軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料的火災(zāi)分析

軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料的火災(zāi)分析

0聚氨酯和涂料軟質(zhì)氨基泡沫（氨基泡沫ii，fpuf）具有良好的隔熱、保溫、絕緣性、耐油性、通風(fēng)性、無名性、高回彈性等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于交通工具、醫(yī)療醫(yī)療設(shè)備、管道保溫、建筑裝飾、商品包裝等領(lǐng)域。其用量占整個氨基行業(yè)的85%，是現(xiàn)代社會生活中不可或缺的一種工業(yè)材料。但是其著火點(diǎn)低、易燃、毒性氣體、熔融滴落、火焰難以撲滅的問題是其威脅人類生命財產(chǎn)安全的致命缺陷。本文將根據(jù)實(shí)際火災(zāi)情形模擬不同條件下FPUF的點(diǎn)燃狀況,考察FPUF材料在不同的熱輻照功率、弱引火源、明火等情況下的燃燒現(xiàn)象,分析生熱和蓄熱綜合條件及起火原因,嘗試為火災(zāi)事故調(diào)查提供一定參考作用。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)原材料軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料-海綿(沙發(fā)墊/座椅墊),市場購買得到。1.2實(shí)驗(yàn)表明1.2.1astm3型水平垂直燃燒測試方法1)極限氧指數(shù)(LOI)實(shí)驗(yàn):實(shí)驗(yàn)時試樣的尺寸為100×10×10mm3,按ASTM2863標(biāo)準(zhǔn)在中國江寧儀器分析公司生產(chǎn)的HC-2型氧指數(shù)儀上測試。2)垂直燃燒(UL-94)實(shí)驗(yàn):按照ASTM3801標(biāo)準(zhǔn)在CZF-3型水平垂直燃燒測定儀上測試。樣條尺寸為130×13×10mm3。3)錐形量熱計(CONE):錐形量熱計主要由截斷錐形加熱器、燃燒室、載重臺、氧分析儀、煙氣測量系統(tǒng)、通風(fēng)裝置等六部分組成,熱輻射功率范圍為10~110kW/m2,常用的是25kW/m2、30kW/m2、35kW/m2、50kW/m2和75kW/m2。錐形量熱計能提供包括熱災(zāi)害和非熱災(zāi)害的多種參數(shù)-熱釋放速率(HRR),總釋放熱(THR),質(zhì)量損失速率(MLR),點(diǎn)燃時間(TTI),煙生成速率(SPR)和煙氣毒性測定,樣品尺寸為(10×10×5cm3)。1.2.2不同熱輻射功率點(diǎn)燃實(shí)驗(yàn)將FPUF材料裁剪成適合的尺寸,分別在有明火點(diǎn)燃條件下,不同熱輻射功率點(diǎn)燃下,弱火源點(diǎn)燃(如煙頭)以及灼熱電阻絲點(diǎn)燃條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),用相機(jī)和攝像機(jī)實(shí)時記錄其燃燒過程,采集相關(guān)數(shù)據(jù)。2結(jié)果與分析2.1fpuf材料在明代蒸汽中的燃燒行為分別從不同的方向用明火點(diǎn)燃FPUF,記錄火焰燃燒和蔓延情況,并收集燃燒中和燃燒后的殘余物。2.1.1fpuf液滴燃燒試驗(yàn)圖1為模擬極限氧指數(shù)(LOI)實(shí)驗(yàn),從頂部引燃FPUF試驗(yàn)。FPUF長條夾在夾具上,明火引燃,12s便有液滴滴落,表明FPUF很容易點(diǎn)燃,且燃燒易發(fā)生滴落,燃燒中白色泡沫體上聚集的黑點(diǎn),為未完全炭化的粘稠液滴。2.1.2脫脂棉夾夾圖2為模擬垂直燃燒(UL-94)實(shí)驗(yàn),從底部引燃FPUF試驗(yàn)。夾具下方放有脫脂棉。從圖中能清楚看到引燃2s后火焰便蔓延至整個長條,4s有滴落物,并且引燃脫脂棉,8s時整個樣條已經(jīng)燃燒殆盡,下方的脫脂棉也已經(jīng)完全燒起。2.1.3聚氨酯軟泡燃燒法圖3為從邊緣引燃FPUF試驗(yàn)。從圖中能清楚看到引燃10s后火焰傾向于向水平方向蔓延,35s則將5cm厚的材料燒到底部,同時有大量的煙產(chǎn)生。至65s,火焰水平方向的蔓延加快,這是由于燃燒釋放了大量的熱。90s后火焰已無法控制,且泡沫分解出很多黑色的殘?jiān)?又進(jìn)一步燃燒,滴落也逐漸加劇。燃燒發(fā)展到后期,火焰越來越大,滴落物越來越多。從上面三種情形引燃聚氨酯軟泡,得到材料燃燒時的大致特點(diǎn):FPUF明火極易點(diǎn)燃,且火焰蔓延很快,容易發(fā)生滴落,滴落物容易引燃周邊棉類、紡織品。在實(shí)際的火災(zāi)中,會釀成大的火災(zāi)險情,對人身和財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。2.2同功率燃燒后殘余物的變化利用錐形量熱計(Cone)的不同熱輻照功率研究FPUF材料不同火焰功率下點(diǎn)燃行為。圖4是在不同功率下FPUF燃燒后的殘?jiān)鼣?shù)碼照片。在25kW/m2下材料并未點(diǎn)燃,而只是進(jìn)行陰燃,從照片上看為黑色沉積物,估計為FPUF分解的多元醇炭化的殘余物。其他4種熱輻照下的照片則是隨著功率的加大,殘?jiān)饾u白化成粉末狀,分解過程的加劇導(dǎo)致材料燃燒程度加深,剩余的只有材料中添加的無機(jī)物。2.3fpuf材料在弱光下的燃燒2.3.1燃燒fpuf材料實(shí)驗(yàn)分析燃燒的香煙是一種很常見的陰燃范例,陰燃是固態(tài)燃料極端燃燒的過程,是一種緩慢的、低溫的、無火焰的燃燒形式。與有焰燃燒不同,陰燃只在氣固相的界面處燃燒,通過燃燒釋放熱量。此次實(shí)驗(yàn)嘗試用一根煙頭點(diǎn)燃FPUF材料,觀察其火災(zāi)危險性。圖5為引燃實(shí)驗(yàn)圖,實(shí)驗(yàn)中使用的為云南紅梅香煙,從圖中看出在沒有任何保溫隔熱措施的情況下,煙頭僅僅造成了泡沫材料的引燃,最終熄滅;而圖5對材料進(jìn)行了一定的隔熱處理,結(jié)果也是并未造成FPUF材料的明火燃燒。參考部分文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn),使用煙頭直接點(diǎn)燃聚氨酯軟泡,幾乎沒有成功的概率,因此可以認(rèn)定煙頭基本不能直接點(diǎn)燃聚氨酯軟泡。因此,并非所有的蓄熱材料都能被陰燃狀態(tài)下的香煙頭所點(diǎn)燃。實(shí)驗(yàn)中的蓄熱材料是否可以被香煙頭引燃,需要考慮諸多方面,比如香煙引火源的點(diǎn)燃時間、合適的材料密度、環(huán)境的濕度、材料的蓄熱能力、環(huán)境是否提供充分的氧氣等。2.3.2炭化過程中陰燃向火的轉(zhuǎn)變?nèi)鐖D6所示,多根煙頭點(diǎn)燃FPUF實(shí)驗(yàn)中,每隔5分鐘放置1根點(diǎn)燃的香煙,總共放置點(diǎn)燃的香煙7根,實(shí)驗(yàn)只是加熱與香煙頭相接觸的FPUF部分使之在一定程度上炭化,并不能夠使其發(fā)生陰燃向明火的轉(zhuǎn)變,從而使聚氨酯泡沫著火燃燒。分析其主要原因是香煙及其接觸FPUF材料陰燃的生熱和蓄熱綜合條件沒有達(dá)到其陰燃向明火轉(zhuǎn)變的條件。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),FPUF材料受到香煙頭灼燒后,馬上收縮并產(chǎn)生黑色焦化物保護(hù)層,從而使FPUF材料一定程度上遠(yuǎn)離了香煙燃燒區(qū)并阻礙香煙燃燒區(qū)向FPUF材料的熱輻射等傳熱,同時,香煙引燃進(jìn)程中,形成的煙灰也阻隔著香煙燃燒區(qū)向FPUF材料的熱輻射等傳熱,因此,較難形成向明火轉(zhuǎn)變的生熱和蓄熱綜合條件。2.4陰燃及火災(zāi)燃燒fpuf如圖7所示,采用灼熱電阻絲對FPUF進(jìn)行加工,實(shí)驗(yàn)中切換3種電壓,對FPUF進(jìn)行點(diǎn)燃。當(dāng)功率達(dá)到72W,泡沫發(fā)生陰燃并引發(fā)明火;而當(dāng)功率達(dá)到期288W時,只用7秒鐘就直接引發(fā)明火,這主要是因?yàn)殡娮杞z持續(xù)產(chǎn)生熱量,且電阻絲在泡沫材料內(nèi)部,蓄熱效果更好。3fpuf材料的燃燒1)明火下,FPUF極易燃燒,且火焰蔓延很快,容易發(fā)生滴落,滴落物容易引燃周邊紡織品。2)在25kW/m2的外加輻射熱通量下,FPUF并未引起