石墨蛋白泡沫灭火剂对油类火灾的灭火性能的研究

韩宝玲

摘 要：将石墨粉加入到普通蛋白泡沫中搅拌发泡，分别以不同比例将普通石墨与膨胀石墨添加到普通蛋白泡沫中，观察不同添加量对泡沫稳定性和耐热性能的影响，用控制变量法找到普通石墨与膨胀石墨的最佳配比，确定普通石墨与蛋白泡沫最佳添加量，使泡沫具有最佳发泡率、稳定性与耐热性能。

关键词：石墨；膨胀石墨；氟蛋白泡沫；抗烧性能；稳定性

中图分类号：TQ569 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0165-02

1 引言

目前应用的各种油品灭火剂大多存在耐火时间短、稳定性差等问题，基于现存各类油类灭火剂的种种不足，研究发现石墨、可膨胀石墨存在诸多优良特性，添加到普通蛋白泡沫中形成的泡沫体系对油类火灾的灭火工作有显著作用[1]。

2 试验方法

向蛋白泡沫液中加入石墨粉，在500毫升烧杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分别加入10ml、20ml、30ml、40ml、50ml、60ml石墨粉，经电动搅拌器搅拌后，静置；向蛋白泡沫混合液中加入膨胀石墨，在500毫升烧杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分别加入10ml、20ml、40ml、60ml膨胀石墨粉，经电动搅拌器搅拌后，静置。分别测量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到烧杯底部，立即放置在电磁波发射器热源下，保持泡沫表面与辐射加热面板的距离不变，记录热辐射条件下泡沫高度及烧杯底部油面高度随烘烤时间的变化，观察烘烤后的泡沫形貌。研究加粉体的改进泡沫的耐火性能及热稳定性。

用控制变量法，在500毫升烧杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液、90毫升水，20ml膨胀石墨粉，再分别加入10ml、20ml、30ml石墨粉，经电动搅拌器搅拌后，静置；在500毫升烧杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液，90毫升水，30ml膨胀石墨粉，再分别加入20ml、30ml石墨粉，经电动搅拌器搅拌后，静置。分别测量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到烧杯底部，立即放置在电磁波发射器热源下，保持泡沫表面与辐射加热面板距离不变，记录热辐射条件下泡沫高度及烧杯底部油面高度随烘烤时间的变化，观察烘烤后的泡沫形貌。研究加入粉体的改进泡沫的耐火性能及稳定性。

3 实验数据与实验现象分析

3.1 石墨粉体添加对泡沫性能影响分析

实验分析：结果表明，添加石墨粉，有效提高了泡沫灭火剂的抗烧时间。添加石墨，泡沫受热会膨胀，膨胀高度随着石墨量的增加先增加后减少，加入量为30ml时达到最好膨胀效果；添加石墨，泡沫受热表面形成黑色、光泽覆盖层，触感粘硬，覆盖层表面有螺旋细纹，纹理随石墨加入量增加变细密，覆盖层密度随石墨量增多而变大；随着石墨量的增加，泡沫发泡倍数渐低，稳定性减弱，泡沫密度增强，流动性变差；由图可知，石墨加入量为30ml时耐火性能最佳，膨胀效果最佳，覆盖层厚度适宜，前期泡沫高度随时间变化不明显，后期曲线变陡，抗烧时間增长。石墨量为40ml时抗烧性能也很优良，但后期泡沫高度随时间变化明显，耐热性能差，且加入40ml石墨对发泡率影响较大。石墨量为30ml时处于最佳配量。

3.2 膨胀石墨粉体添加对泡沫性能影响分析

实验分析：结果表明，添加膨胀石墨不影响泡沫发泡率；泡沫受热即膨胀，0.5min时有膨胀石墨粉体浮于泡沫表面，受热作用开始膨胀。添加膨胀石墨的泡沫膨胀作用优于添加普通石墨的泡沫，原因是：普通石墨粉体自身不发生膨胀，而且聚集在表面形成覆盖层，覆盖层比重较大，其自重增加了消泡速度。膨胀高度随着膨胀石墨量的增加而增加，加热初期增幅不显著，中期阶段随着泡沫表层膨胀石墨粉体的增加，膨胀作用显著，但是由于加热设备的局限，中期阶段温度降幅过大，膨胀倍数有所降低，影响实验结果。随着膨胀石墨量的增加，泡沫的耐烧时间变化不显著，稳定性降低，由图可知，与普通石墨相比，膨胀石墨的添加使水层的形成速度与形成高度都增加，泡沫的稳定性降低。膨胀石墨粉体在泡沫表面受热膨胀，粉体层变疏松，隔热与蓄热性能显著增强，不利于热量传递，有效减缓了消泡速度。由图可知，加热前期泡沫高度随膨胀石墨量增加变化趋缓，后期随添加膨胀石墨量增加变化趋陡，加入膨胀石墨量40ml时泡沫抗烧性能相对优异。

3.3 普通石墨与膨胀石墨粉体添加对泡沫性能影响分析

实验分析：由结果可知，加入石墨粉体，泡沫稳定性、泡沫发泡率随石墨量增加降低，泡沫耐热性能随石墨添加量增加增强，石墨最佳添加量为30ml；加入膨胀石墨粉体，泡沫稳定性随膨胀石墨量添加增加降低，泡沫发泡率随膨胀石墨添加量增加基本不变，泡沫耐热性能随膨胀石墨量增加增强，膨胀石墨最佳添加量为40ml。

随着粉体添加量的增加，泡沫稳定性降低，膨胀石墨与石墨呈层状结构，片状结构与泡沫接触，破坏泡沫，膨胀石墨层片结构比石墨明显，破坏作用相对突出，石墨量0-40ml、膨胀石墨0-30ml、粉体总量<=60ml时破坏作用相对较弱，泡沫稳定性相对较好；由实验结果，综合考虑膨胀石墨与石墨的性能，控制添加粉体量在30-60ml，使添加物质显著提高泡沫耐热性能，同时控制添加粉体对泡沫的稳定性的影响最低，由图表得知，膨胀石墨30ml、普通石墨20ml的添加量效果最佳。

添加粉体对发泡倍率的影响。添加30ml膨胀石墨与20ml石墨混合物，对发泡率降低幅度较小。添加物质对泡沫耐热性能的影响。膨胀石墨受热自身膨胀，温度越高，膨胀效果越好，1000℃时达到最大膨胀率，热试验中，泡沫表层覆盖膨胀石墨蠕状粉体，蓄热能力高，隔热能力强。普通石墨自身不膨胀，普通石墨的添加使加热过程中表层泡沫粘度增大，泡沫膨胀而不易胀破，形成较厚空气隔热层，增强耐热性，但石墨传热性能好，加快热量向非受热面传导，降低了泡沫抗热性能；将普通石墨与膨胀石墨混合添加到泡沫中，在热试验中，泡沫表面是二者的混合物，泡沫受热过程中形成双层覆盖层，表层膨胀石墨受热膨胀，蓄热、隔绝热传递同时膨胀吸收周围空气，有效延长泡沫耐火时间，底层泡沫受热膨胀形成空气隔热层，增强抗烧性能。与普通泡沫相比，高度降低到6cm时，添加粉体的泡沫受热时间为22min，普通蛋白泡沫为10min，大幅度提高了泡沫的抗烧时间。泡沫耐火性能提高，控制膨胀石墨20ml，分别加入10、20、30ml石墨，0-12min时泡沫高度随时间变化相对不明显，12min之后，随着石墨量的增加泡沫高度随时间变明显，加入量20ml时后期效果最好；控制膨胀石墨30ml， 分别加入20、30ml石墨，可以看出，12min前，石墨量多时，图表中泡沫高度变化相对小，泡沫性能优异，12min后，随着石墨量增多，高度变化曲线变陡，消泡速度增快；控制石墨20ml， 分别加入20、30ml膨胀石墨，随着膨胀石墨量增多，泡沫高度随时间变化不明显，从整体效果分析，添加30ml膨胀石墨与20ml石墨混合粉体效果最佳。

此试验，石墨、膨胀石墨均选用中性物质，不改变泡沫液酸碱性。石墨与膨胀石墨化学性质稳定，受热过程中不与泡沫液化学成分反应，膨胀石墨受热发生物理变化，对原泡沫化学组成无影响，不改变原泡沫液性能[2]。添加粉体自身无毒害作用，加热条件下无有害物质释放，石墨与膨胀石墨无粘附性，使用过后用清水即可冲洗掉，不会对环境造成二次污染，故此改进泡沫为绿色环保型产品，是未来泡沫的理想发展方向[3]。

4 泡沫性能的测定

参照采用《泡沫灭火剂通用技术条件GB15308-2006》测量制得泡沫25%、50%析液时间，晰液时间的测定表1所示。

5 实验结果

由此实验可得：向普通蛋白泡沫中添加石墨、膨胀石墨混合物，配比为石墨20ml、膨胀石墨30ml、氟蛋白泡沫液10ml、水90ml，经热试验验证，有效提高了泡沫抗烧性能，延长泡沫耐火时间120%。

参考文献：

[1]公安部政治部编.灭火战术[M].北京：群众出版社，2004.

[2]陈伟红，杜文锋.空心微珠对泡沫灭火剂发泡能力和稳定性影响研究[J].火灾科学，2008（1）：15-18.

[3]公安部天津消防科学研究所.GB 15308-2006，泡沫灭火剂通用技术条件[S].中国：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会，2006.