XPS挤塑板燃烧特性实验研究

摘要：进行XPS挤塑板燃点温度测定和辐射引燃实验。研究表明：XPS挤塑板点燃温度约为355℃；0.019 4 kW/(m2·s)的辐射热流增量不足以引燃挤塑板试样，当辐射热流大于0.060 4kw/(m2·s)时挤塑板试样能够被引燃，引燃温度分别为362、385℃。辐射引燃实验过程中挤塑板表面温度最大值分剐为975、996℃。辐射引燃过程中XPS保温板质量损失速率呈现三个阶段：平缓减少阶段、急剧骤减阶段和相对稳定阶段。质量骤减阶段保温板质量呈明显的线性变化。

关键词：XPS；燃烧特性；引燃温度；质量损失速率

随着我国建筑节能强制措施的逐步推进，建筑外墙保温技术在建筑中被大量采用，但其应用的重要条件是系统的防火安全性，即外墙保温材料的防火安全性。因此，外墙保温材料的燃烧特性成为国内外学者一致关心的问题。笔者进行了XPS挤塑板的燃点温度测点实验和辐射引燃实验，以研究XPS挤塑板的燃烧特性。其中重点研究线性热流下挤塑板的辐射引燃特性。

1 XPS挤塑板燃点温度测点实验

1.1实验设计

XPS保温材料点燃温度的测定选用DW—02型点着温度测定仪。实验装置包括DW—02型点着温度测定仪、秒表、点火器、不锈钢镊子等。

1.2实验结果与分析

将待测保温材料磨成细粉颗粒，并用天平称重，将固定质量的试样装入容器，3个容器为1组，如图1所示。

图1 保温材料测试样品

将1组容器逐一放人铜锭炉中，盖上盖子(盖子预先放在铜锭炉上加热)，并启动秒表。将点火火焰置于盖的喷嘴上方2mm处晃动。火焰长度10～15mm。如果在开始的5min之内，喷嘴上没有(或有)连续5s的火焰，则每次将炉温升高(或降低)10℃，用新的试样重新试验，直到测得喷嘴上出现连续5s以上火焰时的最低温度为止，并记录此温度。每个预定的温度做3个试样，若有2个没有5s以上的火焰，则将炉温升高10℃，再做3个试样，如有2个出现5s以上火焰的最低温度，即为材料的点燃温度为355℃。

2 XPS挤塑板辐射引燃实验

2.1 实验装置

外墙保温材料在变热流条件下实验系统由实验平台、热辐射通量测量模块、失重测量模块、温度测量模块和图像采集模块组成，如图2所示。

图2 实验系统组成

火灾早期特性实验台由不锈钢型材和板材焊接构成，采用对开式发热炉体，通过调节输出功率以研究材料在不同热流环境作用下燃烧特性。实验台采用开放式炉体，实验时，炉体加热产生的热辐射直接作用于试样，模拟试样在火灾环境中的受辐射引燃现象。

2.2 实验样品及热辐射确定

实验时，将实验样品放在实验样品台上，所有的实验样品都是在同一块外墙保温材料上裁剪下来。相同尺寸的样品进行不同热辐射条件下的引燃实验，研究点燃性能。试样大小为I0cm×I0cm×2.2cm。实验中保温材料的侧面包裹一层玻璃纤维布，玻璃纤维布外再贴上一层铝箔从而可以减少侧面受到的热辐射，因此保温材料基本上只有上表面受到热辐射，4个侧面几乎处于绝热状态。

实验时，通过调节辐射热板的输出功率即锥形加热罩加热效率为20%、40%和90%，可以得到不同的变热流条件下不同的热辐射。利用水冷辐射热流计校准各输出功率下保温材料表面辐射强度，各功率下辐射热流q，如图3所示。

图3 个功率下辐射强度曲线图

由图3可知，保温材料表面接受到的热辐射呈线性变化，对各功率下保温材料表面接受到的辐射热流曲线拟合，发现辐射热流满足线性方程，如式(1)所示。

                                                         （1）

式中：k为热流变化率；c为常数。

各效率下热流拟合结果如表1所示。

表1 个效率下热流拟合结果

输出效率	拟合辐射热流曲线公式	相关系数
20%	q=0.0194t-0.421	0.991
40%	q=0.0604t-1.8361	0.002
90%	q=0.2749t-7.7097	0.991

2.3 20%加热效率下保温材料辐射引燃实验

实验测得温度曲线及质量损失曲线，如图4所示。

（a）热电偶测得温度曲线

（b）保温材料质量损失曲线

图4 20％加热效率时温度与质量损失曲线

实验过程(2306s)中保温材料未被引燃；热电偶测得温度一直平缓上升，1700s后温度值保持稳定，温度的最大值为258℃；试验中保温材料的质量一直平缓下降，2000s后保持相对稳定，剩余质量主要为保温材料的热解灰烬以及实验中包裹保温材料所用的铝箔纸。

2.4 40％加热效率下保温材料辐射引燃实验

实验测得温度曲线及质量损失曲线，如图5所示。

（a）       热电偶测得温度曲线

（b）保温材料质量损失曲线

图5 40％加热效率时温度与质量损失曲线

实验过程中，当保温材料表面温度升至80℃，保温材料开始变形,并伴有呛人的灰烟,随着温度的升高,保温材料逐渐缩为不连续的斑状物,并瞬间发生燃烧,伴有耀眼火焰和黑色浓烟。

实验加热后450s保温材料被引燃，温度由385℃瞬间增至512℃，475s热电偶测得最高温度975℃。试样的质量在450s时骤减，485s后材料的质量保持相对稳定，保持在1.10g，剩余质量主要为保温材料的热解灰烬以及中包裹保温材料所用的铝箔纸。

2.5 90%加热效率下保温材料辐射引燃实验

实验测得温度曲线及只来那个损失曲线，如图6所示。

（a）       热电偶测得温度曲线

（b）       保温材料质量损失曲线

图6 90％加热效率时温度与质量损失曲线

实验现象同上，实验加热后149s保温材料被引燃，温度由362℃瞬间增至504℃，189s热电偶测得最高温度996.0℃。试样的质量在149s时骤减，189s后材料的质量保持相对稳定，保持在2.16g，剩余质量主要为保温材料的热解灰烬以及中包裹保温材料所用的铝箔纸。

3       结论

（1）XPS挤塑板燃点温度测点实验测得挤塑板点燃温度约为355℃。XPS挤塑板辐射引燃实验中，当保温材料表面温度升至80℃时，保温材料开始热解变形，并挥发出呛人气体，随着保温板表面温度的升高，保温材料逐渐萎缩为不连续的斑状物，当温度到达某一值时，保温板瞬间燃烧，温度陡然升高，伴有耀眼火焰和黑色浓烟。

（2）XPS挤塑板辐射引燃实验中。加热效率为20％时，2306s内保温材料未被引燃；加热效率为40％时，50S时XPS挤塑板被引燃；加热效率为90％时。加热后49s保温材料被引燃。0.0194 kw/(m2·s)的辐射热流增量不足以引燃挤塑板试样，当辐射热流大于0.0604kw/(m2·s)时挤塑板试样能够被引燃。XPS挤塑板辐射引燃实验中辐射引燃温度分别为362℃和385℃，实验过程中挤塑板表面温度最大值分别为975、996℃。

（3）辐射引燃过程中XPS保温板质量损失速率呈现三个阶段：平缓减少阶段、急剧骤减阶段和相对稳定阶段。质量骤减阶段保温板质量呈明显的线性变化。

 

 

 

 

 

 

---摘自《消防理论研究》2012年第31卷第5期