎn)煙速率明顯降低。數(shù)據(jù)可得出硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）的產(chǎn)煙量小于橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM），在這兩種材料作為保溫材料的情況下，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)后，橡膠閉孔材料在較短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的煙氣不僅會助長火勢，還會阻礙人員的逃生，相反，硬質(zhì)發(fā)泡聚氨酯復(fù)合板產(chǎn)煙量小，會更安全。小結(jié)：按下‘校正’鍵（顯示CAL000）,調(diào)節(jié)“光源調(diào)壓”，使之透光率為100%（顯示CAL100）。用一塊不透光的板擋住測量光源，透光率為0（顯示CAL000）將試樣表面向下，放在試樣架鋼絲網(wǎng)上，其位置應(yīng)放在本生燈工作狀態(tài)時，火焰對準試樣表面中心得地方。3.2不同材料氧指數(shù)值對比分析根據(jù)GB/T2406.2-2009《塑料用氧指數(shù)法測定燃燒行為第2部分：室溫試驗》，應(yīng)用氧指數(shù)測定儀試樣在氧氮混合氣流中，維持平穩(wěn)燃燒（即進行有焰燃燒）所需的最低氧氣濃度，作為判斷材料在空氣中與火焰接觸時燃燒的難易程度。根據(jù)GB8624-2006《建筑材料及制品燃燒性能分級》標準中的規(guī)定，OI≥32的屬難燃材料，OI≥26的屬可燃材料。試驗前，需要根據(jù)試樣在空氣中點燃的情況確定試驗開始時的氧濃度，如試樣在空氣中迅速燃燒，則開始試驗時的氧濃度為18%左右；如在空氣中緩慢燃燒或時斷時續(xù)，則為21%左右；如在空氣中離開點火源即立馬熄滅，則至少為25%。表3.2為四種材料在有無水系滅火劑S-100-AB-PT情況下的初始氧濃度C0確定表，表3.3為四種材料在有無水系滅火劑S-100-AB-PT情況下的CF、K確定表，圖3.3為8種試驗樣品進行氧指數(shù)試驗后的產(chǎn)物。表3.2.1硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板初始氧濃度C0確定氧濃度%2515201819燃燒長度mm12030s內(nèi)未點燃9830s內(nèi)未點燃30s內(nèi)未點燃燃燒時間s17.415.58反應(yīng)符號X○X○○C019／20表3.3.1硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板CF、K確定氧濃度%1919.219.419.619.819.619.819.619.8燃燒長度mm30s內(nèi)未點燃30s內(nèi)未點燃28426248554454燃燒時間s3.284.564.894.664.784.324.67反應(yīng)符號○○○○X○X○X系NLNTCF19.8K-0.45表3.2.2橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品初始氧濃度C0確定氧濃度%182823211920燃燒長度mm351201201202842燃燒時間s2.4314.7529.5247.3510.2822.41反應(yīng)符號○XXX○○C020／21表3.3.2橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品CF、K確定氧濃度%2020.22020.22020.2燃燒長度mm425345584152燃燒時間s22.4123.4222.4823.3322.3022.98反應(yīng)符號○X○X○X系NLNTCF20.2K-0.50礦棉板難燃材料？表3.2.3擠塑型聚苯乙烯板（B1）初始氧濃度C0確定氧濃度%188131517燃燒長度mm120點火器火焰熄滅30s內(nèi)未點燃30s內(nèi)未點燃24燃燒時間s36.1316.91反應(yīng)符號X○○○○C017／18表3.3.3擠塑型聚苯乙烯板（B1）CF、K確定氧濃度%1717.217.417.217.417.217.4燃燒長度mm24435845534455燃燒時間s16.9117.1417.2917.1817.2517.0317.35反應(yīng)符號○○X○X○X系NLNTCF17.4K-0.46表3.2.4硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（S-100-AB-PT）初始氧濃度C0確定氧濃度%2535303334燃燒長度mm30s內(nèi)未點燃12030s內(nèi)未點燃2862燃燒時間s19.8020.8221.59反應(yīng)符號○X○○XC033／34表3.3.4硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（S-100-AB-PT）CF、K確定氧濃度%3333.233.433.633.433.633.433.6燃燒長度mm2836445243554853燃燒時間s20.8221.0221.1921.3221.2321.3921.2021.28反應(yīng)符號○○○X○X○X系NLNTCF33.6K-0.45表3.2.5橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（S-100-AB-PT）初始氧濃度C0確定氧濃度%1828232527燃燒長度mm30s內(nèi)未點燃6530s內(nèi)未點燃30s內(nèi)未點燃27燃燒時間s21.465.27反應(yīng)符號○X○○○C027／28表3.3.5橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（S-100-AB-PT）CF、K確定氧濃度%2727.227.427.627.827.627.827.627.8燃燒長度mm273341475542534552燃燒時間s5.279.8713.4417.2818.2317.3518.2617.1717.93反應(yīng)符號○○○○X○X○X系NLNTCF27.8K-0.45礦棉板不燃材料表3.2.6擠塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）初始氧濃度C0確定氧濃度%2515202322燃燒長度mm12030s內(nèi)未點燃912028燃燒時間s186.2060.89231.9842.66反應(yīng)符號X○○X○C022／23表3.3.6擠塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）CF、K確定氧濃度%2222.222.422.222.422.222.4燃燒長度mm28425145554153燃燒時間s42.6643.5246.6744.1447.1842.1547.93反應(yīng)符號○○X○X○X系NLNTCF22.4K-0.46圖3.4.1（a）硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板圖3.4.1（b）硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板氧濃度25%（S-100-AB-PT）氧濃度33%圖3.4.2（a）橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品圖3.4.2（b）橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品氧濃度23%（S-100-AB-PT）氧濃度28%圖3.4.3礦棉板氧濃度25%圖3.4.4（a）XPSB1圖3.4.2（b）XPSB1氧濃度17%（S-100-AB-PT）氧濃度25%3.2.5試驗結(jié)果分析根據(jù)上述試驗數(shù)據(jù)計算試樣的氧指數(shù)值OI：OI=CF+Kd其中，CF為NT中最后一次試驗的氧濃度，%K為修正系數(shù)（查表得出）D為步長，本實驗步長為0.2%經(jīng)計算，硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品、礦棉板、擠塑型聚苯乙烯板的氧指數(shù)值OI分別為18.9、20.1、**、17.308；在用水系滅火劑S-100-AB-PT處理后，四者的氧指數(shù)值OI分別為32.51、26.9、**、22.308。小結(jié)：試驗樣品中橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品屬于非自撐材料，使用U型夾進行試驗。擠塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）氧濃度為25%時，燃燒時產(chǎn)生黑色灰燼漂浮空中3.3不同材料TG-DTG、TG-DSC曲線對比分析熱重法（TGA）是在溫度程序下，測量物質(zhì)質(zhì)量與溫度之間關(guān)系的方法。應(yīng)用熱分析儀測量硬質(zhì)聚氨酯復(fù)合板（PIR-PU）、橡膠閉孔發(fā)泡海綿制品（EPDM）、礦棉板（）、擠塑型聚苯乙烯板（XPSB1）質(zhì)量隨溫度變化以及試驗樣品側(cè)和參照樣品側(cè)的熱流差，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出TG-DTG、TG-DSC曲線，研究四種材料燃燒性能，從中選出最適合作為保溫材料的產(chǎn)品。熱分析實驗操作應(yīng)用TGA/SDTA851e型熱重分析儀在10ml/s氧氣、20ml/s氮氣、20ml/s氮氣作為保護氣的氣氛下研究四種材料在由無水系滅火劑S-100-AB-PT情況下的熱分解行為，以20℃/s的升溫速率從20℃至700℃，時間t=(700-20）/20=34min（所有試驗樣品試驗條件相同），得到圖3.4。熱重的數(shù)學(xué)表達式為：M=f(T)熱分解反應(yīng)方程式為：A（固體）B（固體）+C（氣體）圖2PIR-PU的TGA曲線與DTG曲線 圖3 EPDM的TGA曲線與DTG曲線3、數(shù)據(jù)處理結(jié)果3.2熱重分析處理結(jié)果圖2、圖3分別為兩種聚合物建筑物保溫材料在氮氣氣氛下的熱重曲線，始初分解溫度和最大熱分解溫度以及不同溫度下殘?zhí)苛俊膱D2、圖3對比可得，在氮氣氣氛下，EPDM初始分解溫度Ti=135℃，明顯低于PIR-PU的初始分解溫度為181℃，這說明EPDM的揮發(fā)性能比PIR-PU的揮發(fā)性能好，同時可能還與EPDM中含有較高的發(fā)泡劑，而PIR-PU含有較高的阻燃劑有關(guān)。PIR-PU在氮氣氣氛下的熱分解過程中主要階段是Ti--T1階段，主要是異氰酸酯、多元醇等主要有機物成分的揮發(fā)，剩余成分為部分分解溫度較高的聚合物、阻燃劑和炭，其對應(yīng)的最大熱分解溫度為Tp1=250℃，減少質(zhì)量為△m=m0-m1=4.3632*100%-4.3632*33.5%=2.9mg，減少質(zhì)量百分比為66.5%。T1之前存在一個微小的變化階段，可能是其中的發(fā)泡劑的揮發(fā)。在T1--Tf期間存在兩個較小的熱分解過程，是阻燃劑和炭層有機物的繼續(xù)分解，其中這兩個階段的最大熱分解溫度分別為Tp2=335℃Tp3=450℃，第二個小階段分解溫度范圍為350℃--479℃，與工業(yè)上常用的兩種阻燃劑之一的Mg(oH)2（分解溫度范圍340℃--490℃）的溫度相接近，可以推測此處的阻燃劑為Mg(oH)2，故此，第一個階段可能是炭層有機物的揮發(fā)。【注：工業(yè)上常用的兩種阻燃劑為Mg(oH)2（分解溫度范圍340℃--490℃）和氫氧化鋁（分解溫度范圍190℃--230℃）】從圖2可得，在研究溫度（20℃--800℃）范圍內(nèi)，EPDM在氮氣氣氛下的整個熱分解過程大致可以分為4個小階段0℃-200℃、200℃-385℃、385℃-500℃、500℃-685℃、685℃-800℃，最大熱分解溫度‘Tp1=375℃，減少質(zhì)量為△‘m=‘m0-‘m3=6.195*100%-6.195*49.5%=3.13mg,減少質(zhì)量百分比為51.5%。EPDM主要是乙烯、丙烯以及二烯烴等的聚合物，當(dāng)受熱裂解后會生成烯烴同系物。又從圖中數(shù)據(jù)可知，每個階段都存在微弱變化的階段，所以每個階段都可能存在一定分解速率相近的有機物的裂解。其中，第一個階段存在的微弱變化除了有機物的裂解，可能還存在發(fā)泡劑的熱分解（發(fā)泡劑熱分解范圍130℃--150℃，參考文獻1），第三個階段的分解溫度385℃--500℃與Mg(oH)2阻燃劑的分解溫度范圍接近，第三個階段可能還存在阻燃劑Mg(oH)2的揮發(fā)。此外在800℃以外還存在部分裂解溫度更高的烯烴聚合物，對本次實驗的影響較小，可忽略不計。綜上所述可得以下結(jié)論：1、由圖2、3的初始分解溫度和最大熱分解溫度數(shù)據(jù)表明，在受熱的情況下，EPDM比PIR-PU更容易分解產(chǎn)生可燃物質(zhì)，因此EPDM更容易被點燃。2、從圖3中分析可得EPDM熱分解過程的產(chǎn)物種類較多，毒害性較大。3、從圖2、3中DTG曲線對比可以得到，與PIR-PU相比，EPDM的分解過程比較平緩，即EPDM產(chǎn)生可燃物的溫度較低但速率慢，因此在真實火災(zāi)中PIR-PU可能會被最先引燃,但熱釋放速率和熱釋放能量低。3、從圖中可知PIR-PU在800℃以內(nèi)基本分解完成，而EPDM還在分解，可得EPDM的成炭溫度比PIR-PU成炭溫度高較高，且殘?zhí)苛康停@表明同等質(zhì)量的EPDM和PIR-PU中，EPDM的可燃物的含量挺高，這表明在火災(zāi)中同等質(zhì)量的PIR-PU比EPDM提供的燃料要多。4、結(jié)論本文利用煙密度測試儀和熱重儀，對PIR-PU和EPDM兩種聚合物基建筑保溫材料的發(fā)煙量以及熱分解特性進行了研究。研究結(jié)果表明，EPDM在受熱時容易被點燃，可燃物種類多，產(chǎn)生的煙氣量大;PIR-PUZ在受熱時不易生成的揮發(fā)性物質(zhì),即可燃物少，且成炭率高，但熱分解速率快，一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢蔓延較快。所以，綜合對比可知，在火災(zāi)中，EPDM和PIR-PU被