VC石塑地砖燃烧特性

第7页共12页前言聚氯乙烯(PVC)是一种应用普遍的通用性热塑性高分子材料。以PVC为基材的塑料产品已深入人们生活的各个环节，在室内的装饰装修中也被广泛应用。现代建筑工程中越来越普遍使用的PVC石塑地砖就是其中之一。这种石塑地砖以PVC为基材，加入了回料，料合剂，填料及其他组分而制成。但由于PVC燃烧时生烟量大，释放出大量有毒气体等，在火灾情况下具有一定的危险性。塑料产品的燃烧特性是评价其使用的消防安全的重要依据。本文用锥形量热计方法研究了几种PVC石塑地砖的燃烧参数，并对其使用的消防安全性进行分析。实验部分2.1实验材料、仪器2.1.1实验材料：市售PVC石塑地砖。2.1.2仪器：锥形量热仪（产地英国）2.2测试方法：按照ISO5660进行测试2.3材料燃烧的锥形量热计研究方法热释放速率是描述火灾的最重要参数，它的测定经历了热量换算法，绝热箱法，耗氧量法。现在一般都采用耗氧量法。目前，美国和其他发达国家的一些标准都把锥形量热计法确定为进行材料燃烧性能测试的标准实验方法[1]。锥形量热计采取耗氧量原理测量材料的热释放速率，所谓耗氧量原理就是：材料燃烧时消耗每一单位的氧气所释放的热量基本是相同的。Hugget在1980年发表的文章指出建筑业和商业中普遍使用的大多数塑料和其他固体材料都遵循这个规律，并测出这个值为13.1MJ/kg±5%。在试验中将所有燃烧产生的烟气都收集起来并在排气观众经过充分混合后，精确的测出其质量流量和组分，至少要将O2的浓度出测来，那么通过计算可得到燃烧过程中消耗的氧气质量，运用氧消耗原理，即可得材料燃烧过程中的热释放速率，如图1。图1锥形量热仪原理图2.3PVC石塑地砖性能结构PVC地砖作为地面材料：减轻房屋的荷载，降低综合造价，施工方便，缩短工期。同其它的地面材料相比，它花色品种齐全，图案变化多样，即有石材的华丽高雅之感，而无石材冰冷厚重之感觉，又比地毯易于清理。它防滑、吸音、抗静电、耐磨、耐腐蚀、防水、防潮、结构稳定。且能使石纹与木纹极具个性的组合在一起。PVC地板中除一部分PVC树脂外，其余组分是回料、料合剂、填料及其它组分。3.结果与分析试验采用的样品都是市场上的成品，有马丽象牙黄，台湾小石块，马丽云彩黑咖啡，马丽云彩雾灰等。按照ISO5660标准对试样制备的要求，将他们按原厚度制成100mm×100mm的式样，试验时用铝箔包裹试样的四周和底面，底部垫有陶瓷纤维棉，在表面放上钢栅防止地板在燃烧过程中翘曲。试验采用水平试验法。对FL-41到FL-48地砖的热辐射量为35kw/m2，测试结果如表1。FL-45地砖的热辐射量分别为25kw/m2,35kw/m2，50kw/m2测试结果如表2。表135kw/m2热辐射通量下样品的燃烧参数样品名称热释放率第一峰值kw/m2热释放率峰值kw/m2点燃时间S平均比光面积m2/kg平均有效燃烧热m2j/kgCO生成率kg/kgCO2生成率kg/kgFL-4193．4397．5837655．596．720．04201．31`FL-4243．25130．9466221．0416．250．01931．73FL-4387．69105．3651593．378．290．03491．29FL-4424．34133．9930607．3411．130．03511．32FL-4549．96120．0155571．798．540．03731．19FL-46158．30158．3037696．9810．430．06730．93FL-4778．85134．8335627．2312．220．03661．35FL-48194．67195．5879930．1625．000．05032．29表2以三种不同的辐射通量照射FL-45的燃烧参数热辐射通量kw/m2热释放速率kw/m2热释放速率第一峰值kw/m2热释放速率峰值kw/m2点燃时间S平均比光面积m2/kg平均有效燃烧热m2j/kgCO生成率kg/kgCO2生成率kg/kg2580.6870143.2871590.9515.30.0311.423567.7751.7120.0155571.798.540.0371.195098.79118.9160.87222694728440511413981.893.1PVC石塑地砖热释放率分析试验用的PVC地砖材料虽然都是以PVC为基材的，但由于其中加入的其他成分的不同，表现出来的热释放率不同。如图2-5，在同样的辐射能量,FL-41比FL-42的热释放速率大，但又小于FL-47。由表1，图2和图3看出来，FL-42,FL-44的热释放率第一峰值和最大峰数值相差较大，而且两个峰值之间间隔时间较长。究其原因可能是材料燃烧后表面形成碳膜较快而且较厚，阻碍分解的可燃气体的释放，阻止了燃烧，推迟了轰燃时间，对防火而言是有积极意义的。而FL-46只有一个峰值，且出现较早。这种材料燃烧生成碳膜慢且薄，很快被燃烧生成的气体冲破，没有起到很好的阻燃效果，在火灾中燃烧快。图2FL-41FL-42在35kw/m2热辐射通量下的热释放速率图3FL-43,FL-44在35kw/m2热辐射通量下的热释放速率图4FL-45,FL-46在35kw/m2热辐射通量下的热释放速率图5FL-47,FL-48在35kw/m2热辐射通量下的热释放速率同种的材料在不同的热辐射能量下其热释放速率也是不同的,如图6。图6同种材料在不同辐射能量下的热释放率参数从图6可以看出：材料的热释放速率随照射其上的辐射热能量的增加而增加。热释放速率数据越大，表明材料燃烧时对环境的热贡献越大，火灾危险性越大。而第一峰值越高，到达时间越早，火灾危险性也越大。FL-45在25kw/m2热辐射能量作用下出现第一峰值的时间要比在35kw/m2下出现的早，然后热释放率一直很低，甚至为零，接着却出现了一个很高的峰值。由此可以推测产生这种现象是由于材料表面成碳速率高低引起的。这种材料的成碳速率快，在材料表面形成碳膜阻止了辐射能量向未燃基材传递，也阻止了O2向未燃基材扩散，阻止了燃烧的进行，热释放率降低。在碳膜下积聚了大量燃烧生成的气体。随着燃烧的进行会使碳膜破裂，聚集在内的气体瞬间喷出，导致热释放率瞬间达到峰值。这样就出现了图中材料热释放率峰值在25kw/m2辐射通量照射下比在35kw/m2照射下高的自现象.当然，这种推测需要大量实验才能验证，但由于材料有限，这里并没有对它进行验证，有待进一步研究。3.2PVC石塑地砖点燃时间点燃时间的长短是评价材料使用消防安全的重要参数。点燃时间越长，逃生的时间越长，也为灭火提供了更有力的条件。由表1可以看出，相同辐射能量下，各试验用的材料的点燃时间不同，点燃时间最长的为FL-48。点燃时间最短的是FL-44，这种地砖在防火要求比较高的场所是不适合使用的。FL-42的点燃时间较长，出现第一峰值时间也较长，而且第一峰值出现后很长时间才出现最大峰值，说明这种材料的防火性能较好[2]。由图可知在不同辐射量下，同种材料的点燃时间也不同。总的来说同种材料的点燃时间随辐射能量增高而减短。图7FL-45在三种辐射能量下点燃时间情况3.3PVC石塑地砖材料燃烧的烟毒性情况分析燃烧时生成的烟和有毒气体的种类数量是评价材料使用安全必须考虑的因素。众多火灾案例表明，烟，毒气体是致人死亡的重要因素。烟的释放过程分两个阶段：点燃阶段的烟释放和有焰燃烧阶段的烟释放。前者的烟释放量很少，绝大多数烟都是在后一阶段生成的。所以讨论后一阶段的比光面积就更具有意义[3]。比光面积是指单位质量挥发物产生烟的量。从表1看出，相同辐射能量下，FL-48的比消光面积最大，FL-42的比消光面积最小。其可能的原因是各种PVC石塑地砖中所加的其他成分不同。表2表明，同一材料在不同辐射能量照射下，产烟率随辐射能量增高。火灾中燃烧产生的CO2,CO能使人窒息死亡，是火灾中致死的重要因素之一。材料燃烧生成的CO生成率越大说明在单位时间内产生的CO量越大。火灾是这种材料燃烧对人的危害性越大。实验中在相同热辐射通量的情况下，CO生成率最大的是FL-46,最小的是FL-42，CO2生成率最大的是FL-48，最小的是FL-42。大多数材料CO生成率在0.002kg/s左右的水平，也就是说以PVC为基材的地砖材料CO产生速率无显著差别。个别材料CO产生速率显著增加，这是我们选择使用材料和材料的开发者应引起注意的。表3材料燃烧的CO,CO2产生情况FL-41FL-42FL-43FL-44FL-45FL-46FL-47FL-48CO生成率kg/s0.002650.000890.00220.00220.00260.005920.002270.00196CO2生成率kg/s0.082530.079580.08260.08450.08330.081840.08370.08931PVC由聚氯乙烯构成，聚氯乙烯在燃烧使出了会产生大量的烟雾外，而且烟物种还含有许多有毒有害的氯化氢气体。据国内外火灾的伤亡统计，火灾种的伤亡人员70%以上是由于烟气和毒性气体造成的。因此建筑装饰材料今后的发展趋势应该是向难燃化，低烟，无卤（低毒或无毒）方向发展[4]。结论3．1以PVC为基材的石塑地砖由于美观，耐磨等需要加入了某些其他成分，导致了材料燃烧特性的改变。3．2同一种材料随辐射能量的增加，点燃时间大大缩短，热释放速率第一峰值和最大峰值，平均燃烧热等大幅度增加。3．3实验材料中FL-42的阻燃性能最好。3．4统一辐射能量下，以PVC为基材的外观不同的石塑地砖CO生成率一般都在0.002kg/s左右的水平，并没有显著差别，个别材料CO生成率显著增加，这要我们在材料的选择使用和生成商引起注意。综上所述，PVC石塑地砖在火灾重的危险性受外加基影响很大。建议开发商在使用外加剂时能采用使其耐燃，抑烟，低毒的成分。参考文献[1]程远平等，表面期对地板材料或