馬麗

（遼寧省沈陽(yáng)市大東區(qū)消防救援大隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110031）

室內(nèi)常用裝飾材料多為易燃燒的棉、麻、皮革、木材以及合成纖維等典型的可燃物。琳瑯滿目的室內(nèi)裝飾材料在給人們帶來美輪美奐的視覺盛宴的同時(shí)也帶來令人深惡痛絕的火災(zāi)隱患。因此對(duì)室內(nèi)裝飾材料燃燒性能的研究就顯得非常有必要，其研究能有效地從根本上預(yù)防和控制火災(zāi)的發(fā)生和發(fā)展[1-3]。

近年來，世界上很多國(guó)家都投入了大量人力物力對(duì)室內(nèi)裝飾材料燃燒性能進(jìn)行研究。美國(guó)的NIST 研究了多種建筑材料的燃燒性能，并對(duì)建筑材料火災(zāi)特性數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了建立，其中以熱釋放速率為主，為消防工作在火災(zāi)荷載、火災(zāi)危險(xiǎn)性評(píng)估等方面提供了權(quán)威的理論指導(dǎo)；Peacock 等人用錐形量熱儀對(duì)火車車廂內(nèi)的裝飾材料進(jìn)行了燃燒特性測(cè)試；Hirschler 使用錐形量熱儀對(duì)35 種商用塑料進(jìn)行了燃燒特性的測(cè)試，并對(duì)其危險(xiǎn)性進(jìn)行分類；Heskestad 等使用錐形量熱儀對(duì)三十多種材料燃燒釋放的煙氣進(jìn)行了研究，并成為歐洲煙氣分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)；歐洲材料燃燒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)工作組EUREFIC 用錐形量熱儀等設(shè)備對(duì)62 種材料進(jìn)行了測(cè)試，并以此為基礎(chǔ)建立了較為健全的資料庫(kù)，并在此基礎(chǔ)上制定了相關(guān)建筑材料的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；Hansen 等人在50 kW/m2熱射條件研究了14 種材料的燃燒特性，并以此為基礎(chǔ)提出了在此條件下點(diǎn)燃時(shí)間的公式。張旭等使用硫酸銨和磷酸二氫銨為原料，按不同的質(zhì)量比例混合制備水基阻燃液，然后利用其對(duì)皮革和地毯進(jìn)行阻燃處理，再對(duì)經(jīng)過阻燃處理和未處理的樣品進(jìn)行燃燒性能和熱分解特性表征，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明9：1 比例的阻燃液對(duì)地毯效果最好。他們的研究結(jié)果為將來探究水基阻燃液的制備和應(yīng)用研究提供重要的參考[4-6]。

目前研究采用錐形量熱儀對(duì)三種室內(nèi)常用裝飾材料包括皮革、地毯、棉布引燃特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，以確定它們?cè)诓煌瑮l件下的輻射引燃危險(xiǎn)。并采用差熱天平對(duì)其熱解特性進(jìn)行研究。為室內(nèi)常用裝飾材料的選用和火災(zāi)預(yù)防與控制提供理論指導(dǎo)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

硫酸銨和磷酸氫二銨（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），用于配制阻燃劑。三種室內(nèi)常用裝飾材料：皮革、地毯和棉布，用于進(jìn)行燃燒性能研究。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品制備

水基型阻燃劑制備如下，將藥品按所需比例混合制成溶液。在本實(shí)驗(yàn)中所用藥品有硫酸銨和磷酸氫二銨兩種，這兩種藥品以任意比例制成溶液都可以作為水基阻燃處理劑使用。但為使其達(dá)到理想效果本次實(shí)驗(yàn)中以80：20 比例配制阻燃劑。將皮革、地毯、棉布剪成尺寸100×100mm的樣品，每個(gè)裝有阻燃劑的燒杯中每種樣品分別放入3 片，浸泡24 h，之后自然風(fēng)干。然后對(duì)未阻燃和阻燃后的皮革、地毯和棉布進(jìn)行燃燒特性測(cè)試。

1.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

錐形量熱儀（南京上元分析儀器有公司，SZL-1 型）用于樣品熱釋放速率（HRR）測(cè)試。微機(jī)差熱天平（北京恒久科學(xué)儀器廠，HCT-1 型）用于樣品差熱-熱重（DTA-TG）分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 裝飾材料燃燒性能測(cè)試分析

由于本次研究的是室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展初期的規(guī)律，因此熱輻射通量采用25kW/m2、35kW/m2和45kW/m2三種。這些熱輻射水平可以代表小規(guī)?；馂?zāi)和中等規(guī)?；馂?zāi)的熱輻射水平。表1 和表2 為未處理皮革、地毯和棉布、硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑處理后皮革、地毯和棉布共計(jì)六種實(shí)驗(yàn)材料在不同的熱輻射通量下的熱釋放速率峰值。

表1 不同輻射通量下熱釋放速率峰值

表2 硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑處理后不同輻射通量下熱釋放速率峰值

由表1 和表2 可知，比較未處理和硫酸銨與磷酸氫二銨處理后皮革試樣熱釋放速率峰值，在熱輻射通量為25kW/m2和35kW/m2時(shí)硫酸銨與磷酸氫二銨處理后的試樣明顯低于未處理的試樣。對(duì)于地毯而言，燃燒開始不久就達(dá)到較高的熱釋放速率，以較高的熱釋放速率持續(xù)一段時(shí)間后，也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)熱釋放速率峰值，直至熱釋放速率減小，燃燒反應(yīng)結(jié)束。其中未處理試樣在熱輻射通量為25kW/m2時(shí)未燃燒，而硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃處理過試樣在熱輻射通量為25kW/m2和35kW/m2時(shí)均未燃燒。比較未處理和處理后皮革試樣熱釋放速率峰值可知，在熱輻射通量為25kW/m2和35kW/m2時(shí)硫酸銨與磷酸氫二銨處理過的試樣明顯低于未處理的試樣。對(duì)于棉布而言，燃燒開始不久就達(dá)到較高的熱釋放速率，以較高的熱釋放速率持續(xù)一段時(shí)間后，也會(huì)出現(xiàn)一個(gè)熱釋放速率峰值，直至熱釋放速率減小，燃燒反應(yīng)結(jié)束。比較未處理和處理后皮革試樣熱釋放速率峰值可知，在熱輻射通量為25kW/m2、35kW/m2和45kW/m2時(shí)處理過的試樣明顯低于未處理的試樣?？扇嘉锏臒後尫潘俾适窃u(píng)價(jià)火災(zāi)發(fā)展過程中燃燒性能的一個(gè)很重要的指標(biāo)。此外，根據(jù)由表1 和表2 不難看出，對(duì)于同種材料而言，隨著熱輻射通量的升高，熱釋放速率峰值也隨之增加。在不同熱輻射通量下，除了可以看出熱釋放速率峰值的變化外，還可以看出在輻射能量增加情況下，熱釋放速率曲線斜率增加，達(dá)到峰值的時(shí)間也會(huì)提前，火災(zāi)危險(xiǎn)性也就越大。

2.2 裝飾材料差熱測(cè)試分析

實(shí)驗(yàn)是在升溫速率為100C/min的條件下進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)曲線見圖1 圖3 所示。各圖中反映了實(shí)驗(yàn)過程中三組實(shí)驗(yàn)樣品的熱分析曲線即熱解失重曲線（TG）和差熱曲線（DTA）。

圖1 皮革熱重和差熱分析曲線

由圖1 可以看出未處理皮革在230 至3100C時(shí)失重最大，失重率達(dá)到16%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變；經(jīng)過硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃處理過的皮革在200 至3500C時(shí)失重最大，達(dá)到20%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變。硫酸銨與磷酸氫二銨處理過的在2000C就開始失重速率增大，因?yàn)榱姿釟涠@加熱至1550C分解，分解釋放出氨氣，而形成磷酸二氫銨，硫酸銨在2800C以上開始分解，所以在200 至3500C有個(gè)失重峰值，硫酸銨高溫分解，吸收熱量，降低環(huán)境溫度，同時(shí)分解產(chǎn)生的三氧化硫?yàn)橹刭|(zhì)氣體，覆蓋了火焰區(qū)表面，可阻止氧氣的進(jìn)入，有利于阻燃。此外，由圖1 還能發(fā)現(xiàn)未處理皮革在2500C之前都是處于吸熱階段，2500C之后處于放熱階段，在4400C時(shí)達(dá)到放熱峰值4.2μV/mg。硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑處理皮革在1500C 之前都是處于吸熱階段，1500C之后處于放熱階段，在4600C時(shí)達(dá)到放熱峰值3.9μV/mg。

由圖2 可以看出未處理地毯在380 至480℃時(shí)失重最大，失重率達(dá)到80%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變；經(jīng)過硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑阻燃處理過的地毯在350 至400℃時(shí)失重最大，達(dá)到50%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變。由圖2可以看出未處理地毯在120℃之前都是處于吸熱階段，120℃之后處于放熱階段，在510℃時(shí)達(dá)到放熱峰值6.0μV/mg。硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑處理后地毯在350℃之前都是處于吸熱階段，350℃之后處于放熱階段，在580℃時(shí)達(dá)到放熱峰值2.2 μV/mg。

圖2 地毯熱重和差熱分析曲線

由圖3 可以看出未處理棉布在320 至360℃時(shí)失重最大，失重率達(dá)到70%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變；經(jīng)過硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑阻燃處理過的棉布在250 至310℃時(shí)失重最大，達(dá)到50%，之后曲線平緩，失重速率幾乎不變。由圖3可以看出未處理棉布在280℃之前都是處于吸熱階段，280℃之后處于放熱階段，在356℃時(shí)達(dá)到放熱峰值6.7μV/mg。硫酸銨與磷酸氫二銨阻燃劑處理棉布在310℃之前都是處于吸熱階段，310℃之后處于放熱階段，在458℃時(shí)達(dá)到放熱峰值2.7μV/mg。

圖3 棉布熱重和差熱分析曲線

3 結(jié)論

通過對(duì)三種室內(nèi)常用裝飾材料進(jìn)行燃燒性能和差熱-熱重分析，可以得到以下結(jié)論：

3.1 同種材料在不同輻射通量下的熱釋放速率曲線形狀是相似的。對(duì)于同種材料而言，隨著熱輻射通量的升高，熱釋放速率峰值也隨之增加。隨著熱輻射通量的增大，熱釋放速率曲線斜率也會(huì)增加，達(dá)到峰值的時(shí)間會(huì)提前，火災(zāi)危險(xiǎn)性也就越大。引燃時(shí)間、到達(dá)熱釋放速率峰值與火焰熄滅的時(shí)間隨著輻射通量的增加而衰減，到達(dá)熱釋放速率峰值與火焰熄滅的時(shí)間隨著熱輻射通量的增加而遞減。

3.2 經(jīng)過硫酸銨和磷酸氫二銨（80：20）混合配制的阻燃劑處理的樣品無論是達(dá)到峰值的溫度還是峰值的大小與未處理樣品比較都明顯偏低，其中棉布樣品最為明顯；經(jīng)過硫酸銨和磷酸氫二銨（80 ：20）混合配制的阻燃劑處理的樣品的引燃時(shí)間、到達(dá)熱釋放速率峰值時(shí)間以及火焰熄滅時(shí)間與未處理樣品比較明顯延遲，其中棉布樣品最為明顯。硫酸銨和磷酸氫二銨混合配制的阻燃劑對(duì)初期火災(zāi)有明顯的預(yù)防效果。