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水噴淋壓力對聚氨酯燃燒的抑制作用研究

時間:2020-08-20 15:59:06    

來源:《消防界》雜志    

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   責任編輯:xfj119

消防界訂閱號

水噴淋壓力對聚氨酯燃燒的抑制作用研究

  摘要:聚氨酯主要分為硬質聚氨酯(RPU)和聚氨酯軟泡(FPU),其具有較強的火災危險性,前者主要應用于外墻保溫領域,后者廣泛使用于各種家具。本文主要采用水噴淋對FPU和RPU燃燒進行滅火實驗,來研究噴淋壓力對平均火焰高度的影響規律。結果顯示,施加水噴淋后,平均火焰高度迅速降低;增加噴淋壓力能有效抑制聚氨酯材料燃燒,噴淋壓力為0.3MPa時抑制作用達到頂峰,再增加噴淋壓力作用效果并不明顯。
 
  關鍵詞:水噴淋;聚氨酯;火焰高度
 
  聚氨酯材料(PU)是聚氨基甲酸酯的簡稱,英文名稱是polyurethane,是一種化學合成聚合物,通常由異氰酸酯與多元醇反應得到。本文選用的燃燒材料是聚氨酯的兩種不同品種:聚氨酯軟泡(FPU)與硬質聚氨酯(RPU),前者廣泛使用于各種家具,當發生燃燒后,會融化形成流體,引發池火災,并且由于其流動特性,火災的可控性很差;后者主要應用于外墻保溫領域,硬質聚氨酯保溫材料(RPU)因其質量輕、保溫隔熱性能優越且穩定性好等特點被廣泛應用于高層建筑中,但其含有大量的易燃片段以及高的比表面積,在高溫下會急劇分解為可燃氣體使其燃燒蔓延速度極快,形成立體燃燒。兩種材料均易燃燒并產生大量CO和HCN等有毒煙氣,極易造成人員傷亡。
 
  一、實驗及數據處理方法
 
  (一)實驗材料及過程
 
  本實驗采用高50cm,寬10cm,厚2cm的FPU與RPU板,兩邊包裹上錫箔紙(為了防止火焰燒到石膏板影響數據分析)分別放置在一塊帶有同樣大小凹槽的石膏板上進行實驗。
 
  CO、HCN濃度傳感器(CLE-0052-400)(CLE-0731-400)置于距離材料底部約100cm處,在距離材料水平15cm處放置輻射熱流量計,水噴淋所用噴頭安放在距離物體表面水平約70cm,距離地面垂直120cm處,角度為50°,如圖 1所示。

  圖 1 實驗裝置示意圖
 
  為了獲得更為精確的點燃條件,采用了用于引燃豎直壁面可燃材料的線性點火源,以高純度丙烷氣作為燃料,丙烷氣體流量為250ml/min。此外,實驗全程通過索尼數碼相機(25幀/秒)進行全程錄制。
 
  利用點火裝置從底部將兩種聚氨酯材料點燃,這時開始計時,燃燒至十分鐘時開啟水噴淋裝置,直至將火焰完全熄滅為止。分別改變噴淋壓力為0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa,進行實驗。其中,不同壓力對應的體積流率和噴淋流量如表1所示。
 
  表1  不同壓力對應的體積流率和噴淋流量
 
  (二)數據處理
 
  對于攝像機采集到的火焰視頻數據,利用MATLAB圖像數據處理技術,從視頻中讀取每一幀的火焰燃燒圖像,利用rgb2gray函數將RGB圖像轉換得到灰值圖,同時剪出目標區域圖像,對其進行濾波處理,使濾波后圖像邊界更清晰,再對其圖像矩陣尋找火焰最高點,最后通過比例尺轉換的方法得到火焰的實際高度,并作圖 2。
 
  二、不同噴淋壓力對平均火焰高度的影響
  a

  b
 
  圖 2 不同噴淋壓力FPU/RPU燃燒平均火焰高度變化情況(a:FPU;b:RPU)
 
  圖2a為FPU材料被噴淋壓力分別為0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa的水抑制時的平均火焰高度,可以明顯觀測到施加水噴淋后,平均火焰高度迅速降低。隨著噴淋壓力的增加,同一時刻FPU平均火焰高度逐漸降低,噴淋壓力為0.3MPa、0.4MPa時噴淋抑制效果變化不大。圖2b為RPU材料被噴淋壓力分別為0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa的水抑制時的火焰高度,可以發現施加水噴淋后,火焰高度同樣迅速降低。隨著噴淋壓力的增加,同一時刻RPU平均火焰高度逐漸降低,同樣的,噴淋壓力為0.3MPa和0.4MPa時,施加噴淋后,二者的平均火焰高度變化不大。可見,從平均火焰高度變化的情況來說,無論對于FPU還是RPU,最佳噴淋壓力都是0.3MPa。
 
  三、結語
 
  本文采用聚氨酯軟泡(FPU)與硬質聚氨酯(RPU)材料進行水噴淋抑制其燃燒實驗,研究了噴淋壓力對平均火焰高度的影響規律,研究表明施加水噴淋后對抑制聚氨酯燃燒效果明顯,增大噴淋壓力可以抑制材料燃燒,在噴淋壓力為0.3MPa時抑制作用達到頂峰,再增加噴淋壓力抑制作用效果并不明顯。從而得出本實驗結論:無論是對于RPU還是FPU燃燒來說,噴淋壓力為0.3MPa時抑制效果最好。
 
  參考文獻:
 
  [1]王春三,王鵬,馬鑫.RPU材料逆流火蔓延燃燒特性[J].消防科學與技術,2015,34(08):988-991.
  [2]趙修文,張濤,李博,張利國,趙衛鳴,張莉.MDI的改性對高回彈聚氨酯泡沫阻燃性的影響研究[J].聚氨酯工業,2018,33(03):20-23.
  [3]黃曉東,林巧佳.納米SiO2和發泡劑對聚氨酯防火涂料阻燃性能的影響[J].安全與環境學報,2007(03):94-97.
 
  作者簡介:
 
  康銘洋(1997—),女,滿族,河北承德人,2020年本科畢業于華北理工大學,就讀于華北理工大學安全工程專業二班。
  趙恒澤(通信作者)(1988—),女,山西運城人,華北理工大學安全工程專業講師。
 
  基金項目:河北省自然科學基金項目(No.E2018209338)


此文刊發在《今日消防》2020年7月刊(下)
相關關鍵詞: 消防論文


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