石墨蛋白泡沫滅火劑對油類火災(zāi)的滅火性能的研究

韓寶玲

摘 要：將石墨粉加入到普通蛋白泡沫中攪拌發(fā)泡，分別以不同比例將普通石墨與膨脹石墨添加到普通蛋白泡沫中，觀察不同添加量對泡沫穩(wěn)定性和耐熱性能的影響，用控制變量法找到普通石墨與膨脹石墨的最佳配比，確定普通石墨與蛋白泡沫最佳添加量，使泡沫具有最佳發(fā)泡率、穩(wěn)定性與耐熱性能。

關(guān)鍵詞：石墨；膨脹石墨；氟蛋白泡沫；抗燒性能；穩(wěn)定性

中圖分類號：TQ569 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0165-02

1 引言

目前應(yīng)用的各種油品滅火劑大多存在耐火時間短、穩(wěn)定性差等問題，基于現(xiàn)存各類油類滅火劑的種種不足，研究發(fā)現(xiàn)石墨、可膨脹石墨存在諸多優(yōu)良特性，添加到普通蛋白泡沫中形成的泡沫體系對油類火災(zāi)的滅火工作有顯著作用[1]。

2 試驗(yàn)方法

向蛋白泡沫液中加入石墨粉，在500毫升燒杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分別加入10ml、20ml、30ml、40ml、50ml、60ml石墨粉，經(jīng)電動攪拌器攪拌后，靜置；向蛋白泡沫混合液中加入膨脹石墨，在500毫升燒杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分別加入10ml、20ml、40ml、60ml膨脹石墨粉，經(jīng)電動攪拌器攪拌后，靜置。分別測量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到燒杯底部，立即放置在電磁波發(fā)射器熱源下，保持泡沫表面與輻射加熱面板的距離不變，記錄熱輻射條件下泡沫高度及燒杯底部油面高度隨烘烤時間的變化，觀察烘烤后的泡沫形貌。研究加粉體的改進(jìn)泡沫的耐火性能及熱穩(wěn)定性。

用控制變量法，在500毫升燒杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液、90毫升水，20ml膨脹石墨粉，再分別加入10ml、20ml、30ml石墨粉，經(jīng)電動攪拌器攪拌后，靜置；在500毫升燒杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液，90毫升水，30ml膨脹石墨粉，再分別加入20ml、30ml石墨粉，經(jīng)電動攪拌器攪拌后，靜置。分別測量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到燒杯底部，立即放置在電磁波發(fā)射器熱源下，保持泡沫表面與輻射加熱面板距離不變，記錄熱輻射條件下泡沫高度及燒杯底部油面高度隨烘烤時間的變化，觀察烘烤后的泡沫形貌。研究加入粉體的改進(jìn)泡沫的耐火性能及穩(wěn)定性。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析

3.1 石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實(shí)驗(yàn)分析：結(jié)果表明，添加石墨粉，有效提高了泡沫滅火劑的抗燒時間。添加石墨，泡沫受熱會膨脹，膨脹高度隨著石墨量的增加先增加后減少，加入量為30ml時達(dá)到最好膨脹效果；添加石墨，泡沫受熱表面形成黑色、光澤覆蓋層，觸感粘硬，覆蓋層表面有螺旋細(xì)紋，紋理隨石墨加入量增加變細(xì)密，覆蓋層密度隨石墨量增多而變大；隨著石墨量的增加，泡沫發(fā)泡倍數(shù)漸低，穩(wěn)定性減弱，泡沫密度增強(qiáng)，流動性變差；由圖可知，石墨加入量為30ml時耐火性能最佳，膨脹效果最佳，覆蓋層厚度適宜，前期泡沫高度隨時間變化不明顯，后期曲線變陡，抗燒時間增長。石墨量為40ml時抗燒性能也很優(yōu)良，但后期泡沫高度隨時間變化明顯，耐熱性能差，且加入40ml石墨對發(fā)泡率影響較大。石墨量為30ml時處于最佳配量。

3.2 膨脹石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實(shí)驗(yàn)分析：結(jié)果表明，添加膨脹石墨不影響泡沫發(fā)泡率；泡沫受熱即膨脹，0.5min時有膨脹石墨粉體浮于泡沫表面，受熱作用開始膨脹。添加膨脹石墨的泡沫膨脹作用優(yōu)于添加普通石墨的泡沫，原因是：普通石墨粉體自身不發(fā)生膨脹，而且聚集在表面形成覆蓋層，覆蓋層比重較大，其自重增加了消泡速度。膨脹高度隨著膨脹石墨量的增加而增加，加熱初期增幅不顯著，中期階段隨著泡沫表層膨脹石墨粉體的增加，膨脹作用顯著，但是由于加熱設(shè)備的局限，中期階段溫度降幅過大，膨脹倍數(shù)有所降低，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨著膨脹石墨量的增加，泡沫的耐燒時間變化不顯著，穩(wěn)定性降低，由圖可知，與普通石墨相比，膨脹石墨的添加使水層的形成速度與形成高度都增加，泡沫的穩(wěn)定性降低。膨脹石墨粉體在泡沫表面受熱膨脹，粉體層變疏松，隔熱與蓄熱性能顯著增強(qiáng)，不利于熱量傳遞，有效減緩了消泡速度。由圖可知，加熱前期泡沫高度隨膨脹石墨量增加變化趨緩，后期隨添加膨脹石墨量增加變化趨陡，加入膨脹石墨量40ml時泡沫抗燒性能相對優(yōu)異。

3.3 普通石墨與膨脹石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實(shí)驗(yàn)分析：由結(jié)果可知，加入石墨粉體，泡沫穩(wěn)定性、泡沫發(fā)泡率隨石墨量增加降低，泡沫耐熱性能隨石墨添加量增加增強(qiáng)，石墨最佳添加量為30ml；加入膨脹石墨粉體，泡沫穩(wěn)定性隨膨脹石墨量添加增加降低，泡沫發(fā)泡率隨膨脹石墨添加量增加基本不變，泡沫耐熱性能隨膨脹石墨量增加增強(qiáng)，膨脹石墨最佳添加量為40ml。

隨著粉體添加量的增加，泡沫穩(wěn)定性降低，膨脹石墨與石墨呈層狀結(jié)構(gòu)，片狀結(jié)構(gòu)與泡沫接觸，破壞泡沫，膨脹石墨層片結(jié)構(gòu)比石墨明顯，破壞作用相對突出，石墨量0-40ml、膨脹石墨0-30ml、粉體總量<=60ml時破壞作用相對較弱，泡沫穩(wěn)定性相對較好；由實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮膨脹石墨與石墨的性能，控制添加粉體量在30-60ml，使添加物質(zhì)顯著提高泡沫耐熱性能，同時控制添加粉體對泡沫的穩(wěn)定性的影響最低，由圖表得知，膨脹石墨30ml、普通石墨20ml的添加量效果最佳。

添加粉體對發(fā)泡倍率的影響。添加30ml膨脹石墨與20ml石墨混合物，對發(fā)泡率降低幅度較小。添加物質(zhì)對泡沫耐熱性能的影響。膨脹石墨受熱自身膨脹，溫度越高，膨脹效果越好，1000℃時達(dá)到最大膨脹率，熱試驗(yàn)中，泡沫表層覆蓋膨脹石墨蠕狀粉體，蓄熱能力高，隔熱能力強(qiáng)。普通石墨自身不膨脹，普通石墨的添加使加熱過程中表層泡沫粘度增大，泡沫膨脹而不易脹破，形成較厚空氣隔熱層，增強(qiáng)耐熱性，但石墨傳熱性能好，加快熱量向非受熱面?zhèn)鲗?dǎo)，降低了泡沫抗熱性能；將普通石墨與膨脹石墨混合添加到泡沫中，在熱試驗(yàn)中，泡沫表面是二者的混合物，泡沫受熱過程中形成雙層覆蓋層，表層膨脹石墨受熱膨脹，蓄熱、隔絕熱傳遞同時膨脹吸收周圍空氣，有效延長泡沫耐火時間，底層泡沫受熱膨脹形成空氣隔熱層，增強(qiáng)抗燒性能。與普通泡沫相比，高度降低到6cm時，添加粉體的泡沫受熱時間為22min，普通蛋白泡沫為10min，大幅度提高了泡沫的抗燒時間。泡沫耐火性能提高，控制膨脹石墨20ml，分別加入10、20、30ml石墨，0-12min時泡沫高度隨時間變化相對不明顯，12min之后，隨著石墨量的增加泡沫高度隨時間變明顯，加入量20ml時后期效果最好；控制膨脹石墨30ml， 分別加入20、30ml石墨，可以看出，12min前，石墨量多時，圖表中泡沫高度變化相對小，泡沫性能優(yōu)異，12min后，隨著石墨量增多，高度變化曲線變陡，消泡速度增快；控制石墨20ml， 分別加入20、30ml膨脹石墨，隨著膨脹石墨量增多，泡沫高度隨時間變化不明顯，從整體效果分析，添加30ml膨脹石墨與20ml石墨混合粉體效果最佳。

此試驗(yàn)，石墨、膨脹石墨均選用中性物質(zhì)，不改變泡沫液酸堿性。石墨與膨脹石墨化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，受熱過程中不與泡沫液化學(xué)成分反應(yīng)，膨脹石墨受熱發(fā)生物理變化，對原泡沫化學(xué)組成無影響，不改變原泡沫液性能[2]。添加粉體自身無毒害作用，加熱條件下無有害物質(zhì)釋放，石墨與膨脹石墨無粘附性，使用過后用清水即可沖洗掉，不會對環(huán)境造成二次污染，故此改進(jìn)泡沫為綠色環(huán)保型產(chǎn)品，是未來泡沫的理想發(fā)展方向[3]。

4 泡沫性能的測定

參照采用《泡沫滅火劑通用技術(shù)條件GB15308-2006》測量制得泡沫25%、50%析液時間，晰液時間的測定表1所示。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由此實(shí)驗(yàn)可得：向普通蛋白泡沫中添加石墨、膨脹石墨混合物，配比為石墨20ml、膨脹石墨30ml、氟蛋白泡沫液10ml、水90ml，經(jīng)熱試驗(yàn)驗(yàn)證，有效提高了泡沫抗燒性能，延長泡沫耐火時間120%。

參考文獻(xiàn)：

[1]公安部政治部編.滅火戰(zhàn)術(shù)[M].北京：群眾出版社，2004.

[2]陳偉紅，杜文鋒.空心微珠對泡沫滅火劑發(fā)泡能力和穩(wěn)定性影響研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2008（1）：15-18.

[3]公安部天津消防科學(xué)研究所.GB 15308-2006，泡沫滅火劑通用技術(shù)條件[S].中國：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2006.