保温隔音装修材料燃烧及产烟性能的试验研究

第页保温隔音装修材料燃烧及产烟性能的试验研究【摘要】可燃易燃的有机材料由于其保温隔音性能在现代装饰装修中频繁使用，同时由于其燃烧特性，发生火灾时不仅会增大室内的火灾荷载还会产生高温、火焰，甚至浓烟以及毒性物质危害火场中群众的安全，其火灾危险性的研究是一个重要的话题。本文选取了室内装饰装修中常见的保温隔音材料硬质发泡聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作为研究对象，利用烟密度测试仪、氧指数测试仪和热重分析仪分别其在有无水系灭火剂（S-100-AB-PT）情况下的产烟性能、燃烧性能以及热分解行为进行研究，对比分析其火灾危险性。研究结果表明：在没有S-100-AB-PT及加入S-100-AB-PT情况下，产烟量及烟密度等级顺序均为：EPDM<矿棉板<XPSB1<PIR-PU。其中，加入S-100-AB-PT后，EPDM、XPSB1的产烟量及烟密度等级升高，PIR-PU和矿棉板的产烟量和烟密度等级降低。？在没有加入S-100-AB-PT情况下，氧指数值顺序为：XPSB1<PIR-PU<EPDM<矿棉板;在加入S-100-AB-PT情况下，氧指数值顺序为：XPSB1<EPDM<PIR-PU<矿棉板。?加入水系灭火剂后，四种物质的氧指数值均提高。的初始分解温度高于EPDM，但最大热分解温度高于EPDM，PIR-PU不易被点燃，但一旦被点燃蔓延速度比EPDM的蔓延速度要快。阻燃且具有良好的保温功能，而橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）常被作为内保温墙的保温材料，EPDM除了具有隔热保温功能外，还具有保冷、制震、消音等功能。通过综合对比分析研究四种保温隔音材料的产烟性能、燃烧性能及热分解行为，火灾危险性！更易于点燃！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.关键词：保温隔音材料、热分解、烟密度、氧指数目录摘要目录绪论研究目的与意义研究现状研究内容实验方案及过程2.1实验装置与器材2.2实验材料及制备2.3实验方法2.3.1建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法2.3.2建筑材料的氧指数测定2.3.3可燃建筑材料热分解动力学参数测定2.4实验方案设计2.5小结实验结果与分析3.1不同材料燃烧产烟性能对比分析3.1.1橡胶闭孔发泡海绵制品试验组3.1.2硬质发泡聚氨酯复合板试验组3.1.3矿棉板试验组3.1.4挤塑型聚苯乙烯板试验组3.1.5实验结果分析3.2不同材料氧指数值对比分析3.2.1橡胶闭孔发泡海绵制品试验组3.2.2硬质发泡聚氨酯复合板试验组3.2.3矿棉板试验组3.2.4挤塑型聚苯乙烯板试验组3.2.5实验结果分析3.3不同材料TG-DTG、TG-DSC曲线对比分析3.3.1橡胶闭孔发泡海绵制品试验组3.3.2硬质发泡聚氨酯复合板试验组3.3.3矿棉板试验组3.3.4挤塑型聚苯乙烯板试验组3.3.5实验结果分析3.4误差分析3.4.1室内通风对试验结果的影响的分析3.4.2点火位置对试验结果的影响的分析3.4.3样品支架对试验结果的影响的分析3.4.4其他因素对试验结果的影响的分析3.5小结4.结论与展望4.1结论4.2展望5.参考文献1、绪论1.1研究目的与意义保温隔音装修材料是现代室内装饰装修中最常见的墙体材料之一，有着改善室内环境、提高室内保温隔音性能的作用，但与此同时，由于其可燃易燃的燃烧性能，一旦发生火灾不但会产生高温和火焰，还会产生各种有腐蚀性、毒性和刺激性的烟气，甚至产生能够使人窒息、中毒、死亡的一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氯化氢（HCl）等气体，增大了火场中人员的疏散难度，使消防救援任务难度增加，有毒烟气等更会使受困人员和救援人员的生命安全受到严重威胁。同时，保温隔音装饰装修材料品种繁多，燃烧性质也大不相同，可将其按照燃烧性能进行分类，如下表所示。等级燃烧性能特性A不燃在空气中受火烧或高温作用时不起火、不燃烧、不炭化的材料B1难燃在空气中受火烧或高温作用时难起火、难燃烧、难炭化的材料B2可燃在空气中受火烧或高温作用时立即起火或微燃，且离开火源后继续燃烧或微燃的材料B3易燃在空气中受火烧或高温作用时立即起火并迅速燃烧，且离开火源后继续燃烧的材料根据燃烧等级的不同，不同装饰装修材料的产烟性能、燃烧性能大不相同，甚至在消防救援人员进行灭火救援行为时加入灭火剂后，不同材料所呈现的产烟性能和燃烧性能也并非像预期一样，有时候会产生适得其反的效果，进一步增大救援难度。本论文针对可燃易分解的保温隔音材料在现代室内装修装饰中频繁使用，且该类装饰装修材料在火灾中燃烧时不仅会产生高温和火焰，还会产生各种有毒性、腐蚀性和刺激性的烟气等有害因素，以及加入灭火剂后不同材料所呈现出的性质变化不满足人们预期等现象。通过对四种常见的保温隔音装饰装修材料进行热重实验，绘制出TG曲线，得出不同温度下质量的变化，结合烟密度试验以及氧指数实验，得出其在有无水系灭火剂情况下的产烟特性及燃烧性能，为建筑室内控烟方案以及日常消防任务的救援提供参考意见，为建筑物内人的生命财产安全提供保障。1.2研究现状经过文献查阅调研发现，目前对装修装饰材料火灾的特性研究主要工作有：1.国外研究动态美国NIST(美国国家标准技术院)于1974年研究了各类型建筑及其内部物品(装饰材料和涂层、结构材料、壁面覆盖材料)的火灾行为和特征，于1999年1月正式发布了其火灾实验数据库NISTFASTData。挪威AtleWilliamHeskestad和PerJosteinHovde研究了三十几种不同材料的产烟特性，结合了锥形量热仪以及墙角火灾试验的结果组成了欧洲烟气分级标准的基础数据。热重法(TA)分为热重分析法，微商热重法，差热分析法，其中最常用的就是热重分析法。2国内研究动态王平分别对装饰装修材料浸泡等量的水与不浸泡水的样品进行燃烧分析，研究材料的烟密度的变化规律，并分析讨论了水对装饰装修材料燃烧生成烟气的烟密度的影响。马哲选取了几种常见的室内装饰装修材料，通过锥形量热仪以及屋角试验，推算出材料点燃时间、CO2总产率和放热量的经验公式。施海云、宋长忠等对火灾中可燃物进行了热解动力学研究，且对典型火灾可燃物生物质和纺织品进行了TG和DTG分析，研究了升温速率、粒径大小和试样量对热解的影响，提出了生物质“多组分热裂解动力学模型”陈现景等对烟密度测试仪使用过程中的一些问题及原因进行了分析，探讨了烟密度测试过程中的一些可变因素对试验造成的影响，并提出了相应的解决办法。1.3研究内容建筑内墙和建筑外墙材料是建筑装饰装修材料的重要组成部分。本文选取室内装饰装修过程中常见的硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作为研究对象，应用实验的方法对比分析和研究其产烟性能和燃烧性能，并对其有无水系灭火剂时的燃烧性质进行对比、分析和研究，主要研究内容包括：（1）利用SCY-Ⅰ型建筑烟密度测试仪测试硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）在分别有无水系灭火剂（S-100-AB-PT）时的产烟量以及实验现象。利用Origin软件对所得出数据进行横向对比和纵向对比分析。（2）利用氧指数测试仪测试硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）在分别有无水系灭火剂（S-100-AB-PT）时燃烧需要消耗的最低氧气量及实验现象，根据临界氧浓度值得出试样的氧指数值。（3）热重它们在氮气气氛下的初始热分解温度、最大失重温度和不同温度下残碳率的变化规律，并比较了三种材料的热分解行为。（4）将产烟量、烟密度等级、氧指数值以及热重数据联合对比分析，分析四者是否存在某种潜在联系。2、实验方案及过程2.1、实验装置及器材AK-S6型爱科电热泡沫切割机，爱科电热设备厂生产SCY-1型建筑材料烟密度测试仪，南京上元分析仪器有限公司生产HC-2氧指数测定仪，南京市江宁区分析仪器厂生产电子天平，北京赛多利斯仪器系统有限公司。热分析仪，NETZSCH公司生产2.2、实验材料及制备2.2.1实验材料选取室内装饰装修中常见的硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）作为研究对象，其中PIR-PU、EPDM购于淘宝建材店，矿棉板、XPSB1取自于实验室仓库，实物图见图2.1。（a）XPSB1（b）硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）（c）橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）（d）矿棉板图2.1实验材料实物图 2.2.2实验材料的制备实验前，根据国家标准以及实验要求对四种材料进行加工，将其制作成标准试样，试样的尺寸见表2.1。表2.1四种材料不同实验下的试样尺寸样品烟密度（mm）氧指数（mm）热重（mg）PIR-PU25.4*25.4*20120*6.5*105.5/6.3EPDM25.4*25.4*5120*6.5*55.5/4.5矿棉板XPS-B125.4*25.4*2025.4*25.4*20120*6.5*10120*6.5*106.3/6.04.7/4.8注：进行水系灭火剂（S-100-AB-PT）处理时，用水系灭火剂对试验样品进行浸泡，时间均为300s。2.3试验方法2.3.1建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法根据GB/T8627-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》，测定一定容积的试验箱内建筑材料及其制品燃烧时的静态产烟量，通过测定穿过烟雾的平行光束的穿透率变化来进行烟密度测试，计算产烟量及烟密度等级。2.3.2建筑材料的氧指数测定该实验根据GB/T2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》标准中的要求和方法进行，测定在规定的试验条件下，试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧气浓度，作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度。2.3.3可燃建筑材料热分解动力学参数测定热重法（TCA）在温度程序控制下，测量物质质量与温度变化之间关系的技术。可以广泛应用于无机物的脱水、络合物的热分解、石油和煤的热解等方面的研究。热重法是应用最为广泛的热分析技术之一,它是在程序控制温度下测量物质的质量与温度关系的一种技术。其原理是通过记录质量随温度(或时间)的变化,分析引起物质特性改变的温度点,从而来研究物质的热特性。由于热重分析是一种动态温度分析技术,有很多因素会影响其测试结果,进而影响对材料性能和工艺的正确判断。试样的热分解过程除了取决于样品的性质外,就是试验的影响,影响TG曲线的试验因素主要包括条件因素方面的加温方式和试样周围气氛,另外就是试样因素方面的试样用量、粒度、装填方式、试样的稀释和试样的热历史条件等。2.4实验方案设计（1）烟密度试验实验方案见表2.2表2.2烟密度试验方案样品测试时间/sPIR-PU（有无S-100-AB-PT）240EPDM（有无S-100-AB-PT）240矿棉板（有无S-100-AB-PT）XPS-B1（有无S-100-AB-PT）240240烟密度测试仪图（2）氧指数试验实验方案见表2.3表2.3氧指数试验实验方案样品点燃方式燃烧位置PIR-PU（有无S-100-AB-PT）点火器点燃材料顶部EPDM（有无S-100-AB-PT）点火器点燃材料顶部矿棉板（有无S-100-AB-PT）XPS-B1（有无S-100-AB-PT）点火器点燃点火器点燃材料顶部材料顶部氧指数测试仪图（3）热分解试验实验方案见表2.4表2.4热分解试验实验方案样品氮氧配比温度梯度（℃）升温速率（K/s）PIR-PU（有无S-100-AB-PT）1：2:22070020EPDM（有无S-100-AB-PT）1：2:22070020矿棉板（有无S-100-AB-PT）XPS-B1（有无S-100-AB-PT）1：2:21：2:220700207002020热重仪图2.5小结3实验结果与分析3.1不同材料燃烧产烟性能对比分析根据GB/T8627-2007《建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法》，应用烟密度测试仪测定硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）的静态产烟情况。（试样的状态调节：试验前将试样放入（23+-2）℃和相对湿度为（50+-5）%的环境中，放置40h以上；试验在（23+-2）℃和相对湿度为（50+-5）%的标准实验室条件下进行）表3.1为四种材料在有无水系灭火剂S-100-AB-PT情况下各时刻的光吸收率，图3.1为四种材料在有无水系灭火剂S-100-AB-PT情况下光吸收率随时间变化对比曲线，图3.2为四种材料光吸收率随时间变化对比曲线，图3.3为8种试验样品进行烟密度试验后的产物。表3.1.1硬质聚氨酯复合板的光吸收率值试验材料时间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试验材料时间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图3.1.1硬质聚氨酯复合板的光吸收率曲线表3.1.2橡胶闭孔发泡海绵制品的光吸收率值试验材料时间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试验材料时间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图3.1.2橡胶闭孔发泡海绵制品的光吸收率曲线表3.1.3矿棉板的光吸收率值试验材料时间t/s153045607590105120矿棉板光吸收率/%2.335.679.512.415.6719.6723.6726.53矿棉板（S-100-AB-PT）光吸收率/%1.833.66.079.1312.1314.5718.0322.1试验材料时间t/s135150165180195210225240矿棉板光吸收率/%29.7731.833.736.337.63939.9340.3矿棉板（S-100-AB-PT）光吸收率/%25.5329.0732.635.838.4741.2343.4345.07图3.1.3矿棉板的光吸收率曲线表3.1.4挤塑型聚苯乙烯板（B1）的光吸收率值试验材料时间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试验材料时间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图3.1.4挤塑型聚苯乙烯板（B1）的光吸收率曲线图3.2四种材料光吸收率随时间变化对比曲线图3.3.1（a）硬质聚氨酯复合板图3.3.1（b）硬质聚氨酯复合板（S-100-AB-PT）图3.3.2（a）橡胶闭孔发泡海绵制品图3.3.2（b）橡胶闭孔发泡海绵制品（S-100-AB-PT）图3.3.3（a）矿棉板图3.3.3（b）矿棉板（S-100-AB-PT）图3.3.4（a）XPSB1图3.3.4（b）XPSB1（S-100-AB-PT）3.1.5试验结果分析由表3.1可知，硬质聚氨酯复合板、橡胶闭孔发泡海绵制品、矿棉板、挤塑型聚苯乙烯板的光吸收率最大值即最大烟密度（MSD）分别为89.67、25.77、40.3、72.7；在用水系灭火剂S-100-AB-PT处理后，四者的MSD分别为87.93、41.07、45.07、91.9。使用EXCEL软件计算试验样品三次试验的光吸收率平均值，用origin软件处理试验数据，在线性坐标纸上作出光吸收率平均值与实验时间关系的曲线。曲线最高点的光吸收率读数为最大烟密度值（MSD）；曲线下围成的面积表示了试样的总产烟量；纵、横坐标端点代表的长度值相乘再除曲线下所围成的面积乘以100，定义为试件的烟密度等级（SDR）。烟密度等级（SDR）公式为：SDR=1/16(a1+a2+…+a15+a16/2)*100式中，a1、a2a16为每隔15s，试样平均烟密度的百分率值。经计算，硬质聚氨酯复合板、橡胶闭孔发泡海绵制品、矿棉板、挤塑型聚苯乙烯板的烟密度等级（SDR）分别为130.72、467.07、414.26、170.00；用水系灭火剂S-100-AB-PT处理后，四者的SDR分别为142.05、290.32、445.23、163.70。由图3.2可知，在燃烧初期，硬质聚氨酯复合板、XPSB1在较短时间内成指数趋势产烟，橡胶闭孔发泡海绵制品缓慢产烟，矿棉板的产烟量成线性趋势增加。燃烧过程中，硬质聚氨酯复合板受热后由四周向中央燃烧，由于试验试验较短，样品无法全部燃烧；橡胶闭孔发泡海绵制品边缘卷曲开始燃烧，迅速熔融炭化，形成黑色的固体；矿棉板从下方开始燃烧，燃烧过程中样品下方由于燃烧损耗试样高度逐渐降低，但试样上方未参与燃烧；XPSB1受热后立刻熔融缩小，开始燃烧后短时间内便完全燃烧，生成黑色物质附着在铁丝网上。四种材料的总产烟量大小顺序为：硬质聚氨酯复合板>挤塑型聚苯乙烯板>矿棉板>橡胶闭孔发泡海绵制品；四种材料的最大烟密度值大小顺序为：硬质聚氨酯复合板>挤塑型聚苯乙烯板>矿棉板>橡胶闭孔发泡海绵制品。由表可知，在加入等量的水的条件下，PVC壁纸初期产烟量较小，在30s后SMOGAR指数增长明显，并且PVC壁纸边缘发生卷曲，样品出现鼓泡现象，表面炭化明显但壁纸未出现明火燃烧，安全出口标志在较短的时间内出现模糊的现象；丙纶地毯相比PVC壁纸产烟量较小，安全出口标志模糊时间较晚，总产烟量要小于PVC壁纸产烟量，当挪走点火源后，样品持续燃烧一段时间后熄灭；聚氨酯泡沫在点火初期产烟量的增长速率要略大于PVC壁纸以及丙纶地毯，但聚氨酯泡沫燃烧速度较快且产烟量小，在90s后基本无烟气产生，由于其产烟量小，燃烧过程中未出现安全出口标志模糊的现象，其燃烧后产物为黑色固体，并附着在铁丝网上。加水含量的多少并不影响三种材料产烟量之间的关系。(3)试验分析试验材料在浸泡水后，样品易发生不完全燃烧，使烟密度增加[20]。橡胶闭孔发泡海绵制品由乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的共聚物、阻燃剂组成。PVC壁纸的制作工艺是以纸为基材，以聚氯乙烯塑料、纤维等为面层，经过一定的工艺处理后制成的墙体装饰材料，聚氯乙烯（PVC）是世界第二大通用树脂，有优良的耐酸碱、耐磨、耐燃烧和绝缘性能[24]。但是对光和热的稳定性差。在不加热稳定剂的情况下，聚氯乙烯100℃时开始分解，第一阶段主要是脱HCl，突出表现在230℃~340℃，用TGA在10℃/min下加热，脱去的HCl约占PVC总量的64%[23]，受热分解出氯化氢气体后，其颜色由白色经浅黄色、红色、褐色到最终呈现黑色固体[24]。聚氯乙烯结构式为，在受热后不稳定易分解，产生苯乙烯等苯环类有机物，此类有机物多为黑色固体状态，表现为大量的黑色烟气生成。当有机物继续受热后会发生燃烧形成二氧化碳（CO2），燃烧前期主要发生PVC的热解反应[25]，烟气浓度增长速率快，同时燃烧产生的黑色烟气继续发生燃烧生成CO2气体，当一段时间后，两者逐渐趋于平衡状态，SMOGRA指数逐渐趋于定值。在浸泡水后，PVC壁纸表面的水蒸发吸收热量使PVC壁纸燃烧起始时间推后，由于水对燃烧的抑制作用，使烟气增长速率要小于未浸泡过水的样品。b)丙纶的学名是聚丙烯纤维，其化学性质易燃，接近火焰时发生熔融收缩，离火后燃烧缓慢并释放浓密黑烟。丙纶为制作丙纶地毯主要原材料，丙纶燃烧后释放出一氧化碳（CO）与CO2为透明的气体，由其组成的烟气相对于PVC壁纸热解释放出的苯类有机物组成的烟气，固体粒子的浓度会降低很多，烟密度也就随之降低，SMOGRA指数小于PVC壁纸。丙纶地毯对水的吸收能力好，在浸泡水后，丙纶地毯产烟开始时间明显退后，在燃烧一段时间后，丙纶开始产烟，无明火出现的现象发生阴燃，使烟气大量增加，样品未能燃烧完全。c)聚氨酯硬质泡沫是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂的作用下，通过专用设备混合，经高压喷涂现场发泡而成的高分子聚合物。聚氨酯是由含异氰酸酯基-NCO的化合物如TDI、MDI等与含活泼氢的化合物如ROH、RNH2，通过聚合反应得到的，聚合物中含有氨基甲酸酯键、脲键等，聚氨酯泡沫受热极易燃烧，会产生含有剧毒氰化氢的气体，氰化氢气体无色[26,27]。在浸泡水之前，聚氨酯泡沫燃烧后活泼的氨基甲酸酯键和脲键在受热后从碳链上脱落，形成烟粒子使烟气浓度迅速增加，聚氨酯泡沫密度小且易燃，一段时间后即可完全燃烧，烟气浓度逐渐降低。在浸泡水后，水吸收了部分燃烧的热量，使聚氨酯泡沫受热量减小，燃烧速率缓慢，导致其产烟速率明显降低。数据可得出硬质发泡聚氨酯复合板（PIR-PU）的产烟量小于橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM），在这两种材料作为保温材料的情况下，当发生火灾后，橡胶闭孔材料在较短时间内产生大量的烟气不仅会助长火势，还会阻碍人员的逃生，相反，硬质发泡聚氨酯复合板产烟量小，会更安全。小结：按下‘校正’键（显示CAL000）,调节“光源调压”，使之透光率为100%（显示CAL100）。用一块不透光的板挡住测量光源，透光率为0（显示CAL000）将试样表面向下，放在试样架钢丝网上，其位置应放在本生灯工作状态时，火焰对准试样表面中心得地方。3.2不同材料氧指数值对比分析根据GB/T2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分：室温试验》，应用氧指数测定仪试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧气浓度，作为判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度。根据GB8624-2006《建筑材料及制品燃烧性能分级》标准中的规定，OI≥32的属难燃材料，OI≥26的属可燃材料。试验前，需要根据试样在空气中点燃的情况确定试验开始时的氧浓度，如试样在空气中迅速燃烧，则开始试验时的氧浓度为18%左右；如在空气中缓慢燃烧或时断时续，则为21%左右；如在空气中离开点火源即立马熄灭，则至少为25%。表3.2为四种材料在有无水系灭火剂S-100-AB-PT情况下的初始氧浓度C0确定表，表3.3为四种材料在有无水系灭火剂S-100-AB-PT情况下的CF、K确定表，图3.3为8种试验样品进行氧指数试验后的产物。表3.2.1硬质聚氨酯复合板初始氧浓度C0确定氧浓度%2515201819燃烧长度mm12030s内未点燃9830s内未点燃30s内未点燃燃烧时间s17.415.58反应符号X○X○○C019／20表3.3.1硬质聚氨酯复合板CF、K确定氧浓度%1919.219.419.619.819.619.819.619.8燃烧长度mm30s内未点燃30s内未点燃28426248554454燃烧时间s3.284.564.894.664.784.324.67反应符号○○○○X○X○X系NLNTCF19.8K-0.45表3.2.2橡胶闭孔发泡海绵制品初始氧浓度C0确定氧浓度%182823211920燃烧长度mm351201201202842燃烧时间s2.4314.7529.5247.3510.2822.41反应符号○XXX○○C020／21表3.3.2橡胶闭孔发泡海绵制品CF、K确定氧浓度%2020.22020.22020.2燃烧长度mm425345584152燃烧时间s22.4123.4222.4823.3322.3022.98反应符号○X○X○X系NLNTCF20.2K-0.50矿棉板难燃材料？表3.2.3挤塑型聚苯乙烯板（B1）初始氧浓度C0确定氧浓度%188131517燃烧长度mm120点火器火焰熄灭30s内未点燃30s内未点燃24燃烧时间s36.1316.91反应符号X○○○○C017／18表3.3.3挤塑型聚苯乙烯板（B1）CF、K确定氧浓度%1717.217.417.217.417.217.4燃烧长度mm24435845534455燃烧时间s16.9117.1417.2917.1817.2517.0317.35反应符号○○X○X○X系NLNTCF17.4K-0.46表3.2.4硬质聚氨酯复合板（S-100-AB-PT）初始氧浓度C0确定氧浓度%2535303334燃烧长度mm30s内未点燃12030s内未点燃2862燃烧时间s19.8020.8221.59反应符号○X○○XC033／34表3.3.4硬质聚氨酯复合板（S-100-AB-PT）CF、K确定氧浓度%3333.233.433.633.433.633.433.6燃烧长度mm2836445243554853燃烧时间s20.8221.0221.1921.3221.2321.3921.2021.28反应符号○○○X○X○X系NLNTCF33.6K-0.45表3.2.5橡胶闭孔发泡海绵制品（S-100-AB-PT）初始氧浓度C0确定氧浓度%1828232527燃烧长度mm30s内未点燃6530s内未点燃30s内未点燃27燃烧时间s21.465.27反应符号○X○○○C027／28表3.3.5橡胶闭孔发泡海绵制品（S-100-AB-PT）CF、K确定氧浓度%2727.227.427.627.827.627.827.627.8燃烧长度mm273341475542534552燃烧时间s5.279.8713.4417.2818.2317.3518.2617.1717.93反应符号○○○○X○X○X系NLNTCF27.8K-0.45矿棉板不燃材料表3.2.6挤塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）初始氧浓度C0确定氧浓度%2515202322燃烧长度mm12030s内未点燃912028燃烧时间s186.2060.89231.9842.66反应符号X○○X○C022／23表3.3.6挤塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）CF、K确定氧浓度%2222.222.422.222.422.222.4燃烧长度mm28425145554153燃烧时间s42.6643.5246.6744.1447.1842.1547.93反应符号○○X○X○X系NLNTCF22.4K-0.46图3.4.1（a）硬质聚氨酯复合板图3.4.1（b）硬质聚氨酯复合板氧浓度25%（S-100-AB-PT）氧浓度33%图3.4.2（a）橡胶闭孔发泡海绵制品图3.4.2（b）橡胶闭孔发泡海绵制品氧浓度23%（S-100-AB-PT）氧浓度28%图3.4.3矿棉板氧浓度25%图3.4.4（a）XPSB1图3.4.2（b）XPSB1氧浓度17%（S-100-AB-PT）氧浓度25%3.2.5试验结果分析根据上述试验数据计算试样的氧指数值OI：OI=CF+Kd其中，CF为NT中最后一次试验的氧浓度，%K为修正系数（查表得出）D为步长，本实验步长为0.2%经计算，硬质聚氨酯复合板、橡胶闭孔发泡海绵制品、矿棉板、挤塑型聚苯乙烯板的氧指数值OI分别为18.9、20.1、**、17.308；在用水系灭火剂S-100-AB-PT处理后，四者的氧指数值OI分别为32.51、26.9、**、22.308。小结：试验样品中橡胶闭孔发泡海绵制品属于非自撑材料，使用U型夹进行试验。挤塑型聚苯乙烯板（B1）（S-100-AB-PT）氧浓度为25%时，燃烧时产生黑色灰烬漂浮空中3.3不同材料TG-DTG、TG-DSC曲线对比分析热重法（TGA）是在温度程序下，测量物质质量与温度之间关系的方法。应用热分析仪测量硬质聚氨酯复合板（PIR-PU）、橡胶闭孔发泡海绵制品（EPDM）、矿棉板（）、挤塑型聚苯乙烯板（XPSB1）质量随温度变化以及试验样品侧和参照样品侧的热流差，根据实验数据绘制出TG-DTG、TG-DSC曲线，研究四种材料燃烧性能，从中选出最适合作为保温材料的产品。热分析实验操作应用TGA/SDTA851e型热重分析仪在10ml/s氧气、20ml/s氮气、20ml/s氮气作为保护气的气氛下研究四种材料在由无水系灭火剂S-100-AB-PT情况下的热分解行为，以20℃/s的升温速率从20℃至700℃，时间t=(700-20）/20=34min（所有试验样品试验条件相同），得到图3.4。热重的数学表达式为：M=f(T)热分解反应方程式为：A（固体）B（固体）+C（气体）图2PIR-PU的TGA曲线与DTG曲线 图3 EPDM的TGA曲线与DTG曲线3、数据处理结果3.2热重分析处理结果图2、图3分别为两种聚合物建筑物保温材料在氮气气氛下的热重曲线，始初分解温度和最大热分解温度以及不同温度下残炭量。从图2、图3对比可得，在氮气气氛下，EPDM初始分解温度Ti=135℃，明显低于PIR-PU的初始分解温度为181℃，这说明EPDM的挥发性能比PIR-PU的挥发性能好，同时可能还与EPDM中含有较高的发泡剂，而PIR-PU含有较高的阻燃剂有关。PIR-PU在氮气气氛下的热分解过程中主要阶段是Ti--T1阶段，主要是异氰酸酯、多元醇等主要有机物成分的挥发，剩余成分为部分分解温度较高的聚合物、阻燃剂和炭，其对应的最大热分解温度为Tp1=250℃，减少质量为△m=m0-m1=4.3632*100%-4.3632*33.5%=2.9mg，减少质量百分比为66.5%。T1之前存在一个微小的变化阶段，可能是其中的发泡剂的挥发。在T1--Tf期间存在两个较小的热分解过程，是阻燃剂和炭层有机物的继续分解，其中这两个阶段的最大热分解温度分别为Tp2=335℃Tp3=450℃，第二个小阶段分解温度范围为350℃--479℃，与工业上常用的两种阻燃剂之一的Mg(oH)2（分解温度范围340℃--490℃）的温度相接近，可以推测此处的阻燃剂为Mg(oH)2，故此，第一个阶段可能是炭层有机物的挥发。【注：工业上常用的两种阻燃剂为Mg(oH)2（分解温度范围340℃--490℃）和氢氧化铝（分解温度范围190℃--230℃）】从图2可得，在研究温度（20℃--800℃）范围内，EPDM在氮气气氛下的整个热分解过程大致可以分为4个小阶段0℃-200℃、200℃-385℃、385℃-500℃、500℃-685℃、685℃-800℃，最大热分解温度‘Tp1=375℃，减少质量为△‘m=‘m0-‘m3=6.195*100%-6.195*49.5%=3.13mg,减少质量百分比为51.5%。EPDM主要是乙烯、丙烯以及二烯烃等的聚合物，当受热裂解后会生成烯烃同系物。又从图中数据可知，每个阶段都存在微弱变化的阶段，所以每个阶段都可能存在一定分解速率相近的有机物的裂解。其中，第一个阶段存在的微弱变化除了有机物的裂解，可能还存在发泡剂的热分解（发泡剂热分解范围130℃--150℃，参考文献1），第三个阶段的分解温度385℃--500℃与Mg(oH)2阻燃剂的分解温度范围接近，第三个阶段可能还存在阻燃剂Mg(oH)2的挥发。此外在800℃以外还存在部分裂解温度更高的烯烃聚合物，对本次实验的影响较小，可忽略不计。综上所述可得以下结论：1、由图2、3的初始分解温度和最大热分解温度数据表明，在受热的情况下，EPDM比PIR-PU更容易分解产生可燃物质，因此EPDM更容易被点燃。2、从图3中分析可得EPDM热分解过程的产物种类较多，毒害性较大。3、从图2、3中DTG曲线对比可以得到，与PIR-PU相比，EPDM的分解过程比较平缓，即EPDM产生可燃物的温度较低但速率慢，因此在真实火灾中PIR-PU可能会被最先引燃,但热释放速率和热释放能量低。3、从图中可知PIR-PU在800℃以内基本分解完成，而EPDM还在分解，可得EPDM的成炭温度比PIR-PU成炭温度高较高，且残炭量低，这表明同等质量的EPDM和PIR-PU中，EPDM的可燃物的含量挺高，这表明在火灾中同等质量的PIR-PU比EPDM提供的燃料要多。4、结论本文利用烟密度测试仪和热重仪，对PIR-PU和EPDM两种聚合物基建筑保温材料的发烟量以及热分解特性进行了研究。研究结果表明，EPDM在受热时容易被点燃，可燃物种类多，产生的烟气量大;PIR-PUZ在受热时不易生成的挥发性物质,即可燃物少，且成炭率高，但热分解速率快，一旦发生火灾，火势蔓延较快。所以，综合对比可知，在火灾中，EPDM和PIR-PU被