建筑塑料管材火灾危险性分析

2012-11-14陈舒

中国科技信息 2012年10期

关键词：氧指数危险性管材

陈舒

福建省消防总队福州市消防支队

建筑塑料管材火灾危险性分析

陈舒

福建省消防总队福州市消防支队

本文利用水平垂直燃烧测定仪、氧指数测定仪、烟密度测试仪、锥形量热仪，对建筑中常用的硬聚氯乙烯管（PVC-U）、交联聚乙烯管（PEX）、铝塑复合管（PAP）、聚丙烯管（PP-R）、聚丁烯管（PB）等5种塑料管材的燃烧性能进行了测定。结果表明在热辐射强度35kW/m2下，PVC-U的热释放速率峰值和总释热量是五种塑料管材中最小的，但CO的产率是最高的。烟密度测试结果表明PVC-U的产烟量是最大的；LOI和水平垂直燃烧测试表明PVC-U的氧指数最高，水平燃烧属于FH-1级别，垂直燃烧属于FV-0级别。

塑料管材；火灾危险性；燃烧性能

引言

国内塑料管材的发展始于二十世纪八十年代中期，塑料管道因其具有耐腐蚀性、抗老化、质量轻、水流阻力小、施工便捷、工程造价低等特点，在管道工程中占据着重要的位置，形成了一种势不可挡的发展趋势，但却存在着很多火灾危险性。一方面，塑料管材遇火时会因树脂熔融而滴落，很容易造成火灾的蔓延；另一方面，管道的通路也会成为火灾、烟气传播扩散的通道，导致火灾的蔓延扩大，而且塑料燃烧后产生很多有毒气体，这些烟气可以使人窒息、中毒，给人们造成慌乱，给被困人员和救援人员造成严重威胁。

1 建筑塑料管材燃烧性能测定

1.1 实验材料及设备

表1 选用管材指标

表2 实验设备

1.2 试验方法

1.2.1 锥形量热仪法。锥形量热仪采用耗氧原理测量材料的热释放速率，所谓耗氧原理就是材料燃烧时消耗每一单位的氧气所释放的热量基本是相同的。应用CONE可以得到燃烧试样的多个性能参数，如热释放速率（HRR）、质量损失速率（MLR）、总释放热（THR）、一氧化碳生成量（CO）、二氧化碳生成量（CO2）等参数。

1.2.2 氧指数测定法。物质燃烧时，需要消耗大量的氧气，不同的可燃物通过对物质燃烧过程中消耗最低氧气量的测定，计算出物质的氧指数值，可以评价物质的燃烧性能。所谓氧指数（Oxygen Index），是指在规定的实验条件下，试样在氧氮混合气流中，维持平稳燃烧（即进行有焰燃烧）所需的最低氧浓度，以氧所占的体积百分数的数值表示（即在该物质引燃后，能保持燃烧50mm长或燃烧时间3min时所需的氧、氮混合气体中最低氧的体积百分比浓度）。

1.2.3 水平垂直燃烧性能测定法。水平垂直燃烧的原理就是水平或垂直地夹住试样的一端，对试样自由端施加规定的气体火焰，通过测量线燃烧速度（水平法）或有焰燃烧及无焰燃烧时间（垂直法）等来评价试样的燃烧性能。通过水平法实验，可测定材料的最大燃烧长度或燃烧速度及其它燃烧现象；通过垂直法实验，可将材料按燃烧性能进行分级。

1.2.4 烟密度测定法。建材在燃烧或分解时会产生大量的烟气，这些烟气对可见光有吸收和散射作用，通过观察光的透过率变化可以了解烟气量的多少。比光密度是指将试样置于一定容积的实验箱内，在试样因燃烧而产生烟雾的过程中，测量穿过烟雾的平行光束的透过率变化，计算出在规定试样面积、光程长度下相应的光密度。那么最大的比光密度就是烟密度。但要说明的是，它仅用于评定在规定条件下建材的发烟性能，不能作为评定实际使用条件下发烟危害性的依据。

2 结果与讨论

2.1 建筑塑料管材的LOI及水平垂直燃烧分析

用极限氧指数和水平垂直燃烧测试，测试结果见表3。从表中可以看出PVC-U的氧指数为33.8，要远远高于其他几种管材，属于难燃材料；PEX、PP-R、PB的氧指数都是17.8，属于易燃材料，在空气中都能很快的燃烧；PAP的氧指数为22.4，比PEX、PP-R、PB的要高些，在空气中也能很快的燃烧，属于易燃材料。从表中可以看出，水平燃烧实验除了PVC-U属于FH-1级别外，其他的几种管材都属于FH-3级别，并且燃烧速度也差不多。垂直燃烧极限除了PVC-U属于FV-0级别外，其它的几种管材都燃烧剧烈，不适合用垂直燃烧法来测定它们的燃烧性能。

表3 几种塑料管材的氧指数和水平垂直燃烧性能

2.2 建筑塑料管材的烟密度性能测试

根据三个平行试件在每隔15s所测得光吸收率求出平均值，作图作出光吸收率平均值与试验时间关系的曲线。曲线最高的光吸收率读数为最大烟密度值（MSD）；曲线下所围成的面积表示试件总的产烟量；纵横坐标端点代表的长度值相乘再除曲线下所围成的面积后乘以一百，定义为试件的烟密度等级（SDR）。图1表示这几种建筑塑料管材的烟密度（Ds）曲线，由图中可以看出出现峰值的时间按PVC-U、PAP、PEX、PB、PP-R的顺序延后；出现的峰值按照PVC-U、PB、PP-R、PAP、PEX的顺序依次递减。表4中列出了几种建筑塑料管材的最大烟密度值及烟密度等级，可以看出MSD和SDR都是按照PVC-U、PB、PP-R、PAP、PEX的顺序递减。综合上述可知道PVC-U的烟气最大值最大且出现的时间最快，烟气的总量也最多，所以PVC-U的烟气危害最大，而PEX的烟气总量及出现的时间以及最大值都很小，它的烟气危害性最小。

图1 几种建筑塑料管材的Ds曲线

表4 几种塑料管材的烟密度测试结果

2.3 相同热辐射强度下几种建筑塑料管材的锥形量热仪测试参数分析

测试中选取热辐射强度为35kW/m2。

2.3.1 不同建筑塑料管材的热释放速率比较

图2表示这几种塑料管材的HRR曲线，可以看出PEX和PB出现了比较尖的峰值，而PVC-U、PP-R、PAP的峰值都比较平缓，中间出现了一个HRR基本不变的阶段，此时的燃烧比较稳定。最大峰值以PP-R、PB、PEX、PAP、PVC-U的顺序呈下降趋势，PP-R的峰值热释放速率为345kW/m2且这个峰值阶段持续时间较长，平均热释放速率为176.025 kW/m2，在几种建筑塑料管材中最大。出现的时间以PVC-U、PB、PEX、PP-R、PAP的顺序逐渐增大，PVC-U在135s时最早出现峰值，说明PVC-U容易燃烧。而PAP的峰值较小，且出现时间很晚，因此PAP的火灾危险性相对较小，虽然PVC-U出现的峰值最早，对于初期火灾，火灾危险性较大，但由于其峰值阶段相对较小，所以火灾危险性较小。

表5显示的是几种建筑用塑料管材的平均热释放速率和峰值热释放速率，可以看出PP-R的峰值热释放速率为346.22 kW·m-2，平均热释放速率为176.03 kW·m-2，说明其火灾危险性最大。

图2 35kWm2时的HRR曲线

表5 几种塑料管材的平均热释放速率和峰值热释放速率

2.3.2 不同建筑塑料管材的总释放热比较

材料在燃烧时释放的热量越大，说明材料在火灾中的危险性也就越大。图3表示几种建筑塑料管材的THR曲线，可以看出PP-R的总释放热最大，为102.10 MJ/m2，在650s时总释放热达到最大值，其火灾危险性也最大。PAP的THR曲线出现的最晚，其最大总释放热为56.97 MJ/m2，出现的时间为860s，其潜在的火灾危险性也较小。PVC-U的最大总释放热为40.63 MJ/m2，是几种塑料管材中最小的，出现的时间为535s，其火灾危险性也较小。表6列出了几种建筑塑料管材的总释放热。