软质聚氨酯泡沫材料的火灾分析

软质聚氨酯泡沫材料的火灾分析

0聚氨酯和涂料软质氨基泡沫（氨基泡沫ii，fpuf）具有良好的隔热、保温、绝缘性、耐油性、通风性、无名性、高回弹性等优点。广泛应用于交通工具、医疗医疗设备、管道保温、建筑装饰、商品包装等领域。其用量占整个氨基行业的85%，是现代社会生活中不可或缺的一种工业材料。但是其着火点低、易燃、毒性气体、熔融滴落、火焰难以扑灭的问题是其威胁人类生命财产安全的致命缺陷。本文将根据实际火灾情形模拟不同条件下FPUF的点燃状况,考察FPUF材料在不同的热辐照功率、弱引火源、明火等情况下的燃烧现象,分析生热和蓄热综合条件及起火原因,尝试为火灾事故调查提供一定参考作用。1实验部分1.1实验原材料软质聚氨酯泡沫材料-海绵(沙发垫/座椅垫),市场购买得到。1.2实验表明1.2.1astm3型水平垂直燃烧测试方法1)极限氧指数(LOI)实验:实验时试样的尺寸为100×10×10mm3,按ASTM2863标准在中国江宁仪器分析公司生产的HC-2型氧指数仪上测试。2)垂直燃烧(UL-94)实验:按照ASTM3801标准在CZF-3型水平垂直燃烧测定仪上测试。样条尺寸为130×13×10mm3。3)锥形量热计(CONE):锥形量热计主要由截断锥形加热器、燃烧室、载重台、氧分析仪、烟气测量系统、通风装置等六部分组成,热辐射功率范围为10~110kW/m2,常用的是25kW/m2、30kW/m2、35kW/m2、50kW/m2和75kW/m2。锥形量热计能提供包括热灾害和非热灾害的多种参数-热释放速率(HRR),总释放热(THR),质量损失速率(MLR),点燃时间(TTI),烟生成速率(SPR)和烟气毒性测定,样品尺寸为(10×10×5cm3)。1.2.2不同热辐射功率点燃实验将FPUF材料裁剪成适合的尺寸,分别在有明火点燃条件下,不同热辐射功率点燃下,弱火源点燃(如烟头)以及灼热电阻丝点燃条件下进行实验,用相机和摄像机实时记录其燃烧过程,采集相关数据。2结果与分析2.1fpuf材料在明代蒸汽中的燃烧行为分别从不同的方向用明火点燃FPUF,记录火焰燃烧和蔓延情况,并收集燃烧中和燃烧后的残余物。2.1.1fpuf液滴燃烧试验图1为模拟极限氧指数(LOI)实验,从顶部引燃FPUF试验。FPUF长条夹在夹具上,明火引燃,12s便有液滴滴落,表明FPUF很容易点燃,且燃烧易发生滴落,燃烧中白色泡沫体上聚集的黑点,为未完全炭化的粘稠液滴。2.1.2脱脂棉夹夹图2为模拟垂直燃烧(UL-94)实验,从底部引燃FPUF试验。夹具下方放有脱脂棉。从图中能清楚看到引燃2s后火焰便蔓延至整个长条,4s有滴落物,并且引燃脱脂棉,8s时整个样条已经燃烧殆尽,下方的脱脂棉也已经完全烧起。2.1.3聚氨酯软泡燃烧法图3为从边缘引燃FPUF试验。从图中能清楚看到引燃10s后火焰倾向于向水平方向蔓延,35s则将5cm厚的材料烧到底部,同时有大量的烟产生。至65s,火焰水平方向的蔓延加快,这是由于燃烧释放了大量的热。90s后火焰已无法控制,且泡沫分解出很多黑色的残渣,又进一步燃烧,滴落也逐渐加剧。燃烧发展到后期,火焰越来越大,滴落物越来越多。从上面三种情形引燃聚氨酯软泡,得到材料燃烧时的大致特点:FPUF明火极易点燃,且火焰蔓延很快,容易发生滴落,滴落物容易引燃周边棉类、纺织品。在实际的火灾中,会酿成大的火灾险情,对人身和财产安全造成严重威胁。2.2同功率燃烧后残余物的变化利用锥形量热计(Cone)的不同热辐照功率研究FPUF材料不同火焰功率下点燃行为。图4是在不同功率下FPUF燃烧后的残渣数码照片。在25kW/m2下材料并未点燃,而只是进行阴燃,从照片上看为黑色沉积物,估计为FPUF分解的多元醇炭化的残余物。其他4种热辐照下的照片则是随着功率的加大,残渣逐渐白化成粉末状,分解过程的加剧导致材料燃烧程度加深,剩余的只有材料中添加的无机物。2.3fpuf材料在弱光下的燃烧2.3.1燃烧fpuf材料实验分析燃烧的香烟是一种很常见的阴燃范例,阴燃是固态燃料极端燃烧的过程,是一种缓慢的、低温的、无火焰的燃烧形式。与有焰燃烧不同,阴燃只在气固相的界面处燃烧,通过燃烧释放热量。此次实验尝试用一根烟头点燃FPUF材料,观察其火灾危险性。图5为引燃实验图,实验中使用的为云南红梅香烟,从图中看出在没有任何保温隔热措施的情况下,烟头仅仅造成了泡沫材料的引燃,最终熄灭;而图5对材料进行了一定的隔热处理,结果也是并未造成FPUF材料的明火燃烧。参考部分文献发现,使用烟头直接点燃聚氨酯软泡,几乎没有成功的概率,因此可以认定烟头基本不能直接点燃聚氨酯软泡。因此,并非所有的蓄热材料都能被阴燃状态下的香烟头所点燃。实验中的蓄热材料是否可以被香烟头引燃,需要考虑诸多方面,比如香烟引火源的点燃时间、合适的材料密度、环境的湿度、材料的蓄热能力、环境是否提供充分的氧气等。2.3.2炭化过程中阴燃向火的转变如图6所示,多根烟头点燃FPUF实验中,每隔5分钟放置1根点燃的香烟,总共放置点燃的香烟7根,实验只是加热与香烟头相接触的FPUF部分使之在一定程度上炭化,并不能够使其发生阴燃向明火的转变,从而使聚氨酯泡沫着火燃烧。分析其主要原因是香烟及其接触FPUF材料阴燃的生热和蓄热综合条件没有达到其阴燃向明火转变的条件。实验过程中发现,FPUF材料受到香烟头灼烧后,马上收缩并产生黑色焦化物保护层,从而使FPUF材料一定程度上远离了香烟燃烧区并阻碍香烟燃烧区向FPUF材料的热辐射等传热,同时,香烟引燃进程中,形成的烟灰也阻隔着香烟燃烧区向FPUF材料的热辐射等传热,因此,较难形成向明火转变的生热和蓄热综合条件。2.4阴燃及火灾燃烧fpuf如图7所示,采用灼热电阻丝对FPUF进行加工,实验中切换3种电压,对FPUF进行点燃。当功率达到72W,泡沫发生阴燃并引发明火;而当功率达到期288W时,只用7秒钟就直接引发明火,这主要是因为电阻丝持续产生热量,且电阻丝在泡沫材料内部,蓄热效果更好。3fpuf材料的燃烧1)明火下,FPUF极易燃烧,且火焰蔓延很快,容易发生滴落,滴落物容易引燃周边纺织品。2)在25kW/m2的外加辐射热通量下,FPUF并未引起