密度板炭化痕迹特征的研究

许　洁

(武警学院 消防工程系，河北 廊坊　065000)



密度板炭化痕迹特征的研究

许洁

(武警学院 消防工程系，河北 廊坊065000)

选用市场上常见的密度板作为研究对象，采用明火引燃和泼洒易燃液体引燃两种方式制备燃烧炭化痕迹，观察其宏观特征；利用扫描电镜观察其炭化物微观形貌，利用图像处理技术，对不同引燃方式下板材燃烧炭化物形貌进行分析，研究炭化痕迹特征。研究结果表明，密度板燃烧炭化痕迹为不规则的多边形，随着温度的升高，炭化程度逐渐增加、裂纹宽度变宽；纤维表面杂质逐渐减少，表面逐渐光滑，裂纹多出现在纤维黏结处。另外，密度板燃烧时的热释放速率和质量损失速率对其燃烧炭化裂纹有明显影响。

密度板；炭化痕迹；微观形貌

目前木质人造板材由于其自身的特点被广泛应用在建筑内装饰材料中，作为一种可燃物，木质板材直接增大了火灾荷载和火势蔓延速度，而且其燃烧炭化痕迹在火场也十分常见。由于火灾燃烧过程的复杂性、火灾本身的破坏性、不同火场的特殊性等原因，给火灾调查工作带来了极大的困难，因此对木质人造板材炭化痕迹进行研究已经变得十分重要。本文选用市场上常见的密度板为研究对象，研究其炭化痕迹特征。

1　试样制备

试验选用的纤维板为中密度纤维板,主要成分为木材原料、一定量的纤维、其他植物原料和脲醛树脂胶黏剂。试样厚度为8 mm，密度为775.9 kg·m-3，含水量为4.96%。将试样切割成30 cm×30 cm大小，放于火灾物证综合试验台上，用液化气灶引燃，距离为3 cm，时间为5 min、10 min、15 min，制得明火引燃不同时间的炭化样品。

试验选用汽油和酒精两种易燃液体，量取等体积的易燃液体泼洒到试样表面，采用人为干预和不干预两种方式对其进行试验。人为干预的情况下，是将易燃液体泼洒于试样表面并将试样放于火灾物证试验台上，用液化气灶对其进行持续加热，距离为3 cm，时间为5 min、10 min、15 min，制得泼洒易燃液体燃烧炭化样品。不干预情况下，是将易燃液体泼洒于试样表面并将试样放于火灾物证试验台上，将试样引燃后让其自行燃烧。

利用扫描电子显微镜对密度板燃烧后的炭化物进行微观形貌分析。利用IPP和KYKY扫描电镜图像处理软件对密度板裂纹形态及炭化物微观形貌照片进行分析。

2　试验结果

2.1密度板炭化痕迹宏观特征

2.1.1明火作用下密度板炭化痕迹

密度板明火燃烧时非常猛烈，并能放出大量的热和烟气。在明火作用下，板材中心炭化块呈现不规则的多边形，面积较小，边缘裂纹呈现放射状，随着燃烧时间的延长，整体出现卷曲的现象，并且随着温度的升高，在多边形炭化块上又会出现许多类似鱼鳞形状的细小裂纹。温度越高板材炭化程度越严重，炭化层厚度增加，裂纹越深，宽度越宽。如图1所示。

(a)5 min

(b)15 min

2.1.2泼洒易燃液体不干预情况下密度板燃烧炭化痕迹

图2(a)为泼洒酒精燃烧炭化痕迹。泼洒酒精后液体渗透到密度板内部，点燃后在液体流淌部位形成黑色的炭化痕迹。边缘部位炭化痕迹较重，中间部位炭化痕迹较轻。图2(b)为泼洒汽油燃烧炭

(a)泼洒酒精

(b)泼洒汽油

化痕迹。点燃后在液体流淌部位形成黑色的炭化痕迹。与泼洒酒精不同的是，炭化区域中间和边缘的炭化程度相一致。

2.1.3泼洒易燃液体人为干预情况下密度板燃烧炭化痕迹

随着燃烧时间的增加，炭化程度明显增加。从图3中可以看出，泼洒汽油引燃后炭化痕迹明显比泼洒酒精引燃后炭化痕迹重、裂纹宽度宽。另外，在泼洒易燃液体干预的情况下，密度板燃烧形成的裂纹、炭化痕迹与明火相类似；相同燃烧时间下与明火燃烧相比，炭化裂纹深度较深，裂纹长度较短。

(a)泼洒酒精

(b)泼洒汽油

2.2密度板炭化层微观形貌

从图4中可以看到，密度板纤维颗粒小，纤维颗粒之间致密度大，无明显的空隙度，纤维颗粒之间由胶黏剂错综复杂的交粘在一起，密度板原始纤维细胞结构不明显，表面粗糙，并覆盖有白色的胶黏剂。由图5可知，密度板相对于常温下其内部微观形貌也发生了明显的变化。随着燃烧时间的增加，温度的升高，纤维表面杂质逐渐减少，表面逐渐光滑，纤维与纤维之间分散，区分比较明显。

2.3密度板炭化痕迹分析

利用图像分析软件，测量炭化痕迹的裂纹宽度，炭化块面积等相关参数，并对炭化痕迹照片进行分析。图6为不同燃烧时间、不同温度与炭化裂纹宽度之间的关系。从图中可以看出，随着燃烧时间的增加，温度的升高，炭化裂纹宽度增大。

图4　密度板原样微观形貌

图5　密度板炭化物微观形貌

(a)不同燃烧时间

(b)不同温度

图7为密度板炭化块形态变化关系图，从图中可以看出，质量损失速率和热释放速率越大，炭化块面积越小，周长越短，并且变化幅度较大。

(a)平均MRL

(b)平均HRR

3　分析与讨论

由于板材的特殊加工工艺和自身的一些物理特性，其燃烧炭化痕迹明显区别于天然木材。密度板破坏了木材原始结构，燃烧后形成面积较小的多边形炭化块。原因是密度板纤维方向性差异小，最大差异也只有10%，并且纤维之间存在许多空隙，导致其热量传递速率大，裂纹多出现在纤维黏结处，形成面积较小的多边形炭化块。随着温度的升高，在多边形炭化块上又会出现许多类似鱼鳞形状的细小裂纹。温度越高板材炭化越严重，炭化层厚度越厚，裂纹越深，宽度越宽。

泼洒易燃液体不干预的情况下，在密度板表面都形成了黑黄相间的炭化痕迹。人为干预的情况下，泼洒汽油引燃后炭化痕迹比泼洒酒精燃烧炭化痕迹严重、裂纹宽度宽。原因是与酒精相比较汽油泼洒后不易挥发，点燃后火焰温度高，燃烧放出的热量多，反馈给板材表面的热量大。另外，在泼洒易燃液体干预的情况下，密度板燃烧形成的裂纹、炭化痕迹与明火相类似；相同燃烧时间下与明火燃烧相比，炭化裂纹深度较深，裂纹长度较短。

另外，观察密度板炭化痕迹微观形貌发现：由于内部木质素、半纤维素及纤维素的热裂解和热分解的挥发性产物从母体上脱落，导致了炭化物内部微观形貌发生了明显的变化。随着燃烧时间的增加，温度的升高，纤维表面杂质逐渐减少，表面逐渐光滑；另外，由于密度板本身的炭化和内部胶黏剂的分解，释放出大量的热和烟气，使得纤维与纤维之间分散，黏结度降低，空隙增大，从而导致了密度板燃烧炭化裂纹多出现在纤维黏结处。

密度板的质量损失速率和热释放速率对其炭化裂纹形态有明显影响。由于密度板的特殊加工工艺，在燃烧过程中质量损失速率大，内部挥发分和气体析出速率快，体积收缩明显，使得各个方向上受力不均匀，裂纹数量增多。另外，其热释放速率大，热量传递快，导致其积炭层开裂，发生了明显收缩，从而燃烧炭化后炭化块的面积小，数量多，周长小。

4　结论

4.1密度板燃烧炭化痕迹明显区别于天然木材。由于密度板破坏了木材原始结构，每个纤维之间存在许多空隙，导致其热量传递速率大，所以裂纹多出现在纤维黏结处。

4.2泼洒易燃液体人为干预的情况下，泼洒汽油引燃后炭化痕迹比泼洒酒精燃烧炭化痕迹严重、裂纹宽度宽。相同燃烧时间下与明火燃烧相比，炭化裂纹深度较深，裂纹长度较短。

4.3观察密度板炭化痕迹微观形貌发现，随着燃烧时间的增加、温度的升高，内部胶黏剂的分解，释放出大量的热和烟气，使得纤维空隙增大，从而导致了密度板燃烧炭化裂纹多出现在纤维黏结处。

4.4密度板的热释放速率和质量损失速率对其炭化裂纹形态有明显影响。在燃烧炭化过程中，内部挥发分和气体析出速率快，体积收缩明显，使其表面的受热不均匀，表层收缩，裂纹数量增多，炭化块面积小。

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(责任编辑、校对李蕾)

A Study on the Charring Trace Characteristic of Density Board

XU Jie

(DepartmentofFireEngineering,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

In this paper, density board for sale is selected. The burning trace sample is obtained in two ways: ignited with an open flame and ignited with an open flame after a flammable liquid spilled. The micro-characteristic is studied with a scanning electron microscope, the combustion carbonized trace was analyzed, and the macro-characteristic of charring trace studied under the different ignition types with image processing. The result shows that the charring trace is irregular polygon. With the temperature increasing, carbonization gradually increases and a crack width becomes bigger. Impurities on the fiber surface gradually are reduced, and the surface smooth and cracks appear in the fiber bonding. In addition, heat release rate and mass loss rate have an effect on the burning carbonized crack.

density board; charring trace; micro-morphology

2015-12-10

许洁(1983—)，女，河北廊坊人，讲师。

X928.7

A

1008-2077(2016)04-0089-04