材料燃烧性能

材料燃烧性能（精选十篇）

材料燃烧性能 篇1

1 现行A级燃烧性能等级的分级与判定

建筑材料的燃烧性能等级的划分依据是GB 8624《建筑材料燃烧性能分级方法》,历经1988年版、1997年版、2006年版、2012年版。其中,GB 8624-1997年版应用于1997—2006年,增设的A级复合(夹芯)材料及有关检验标准一直影响至今;2006年版与2012年版标准内容差别不大。现行国家标准GB 8624-2012于2013年10月1日实施,采用欧盟分级标准体系的技术内容,将A级材料分为A1、A2两个级别,且规定凡是要通过本等级的材料必须满足下一等级材料性能要求,即该材料必须通过下一等级有关的试验。因此,与1997版标准差异较大。以平板状材料为例,A级材料的分级标准见表1、表2。

相较于1997版GB 8624,A级材料在现行标准中另一大变化即是材料类别的重新定义。1997 版GB 8624中分A级匀质材料、A级复合(夹芯)材料。A级复合(夹芯)材料一般是指由可燃、难燃材料作芯材,外覆一定厚度的不燃材料组成“三明治”结构的建筑材料(如图1所示)。但在现行GB 8624中,将材料分为匀质材料和非匀质材料,原1997版标准中的A级复合(夹芯)材料归类为非匀质材料。因此,归类不同,A级燃烧性能等级的分级与判定相应发生变化。

2 复合材料燃烧性能等级解析与认识

在当前大量应用的工程材料中,有机材料-聚氨酯、聚苯乙烯(挤塑XPS、模塑EPS)、酚醛等均存在着密度低(高膨胀性)、导热率低、理化性能好等工程应用优势,但也普遍存在易燃(热值高)、毒性大等缺陷;与之相反,许多无机材料则存在难燃、密度大、导热率高的特点。

2.1 匀质类复合材料的燃烧性能

根据GB 8624-2012,其内部具有均匀密度和组分的制品即为匀质材料,则由不同材料均匀混合而成的复合材料当属此类。比较典型的材料是胶粉聚苯颗粒保温砂浆(板,),它由胶粉料、聚苯颗粒等有机成分和水泥、添加剂等无机成分均匀混拌而成,如图2、图3所示。

根据GB 8624—2012,上述匀质类复合材料如需达到燃烧性能A级(最低级为A2级),需满足单体燃烧SBI试验(GB/T 20284)和不燃性试验(GB/T 5464);或SBI试验和热值试验(GB/T 14402)。大量实践表明,上述匀质类复合材料多数均能通过单体燃烧SBI试验(GB/T20284)。此时,材料的燃烧性能取决于其不燃性试验(炉内温升 ΔT≤50 ℃;质量损失率 Δm≤50%;持续燃烧时间tf≤20s)或热值试验(总热值PCS≤3.0 MJ/kg,总热值PCS≤4.0 MJ/m2),而这主要是由材料中的有机成分决定的,无机材料的热值或燃烧性能均影响甚微。

以胶粉聚苯颗粒保温砂浆(板)为例,如需通过A2级热值试验,则需整体制品的总热值PCS≤3.0 MJ/kg,这意味着整体制中膨胀型聚苯乙烯(EPS)颗粒的质量占比不得超过1/13(假设其他组分的热值为0),由此推演出整体制品的密度约为EPS的13倍,即200kg/m3左右。由于部分无机成分在高温下发生分解吸热反应,试验中可能测得热值为负值(如水泥-0.5,硅酸镁铝-0.3,水镁石-0.3,等),由此会影响到有机成分的质量占比。目前已有科研人员研制出密度约为160kg/m3的A2级复合聚苯颗粒保温板,且已接近A2级标准的极限。

以胶粉聚苯颗粒保温砂浆(板)为例,如需通过A2级不燃性试验,则需试验炉内温升 ΔT≤50 ℃,且质量损失率 Δm≤50%,持续燃烧时间tf≤20s。假设其所含无机成分高温下无质量损失,则其所含有机成分质量比最多不得超过50%。实践中,各类无机材料不燃性试验质量损失率 Δm均在20%左右(见表3)。所以,A2级材料中有机成分质量占比一般不可能超过30%。除此之外,炉内温升、持续燃烧时间也均制约着此类材料的性能。

由水镁石、海泡石、玻化微珠等无机材料均匀混合的复合硅酸镁铝保温板可达到A级标准要求;由相变保温胶囊和胶粉料等有机与无机材料均匀混合的ftc相变保温砂浆,在合理控制有机材料数量时,可以达到A级要求;而主要由聚苯颗粒等有机材料组成的真金板(PROP-OR,热固性保温材料),基本达不到A级。

2.2 非匀质类复合材料的燃烧性能

非匀质材料是由一种或多种主要或次要组分组成的制品。其中,单层面密度≥1.0kg/m2或厚度≥1.0mm的一层材料即视为主要组分,否则为次要组分。目前市面中常见的复合(夹芯)材料即是典型的非匀质类材料。

根据GB 8624-2012,对A2级非匀质制品的热值的检验标准为:主要组分的燃烧热值PCS≤3.0 MJ/kg,外部次要组分的燃烧热值PCS≤4.0 MJ/kg,内部次要组分的燃烧热值PCS≤4.0MJ/m2,且整体制品的总热值PCS≤3.0 MJ/kg。由此可见,只要复合材料的“三明治”结构任一层组分是有机材料,则其必然达不到新标准A2级要求。而1997版中只是规定了样品的总燃烧热值PCS≤4.2 MJ/kg,根据燃烧热值的计算公式可知,当复合材料中的无机成分面密度相对较大时,材料的总燃烧热值就会变小,从而可以达到1997版标准的要求。因此,部分复合材料生产厂家通过增加外层无机材料的厚度来降低材料的总燃烧热值,以满足1997版标准要求。这样做只是降低了材料发生火灾的难度,并未从根本上解决问题,一旦材料被引燃,其产生的热量依旧极具危害性。

当采用不燃性试验时,非匀质制品与上文提到的匀质类复合材料存在的问题一样。因此,目前市场上常见的水泥复合聚苯板(芯材为EPS或XPS)、复合酚醛、复合聚氨酯板均为B1级材料;硅酸钙板、铝塑板等材料复合岩棉板而成的装饰保温一体板,依所复合的材料不同分别可以达到A级或B1、B2级要求。

3 结论

(1)组分仅包含无机成分的建筑材料,燃烧性能一定为A(A1或A2)级;仅包含有机成分的建筑材料,燃烧性能一定不是A(A1或A2)级。碳化钙、碱金属等特殊材料不能与建材等同。

(2)多种材料均匀混合而成的复合材料按匀质材料对待,多种材料分层叠加而成的复合材料应按非匀质材料对待。结构不同的复合材料的燃烧性能可能存在本质区别,尽管材料组成成分可能相近或相同。

(3)对于非匀质材料(常以“三明治”结构出现,也称复合夹芯材料),其燃烧性能不仅与材料整体性能有关,而且很大程度上要取决于材料中每种组分的性能。

(4)对于匀质材料,随着建筑材料混合物组分中的有机成分增多,燃烧性能由不燃A(A1)趋向于易燃B3(F);且这种变化取决于各组分的质量,而非体积。

(5)表观(体积)上以有机材料为主的匀质复合材料燃烧性能可能能达到A(A2)级,但其有机成分的质量百分比一定不超过50%,一般不超30%。且市场上可见到的A2匀质复合材料整体密度一般不小于180kg/m3。

参考文献

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材料燃烧性能 篇2

建筑材料不燃性试验方法(GB 5464 --85)是判定建筑材料是否具有不燃性的一种试验方法

属于不燃性材料的建筑材料有钢材、混凝上、钢筋混凝土、粘上砖瓦、石膏板、玻璃、陶瓷、石材以及含有少量有机胶粘剂的陶瓷棉毡、板等，不燃性材料无潜在的火灾危险，因此《建筑设计防火规范》(GBJ 16-87)要求耐火等级为一级的建筑物的建筑构件必须采用不燃性材料制作;耐火等级为二级的建筑物除吊顶以外的其他建筑构件均必须采用不燃性材料制作。从消防角度考虑，不燃性材料是室内装修的最理想使用材料

2.建筑材料难燃性试验方法

建筑材料难燃性试验方法((GB 8625-88)是在规定试验条件下.判断建筑材料是否具有难燃性的一种试验方法

难燃性建筑材料受到火烧或高温作用时难起火、难微燃、难碳化，井且当火源移走后.燃烧或微燃立即停止如水泥木屑板、纸面石膏板、涂刷防火涂料的木板等，

属于这一级别的材料多为

有机、无机复合材料。

3.建筑材料可燃性试验方法

建筑材料可燃性试验方法(GB 8626-88)是在规定的条件下判定建筑材料是否具有可燃性的试验方法

可燃性材料受到火烧或高温作用能立即起火燃烧，当火源移走后，仍能继续燃烧。有机材料多属于可燃性材料，如木材、纤维板、聚氯乙烯塑料板、橡胶地毯等。可燃性材料火灾危险性大，在建筑中要严格限制使用。

材料燃烧性能 篇3

关键词：剑麻纤维；聚丙烯；硅烷偶联剂；复合材料；性能

剑麻，是一种常见的龙舌草属植物。用天然纤维——剑麻增强PP材料有很好的优势。它符合材料向绿色化，可回收的要求。剑麻纤维（SF）可用来制造的地毯、内墙装饰、衬垫等。鉴于剑麻具有密度小、比强度和比模量高、价格低廉等优点，其作为复合材料中的增强材料将具有广泛的应用空间。剑麻纤维经过改性处理， 一方面提高了纤维素的含量和力学性能， 另一方面处理后的纤维表面积增加， 改善了纤维和树脂的界面. 利用处理纤维制备的复合材料的摩擦系数适中， 随温度波动小， 表明剑麻纤维可能可以代替石棉在摩擦材料中的应用[1]。一些实践表明，采用剑麻布作为抛光材料无论在效率或是效果上要明显优于普通棉布和化纤布类[2]。

由于剑麻纤维中存在大量羟基，具有亲水性，而大部分聚合物具有憎水性，不利于纤维与塑料基体的界面粘结[3]。聚丙烯接枝马来酸酐（PP-g-MAH）作为界面相容剂，与PP有着良好的相容性，可改善天然纤维与PP的相容性。

1.方案设计

本文选PP作为基体塑料，改性SF作为增强剂，PP-g-MAH作为界面增容剂。将SF通过碱和硅烷偶联剂表面处理后与PP、PP-g-MAH通过共混挤出，注塑等工艺得到PP/SF/PP-g-MAH复合体系。

2. 实验部分

2.1.偶联处理

将烘干的剑麻纤维用浓度5%的硅烷偶联剂和KH-55的乙醇制得的硅烷偶联剂溶液浸泡1.5h，然后用去离子水洗净，放在80℃的烘箱中烘至恒重。最后用剪刀将剑麻纤维剪成3mm至5mm的短纤维。

将剪好的剑麻纤维、PP、PP-g-MAH按照一定配方在高速混合机中混合均匀，备用。

2.2 挤出实验

依次接通挤出机的总电源和加热开关，设置各段温度如表3所示，待温度升至设定温度后，恒温半小时。

检查冷却系统和真空系统的气密性，打开水阀启动冷却系统，将备用的原料加入料筒中进行挤出造粒实验。其中喂料频率设置为46.8Hz，主机频率设置为8.0Hz 。将造好的粒料在温度设置为80℃ 的烘箱中烘干至恒重。将第一次挤出造粒得到的原料再在相同条件下进行第二次挤出造粒，最后将粒料在温度设置为80℃ 的烘箱中烘干至恒重，备用。

2.3 注塑成型实验

打开注塑机的电源开关，将注塑机各区温度设置如表4所示，启动加热，当温度到达设置温度后，恒温30min后，加料，设置注塑机为半自动，开始注塑成型。

将注塑好的样条在干燥环境中放置24h，得到剑麻纤维复合材料。

2.4 燃烧性能测试

本方法是采用水平的夹住试样的一端，对试样段施加规定的气体火焰，通过测试线性燃烧速度来评价试样的燃烧性能。

选取注塑样条尺寸长为125mm，宽为13mm，厚为3mm。在距离试样一端25mm和100mm处垂直于长轴画两条标线。将试样水平加持在试样夹上，试样与纵轴平行，与横轴倾斜45?，在下方放一水盘，点着本生灯并调节火焰，是灯管在垂直位置时火焰高度为20mm，将本生灯倾斜45?。打开电源，运行，通过“计时控制”按钮记录样条从第一条标线烧至第二条标线的时间。取三条样条的平均燃烧时间，根据下述公式计算燃烧速率。

3.讨论

由表7可知，随着剑麻纤维含量的增加PP复合材料的水平燃烧速度增加。PP属于易燃塑料，而剑麻纤维其体表面积比较小，也非常容易燃烧，且其燃烧速度要快于PP材料，所以随着改性SF含量的增加，其燃烧速度成增长趋势。若在SF改性方面考虑阻燃的性能，通过阻燃改性后将进一步拓宽其应用范围。

参考文献：

[1]梁小波，杨桂成，曾汉民.剑麻纤维增强复合材料的研究进展[J]，中山大学聚合物复合材料和功能材料教育部重点实验室，材料导报，2005，19（2）：63.

[2]XU Xin，CHENG Guangxu，LIU Feiqing.Modifying of sisal and frietion Performance of the sisal reinforcedresin composite，Acta Materiae Compositae Sinica ， 23（1）， 129（2006）.

外墙保温材料的燃烧性能研究 篇4

在公安部、住房和城乡建设部联合下发的《民用建筑外墙保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)、公安部下发的《关于进一步明确民用建筑外保温材料消防监督管理有关要求的通知》(公消[2011]65号)中对B1和B2级保温材料没有明确规定使用热塑性还是热固性保温材料,但在辽宁省公安厅、辽宁省住房和城乡建设厅联合下发的《辽宁省民用建筑外墙保温系统防火暂行规定》(辽公通[2014]234号)中明确规定,当采用B1级保温材料时,应采用热固性保温材料。热固性保温材料第一次被纳入建设工程消防监督管理规程。

为深入了解热固性保温材料与热塑性保温材料的防火性能的差异,准确评价热固性保温材料的防火安全性能。笔者依据GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》要求,采用GB/T 20284《SBI单体燃烧实验》、GB/T 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为实验》、GB/T 8626-2007《建筑材料可燃性实验》规定的方法,实验研究了热固性和热塑性外墙保温材料的防火安全特性差异,并对其燃烧性能进行分析评价。

1 实验研究

1.1 样品筛选

筛选了2种热固性外墙保温材料(酚醛保温板、改性聚苯板),2种热塑性外墙保温材料(挤塑聚苯乙烯泡沫EPS保温板、模塑聚苯乙烯泡沫XPS保温板)用于实验研究,具体规格如表1所示。

2 实验结果与评价分析

2.1 SBI单体燃烧实验

按照GB/T 20284要求进行实验,4种保温材料的SBI实验结果如表2所示。由表2可知,热固性保温材料在各项SBI燃烧性能指标上明显优于热塑性保温材料,酚醛保温板、改性聚苯板和EPS保温板的性能达到B1级,而XPS保温板的燃烧增长速率指数远远大于B1级的SBI技术指标,防火性能最差。此外,FIGRA值越大,表面材料受热分解释放热量的速率越快,促进火焰发展的可能性越大,材料火灾危险性也就越大。由测试数据可知,发生火灾的危险性由高到低依次为:XPS保温板,EPS保温板,酚醛保温板,改性聚苯板。

表1 实验研究用保温材料的样品规格参数

表2 4种保温材料的SBI实验参数对比

实验燃烧过程中,酚醛保温板、改性聚苯板表面无明显火焰,燃烧过后表面炭化,产烟量少,如图1所示。而EPS保温板、XPS保温板实验中,燃烧时间长,表面融化收缩现象严重,并有大量烟尘,如图2所示。由图1、图2可以看出,改性聚苯板的火焰扩展最小,XPS保温板的火焰扩张最大,且有黑色滴落物产生。综合实验现象的直观分析,阻燃性能由高到低依次为:改性聚苯板、酚醛保温板、EPS保温板、XPS保温板。

图1 酚醛保温板、改性聚苯板SBI实验燃烧后照片

图2 EPS保温板、XPS保温板SBI实验燃烧后照片

2.2 氧指数实验

按照GB/T2406.2-2009要求进行实验。氧指数越小,连续燃烧所需氧气的浓度越低,材料越易燃。4种保温材料的氧指数实验结果,如表3所示。由表3可知,酚醛保温板、改性聚苯板、EPS保温板氧指数均达到B1级标准,XPS保温板氧指数不合格。4种试样的阻燃性能由高到低依次为:酚醛保温板、改性聚苯板、EPS保温板、XPS保温板。

表3 4种保温材料的氧指数实验参数对比

2.3 可燃性实验

按照GB/T 8626-2007要求,分别对试样进行表面点火和边缘点火实验,4种保温材料的可燃实验结果如表4所示。EPS保温板、XPS保温板试件呈融化收缩状态,酚醛保温板、改性聚苯板表面呈炭化状态,无热收缩现象,XPS保温板试件有滴落物产生引燃试纸,没达到B1级标准。

表4 4种保温材料的可燃实验参数对比

2.4 结论

按GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》的规定,合格的B1级保温材料,必须符合SBI单体燃烧实验,氧指数实验和可燃性实验的技术指标,根据表2~表4综合分析,热固性保温材料的阻燃性能优于热塑性保温材料。热固性材料燃烧后没有滴落物,无2次引火源产生火灾的危险,达到B1级保温材料标准,而XPS保温板达不到B1级保温材料标准,EPS保温板虽然达到B1级保温材料标准,但氧指数偏低,应用中存在一定的火灾危险。

3 结束语

热固性保温材料具有良好的防火阻燃性能,可增大其使用中使用范围,提高建筑物的防火性能。而热塑性外墙保温材料的防火阻燃性能较差,不宜大范围使用。

摘要：采用SBI单体燃烧实验、塑料用氧指数法测定燃烧行为试验、建筑材料可燃性试验研究了热固性保温材料和热塑性保温材料的防火性能差异。试验样品为XPS保温板、EPS保温板、酚醛保温板、改性聚苯板。结果表明:热固性保温材料

关键词：的阻燃性能最好,无2次引火源产生火灾的危险。关键词:热固性保温材料,热塑性保温材料,防火性能

参考文献

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材料燃烧性能 篇5

摘要：以Al2O3为载体材料，采用共沉淀-浸渍法、溶胶凝胶-浸渍法、共沉淀法和溶胶凝胶法制备了纳米级含Pd催化剂，用于低浓度甲烷催化燃烧性能实验研究。应用BET法测试催化剂的比表面积和孔径分布，程序升温还原（TPR）和程序升温脱附（TPD）技术表征催化剂表面性能。在固定床微型反应装置上评价催化剂的活性和稳定性。结果表明，溶胶凝胶法制备的催化剂具有较高的活性和稳定性。空速5 000 h-1条件下，转化率达10%时，对应的转化温度T10为280 ℃；转化率为90%时，对应的转化温度T90为440 ℃；反应温度恒定在450 ℃，反应时间在5 000 min内，1%CH4催化燃烧的转化率稳定在99%。

关键词：CH4催化燃烧；钯催化剂；催化剂制备

中图分类号：O643文献标志码：A

文章编号：1672-1098（2016）02-0030-06

Abstract：With the methods of co-precipitation impregnation， sol-gel impregnation， co-precipitation method and sol-gel， in application and Al2O3 as the carrier material， the nanophrase Pd is in place to analyze methane combustion. The test method of BET is put in place for the specific surface area and pore size distribution of the catalyst， with the surface properties catalyzed by temperature-programmed reduction （TPR） and desorption （TPD）. The reaction activity and stability of catalysts have been tested by a fixed bed micro reactor. The outcome has established an exhibition of a higher degree of activity and stability more under the method of sol-gel catalyst preparation， with the conversion rate of 10% and the temperature of 280 ℃ under T10， and the conversion rate of 90% and the temperature of 440 ℃ under T90 at the airspeed of 5 000h-1. The conversion rate of the 1% CH4 is at a steady 99%， under the condition of 450 ℃ and 5 000 min.

Key words：CH4 catalytic combustion； Pd catalyst； catalyst preparation

高浓度瓦斯矿井占我国总矿井数的一半以上。煤炭开采过程中，抽排的乏风瓦斯中甲烷的平均浓度在0.74%左右[1]。大量的乏风瓦斯的排空不仅造成温室气体的增加，而且损失了宝贵的可利用资源。开拓低浓度CH4的高效利用途径和技术具有积极的现实意义。

对煤炭瓦斯的利用有多种形式，如通风瓦斯热氧化技术、催化氧化技术和混合燃烧技术，其中催化燃烧技术以其耗能低，污染物少，转化率高的优势受到关注和重视[2-4]。催化燃烧不仅可以降低燃烧温度，同时可以大大减少高温下NOx的生成。含有贵金属Pd的催化剂表现出较高的催化燃烧活性[5]。比表面积大和成本低的Al2O3材料适宜作为贵金属Pd催化剂的载体[6]。CeO2和ZrO2组合不仅拥有良好的储放氧能力[7-9]，并且ZrO2的存在可以提高催化剂的抗水蒸气中毒的能力[10]，因而被认为是优良的催化助剂[11]。本文从制备方法的角度，研究不同制备方法对催化剂性能的影响。

1实验

1.1共沉淀-浸渍法制备催化剂

秤取化学计量比（4∶1∶15）的Ce（NO3）3·6H2O（分析纯，国药集团上海试剂厂）、Zr（NO3）4·5H2O （ 分析纯 ， 上海展云化工有限公司 ） 和Al（NO3）3·9H2O（分析纯，天津福晨试剂厂），溶于去离子水中[12-16]。加入与Ce3+物质的量的H2O2，作为氧化剂[17]。60 ℃水浴锅中剧烈搅拌30 min，逐滴加入4.0 mol/L的氨水直至pH等于10.0。继续剧烈搅拌2 h，静置、陈化24 h、抽滤和洗涤。120 ℃干燥2 h，300 ℃焙烧1 h，750 ℃焙烧2 h。等体积浸渍法，将Pd2+1负载到催化剂载体上，300 ℃焙烧1 h，750 ℃焙烧2 h ， 得到催化剂 a ：PdO / 0.2CeO2-0.05ZrO2-Al2O3。

1.2溶胶凝胶-浸渍法制备催化剂

秤取化学计量比（4∶1∶15）的Ce（NO3）3·6H2O、Zr（NO3）4·5H2O和Al（NO3）3·9H2O，柠檬酸[18-19]（分析纯，国药集团上海试剂厂） 的加入量与溶液中的硝酸根离子物质的量相同。溶于去离子水中，85 ℃水浴锅内搅拌均匀，逐滴加入4 mol/L的NH3·H2O，至pH等于6.0，得到溶胶，继续搅拌得到干凝胶。300 ℃下焙烧1 h，750 ℃下焙烧2 h。等体积浸渍法，将Pd2+负载到催化剂载体上，300 ℃焙烧1 h，750 ℃焙烧2 h，得到催化剂b： PdO/0.2CeO2-0.05ZrO2-Al2O3。

1.3共沉淀法制备催化剂

秤取化学计量比（4∶1∶15）的Ce（NO3）3·6H2O、Zr（NO3）4·5H2O和Al（NO3）3·9H2O，溶于去离子水中，加入H2O2和PdCl2的盐酸溶液。60 ℃水浴锅中剧烈搅拌30 min，逐滴加入4.0 mol/L的氨水直至pH等于10.0。继续剧烈搅拌2 h，静置、陈化24 h、抽滤和洗涤。120 ℃干燥2 h，300 ℃焙烧1 h，750 ℃焙烧2 h。制得催化剂c： PdO-0.2CeO2-0.05ZrO2-Al2O3。

1.4溶胶-凝胶法制备催化剂

秤取化学计量比（4∶1∶15）的Ce（NO3）3·6H2O、Zr（NO3）4·5H2O和Al（NO3）3·9H2O溶于去离子水中，柠檬酸的加入量与溶液中的硝酸根离子物质的量相同，加入PdCl2的盐酸溶液。85 ℃水浴锅内搅拌均匀，逐滴加入4 mol/L的NH3·H2O，至pH等于6.0，得到溶胶，继续搅拌得到干凝胶。300 ℃下焙烧1 h，750 ℃下焙烧2 h。制得催化剂d： PdO-0.2CeO2-0.05ZrO2-Al2O3。其中，Pd含量占催化剂的4%。

1.5催化剂表征

（1） BET检测

采用北京金埃谱科技有限公司生产的V-Sorb 4800P比表面及孔径分析仪，测定样品的比表面积、孔体积和孔径分布。测试气体高纯N2和He，在液氮下进行样品吸附及脱附等温线测定，BET法测定比表面积，BJH法计算总孔体积和孔径分布。

（2） 程序升温还原（H2-TPR） 取150 mg催化剂置于石英反应管中，空气氛中600 ℃预处理1 h，冷却至20 ℃，改通5% H2的H2/N2混合气（30 mL·min- 1）至基线稳定后，以10 ℃·min- 1升温速度进行程序升温，热导池检测器[20]。

（3） 程序升温脱附（O2-TPD）

取150 mg催化剂置于石英反应管，O2下，600 ℃氧化2 h，后降温至25 ℃。通入99.99% 的N2 （30 mL·min- 1）至基线稳定后，以10 ℃·min- 1升温速度进行程序升温至600 ℃，热导池检测器。

1.6催化剂活性评价

催化剂活性测试采用微型固定床反应器，反应器为石英玻璃管。测试催化剂粒度，40～60目，用量150 mg。反应气体积比CH4∶O2∶N2为1∶19∶80，空速5 000 h-1。反应尾气通入GC 9800色谱仪（中国上海科创仪器有限公司）中，测试CH4含量[21]。色谱条件：氮气作载气（纯度99.99%）；色谱柱为填充柱，固定相为 TDX-01，色谱柱长度2 m；检测器为 TCD；柱箱温度140 ℃；检测器温度120 ℃；六通阀进样，用气相色谱仪在线检测分析原料气和尾气中CH4的浓度，并绘制催化剂活性曲线。

甲烷转化率在10%和90%时所对应的温度用T10和T90表示，其中T10定义为甲烷催化燃烧的起燃温度，T90定义为甲烷催化燃烧的完全转化温度。催化剂性能评价测试温度范围为200 ～650 ℃。

2结果与讨论

2.1催化剂活性测试

相同空速5 000 h-1下，催化剂上CH4催化燃烧的转化率随反应温度的变化如图1和表1所示。由图1可知，由溶胶凝胶法制备的催化剂（d），表现出较低的起燃温度T10和完全转化温度T90。其中，T10为280 ℃，T90为440 ℃。其它制备方法制备的催化剂上CH4的催化燃烧活性由高到低依次是溶胶凝胶-浸渍法制备的催化剂（b），其T10为370 ℃，T90为550 ℃；共沉淀-浸渍法制备的催化剂（a）其T10为400 ℃，T90为560 ℃；而由共沉淀法制备的催化剂（c）的起燃温度T10高达450 ℃，完全转化温度T90等于615 ℃。由此可见，催化剂的制备方法对CH4催化燃烧活性有较大的影响。溶胶凝胶法制备的含Pd催化剂，PdO在催化剂内部分布均匀，且由于添加柠檬酸，催化剂在干燥焙烧过程中形成了发达的孔隙结构，气体扩散到催化剂内表面的阻力较小，从而使反应较快进行；而采用共沉淀法制备的催化剂，由于反应过程中各硝酸盐与碱溶液形成沉淀的溶度积不同，导致沉淀速度不同，可能使形成的含Pd化合物被包裹在内，经过洗涤、干燥、焙烧后，裸露在表面的PdO含量远远低于预算的4%，从而使催化剂活性变差。对于浸渍法制备的催化剂，溶胶凝胶法制备的催化剂载体比共沉淀法更加均匀，催化助剂CeO2、ZrO2与Al2O3及活性组分PdO之间具有良好的协同作用，因而溶胶凝胶-浸渍法制备的催化剂活性均比共沉淀-浸渍法制备的催化剂活性高。

不同空速条件下，同一催化剂上CH4催化燃烧的转化率随温度的变化，如图2所示。空速越高，反应体系内各反应物在反应器内的停留时间缩短，当CH4转化率达到同一水平时所需要的反应温度更高。空速为2 400 h-1，5 000 h-1和10 000 h-1时对应的（d）的起燃温度T10分别为270 ℃、280 ℃和310 ℃，完全转化温度T90分别为380 ℃、440 ℃和480 ℃。图2中（c）所示，当空速达到10 000 h-1时，温度升至650 ℃，仍不能完全转化。

2.2比表面积与孔径测试

不同制备方法对应的比表面积和孔径分布，如表2所示。从表2可知，催化剂比表面积由大到小依次是c>a>d>b，这个顺序与催化上CH4所表现的催化燃烧性能的顺序d>b>a>c不能很好的对应。其中，共沉淀法制备的催化剂（c）虽然具有最大的比表面积，但由于沉淀过程中活性组分易包裹在催化剂内部，造成活性组分分布不均匀且不能够暴露在表面与CH4分子接触，因而影响了催化剂的反应活性。对比催化剂（a）和（c），（b）和（d）可以看出，采用等体积浸渍法之后，浸渍组分覆盖了原有的微孔，导致催化剂的比表面积下降。催化剂孔径分布由大到小依次是a>c>b>d，孔径与比表面积大小恰好相反，比表面积小的，孔径反而更大一些。活性组分浸渍过程中，催化剂的微孔减少，使得比表面积值减小，大孔径相对较多。

2.3TPR

TPR测试催化剂的表面性能，对应催化剂的反应活性。催化剂的TPR图谱如图3所示，催化剂还原峰最高峰温Tm越低，还原峰面积越大，则对应催化剂的氧的活性越高，数量越多，对应的催化剂活性越高。图3中催化剂（a）

的还原峰（H2吸附峰）最高峰温Tm为86 ℃，（b）的还原峰Tm为82 ℃，（c）的TPR曲线比较平滑，催化剂在H2气氛下，表现的吸附性能较差，（d）的最高还原峰温为99 ℃。催化剂（d）在出现还原峰之前，出现一个较大的脱附峰，两峰相互影响，导致还原峰Tm后移。从图3中可以得出，催化剂（d）的还原峰最多，峰面积最大，（b）次之，（c）在图中不能表现出还原峰。催化剂的峰面积大小比较d>b>a>c，这与催化剂的活性相一致。

2.4O2-TPD

催化剂的TPD谱图，如图4所示。TPD峰是氧的脱附峰，峰面积越大说明氧气的脱附量越多。氧脱附峰面积由大到小依次是1>2>4>3，这个顺序与催化剂上CH4催化燃烧反应的活性不吻合。说明催化剂上CH4的催化燃烧与Pd-O键的强弱有关，弱的Pd-O键更有利于活化CH4分子并发生氧化反应。

2.5催化剂稳定性

催化剂的稳定性测试结果如图5所示。恒定反应温度为450 ℃ 。在空速10 000 h-1 的条件下 ，5 000 min内，催化剂（d）的转化率一直维持在99%；相同条件下，催化剂（b）的转化率在测试初期阶段由80%增长到99%，并稳定在99%。空速5 000 h-1，5 000 min内，催化剂（a）的转化率随着时间的增加，转化率持续增长，并稳定在80%左右；催化剂（c）的转化率较低，在10%左右。催化剂（a）、（b）和（d）较高的催化反应稳定性与催化剂中Pd-Ce-Zr-Al四者的相互作用有关。

3结论

（1）制备方法对催化剂活性有较大影响，在本实验中，溶胶凝胶法制备的催化剂活性最高，转化率在10%时，对应转化温度T10为280 ℃，转化率为90%时，对应转化温度T90为440 ℃。溶胶凝胶-浸渍法活性次之，共沉淀法制备的催化剂活性最差。

（2）四种制备方法，对催化剂比表面积和孔结构影响较大，共沉淀法制备的催化剂比表面积最大129.0 m2/g，浸渍后，催化剂的比表面积下降至101.44 m2/g，但仍比溶胶凝胶法所制备的催化剂比表面积92.1 m2/g大。

（3）不同方法制备的Pd-Ce-Zr-Al催化剂稳定普遍较高，溶胶凝胶法制备的催化剂稳定性最高，在450 ℃，空速10 000 h-1，5 000 min内，催化剂转化率稳定在99%左右。

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铺地材料燃烧性能测试方法的研究 篇6

1临界辐射通量试验及其影响因素

1.1 简 介

临界辐射通量试验来自GB/T 11785-2005《铺地材料的燃烧性能测定 辐射热源法》,等同采用EN ISO 9239-1:2002标准。该方法是在试验燃烧箱中,用小火焰点燃水平放置并暴露于倾斜的热辐射场中的铺地材料,计算火焰传播距离并通过辐射通量校正曲线转化为临界辐射通量,评估其火焰传播能力;同时通过烟测系统,计算其产烟量,评估其产烟特性。试验装置如图1所示。

1.2 影响因素

试验结果受烟道内气体流速、辐射通量校正曲线、基材及材料粘附方式等因素的影响,所以测试应在严格规定下进行,结果才会具有良好的重现性和准确度。

1.2.1 烟道内气体流速

标准规定的烟道内气体流速为(2.5±0.2) m/s,为测定气体流速对临界辐射通量值的影响,笔者在保证燃气/空气的比例及流量一定的基础上,通过控制变频风机的频率,调整气体流速为0、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 m/s,分别进行测试。测试结果显示,部分地毯材料的临界辐射通量值与气体流速呈良好的线性关系,如图2所示。

对于部分木地板,由于蔓延的火焰相对较小,气体流速的提高会直接使火焰熄灭而导致试验结果偏小。通过试验,笔者发现气体流速对辐射通量的影响主要通过以下两种方式:一是助燃;二是阻燃(直接吹灭火焰)。两种影响方式同时存在,具体影响因材料的难燃程度而异。另外,烟道内气体流速的大小,直接影响产烟量的计算,过小的流速将导致部分粉尘积聚于测烟管道内,在吹扫空气的吹扫下干扰试验,导致产烟量偏高。

因此,为保证试验结果(临界辐射通量、产烟量)的准确性及可重复性,烟道内气体流速必须严格控制在标准规定范围内。

1.2.2 辐射通量校正曲线

由于各实验室的仪器设备、气候环境、人员经验差别较大,为了保证实验室试验结果的重现性及对该试验方法进行质量控制,辐射通量曲线的准确校正是其中最重要的途径。影响辐射通量校正的因素包括辐射板、燃气/空气流量、校准板、热通量计等。

(1)辐射板完整性。

由于目前大多数辐射板均由小

块拼接而成,在长期使用过程中容易出现局部破裂、粘合剂掉落等情况,会产生局部燃烧异常(严重时将出现爆燃)而影响曲线,因此,仪器使用过程中应经常留意辐射板的完好性,在粘合部位出现破裂时,应立刻使用相应的无机高温粘合剂进行修补或更换辐射板。

(2)燃气/空气流量。

燃气及空气流量是影响辐射通量的主因,在保证其数值基本稳定的前提下,考虑到不同批次工业燃气浓度的轻微差别,以及由于辐射板破裂、空气温湿度变化等所导致的系统(调节器、控制阀、流量计、辐射板)上摩擦损失的变化,在气候突变或更换燃气等的情况下,均应对燃气/空气流量进行微调,以保证校正曲线处于图3所示的合适范围内。

(3)校准板。

标准要求的校准板为一定厚度、密度的无涂覆硅酸钙板,其导热系数为0.14 W/(m·K);同时由于辐射板主要通过辐射以及对流方式对校准板传热,校准板的灰度将影响其辐射传热的效率,因而有必要保持校准板表面的整洁,以确保辐射传热效率的稳定性。

(4)热通量计。

由于试验校正时涉及高温高热,使用热通量计测量时应注意开启循环冷却水以保证热通量计的准确性及使用年限;而由于国内热通量计计量单位较少,计量所耗周期较长,同时为方便对比验证,建议每台仪器应配备两个以上热通量计。

1.2.3 基材及试件连接方式

作为模拟实际地板材料的基材,一般采用的是燃烧性能等级为A1fl级的低导热材料,如硅酸钙板或水泥纤维板等,但假如试样是铺装在其他非A1fl级非低导热材料上,如木地板等,试验中应采用这些材料作为基材以保证结果与真实情况的一致性。基材的燃烧性能级别与导热系数将直接影响铺装在其上面的材料的燃烧性能。图4为笔者分别以硅酸钙板及木地板(燃烧性能等级Cfl级)作为基材背板,对几种试件的测试结果。

在确定基材基础上,试验中仍需要确定试件的底衬、试件与底衬间及试件或底衬与基材间的附着方式、试件之间的拼接方式等。

(1)试件底衬及试件与底衬的附着方式。

对于某些材料,如部分木地板、地毯等,实际应用中其并不与地面材料直接接触,而是通过一定方式附着于底衬材料(其作用为防潮防霉防滑隔热等)上。笔者在对市售的部分常见底衬材料进行单独测试时发现,其燃烧性能级别偏低(Dfl级或无法通过辐射通量试验的Efl级)。如果不加底衬材料直接使用试件铺装于基材上进行测试,将直接导致试验结果的偏高。

(2)试件与底衬间及试件或底衬与基材间的附着方式。

试件与底衬间、试件或底衬与基材间都是通过一定的方式附着的,附着方式包括粘接及机械连接等,这就要求在试验中必须针对性地使用实际安装的方法。如对于某些受热熔化收缩的地毯(见图5,地毯3),直接使用机械方式安装在基材上进行试验所获的结果相对于使用粘合剂粘合于基材上的结果偏低超过50%。

(3)试件之间的拼接方式。

由于大部分试件无法直接制取成符合标准要求的尺寸,因此必须对试件进行拼接,拼接方式也应符合实际安装方式。对试验结果影响较大的主要是木地板一类的试样,目前市售的木地板大多采用榫接方式拼接,但实际应用中,安装时往往在榫槽中添加适量粘合剂如PVAc等辅助拼接。试验结果显示,不加粘合剂直接榫接的木地板试验时会由于榫接缝处不紧密火焰从接缝中蔓延过去导致试验结果偏低,而对于添加了粘合剂辅助榫接的试件,大部分火焰无法从接缝中向前蔓延,少部分也有轻微的蔓延,这主要取决于具体材料的生产工艺。

2试验方法的不足及改进建议

图6为一种常见的软质PVC地板胶的产烟曲线,结

合试验过程对该曲线进行分析:试验前120 s,预热阶段,点火器位于原点,故无烟气生成;120 s开始,点火器前进,试件开始燃烧,产生大量烟气;120～200 s,完全燃烧时期;200～360 s,试件表面上的火焰逐步衰减至熄灭;360～720 s,点火器的引燃火焰对试件前端的持续轰击,有极少量烟气产生;720 s时,点火器已点火10 min,退回原点,由于试件表面火焰已经熄灭,试验结束。

试验得到该软质地板胶的燃烧性能等级为Bfl-s1级(临界辐射通量9.3 kW/m2,产烟量178%×min),试样在临界辐射通量试验中的表现相当好。然而,通过试验可以发现试样的火焰蔓延速率以及产烟速率相当大,数倍于一般的材料,同时通过查阅相关资料发现该类试样在锥形量热仪法及全尺寸试验中并没有表现出较好的阻燃性能。

该种材料在临界辐射通量试验中的表现只能表明其无法在辐射通量小于9.3 kW/m2的试验环境中持续燃烧,并不能体现其真实燃烧性能。临界辐射通量试验的不足之处正是其施加于试件表面的辐射热通量不高,对于少部分材料的试验结果可能不具备普遍性。

针对上述问题,笔者建议可以考虑:(1)将火焰蔓延速率以及产烟速率作为试验结果的一部分引进判定指标中;(2)引进ISO 9239-2试验标准:ISO 9239-2试验与ISO 9239-1临界辐射通量试验的试验装置一致。然而其可以施加更高的辐射热通量(从冷端的2.6 kW/m2到热端的25 kW/m2),从该角度来看,ISO 9239-2试验将比ISO 9239-1试验更具普遍性。

3结论

(1)烟道内气体流速对试验的影响因材料而异,为保证试验结果的准确性及可重复性,必须严格控制其在标准规定范围内。

(2)辐射通量曲线校正时应确保辐射板的完好性,出现问题时可通过使用无机高温粘合剂对辐射板的破裂部位进行修补或直接更换辐射板;在气候突变或更换燃气等的情况下,应对燃气/空气流量进行微调以保证校正曲线在标准范围内;为确保辐射传热效率的稳定性,应保持校准板表面的整洁;校正用的热通量计应配备两个以上,方便试验时比对及应对较长的计量周期。

(3)试验前需要确定基材、试件是否需底衬、试件与底衬间及试件或底衬与基材间的附着方式、试件之间的拼接方式等对试验结果有一定影响的关键问题,以确保试验结果的合理性及现实性。

(4)由于辐射板施加于试件表面的辐射热通量不高,对于少部分材料的试验结果可能不具备普遍性。

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辐射热源法检测铺地材料燃烧性能 篇7

1 辐射热源法

辐射热源法的基本原理是按照GB/T 11785-2005确定的实验方法和条件,通过观察和测量暴露于倾斜的热辐射场中的铺地材料试样的火焰传播情况,评估其实验室状态下的燃烧性能,适用于纺织地毯、软木板、木板、橡胶板和塑料地板及地板喷涂材料等各种铺地材料。具体实验方法是:在规定的实验装置中,用小火焰点燃水平放置的铺地材料试样,试样在倾斜的热辐射场中进行火焰传播,观察火焰蔓延状态和测量火焰熄灭时的传播距离,并通过实际辐射通量分布曲线,将传播距离转换为CHF(熄灭时的临界辐射通量)。实际辐射通量分布曲线在辐射通量标准曲线(见图1)允差范围内进行校准标定。由图1可以看出,火焰熄灭点到零点的距离越近,火焰传播越短,对应的临界辐射通量越大,阻燃性能越好;反之则差。GB 8624-2006主要就是根据铺地材料的CHF对其进行燃烧性能分级的。

2 影响因素分析

据统计,目前我国在用的铺地材料燃烧实验装置共80余套,其中进口设备15套。主要使用单位为国家消防检测中心、消防研究所、建材科研教学机构和省级消防检测站。在这些设备的使用过程中,由于结论数据的干扰因素较多,实验结果的稳定性、重现性和准确性问题需要认真考虑和分析。笔者主要结合某国产实验装置,对热辐射源、校准实验、试样制备及夹具等因素对实验数据的影响进行分析。

2.1 热辐射源

影响热辐射源热辐射通量的因素主要是热辐射板材料和燃料/空气系统。

2.1.1 辐射板

国产设备使用的辐射板大部分用91.8 mm×132.4 mm多孔耐火陶瓷板拼接而成。多孔耐火陶瓷板作为辐射板,小孔孔径0.8 mm,孔距2 mm,均匀交叉排列,小孔面积占辐射板内腔总面积的比值很小,其辐射的热通量很容易调整并稳定到标准要求的黑体温度480~530 ℃,达到辐射源要求。

实验中,用小块多孔耐火陶瓷板拼接的辐射板接缝处容易产生缝隙。尤其是设备使用一段时间后,随着板框变形会产生更多的缝隙和裂纹。裂纹处的燃气会泄漏燃烧,呈现长条状蓝色火焰,使该处黑体模型破坏。对辐射板缝隙和裂纹处辐射温度进行测量,结果见表1。从表1可以看出,裂纹和缝隙会造成辐射板辐射温度的变化,辐射变得不均匀、不稳定,变化峰值会超过标准对热辐射源黑体温度范围的要求,导致实验数据失效。

2.1.2 燃料/空气

燃料/空气直接影响热辐射通量的大小及稳定性。燃料一般采用天然气、甲烷、丙烷等热值稳定的可燃气体,经过计量校准后不再调整。空气由空压机供给,在燃料流量稳定的前提下,空气流量随空压机压力波动而波动。由于实验对实验前的各项参数稳定时间要求较长,一般不再考虑空压机正常工作时的压力波动。

空气干燥程度会对供气系统造成影响。实验发现空气中的水分对热辐射通量的稳定性影响较大,甚至会造成辐射板爆燃或熄灭,因此实验前应确保排净空压机气包内的水。在阴雨天气时,由于环境相对湿度较大,应停止实验。

2.2 校准实验

辐射热源法的基础判据是将试件表面火焰停止传播并熄灭的位置,通过实际辐射通量分布曲线转换为所对应的辐射通量。实际辐射通量分布曲线是通过国家标准GB/T 11785校准程序产生的。当实际辐射通量分布曲线通过校准程序实验,在测试位置距试样零点近点±0.4 kW/m2,远点±0.2 kW/m2的允差范围内与辐射通量曲线吻合时,方可生成标定辐射通量曲线并以此进行标准实验程序。否则,需要调整设备辐射通量、空气流量等,重新进行校准。

校准实验是一项非常重要而又繁琐的工作,但具体的校准程序各地理解不同,执行不一。有人认为以试件410 mm位置热辐射通量5.1 kW/m2确定的燃气/空气流量为准,该处流量调定后即为一定数,校准其他8点时不能调整。其他8点测得的辐射通量值若不超过标准允差,则校准完成;若超过,再在410 mm位置调节燃气/空气流量,统一调高或调低。但实验中经常遇到无法在冷端和热端同时达到标准允差的问题。有人认为校准实验按单一方向调校即可,尤其是从910 mm位置向110 mm位置调校相对容易,但从110 mm位置向910 mm位置调校时偏差往往较大,只能放弃一端调校。笔者根据大量校准实验经验,认为以试件410 mm位置,辐射通量为(5.1±0.2) kW/m2的燃气/空气流量为起始,从试样110 mm位置到910 mm位置,以100 mm为间隔进行校准实验。在9个点的测试中,若某点的辐射通量超出允差值,应直接在该点处微调燃气空气流量,使其达到允差范围,待9个点测量完后,再在410 mm处测一次,并确认所有点的辐射通量在允差范围内。这种方法调校速度较快,调校效果较好。

校准试验中,箱体温度稳定十分重要。箱体预热达到温度稳定的过程时间以1.0~1.5 h为宜。校准时应注意开启排气装置,保证箱体内空气流速达到标准要求。校准实验使用的热通量计,应注意使测量光斑对准辐射板的中心位置,且每次插入模拟样品孔中时应保持探测表面与模拟样品表面平行。同时,必须对热通量计充分循环降温;否则,测量数据受环境干扰明显。

2.3 试样夹具与底衬材料选择

对于试样夹具与底衬材料的选择,标准仅有通泛的要求,设备生产厂家具体做法不一。试样夹具大都由两块不锈钢板组成,上夹具为折边不锈钢板,下夹具为平钢板,两排对称8个螺栓,用螺栓固定试样。这种夹具结构中,下钢板受火后会变得翘曲不平,且螺栓受火后会氧化致转动受阻,给试样的装夹造成很大不便。试样夹具可靠度和底衬材料选择,对实验结果会产生直接影响。

(1)夹具可靠度低,试样夹不紧。 试样受火后可能收缩变形,脱出夹具,使试样受火条件由表面点火变为边缘点火,改变了实验条件。另外,试样脱出夹具后,热辐射源对其辐射,明火又从边缘点燃,甚至窜至试样的下面,使试件从底部拱起,燃烧剧烈,火焰蔓延距离大大增长,实验数据严重失真,见表2。

(2)用螺栓夹紧的试样夹具方式,由于普遍存在螺栓拧不动,试样夹不紧和在热态下无法拧松螺栓,装夹试样效率低下等问题,宜改用偏心夹紧机构或其它夹紧方式。 笔者在试验中采用的弹簧卡紧的方式,效果较好。弹簧为压簧,弹簧螺距6 mm、弹簧直径20 mm、簧丝直径2 mm、自由长度30 mm。该夹具使得试样燃烧时夹紧状态良好,很少出现试样脱出夹具的情况见表2,较好地解决了试样夹具对实验结果的影响问题。

(3)标准要求试样应该用同实际使用方式相同的方法安装在模拟实际地面的基材上或背衬材料上,试样底衬的选择会对实验结果产生很大影响。用相同的试样,分三组在实验参数不变,仅改变试样底衬材料的情况下进行实验,实验结果及现象见表3。

从表3可见看出,不同底衬材料对铺地材料燃烧性能的评估结论有很大影响,从实验现象到实验结果CHF均发生了明显变化。分析原因,防火板传热性能最差,地砖受热炸裂,钢板导热性能最好,木地板实验中自身阴燃,加剧了试样火焰传播。因此,选择符合或接近实际使用情况的试样底衬,实验室评估的铺底材料燃烧性能结论才有现实意义。

3 结果和讨论

(1)GB/T 11785-2005作为GB 8624-2006的引用标准,规定了铺地材料燃烧性能的实验室评估方法——辐射热源法。辐射热源法的实验结果CHF直接决定了铺地材料燃烧性能分级,也影响着铺地材料在装修工程中的实际应用。

(2)辐射热源法中,热辐射源、校准实验、试样夹具等因素对实验数据会产生影响。完好的热辐射板和良好的供气系统是保证实验数据稳定性和重现性的基础;正确的校准实验是实验数据准确性的保证;实验夹具可靠度对实验数据,尤其是对受火收缩较大试样的实验数据有着直接的影响。

(3)试样底衬材料的选择对实验室评估铺地材料燃烧性能直接产生影响。选择符合或接近实际使用情况的试样底衬,得出的实验数据才具有现实意义。在检测报告中注明实验条件,尤其是注明试样底衬材料的类型,该报告才具有指导现实消防工作的作用。

(4)弹簧卡紧的夹具方式较好地解决了试样夹具对实验结果的影响问题,通过了大量实验的验证,建议推广使用。

参考文献

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[4]侯根富,聂廷哲.提高多孔陶瓷板辐射器表面发射率的意义[J].哈尔滨建筑大学学报,2001,34(6):74-77.

材料燃烧性能 篇8

1 试验仪器及方法

试验仪器为量热仪、氧指数仪、氧弹仪、产烟毒性试验装置。

1.1 单体燃烧试验(SBI)

单体燃烧试验(SBI)是一种模拟单个物件在房间墙角燃烧行为的试验,试验装置如图1所示。参照《建筑材料或制品的单体燃烧试验》(GB/T 20284-2006)规定进行。燃烧室尺寸为3 m×3 m×2.4 m,试验箱固定在一个滑轮车架上,可方便地进出燃烧室。燃烧室上部装有烟道,顶部装有以测试耗氧量为原理的量热仪测定热释放速率,并安装光学仪器测定产烟量。试验样品尺寸为1.0 m×1.5 m×0.04 m和0.5 m×1.5 m×0.04 m,垂直固定在墙角处并成直角放置。点火器为一个三角形的沙浴盒,燃烧介质为丙烷气体, 在试验过程中燃烧器提供30.7±2 kW的热量,能在约300 cm2上产生约为40 kW/m2的热流。

在SBI试验中对试样的燃烧性能评价采用以下参数:THR(总放热量), HRR(热释放速率),SPR(烟释放速率)。

1.2 氧指数

氧指数是指将材料置于氧氮混合气体中维持稳定燃烧所需要的最低氧浓度,以氧在混合气体中所占的百分数来表示。该试验参照《塑料燃烧性能试验方法 氧指数法》(GB/T甲兵2406)规定进行。

1.3 氧弹量热试验

氧弹量热仪测试材料热值,将一定量待测样品置于氧弹中完全燃烧,燃烧时放出的热量使卡计本身及氧弹周围介质(本试验用水)的温度升高。通过测定燃烧前后卡计(包括氧弹周围介质)温度的变化值,计算出该样品的燃烧热。该试验参照《建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的测定》(GB/T 14402-2007)规定进行。

1.4 烟气毒性

按照《火灾烟气毒性危险评估方法——动物实验方法》(GA/T 506-2004)规定的产烟染毒模型进行试验。以小白鼠为染毒对象,将材料放入一定长度的石英管中,将空气按计算出的流量注入石英管,样品在设定的气流下热解,以确保暴露的动物处于稳态烟气流中。材料热解后的烟气直接通入圆形的动物暴露染毒箱,以10只雌雄各半的小鼠为一组,进行30 min动态暴露染毒。暴露后继续观察小鼠3 d。试验结果为单位空间所含产烟材料的质量数,数值越大表明材料的产烟毒性危险越低。

2 试验结果与分析

2.1 氧指数及热值

3种试样燃烧性能数据见表1。从表1中可以看出,3种样品中橡塑海绵的氧指数最高,达33.8,挤塑板次之为26.4, 聚氨酯最差为22.6,从氧指数的方面看橡塑海绵的阻燃性能最好。氧弹法测得样品热值中挤塑板的热值最高为3.91 MJ/kg,聚氨酯次之为2.62 MJ/kg,橡塑海绵最低为1.66 MJ/kg。

2.2 产烟毒性

在保持载气和稀释气体流速以及热解温度等其他参数不变的情况下,仅改变单位空间产烟材料的质量数,从而决定材料刺激性合格、麻醉性合格的最大单位空间产烟材料的质量数,单位空间产烟材料的质量数越小,其烟气毒性危险性越大,具体结果见表2～表4。挤塑板刺激性合格麻、醉性合格的最大单位空间产烟材料的质量数为23.5 mg/L,橡塑海绵为13.5 mg/L,聚氨酯为3.5 mg/L。可以看出聚氨酯烟气毒性最大,远远高于挤塑板和橡塑海绵。在实际使用中要综合考虑其他因素来选用聚氨酯类保温材料。

2.3 热释放

材料燃烧的热释放量以及热释放速率是评价材料防火安全性能的重要指标,它决定了火灾中发生轰燃的几率以及火灾火势蔓延的速度。试验采用SBI试验模拟屋角火灾,测定在30 min内材料的热释放速率和热释放量。3种材料的热释放速率变化曲线,见图2所示。可以看出聚氨酯的热释放速率最高,挤塑板次之,橡塑海绵最小,但挤塑板热释放速率变化比较平稳。如表1所示,热释放总量聚氨酯为9.27 kJ,挤塑板为7.92 kJ,橡塑海绵为1.68 kJ。热释放总量和热释放速率越大,在火灾中发生轰燃的几率越大。从以上分析可知聚氨酯发生轰燃的几率最大,火灾危险性最大,在实际应用中应综合考虑其他因素谨慎采用聚氨酯保温材料。另外,热释放速率峰值出现的时间对火灾也有很大影响,出现得越早越不利于火灾现场人员逃生;出现得越晚,留给人员逃生的时间就越多。从图2可知,聚氨酯和橡塑海绵热释放速率峰值出现较早,在150 s左右出现,而挤塑板的热释放速率峰值在550 s左右出现。

2.4 烟气释放及CO、CO2含量分析

火灾烟气是燃烧物分解或燃烧时产生的固体颗粒、液滴和气相产物。统计结果表明,火灾中70%～75%的死亡是由于烟气的影响,其中绝大部分是吸入了烟尘及有毒气体昏迷而致死的。因此,材料燃烧时的烟气释放速率是评价材料对火灾贡献的一个重要指标。图3为3种材料的烟气释放速率曲线。由图3可知,橡塑海绵的烟气释放速率最大,聚氨酯次之,挤塑板最小。

烟气毒性动物试验结果显示聚氨酯毒性危害最大,橡塑海绵次之,挤塑板最小。在实际火灾中,可燃物燃烧释放出的烟气是导致火场人员窒息和中毒致死的主要因素。空气中CO体积分数超过5×10-5就会对人体产生伤害,而CO2含量的增加会加快人的呼吸速度,从而加快对有毒气体的吸入。

3种样品燃烧烟气中的CO、CO2含量变化曲线图分别如图4、图5所示, CO、CO2生成总量如图6所示。从图中可以看出聚氨酯燃烧时的烟气中CO、CO2含量远高于橡塑海绵和挤塑板,分别达到0.081%、0.76%,CO、CO2的增加必然使其烟气毒性增加,这与以小白鼠为染毒对象进行的产烟毒性试验的结果相符。橡塑海绵和挤塑板生成的CO2总量相当,橡塑海绵的CO生成总量略大,仅从CO、CO2生成量考虑,二者的烟气毒性应相差不大,但毒性试验结果表明,橡塑海绵最大单位空间产烟材料为15.5 mg/L,挤塑板为23.5 mg/L,橡塑海绵的烟气毒性远大于挤塑板,这是因为燃烧是一种复杂的过程,烟气中有毒气体除CO、CO2,还可能含有HCN、NO、HCl、SO2等,不同的有毒气体之间可能相互作用,这些气体的存在将增加烟气的毒性。

3 结 论

从以上分析结果可以看出:

(1)橡塑海绵氧指数最高,聚氨酯氧指数最低,与聚氨酯和挤塑板相比橡塑海绵的阻燃性能好。

(2)聚氨酯刺激性合格、麻醉性合格的最大单位空间产烟材料质量数仅为3.5 mg/L,远高于挤塑板的23.5 mg/L,橡塑海绵为15.5 mg/L。SBI试验中聚氨酯燃烧时烟气中CO、CO2体积分数分别达到0.081%,0.76%,也远高于挤塑板、橡塑海绵。因此,聚氨酯烟气毒性最大,火灾危险性最高。

(3)挤塑板的热释放总量和热释放速率均大于橡塑海绵,其潜在的轰燃危险大。但挤塑板刺激性合格、麻醉性合格的最大单位空间产烟材料质量数大于橡塑海绵,即燃烧烟气的毒性危险性小于橡塑海绵。所以在实际火灾中挤塑板的危险性不一定大于橡塑海绵。

参考文献

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材料燃烧性能 篇9

从前几年的检验情况来看, 工程上抽取的材料质量差异比较大。对它的要求是什么呢?基本的要求是B2级。除了EPS有氧指数大于等于30%的要求, XPS没有氧指数的要求, 就是B2级;对硬泡聚氨酯, 不同标准的规定不太一样, 国标50404要求氧指数大于等于26, 还有一个就是达到B2级。从对硬泡聚氨酯的检测情况来看, 我个人觉得氧指数要求26%不太容易达到, 相对来说要求B2级比较容易达到, 这是前一段的情况。

最近由于46号文的公布, 很多企业生产出来的保温材料达到了B1级, 甚至有的达到了A级。实际上B1级对于EPS来说也不太容易。虽然说德国要求EPS都是B1级, 但这有其核心的关键技术在里面。

就目前国内生产的EPS板而言, 达到B1级是有难度的。挤塑板达到B1级也不太容易。不管是EPS、XPS、硬泡聚氨酯, 即使通过改性达到B1级, 也处于刚刚从B2级过度到B1级的水平, 也就是说从A级到B2之间有一段是B1。如胶粉聚苯颗粒保温浆料, 也是B1级的, 但它与B1级挤塑板相比, 其防火能力要高出很多。所以说级别不重要, 达到了B1级也未必就能保证防火安全, 防火安全和材料的燃烧性能级别不存在必然的联系。

再有一个, 是我个人的看法。比如酚醛泡沫, 它的防火性能没问题。我觉得在有机保温材料里, 可能找不到比酚醛泡沫的防火性能更好的材料了。但要说它达到了A级, 我表示怀疑。传统的酚醛泡沫, 我测过它的氧弹热值, 是25MJ/kg, 经过特殊处理的酚醛泡沫本身, 其热值也在20MJ/kg左右, 怎么算都不可能小于老标准 (GB8624-1997) 的规定值4.2MJ, 按新标准的规定是4.0MJ, 这是A级材料最基本的要求。如果在其表面抹上水泥砂浆, 把酚醛泡沫的热值分摊到水泥砂浆上, 所算出的总体热值可能符合A级材料要求, 按照相关的试验标准也可能达到A级。挤塑板的燃烧热值是40MJ/kg, 抹1cm的水泥砂浆后, 挤塑板同样也是A级。

我了解到的情况, 目前有酚醛 (检验报告) 是A级, 聚氨酯 (检验报告) 是A级, EPS (检验报告) 也是A级。我觉得, 现在想形成一个统一的标准很困难, 能不能在规范中, 有针对性的, 比如说限定酚醛的氧指数大于等于40%, 而其它材料, 包括EPS、XPS、硬泡聚氨酯等, 氧指数达到40%很困难;再有, 限定酚醛泡沫的密度大于50或60kg/m3, 同时保温性能也满足要求, 就认定它可以作为A级材料使用。这样既符合实际情况, 又避免实际操作中, 与相关标准的规定产生矛盾。这样可能更实际一些。

2006年底时振利公司提出一起搞外墙外保温的防火研究。我当时的想法简单:弄一堵墙, 烧一下, 想弄个三五米的墙试一下。我们课题组的成员就搜国际上的资料, 最先搜出来的是美国UL1040这个标准。我看了一下, 9.15米高的墙, 6米宽, 我心想这个造价很高!振利黄总说:“钱的事你不用管, 按照标准做, 一丝不苟地做”, 这就是我们点的第一把火。

随后, 我们又搜集英国的标准、瑞典的标准等, 我们都做了反复的比较。觉得英国的标准比较适合中国。第一, 模型比较大, 能够涵盖防火隔离带;第二, 采用的火源是400公斤木材, 火比较大, 功率相当于3MW的热量, 同时操作起来确实简单, 设备我们自己可以解决。如果按照国外其它标准的做法, 设备我们解决不了。比如说热辐射计, 我们现在只有航天城具有热辐射计的检定能力。

到目前为止, 一共做了24次外保温窗口火试验。其中硬泡聚氨酯8次。所有这些试验总结下来有这么几条;第一、薄抹灰系统相对来说火灾风险比较高;第二、厚抹灰系统火灾风险相对较低;第三、系统自身含有防火构造的, 火灾风险相对比较低。

这段时间以来, 大家比较关注热固和热塑的问题。热固和热塑源自塑料化工的一个定义。如果按照这个定义来解释的话, 我们现在无从谈起 (保温材料的热固和热塑) 。但对于外墙外保温来说, EPS、XPS、硬泡聚氨酯 (在有火条件下的表现) 确实又不一样。前一段时间我们在制定北京市地方标准的时候, 从外墙外保温防火这个角度把热固和热塑人为划分了。在国标GB/T8626-2007的附录A里, 规定的热塑含义是:遇火熔化收缩, 有燃烧滴落物的材料。我们把它反过来, 就是:遇火不熔化不收缩无燃烧滴落物的, 就是热固性材料。到目前为止我们做的试验, 不管是两公分的硬泡聚氨酯, 还是五公分的硬泡聚氨酯, 不管是薄抹灰的还是厚抹灰的, 在试验条件下, 都没有出现火焰蔓延的情况。

关于硬泡聚氨酯。我们所有的试验都是基于北京地区65%的节能标准进行的。比如说苯板的厚度7到8公分, 硬泡聚氨酯的厚度最多5公分, 是在这种条件下做的试验。两种极端的情况没有考虑。第一, 像黑龙江、新疆等严寒地区, 苯板要做多厚, 15公分, 20公分?硬泡聚氨酯多厚?至少10公分;第二, 像浙江、江苏、广东、福建夏热冬冷地区, 苯板厚度是多少呢?2公分或3公分, 硬泡聚氨酯1公分够不够?我们还没有进行这些外保温的防火试验。

材料燃烧性能 篇10

关键词：无机发泡保温板,A级燃烧性能,施工方法

1 工程概况

某保障性住宅小区工程为多栋高层住宅楼,地上28层,地下1层,层高2.8 m,檐高80 m。图1为A级燃料性能等级的无机发泡保温板已粘贴完的墙面。

2 热工计算基础

无机发泡保温板以水泥、发泡剂、纤维用物理方法将泡沫剂水溶液制备成泡沫,再将泡沫加入到由水泥基胶凝材料、集料、掺合料、外加剂和水等制成的料浆中,经混合搅拌、浇筑成型、自然或蒸汽养护而成的轻质多孔混凝土切块。根据施工需要可以在生产厂切成任意尺寸。本工程无机发泡保温板的导热系数为:0.054 W/(m·K),建筑物体形系数:S=0.26。总窗墙比:0.28,各朝向外门窗窗墙比:东:0.12,西:0.11,南:0.38,北:0.27。要求外墙传热系数为:0.6 W/(m2·K),外门窗传热系数:2.8 W/(m2·K)。经过计算80厚的无机发泡保温板满足要求。局部采用自调温相变节能保温材料进行施工。

3 施工准备

1)施工人员应认真熟悉图纸、相关规范、设计变更通知单及外墙保温节能施工方案。

2)采用的无机发泡保温板、聚合物砂浆、耐碱玻纤网格布、锚固件、抗裂砂浆、抹面砂浆等材料均应提供检验报告、合格证,符合国家相关规定。

3)无机发泡保温板性能指标要求:干体积密度不大于190 kg/m3,导热系数不大于0.054 W/(m·K),抗压强度不小于0.15 MPa,抗拉强度不小于0.06 MPa,体积吸水率不大于10%,燃烧性能:A级。

4 施工工艺

4.1 工艺流程

基面准备→测量、放线→挂基准线→材料准备→粘贴节点处保温板→粘贴大面保温板→安装锚固件→板缝处理→配抹面砂浆→抹第一遍抹面砂浆→压耐碱玻纤网格布→抹第二遍玻纤网格布→验收→涂刮耐用水腻子→涂刷面层涂料→工程验收。

4.2 基层处理

1)基层墙面必须坚实平整,墙面空鼓、开裂处剔除、打磨,并用 DS砂浆补平。

2)无机发泡保温板施工前,外门窗洞口应通过验收,洞口尺寸、位置应符合设计要求并验收合格,副框应安装完毕,阳台及飘窗板做防水处理的已验收完毕。

3)混凝土墙体螺栓孔封堵方法:用掺微膨胀DS砂浆捣实,并洇水养护。外墙预留洞口用高一等级的商品细石混凝土(掺微膨胀)封堵后,做水泥基防水涂料,防水涂层宽出洞口100 mm,经隐蔽验收合格后进行基层界面剂施工。

4.3 施工方法

1)外墙外保温施工前应按施工方案及技术交底的要求制作样板墙。

样板墙必须包括重要的节点、重点及难点部位。样板墙经验收合格,才可以大面积施工。

2)弹控制线。

根据建筑立面设计和外墙外保温技术要求,在墙面弹出外门窗水平、垂直控制线等。

3)挂基准线。

在建筑外墙大角(阳角、阴角)及其他必要处挂垂直基准钢线,每个楼层适当位置挂水平线,以控制外保温板的垂直度和平整度。

4)聚合物砂浆。

根据生产厂使用说明书提供的砂浆与水配合比为1∶4(质量比)配制,专人负责,严格计量,机械搅拌,确保搅拌均匀。配好的料注意防晒避风,一次配制量应在2 h内用完。

5)粘贴无机发泡保温板。

无机发泡保温板采用标准尺寸为600 mm×300 mm,据现场要求进行裁割。非标准尺寸或局部不规则处可现场裁切。板的拼缝不得留在门窗的四角处。在窗台两侧角处均要求保温板裁成“刀把”形。阳角排板交错咬槎。无机发泡保温板与基层墙体粘贴采用条形满粘粘贴,粘贴时用铁抹子在每块发泡保温板上均匀批刮一层厚度不小于 3 mm的粘结砂浆,及时粘贴并挤压到基层上,粘贴面积不小于60%,板与板之间要挤严。无机发泡保温板应沿基线安装,用力将背面涂有粘结砂浆的无机发泡保温板压于基层墙体上,使每个部位都有均匀的粘着机会,确保粘牢,避免出现粘结不良或剥落现象。 无机发泡保温板推荐由下往上、由左往右逐层粘贴铺装。铺装时应注意垂直度偏差不应大于3 mm、板面平整度不应大于3 mm,横向水平,竖向错缝,错缝宽度大于100 mm。

6)锚固件固定。

无机发泡保温板粘贴应辅以机械固定,每块标准板用两个塑料锚栓固定。用电锤(冲击钻)在无机发泡保温板表面向内打孔,进墙深度不小于30 mm,拧入锚固钉,钉头不超出板面,数量每块板须有两个胀栓。胀栓型号为Φ8×142。水平向胀栓距保温边100 mm,竖向居中设置。

7)板缝处理。

板与板拼严,板缝控制在3 mm～5 mm,挤出的聚合物胶粘剂溢满板缝,最后用抗裂砂浆勾缝。

8)抗裂砂浆抹面。

砂浆配制时,做到计量准确,机械搅拌,确保搅拌均匀。一次配制量应少于可操作时间内的用量。拌好的料注意防晒避风,超过2 h后不准使用。

9)抹底层抹面砂浆。

无机发泡保温板安装完毕24 h,且板缝处理完经检查验收合格后即可进行抹面砂浆施工。在无机发泡保温板面抹底层抹面砂浆,厚度2 mm～3 mm。门窗口四边反包的120 mm宽的耐碱网格布和阴阳角部位均每侧边多出200 mm宽的附加层。宽的所用的增强网格布随即压入砂浆中。

10)铺设网格布。

在抹面砂浆可操作时间内,将网格布绷紧后贴于底层抹面砂浆上,用抹子由中间向四周把网格布压入砂浆中,要平整压实,严禁网格布褶皱。铺贴遇有搭接时,搭接长度不得少于80 mm。在窗四周应采用加强层的做法:耐碱网格布沿窗四周宽出150 mm,四角均贴150×400的压角附加层。

11)无机发泡保温板可以一直粘贴到女儿墙处压顶下皮。

要求压顶的滴水线伸过外墙保温板罩面层。无机发泡保温板与散水相接,采用密封膏和聚苯板嵌实的做法。

12)外墙伸缩缝处做法:

两侧的保温板留20 mm 的缝隙,罩面后用0.7厚的镀锌铁皮钉牢。

13)面层砂浆。

在底层抹面砂浆凝结前抹面层抹面砂浆,厚度1 mm～2 mm,以覆盖网格布、微见网格布轮廓为宜。抹面砂浆切忌不停揉搓,以免形成空鼓。抹面砂浆的总厚度宜控制在3 mm～5 mm。面层砂浆应在自拌制6 h以内用完。面层砂浆验收过后与普通涂料工艺相同。

14)加强层做法。

首层墙阳角加强层做法:在做完第一次抹面砂浆后压入1.2孔径12×12的热镀锌四角钢丝网,高度1 500 mm,墙面钢丝网两侧伸展宽度500 mm,窗下口加0.9孔径12×12的热镀锌四角钢丝网,窗口下延300 mm。

5 试验项目

现场见证复试与普通聚苯板的不同点如下所述。

5.1 胀栓的拉拔试验

胀栓现在还没有一个设计值。实测值平均抗拉拔力在0.400 kN以上。

5.2 粘结强度

在GB 50411-2007中强条规定:保温板材与基层的粘结强度应做现场拉拔试验。由于该种保温材料质地疏松,无法进行粘结强度试验。因此,该项指标无法用现场试验测出。

5.3 保温板厚度测定

GB 50411-2007规定:可采用空心钻头,从保温层一侧钻取直径70的芯样。实际上用此法很难保证取芯的完整性,在胀栓完成后,勾缝前选择,并且躲过聚合物砂浆粘贴区域,用试验专用刀在墙上切出一个边长为70的长方形深度同保温板厚的块体进行测量。

6 结语

[关于进一步明确民工建筑外保温材料消防建筑管理有关要求的通知]公消[2011]65号文、《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》(公通字[2009]46号)等相关规定,民用建筑外保温材料采用燃烧性能为A级的材料。以无机发泡保温板为代表的保温新材料在2011年4月国家建筑材料测试中心检测中,各项指标达到设计要求。它具有很多优点:高耐火性、保温性能、耐水性、耐候性能、环保性能、粘结性能、质轻、使用性能、物理稳定性。并且原材易得,施工工艺简便,质量能够得到保证。

随着我国节能工作的不断深入、节能标准的提高,作为大面推广使用的新型保温节能材料,本项目进行了有益的探索和偿试,起到了示范作用,但新材料需要经历实践的考验,它与以前常用的保温材料相比,抗压及抗拉性能,吸水率、导热系数等指标还有更大的潜力可挖。

参考文献

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