建筑有機(jī)保溫材料受熱和對(duì)火反應(yīng)行為研究.pdf

1、保溫工程火災(zāi)是伴隨建筑節(jié)能興起而出現(xiàn)的一種新型建筑火災(zāi)形式。被動(dòng)式房屋是建筑節(jié)能下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)，其保溫材料厚度是現(xiàn)有厚度的3～4倍，將進(jìn)一步加劇火災(zāi)危險(xiǎn)性，因此，亟待深化有機(jī)保溫材料火災(zāi)危險(xiǎn)性的研究。
　　本文依托自然科學(xué)基金“建筑有機(jī)保溫材料受熱行為研究”，外墻外保溫防火隔離帶技術(shù)規(guī)程及施工防火安全技術(shù)規(guī)程制定等課題，針對(duì)材料受熱與燃燒性能關(guān)系、燃燒行為、防護(hù)對(duì)燃燒性能影響等節(jié)點(diǎn)問題，以占有機(jī)保溫材料95％以上的聚苯乙烯泡沫塑料

2、（EPS、SEPS、XPS）、聚氨酯泡沫塑料（PUR、PIR）和酚醛泡沫（PF）為對(duì)象展開研究，旨在為材料應(yīng)用與改進(jìn)、燃燒性能分析、保溫工程火災(zāi)安全設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本文的主要工作及取得的成果如下。
　　1、建筑有機(jī)保溫材料受熱行為研究
　　研究高溫氧指數(shù)，受熱氧指數(shù)、熱釋放性、形態(tài)演變和裂解的變化行為。
　　研究發(fā)現(xiàn)溫度作用下，100℃以下熱塑性材料的高溫氧指數(shù)較熱固性材料降幅更大，表明熱塑性材料的氧指數(shù)對(duì)低溫更敏感；3

3、00℃時(shí)聚氨酯的高溫氧指數(shù)降幅超過10%，PF的降幅為6%。受熱作用后，EPS和SEPS氧指數(shù)降幅較小，而XPS快速下降。300℃以下熱固性材料氧指數(shù)隨受熱溫度和時(shí)間的增加而緩慢降低；300℃時(shí)，聚氨酯材料的氧指數(shù)不降反升，為所形成的炭層前驅(qū)體所致。
　　微燃燒量熱分析的研究表明，熱塑性材料具有單一熱釋放峰，受熱作用不改變其熱釋放速率曲線形狀和最大熱釋放速率所對(duì)應(yīng)的溫度。熱固性材料隨受熱溫度的提高，其PkHRR降低，熱釋放范圍溫度

4、提高。受熱作用不改變熱塑性材料的燃燒性能，降低熱固性材料的熱釋放性及燃燒性。
　　采用影像方法取得了材料受熱變形、液化、鋪展、裂解等形態(tài)演變與溫度關(guān)系。EPS、SEPS和XPS的液化溫度分別為210℃、208℃和193℃，XPS呈現(xiàn)明顯鋪展而加速其裂解速度；針對(duì)熔體作用提出防火隔離帶選材和施工措施。
　　利用熱重-紅外聯(lián)機(jī)獲得了材料的熱重及逸出氣體行為，熱塑性材料具有基本一致的熱重行為，XPS初始降解溫度較EPS和SEPS低

5、78℃。PIR降解產(chǎn)物分析表明，異氰脲酸酯結(jié)構(gòu)的裂解溫度在450~550℃。
　　2、基于錐形量熱（CONE）試驗(yàn)的對(duì)火反應(yīng)研究
　　針對(duì)室外火災(zāi)和材料特點(diǎn)，設(shè)計(jì)25kW/m2、35kW/m2和50kW/m2三個(gè)熱輻射強(qiáng)度，采用錐形量熱試驗(yàn)展開材料的對(duì)火反應(yīng)行為的系統(tǒng)研究。
　　PF和PIR在25kW/m2時(shí)不點(diǎn)火，35kW/m2為PF的臨界點(diǎn)火熱輻射強(qiáng)度，材料在其它情況下均可被點(diǎn)火?？牲c(diǎn)火時(shí)，PIR和PUR的點(diǎn)火危險(xiǎn)

6、等級(jí)最高，熱塑性材料和PF具有相近的較低點(diǎn)火危險(xiǎn)等級(jí)。
　　特性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，材料的陰燃傾向?yàn)镻F＞PUR＞PIR。陰燃特性和CO釋放行為交叉分析揭示PF發(fā)生陰燃，PIR和PUR不發(fā)生陰燃，提出了基于HRR曲線確定陰燃點(diǎn)燃時(shí)間的方法。利用陰燃時(shí)熱輻射強(qiáng)度越大HRR及THR越小，CO的產(chǎn)率和產(chǎn)量越大，提出采用CONE試驗(yàn)判斷材料的陰燃屬性方法。
　　熱塑性材料在不同熱輻射強(qiáng)度下具有相近的有效燃燒熱，表明材料為穩(wěn)態(tài)燃燒，相同質(zhì)量的材

7、料具有相近總放熱量而與熱輻射強(qiáng)度不關(guān)聯(lián)；熱固性材料有焰燃燒時(shí)總放熱量隨熱輻射強(qiáng)度增加而增大，低熱輻射強(qiáng)度時(shí)不燃燒或不完全燃燒。PF在35 kW/m2和50 kW/m2發(fā)生有焰燃燒和陰燃交替進(jìn)行的現(xiàn)象，存在“死灰復(fù)燃”風(fēng)險(xiǎn)。PF的火災(zāi)性能指數(shù)最小，聚氨酯泡沫塑料最大，聚苯乙烯泡沫塑料居中。探討認(rèn)為不燃燒時(shí)HRR曲線反映的是材料的熱解耗氧行為。
　　有焰燃燒時(shí)材料的CO和CO2生成行為與其HRR行為表現(xiàn)一致。穩(wěn)態(tài)燃燒使得熱塑性材料在不

8、同熱輻射強(qiáng)度下具有相近的氣體生成總量，而熱固性材料因燃燒程度不同形成不同的氣體生成總量。PF陰燃CO生成總產(chǎn)量（TCO）高于熱塑性20倍以上，陰燃不釋放CO2?；贑O濃度與毒性分析，提出了針對(duì)CO生成情況的材料使用和避險(xiǎn)措施。
　　3、基于等效熱阻的單體燃燒試驗(yàn)（SBI）對(duì)火反應(yīng)研究
　　依據(jù)建筑熱工基礎(chǔ)，提出等效熱阻研究燃燒和火災(zāi)性能方法；制備等效熱阻下防護(hù)與不同防護(hù)材料的試樣，開展SBI試驗(yàn)研究。
　　研究發(fā)現(xiàn)：

9、防護(hù)的熱塑性材料在燃燒初期均有明顯高于不防護(hù)材料的熱釋放峰，顯示更高的初期放熱量和燃燒增長(zhǎng)速率指數(shù)（FIGRA），提出空腔聚熱效應(yīng)是形成該現(xiàn)象的原因；而防護(hù)的熱固性材料明顯降低燃燒性能及特征值，防護(hù)厚度增大，點(diǎn)火時(shí)間延長(zhǎng)，F(xiàn)IGRA指數(shù)和火災(zāi)性能指數(shù)降低。該結(jié)果指出制品化防火的依據(jù)和降低防火性能的適用條件。研究對(duì)材料燃燒性能和產(chǎn)煙行為進(jìn)行了系統(tǒng)分析，所獲得結(jié)果為等效熱阻條件下的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。研究提出的提高防火性能的有關(guān)措施，已在實(shí)