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外墙保温材料单体燃烧特性研究

文章出处:起成建材 人气:发表时间:2019-10-30 09:22
       分析了对建筑材料单体燃烧特性研究的方法和原理,确定了依照耗氧原理进行燃烧特性研究的方向,以热释放速率(HRR)、燃烧增长速率指数(FIGRA)、热释放量(THR)为评价参数进行分析。以模塑聚苯板(EPS)及挤塑聚苯板(XPS)为试验样品,采用中国现行的燃烧性能分级体系和试验方法并对不同材料样品的研究结果进行分析比较。
 
       我国建筑在外墙保温体结构中大多采用具有更好的热工性能的EPS和XPS板,因此,对于从事建筑设计、施工的人员,更好地掌握EPS和XPS的燃烧性能,对于建筑节能和建筑防火都具有重要的意义。
 
一、 EPS和XPS概念
 
       EPS为模塑聚苯乙烯泡沫塑料,简称模塑聚苯板。EPS板是以可发性聚苯乙烯颗粒为原料,经加热预发泡,在模具中加热成型而制成的具有微细闭孔结构的泡沫塑料板材。XPS为挤塑聚苯乙烯泡沫塑料, 简称挤塑聚苯板。XPS板是以聚苯乙烯、多种助剂、发泡剂在挤出机中混合、熔融、加压、混炼后,经过模头挤出,压力释放,发泡剂气化形成微小气泡,被包覆在聚苯乙烯膜泡内, 冷却定型成截面均匀、闭孔蜂窝状的板材。
 
二、 单体燃烧(SBI)试验简介
 
       由两个成直角的垂直翼组成的试样暴露于直角底部的住燃烧器产生的火焰中,火焰由丙烷气体燃烧产生,丙烷气体通过砂盒燃烧器并产生(30.7±2.0)kW的热输出。试样的燃烧性能通过20min的试验过程来进行评估。性能参数包括:热释放、产烟量、火焰横向传播和燃烧滴落物及颗粒物。在点燃主燃烧器前,应利用离试样较远的辅助燃烧器对燃烧器自身的热输出和产烟量进行短时间的测量。一些参数测量可自动进行,另一些则可通过目测得出。排烟管道配有用以测量温度、光衰减、O2和CO2的摩尔分数以及管道中引起压力差的气流的传感器。这些数值是自动记录的并用以计算体积流速、热释放速率(HRR)和产烟率(SPR)。对火焰的横向传播和燃烧滴落物及颗粒物可采用目测法进行测量。
 
三、试验过程
 
       1、样品准备按GB/T 20284-2006《建筑材料或制品的单体燃烧试验》对EPS和XPS两种外墙保温板材分别进行试验。准备六组试样,样品具体参数见表1。将试验所用板材按标准切成1500mm×1000mm和1500mm×500mm,没有正反面,不考虑拼接。
 
       2、试样状态调节:进行试验前,试样在温度为(23±2)℃,相对湿度(50±5)%的恒温恒湿条件下隔离调节48小时。
 
       3、试验操作:1)将试样安装在小车上,主燃烧器已位于集气罩下的框架内,按如下步骤进行试验,直至试验结束。整个试验步骤应在试样从状态调节室中取出后的2h内完成。2)将排烟管道的体积流速V298(t)设为0.60m3/s。在整个试验期间,该体积流速控制在0.50 m3/s~0.65 m3/s的范围。3)记录排烟管道中热电偶T1、T2、T3的温度以及环境温度且记录实际至少达到300s。管道中的温度与环境温度相差不超过4℃。4)点燃两个燃烧器的引燃火焰。试验过程中引燃火焰的燃气供应速度变化不超过5mg/s。5)在t为120s时:点燃辅助燃烧器并将丙烷气体的质量流量m气(t)调至650mg/s,次调整应在t为150前进行。整个试验期间丙烷气体质量流量应在比范围内。6)在t(300±5)s时:丙烷气体从辅助燃烧器切换到主燃烧起。观察并记录主燃烧器被引燃的时间。7)观察试样的燃烧行为,观察时间为1260s并在记录单上记录数据。(火焰在长翼上的横向传播、燃烧颗粒物或滴落物)。8)在t≥1560时,停止向燃烧器供应燃气,停止数据的自动记录。9)当试样的残余燃烧完全熄灭至少1min后,在记录单上记录试验结束时情况。(排烟管道中“综合测量区”的透光率、O2摩尔分数及CO2摩尔分数)。3.4 试验结果:3.4.1目测现象记录1)EPS试验现象主燃烧器刚接触到试样时,试样受火处迅速熔化,受火处附近出现阴燃单试样表面没有伴随火焰;试验过程中有几乎没有烟气产生;试验过程中出现少量滴落物,试验过程中没有出现横向蔓延;试样未发生变形或垮塌;主燃烧器熄灭后受火处试样冷却变脆、发黄。2)XPS试验现象主燃烧器刚接触到试样时,试样受火处逐步融化,表面出现闪燃;试验过程中有少量烟气产生,并可能伴有少量烟尘;试验过程中出现滴落物,并在试验快结束时,因为XPS受热熔化变软变形,滴落物发生燃烧,试验过程中没有出现横向蔓延;主燃烧器熄灭后受火处试样冷却变脆;在对试样XPS-2试验过程中,该试样生成的较大量烟气未完全被吸吸进集气罩而从小推车溢出。3.4.2数据采集将所有样品完成试验后,收集整理试验数据并对结果进行汇总,得出结果如表2。
 
四、分析与结论
 
       1)从试验过程现象来看:EPS材料在试验过程中该材料在遇明火时也会被燃烧而很快融溶,但离开火源即会自行熄灭,几乎不产生烟气。阻燃性较好的XPS材料在试验过程中受火处被引燃出现熔融滴落,样品脱火,实际参与燃烧的并不多,脱离火焰后试样逐渐熄灭。而阻燃性差的XPS材料在主燃烧器点火后试样被引燃,火焰蔓延试样出现大面积滴落燃烧产生大量烟气以及烟尘。
 
       2)从试验数据来看,EPS的各项数据均较稳定,产烟量相对较少。而XPS则有较大的不稳定性,有着较高的产热能和产烟量。
 
       3)在进行单体燃烧(SBI)试验时,易收缩、融滴并脱火的泡沫产品试验结果会好于不易烧损的材料。但以上试验的样品厚度均不大于35mm,熔融滴落物量比较小,如果泡沫厚度变厚,完全熔化脱火的时间加长,堆积在燃烧器周围的泡沫量变多,可能会出现不同的结果。
 
       4)在进行单体燃烧(SBI)试验时,样品在初期的对火反应和样品表面性能很大程度上影响了材料的燃烧性能结果如何。同时,试验过程中材料受火处的现象如脱落、融滴、收缩卷曲等也对HRR、FIGRA等参数有很大的影响。
 
       5)通过研究也发现SBI方法中的一些缺陷,在试验中,因分级判定考虑的是热释放速率和时间商的最大值,因此,时间因素至关重要,简单的表面处理就可以达到延长时间的目的。