典型熱塑性材料火災(zāi)行為中融流燃燒過程的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、熱塑性材料由于具有加工方便、價(jià)格低廉、防水、防腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家具、室內(nèi)裝飾及建筑保溫等領(lǐng)域。熱塑性材料由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，受熱易軟化熔融并產(chǎn)生流動(dòng)，從而為其火災(zāi)防治帶來了新問題。對(duì)于壁面熱塑材料著火的情況，流動(dòng)性使其聚集在地面上形成油池火，并與壁面火相互耦合促進(jìn)，極大的提高了其火災(zāi)危害性。
　　熱塑性材料的特殊火災(zāi)行為引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，這種特殊的燃燒行為由多個(gè)復(fù)雜的過程耦合而成，包括壁面燃燒過程、油池流淌

2、燃燒過程以及兩者在傳熱和傳質(zhì)方面的相互作用過程。目前相關(guān)的研究還停留在復(fù)雜行為的綜合表現(xiàn)方面，對(duì)于熱塑性材料復(fù)雜燃燒行為中多個(gè)耦合的過程，缺乏深入的研究。因此本文的目標(biāo)是自主設(shè)計(jì)并搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)熱塑性材料的耦合燃燒行為中的單一過程進(jìn)行研究，并研究真實(shí)尺度下材料的熱解機(jī)理及過程，深入理解熱塑性材料的復(fù)雜燃燒行為。本文根據(jù)實(shí)際情況選取了三種常見的熱塑性材料聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)作為研究對(duì)象。
　　熱塑材料自身

3、的物化性質(zhì)決定了其特殊的火災(zāi)行為，因此為了理解熱塑材料在火災(zāi)中的行為變化，首先需要理解材料的熱解過程。熱重實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是常用的手段，但是熱重實(shí)驗(yàn)研究過程中，材料尺度很小，表現(xiàn)出均一的性質(zhì)，和真實(shí)火災(zāi)中的情形相差很大，因此本文設(shè)計(jì)并搭建了真實(shí)尺度熱塑材料熔融實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)材料的熱解動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行深入研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該平臺(tái)可以很好的體現(xiàn)出受熱情況下材料內(nèi)部的溫升特性，表明小尺度實(shí)驗(yàn)在再現(xiàn)真實(shí)尺度情況下熱災(zāi)害行為的局限性。通過對(duì)質(zhì)量和溫度特性的

4、分析可以看出，熱解過程可以分為三個(gè)階段:初期加熱階段、融化主導(dǎo)階段以及氣化主導(dǎo)階段。熱解釋放的氣態(tài)產(chǎn)物直接補(bǔ)充了燃燒的原料，而融化和熱解導(dǎo)致的液態(tài)產(chǎn)物則增加了液體流淌蔓延的范圍。材料在熱解過程中的火災(zāi)危害性是多個(gè)因素綜合影響的結(jié)果。對(duì)于熱解動(dòng)力學(xué)的研究也表明了實(shí)驗(yàn)尺度的局限性。本研究有助于深入理解和分析材料在火災(zāi)過程中熔融滴落流淌的機(jī)理和過程，為后面的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　為了確定火災(zāi)中不同過程對(duì)燃燒的影響，本文搭建了熱

5、塑板材火蔓延實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，選取代表性材料PP，定量研究了板材懸空條件下的火蔓延過程，并考慮了外加輻射以及板材寬度對(duì)燃燒的影響。通過對(duì)不同工況下質(zhì)量特性的分析，確定了不同外界條件下，熱塑材料特殊火災(zāi)行為不同過程的相對(duì)危害性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在板材火蔓延過程中，流淌燃燒的油池火過程的影響及危害性最大?；诒緦?shí)驗(yàn)平臺(tái)的研究結(jié)果，考慮設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究滴落油池火的流淌燃燒行為。
　　基于熱塑材料熔融實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)材料熱解機(jī)理的理解，以及火蔓延平臺(tái)對(duì)

6、溢流油池火危害性的分析，設(shè)計(jì)并搭建了熔滴流淌燃燒實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)熱塑材料復(fù)雜燃燒過程中的滴落油池火的流淌燃燒行為進(jìn)行研究。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了高溫液態(tài)熱塑性材料的持續(xù)滴落，從而研究滴落形成的溢流油池的產(chǎn)生、發(fā)展及蔓延燃燒過程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明溢流油池燃燒行為受材料自身性質(zhì)的影響，不同材料表現(xiàn)出不同的行為特性。而在外界的影響中，最主要的就是底板材料。因此本文利用熱塑材料熔滴流淌實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，研究了液態(tài)熱塑性材料連續(xù)滴落情況下，不同底板材料對(duì)油池火發(fā)展、蔓