丙綸地毯煙密度的試驗(yàn)研究

王平

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院，河北廊坊065000）

丙綸地毯煙密度的試驗(yàn)研究

王平

（中國(guó)人民武裝警察部隊(duì)學(xué)院，河北廊坊065000）

采用SCY-1型建筑材料煙密度測(cè)定儀，按照GB/T 8627-2007的方法測(cè)定丙綸地毯燃燒過程中煙密度的變化。為了考察水及S-100-AB-DW水系滅火劑對(duì)材料產(chǎn)煙量的影響，把丙綸地毯用水及S-100-AB-DW水系滅火劑浸泡后，做了對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明，浸水后的材料開始產(chǎn)煙的時(shí)間延遲，浸了S-100-AB-DW水系滅火劑的材料開始產(chǎn)煙的時(shí)間提前。水及S-100-AB-DW水系滅火劑都會(huì)使最大煙密度和總產(chǎn)煙量增大，但后者影響更顯著。

丙綸地毯；煙密度；試驗(yàn)研究

地毯是一種軟性鋪裝材料，除了具有裝飾作用，還有保溫、吸音和防滑等功能［1］，常鋪設(shè)于酒店賓館、家庭住宅、各種場(chǎng)館、辦公寫字樓以及公共娛樂等場(chǎng)所和各類交通工具的地面［2］，在建筑物的內(nèi)部裝飾裝修及日常生活中扮演著非常重要角色，但是未經(jīng)阻燃處理的地毯有很大的火災(zāi)危險(xiǎn)性，地毯燃燒時(shí)，會(huì)放出大量有毒的煙氣，嚴(yán)重威脅火場(chǎng)人員的生命安全［1］。丙綸地毯是我國(guó)化纖地毯的主要品種，在國(guó)內(nèi)占有相當(dāng)高的市場(chǎng)份額［3］，丙綸地毯耐磨、抗污、易清洗，其主要成分聚丙烯纖維是一種易燃的化學(xué)纖維，制作地毯的背襯用膠大部分也是易燃的高分子乳膠，所以丙綸地毯具有易燃性，其極限氧指數(shù)是18，著火溫度為570℃。而且，丙綸地毯燃燒產(chǎn)生的煙氣有毒性、刺激性和腐蝕性，不但影響人們疏散和逃生，還會(huì)使人中毒窒息死亡［4］。而撲救火災(zāi)所用的水或其他滅火劑會(huì)對(duì)材料的產(chǎn)煙性造成不同的影響。本實(shí)驗(yàn)研究了水及S-100-AB-DW水系滅火劑對(duì)丙綸地毯產(chǎn)煙性的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1主要材料與儀器

主要材料:丙綸地毯，尺寸為（25.4 mm）×（25.4 mm）×（6.2 mm），試樣表面平整，無飛邊、無毛刺［5］。

自來水，水系滅火劑S-100-AB-DW（廊坊鎰安消防公司生產(chǎn)）。

儀器:SCY-1型建筑材料煙密度測(cè)定儀（南京上元儀器廠生產(chǎn)），主要部件有樣品支架、光電系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、記時(shí)裝置、煙箱等。

1.2試驗(yàn)原理

由光源射入測(cè)量空間的光束強(qiáng)度的衰減服從Lambert定律。

1.3試驗(yàn)方法

依據(jù)GB/T 8627-2007規(guī)定的技術(shù)條件，應(yīng)用SCY-1型建材煙密度測(cè)定儀測(cè)定丙綸地毯煙密度值［5］。試驗(yàn)中，采用液化石油氣火焰點(diǎn)火，調(diào)節(jié)燃?xì)鈮毫?×105Pa，試驗(yàn)時(shí)間4 min，期間每隔1 s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)，繪制曲線，最大煙密度（MSD）值為曲線最高點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值。每個(gè)樣品平行做3次試驗(yàn)，取平均值。

同時(shí)記錄丙綸地毯燃燒出現(xiàn)的現(xiàn)象，如出現(xiàn)火焰的時(shí)間、火焰熄滅的時(shí)間、安全出口標(biāo)志由于煙氣積累而變模糊的時(shí)間等。

為了對(duì)比水及水系滅火劑對(duì)材料發(fā)煙性能的影響，做了三組對(duì)照試驗(yàn)［6］。一組不加滅火劑，另外一組加入2 mL水浸泡100 s，第三組加入2 mL S-100-AB-DW滅火劑浸泡100 s。

試驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意嚴(yán)格控制條件［7-8］:

（1）溫度控制在（23±2）℃，濕度控制在（50±5）%。

（2）燃燒室內(nèi)外應(yīng)處于相同的大氣壓下。

（3）定期檢驗(yàn)光測(cè)裝置。

（4）每次試驗(yàn)開始前都用計(jì)量過的濾光片來校準(zhǔn)儀表。

2　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1燃燒性能對(duì)比分析

燃燒過程中出現(xiàn)的典型現(xiàn)象見表1。

表1　丙綸地毯燃燒性能

（1）加水浸泡后丙綸地毯的開始產(chǎn)煙時(shí)間延遲104 s，而加S-100-AB-DW水系滅火劑浸泡的材料開始產(chǎn)煙時(shí)間提前3 s。加水浸泡后丙綸地毯的開始產(chǎn)煙時(shí)間延遲，原因是水的沸點(diǎn)為100℃，比PP的分解溫度低得多，水氣化吸收大量的熱，降低丙綸地毯的溫度，延遲地毯的熱分解和燃燒過程。而S-100-ABDW水系滅火劑是多種成份組成的滅火劑，有發(fā)泡劑、增稠劑、阻燃劑、穩(wěn)定劑等。和水相比，S-100-AB-DW水系滅火劑可以提高水的滲透能力和潤(rùn)濕能力，增加水的黏度，降低水的表面張力，在材料表面和內(nèi)部停留的時(shí)間延長(zhǎng)，更不易蒸發(fā)出來。浸泡S-100-AB-DW水系滅火劑的材料開始產(chǎn)煙提前3 s，說明水的蒸發(fā)過程和熱分解過程是同時(shí)進(jìn)行的。

（2）干材料和浸水的材料都是在試驗(yàn)結(jié)束外加的液化石油氣的火焰熄滅以后熄滅的，而浸泡S-100-AB-DW滅火劑的丙綸地毯134 s火焰就開始熄滅，是由于S-100-AB-DW水系滅火劑在材料中停留時(shí)間延長(zhǎng)，其滅火和阻燃效果均好于水，從而使火焰較快熄滅。

（3）干材料始終沒有出現(xiàn)安全出口標(biāo)志變模糊的現(xiàn)象，說明其燃燒過程中產(chǎn)煙量較小。而浸水的材料217 s出現(xiàn)安全出口標(biāo)志變模糊的現(xiàn)象，浸泡S-100-AB-DW滅火劑的丙綸地毯98 s出現(xiàn)安全出口標(biāo)志變模糊的現(xiàn)象，因?yàn)榻軸-100-AB-DW滅火劑的丙綸地毯發(fā)生的是不完全燃燒，生成了更多的碳粒子，產(chǎn)煙速率較快，所以安全出口標(biāo)志變模糊的時(shí)間較短。

2.2產(chǎn)煙性能對(duì)比分析

三組材料的煙密度曲線如圖1。

圖1　丙綸地毯燃燒的煙密度曲線

曲線與時(shí)間軸所圍的面積為總的產(chǎn)煙量，曲線與時(shí)間軸所圍面積與曲線圖的總面積的商，再乘以100，為試樣的煙密度等級(jí)［5］，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　丙綸地毯的產(chǎn)煙性能

選取幾個(gè)主要的參數(shù)進(jìn)行分析:

（1）最大煙密度及達(dá)到最大煙密度時(shí)間

加水和加S-100-AB-DW水系滅火劑浸泡后丙綸地毯的最大煙密度分別增加了261.5%和240.7%，達(dá)到最大煙密度時(shí)間分別推遲了198 s和200 s。

（2）總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)

加水浸泡后丙綸地毯的總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)增大了60.18%，而浸泡S-100-AB-DW水系滅火劑的材料總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)增大了245.9%。

聚丙烯纖維是丙綸地毯的主要成分。其熔點(diǎn)為160～175℃，分解溫度為350℃，由于其分子鏈上含有氫及大量不穩(wěn)定的叔碳原子，所以易于發(fā)生熱降解，熱降解的活化能為23.958 kJ/mol［9］。當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，聚丙烯纖維會(huì)發(fā)生熱分解使其中的大多數(shù)鍵發(fā)生斷裂，生成小分子量的氣態(tài)產(chǎn)物，如氫氣、甲烷、乙烷、丙烯，還有甲基丁烯、戊烷等，在足夠氧和外部火源作用下就會(huì)被引燃，燃燒產(chǎn)生二氧化碳、水，還有一些不完全燃燒產(chǎn)物如一氧化碳，同時(shí)生成含碳的固態(tài)殘余物，部分高聚物的碎片或固體顆粒形成煙［10］，水使得聚丙烯纖維的升溫速率減慢，不完全燃燒產(chǎn)物生成量增加，但是由于水變成水蒸氣可以沖淡煙霧和可燃?xì)怏w，在一定程度上起到消煙作用。所以，加水浸泡會(huì)使丙綸地毯的總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)增大，但影響程度不如S-100-AB-DW水系滅火劑大。

S-100-AB-DW水系滅火劑和水相比，可使水的表面張力降低、滲透能力和潤(rùn)濕能力增強(qiáng)、黏度增大，在燃燒體系停留的時(shí)間延長(zhǎng)。浸泡S-100-AB-DW水系滅火劑的材料未發(fā)生充分氧化熱解和燃燒，生成了更多的不完全燃燒產(chǎn)物，所以會(huì)使最大煙密度、總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)大幅度增大。

3　結(jié)論

通過煙密度測(cè)定結(jié)果的對(duì)比可以看出不同滅火劑對(duì)丙綸地毯產(chǎn)煙量影響是不同的。滅火效果好的滅火劑抑煙效果不一定好。相同條件下，水浸泡過的丙綸地毯開始產(chǎn)煙的時(shí)間延遲，而S-100-AB-DW水系滅火劑浸泡過的丙綸地毯開始產(chǎn)煙的時(shí)間提前。

水和S-100-AB-DW水系滅火劑都會(huì)使丙綸地毯的總產(chǎn)煙量和煙密度等級(jí)增大，但S-100-AB-DW滅火劑的影響更顯著。相對(duì)于S -100-AB-DW水系滅火劑，丙綸地毯發(fā)生火災(zāi)時(shí)用水撲救，有利于消防人員救援和火場(chǎng)人員的安全疏散。但在實(shí)際火災(zāi)中煙密度不僅取決于材料的性質(zhì)，還與火場(chǎng)環(huán)境條件及建筑物的結(jié)構(gòu)有關(guān)，需綜合考慮。

［1］徐曉杰，周杰.不同條件下地毯燃燒性能的試驗(yàn)研究［J］.武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，28（8）:13-14.

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［3］劉玉莉，錢以宏.國(guó)內(nèi)地毯業(yè)的現(xiàn)狀及PTT地毯產(chǎn)品前景分析［J］.合成纖維，2002，31（3）: 14-17.

［4］杜文鋒.消防燃燒學(xué)［M］.北京:公安大學(xué)出版社，2003.

［5］公安部四川消防研究所.GB/T 8627-2007建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗(yàn)方法［S］.北京:中［6］陳伯輝.典型內(nèi)裝修材料煙密度的實(shí)驗(yàn)研究［J］.福建工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，9（6）:531-534.

國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007.

［7］趙俠，鄔玉龍.建材煙密度測(cè)定結(jié)果的影響因素分析［J］.中國(guó)建材科技，2010（3）:5-6.

［8］姚春，徐剛.試驗(yàn)設(shè)備對(duì)電纜燃燒煙密度測(cè)試結(jié)果的影響［J］.特種橡膠制品，2000，21（5）：35-38.

［9］呂明福，劉濤，張師軍.聚丙烯的熱降解和燃燒行為［J］.合成樹脂及塑料，2007，24（6）：14 -17

［10］李建軍，歐育湘.阻燃理論［M］.北京:科學(xué)出版社，2013.

EXPERIMENTAL STUDIES ON SMOKE DENSITY OF PP CARPET

WANG Ping
（Department of Fire Protection Engineering，Chinese People's Armed Police Forces Academy，Langfang Hebei 065000，China）

The smoke density of PP carpet in combustion process were measured by SCY-1 building smoke density tester according to GB/T 8627-2007 method.Smoke densities of PP carpet were compared after adding water and S-100-AB-DW water-based extinguish agent respectively.Results show that，smoke emerging starting time has been prolonged for materials soaked in water，while it has been shortened for materials soaked in S-100-AB-DW water-based extinguish agent.The total smoke productions and smoke density ratings（SDR）all increased for both and these two parameters increased significantly for PP carpet soaked in S-100-AB-DW water-based extinguish agent.

PP carpet，smoke density，experiment studies

TS106.5

B

10.3969/j.issn.1672-500x.2016.03.006

1672-500X（2016）03-0023-03

2016-07-08

王平（1971-），女，河北人，碩士，副教授，主要從事火災(zāi)燃燒及控制等方面的研究。