胶合板火焰蔓延特性研究

摘 要： 本文采用两面临空垂直燃烧的实验方法，取代传统的单体燃烧实验，对不同厚度胶合板的火蔓延特性进行研究，得出不同厚度胶合板火焰蔓延的规律，为胶合板的使用、防火设计提供实验基础。

关键词： 胶合板;火前锋位置;最大燃烧速率

胶合板是三大人造板材之一，由于其变形小、幅面大、施工方便、横纹抗拉性能好等优点，被广泛应用于各个领域，例如飞机、船舶、火车、汽车、建筑和包装箱等[1-3]。由于胶合板本身具有可燃性，在燃烧时会放出大量浓烟和有毒气体，会增加建筑物的火灾风险。胶合板一旦被点燃将会释放出大量的热量，进而会加速建筑内的火势蔓延。给火场人员逃生和消防员扑救带来难度，极易造成重大经济损失和严重的人员伤亡[4-6]。近年来，由胶合板引发的火灾事故越来越多，学者对胶合板燃烧的研究进度大大加快。不过对胶合板垂直壁面火蔓延试验研究却很少，这严重影响了胶合板防火性能的提高及其应用。本文以胶合板作为研究对象，探讨了不同板材厚度对胶合板两面临空垂直燃烧的燃烧速率和火前锋位置的影响。

1 实验材料与方法

本次试验采取小尺寸试验，试验材料为不同厚度的胶合板，厚度分别为5 mm、9 mm与12 mm，宽度为20 mm，高度为130 mm，离壁面距离为5 mm。

试验装置由接物盒、15 cm长耙型固定钉、100 cm钢尺、点火器、石膏板壁面和数码摄像机组成。接物盒收集燃烧过程中的滴落物;耙型固定钉固定试验材料，石膏板固定在外围，以此模拟材料在建筑物外两面临空垂直燃烧;在该石膏板上竖向粘贴100 cm 长的钢尺，以此来记录火焰前锋位置。点火器为点型点火器，人为对材料进行引燃，引燃材料后撤离火源;试验过程中，利用数码摄像机对试样火焰前锋位置数据进行采集解析。在所有试样下端20 mm处与上端10 mm处画线，将材料分为引燃区、试验区与预留区。先将试样用耙型钉固定到石膏板上，把试验平台上的竖向钢尺零刻度线对准材料下端20 mm画线处，用点型点火源引燃试样，当燃烧位置到达试验区（材料下端20 mm划线处）时摄像机开始摄像记录燃烧过程。试验过程中，火焰沿竖直方向均质向上蔓延，材料表面开始碳化并伴随着烟气产生，而后随火焰竖向蔓延程度越高，材料碳化加深、变脆并且龟裂，随着燃烧现象的加剧，材料有部分变形翘起，之后材料整体达到完全燃烧，最后熄灭。试验结束后，利用视频解析软件解析各时刻火焰前峰位置。

2 实验结果分析

2.1 火前锋位置

由图1可以发现：在前8 s内，厚度为9 mm的胶合板火前锋位置最高，其次是厚度为12 mm的试样，厚度为 5 mm的试样火前锋位置最低。8 s-35 s内，12 mm厚试样和5 mm厚试样的火前锋位置大致相同，而9 mm 厚试样的火前锋位置在三个试验组中始终处于最高位置，且比其余两组试样大5 cm左右。在实验结束时，9 mm厚试样火前锋位置达最高值48 cm，比5 mm厚试样高5 cm，比12 mm厚试样高10 cm。说明9 mm厚试样安全性能较差，12 mm厚试样安全性能最高。实验结果显示，火前锋位置并非随厚度增大而增大，而是在厚度9 mm—12 mm之间存在一个临界厚度H，达到临界厚度H之前，试样越厚，火焰前锋位置越高，火蔓延越快，达到临界厚度H之后，火蔓延速率变慢。

2.2燃烧速率

为进一步研究火蔓延特性的影响因素，通过火焰前锋位置的变化计算出燃烧速率。固体可燃物表面燃烧速度一般定义为火焰前锋位置对于试样表面的移动速率，具体计算公式如公式1所示。

式中：Vt为燃烧速率，cm/s;Xp（t+△t）为时刻火焰前锋的位置，cm;Xp（t）为t时刻火焰前锋的位置，cm。

通过公式（1）计算出每组的最大燃烧速率，如表1所示。

对表1分析可得：胶合板在相同宽度、与壁面距离一致的情况下，在厚度9 mm～12 mm之间存在一个临界厚度H，在临界厚度H之前，试样越厚，最大燃烧速率越慢，达到临界厚度H之后，最大燃烧速率随着厚度的增加而加快。这一发现与火前锋位置实验结果一致。

3 结论

采用两面临空垂直燃烧的实验方法对不同厚度胶合板火蔓延特性进行了研究，研究发现胶合板在厚度9 mm～12 mm之间存在临界厚度H，达到临界厚度H之前，火前锋位置和最大燃烧速率随厚度的增加而增大，达到临界厚度H之后，这种趋势逆转，即火前锋位置和最大燃烧速率随厚度的增加而减小。

参考文献

[1]吴盛富， 翁甫金， 马英刚. 我国胶合板产业的发展建议[J]. 木材工业， 2016， 30（2）：44-47.

[2]陈志， 袁嘉伟， 李业添，等. 阻燃胶合板燃烧性能的研究[J]. 山东化工， 2016， 45（20）：45-46.

[3]王雅梅. 中国人造板工业加快转型[J]. 国际木业， 2017（11）：52-52.

[4]黄杰， 张莹佳， 杨文艺，等. 环保型胶合板用脲醛树脂胶粘剂制备工艺研究[J]. 常熟理工学院学报， 2017， 31（2）：120-124.

[5]王瑞， 吕斌， 唐召群，等. 对我国胶合板产业发展的几点建议[J]. 林产工业， 2016， 43（1）：19-22.

[6]李迁，朱国庆，陆峰.薄型材料两面临空竖向燃烧特性实验研究[J].消防科學与技术，201，34（10）：1275-1283.

作者简介：罗静，男，汉族，1982.4，湖北宜昌，在读博士研究生，西南林业大学消防学院工作，讲师，主要研究材料燃烧行为与消防工程。