第四章燃燒性能

第四章燃燒性能第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月概述塑料的易燃性大大限制了它的使用場(chǎng)合。因此，隨著塑料使用范圍的日益擴(kuò)大，塑料的阻燃研究工作也日益發(fā)展。于是，針對(duì)塑料的燃燒過程及其特征，建立起了眾多的有關(guān)塑料燃燒特性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法，以此來檢定產(chǎn)品質(zhì)量及鑒別有關(guān)阻燃配方和工藝的優(yōu)劣第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4、1塑料的燃燒過程塑料的燃燒過程大致分為五個(gè)階段。

(1)加熱材料從外部熱源得到熱量而升高溫度。其升溫速率取決于：①材料的比熱容(相同情況下，比熱容大的材料比比熱容小的材料升溫速率小)；②材料的導(dǎo)熱率(相同情況下，導(dǎo)熱率高的材料比導(dǎo)熱率低的材料升溫快)；·③材料在加熱過程中發(fā)生相變或結(jié)構(gòu)變化時(shí)吸收(或放出)熱量大小。第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2)熱分解根據(jù)材料的結(jié)構(gòu)和組成、生成揮發(fā)成分的快慢、熱分解溫度的高低等的不同，發(fā)生不同的熱分解過程。它是材料燃燒過程中的一個(gè)至關(guān)重要的階段。熱分解時(shí)產(chǎn)生下列分解產(chǎn)物：①可燃?xì)怏w，如甲烷、乙烷、丙烷、甲醛、丙酮、一氧化碳等；②不燃?xì)怏w，如二氧化碳、氮等；③液體，即降階的熔融聚合物及預(yù)聚體；④固體，指炭化物等；⑤煙，即空氣中懸浮的固體微粒第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月3）著火當(dāng)材料分解放出的可燃?xì)怏w在有充分氧氣時(shí)，就有可能著火燃燒。這和有否點(diǎn)火源及組分的濃度有關(guān)，亦受材料如下性質(zhì)的影響：閃點(diǎn)溫度；自燃溫度；極限氧濃度。4)燃燒材料在燃燒階段，決定其繼續(xù)燃燒或逐漸衰減的因素是燃燒凈熱，即材料單位質(zhì)量的燃燒熱和加熱單位鄰接材料到燃燒狀態(tài)所需要的熱量之差。凈熱是正值時(shí)，燃燒將繼續(xù)，凈熱是負(fù)值時(shí)，離開加熱源后燃燒將自行熄滅。第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月5)傳播在外熱源作用下，材料維持燃燒的前提是燃燒凈熱為正值，此時(shí)，首先發(fā)生燃燒的表層材料的燃燒火焰向周圍擴(kuò)散。因?yàn)槭且环N表面燃燒現(xiàn)象，故其傳播速度不僅與材料的有關(guān)燃燒性能有關(guān)，也受材料表面狀況及曝露程度的影響4、2燃燒性試驗(yàn)方法介紹①著火性試驗(yàn)方法；②表面火焰?zhèn)鞑ピ囼?yàn)方法；③發(fā)熱量試驗(yàn)方法；④發(fā)煙性試驗(yàn)方法；⑤耐火性試驗(yàn)方法；⑥燃燒分解氣體的分析試驗(yàn)方法第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月塑料燃燒性試驗(yàn)第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4、3通用的氧指數(shù)試驗(yàn)方法定義氧指數(shù)：在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，剛好能維持材料燃燒的通入的23±2℃氧氮混合氣中以體積百分?jǐn)?shù)表示的最低氧濃度。方法原理將試樣豎直地固定在透明的燃燒筒中，使氧、氮混合氣流由下向上流過，點(diǎn)燃試樣頂端，觀察試樣隨后的燃燒情況。把試樣連續(xù)燃燒的時(shí)間或試樣燒掉的長(zhǎng)度與所規(guī)定的依據(jù)進(jìn)行比較。在不同的氧濃度試驗(yàn)一組試樣，以測(cè)定剛好維持試樣平穩(wěn)燃燒時(shí)的最低氧濃度，用混合氣體中氧含量的百分?jǐn)?shù)來表示。第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)試驗(yàn)設(shè)備；①氧指數(shù)儀其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。燃燒筒：為一根高為450mm，最小內(nèi)徑為75mm，頂部出口內(nèi)徑為40mm的耐熱玻璃管，垂直固定在可通過氧、氮混合氣流的基座上。為了使氣體充分混合均勻，基座底部用直徑為3～5mm的玻璃珠填充填充高度為80～100mm。在玻璃珠的上方裝有金屬網(wǎng)，以防下落的燃燒碎片阻塞氣體入口和配氣通路。試樣夾：基座上部為試樣夾具。試樣夾具有兩種，一種用于自撐材料，為一個(gè)能固定在燃燒筒軸心位置上、并能豎直地夾住試樣的構(gòu)件。另一種夾具適用于非自撐材料(薄膜、薄片等）。流量測(cè)量及控制系統(tǒng)：儀器配有能測(cè)量和控制進(jìn)入燃燒筒氣體流量的系統(tǒng)，精度要求±5％(V／V)以內(nèi)，并應(yīng)定期校準(zhǔn)。第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1一點(diǎn)火器；2一玻璃燃燒筒；3一燃燒著的試樣；4一試樣夾；5一燃燒筒支架；6一金屬網(wǎng)；7一測(cè)溫裝置；8一裝有玻璃珠的支座；9一基座架；10一氣體預(yù)混合結(jié)點(diǎn)；11一截止閥；12一接頭；13一壓力表；14一精密壓力控制器；15一過濾器；16一針閥；17一氣體流量計(jì)；18一玻璃燃燒筒；19一限流蓋第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月②氣源試驗(yàn)所用的氧氣、氮?dú)饧八璧匿撈亢驼{(diào)節(jié)裝置應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。使用的氣體壓力不應(yīng)低于lMPa。③點(diǎn)火器和燃料氣體點(diǎn)火器由一根金屬管制成，其末端具有內(nèi)徑為2土lmm的噴嘴，能插入燃燒筒內(nèi)點(diǎn)燃試樣?；鹧娴拈L(zhǎng)度為16土4mm④排煙系統(tǒng)該系統(tǒng)能排除燃燒產(chǎn)生的煙塵、灰粒和有毒氣體，但不應(yīng)影響燃燒筒中的溫度和氣體流速。⑤計(jì)時(shí)裝置為具有土0.25s精度的計(jì)時(shí)器，如秒表等第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）試樣符合有關(guān)規(guī)定，并調(diào)節(jié)狀態(tài)為：溫度10~35℃

R.H

45~75%（3）試驗(yàn)程序①開始試驗(yàn)時(shí)的氧濃度的確定可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，也可以根據(jù)試樣在空氣中點(diǎn)燃的情況，估計(jì)開始試驗(yàn)時(shí)的氧濃度。如試樣在空氣中迅速燃燒，則開始試驗(yàn)時(shí)的氧濃度取為18％左右；如試樣在空氣中緩慢燃燒或時(shí)斷時(shí)續(xù)，則取為2l％左右；如在空氣中離開點(diǎn)火源即熄滅，則至少取為25％第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月②安裝試樣和調(diào)整儀器安裝試樣；把試樣夾在夾具上，垂直安裝在燃燒筒的中心位置上，保證試樣頂端低于燃燒筒的頂端至少100mm，其暴露部分最低處應(yīng)高于燃燒筒底部配氣裝置頂端至少100mm。調(diào)節(jié)氣體控制裝置、使混合氣中的氧濃度為上述開始試驗(yàn)時(shí)濃度，并以40土lOmm／s的速度流經(jīng)燃燒筒，洗滌燃燒筒至少30s第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月③點(diǎn)燃試樣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種點(diǎn)燃方法。方法A頂端點(diǎn)燃法，把點(diǎn)火器噴嘴插入燃燒筒內(nèi)，使火焰可見部分接觸試樣頂端并覆蓋整個(gè)頂表面，但注意不要使火焰碰試樣的棱邊和側(cè)表。每隔5s左右移開火焰一下，移開的時(shí)間以剛判明試樣整個(gè)頂表面是否全部著火為限。在確認(rèn)試樣頂表面全部著火后，立即移去點(diǎn)火器，并開始計(jì)時(shí)或觀察試樣燒掉的長(zhǎng)度。點(diǎn)燃火焰作用的時(shí)間最長(zhǎng)為30s。若在30s內(nèi)不能點(diǎn)燃，則應(yīng)增大氧含量，繼續(xù)點(diǎn)燃，直至在30s內(nèi)點(diǎn)燃為止。方法B擴(kuò)散點(diǎn)燃法，適用于V試樣（書P228）方法B擴(kuò)散點(diǎn)燃法第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月④燃燒行為的評(píng)價(jià)和記錄根據(jù)書P228表列出了燃燒行為的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如果試樣的燃燒時(shí)間或燃燒長(zhǎng)度均不超過表中的規(guī)定，則把這次試驗(yàn)記為“O”反應(yīng)，并記下燃燒長(zhǎng)度或時(shí)間；如果兩者中有任何一項(xiàng)超過表中的規(guī)定，則應(yīng)立即撲滅火焰，并把本次試驗(yàn)記為“X”反應(yīng)。還要記下材料燃燒時(shí)表現(xiàn)出的特性，例如熔滴、煙灰、結(jié)炭、漂游性燃燒、灼燒、余輝或其他需要記錄的特性第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月⑤逐次選擇氧濃度如前一條件燃燒行為為“X”，降低氧濃度如前一條件燃燒行為為“O”，提高氧濃度⑥初始氧濃度的確定采用任一合適的氧濃度，重復(fù)上述試驗(yàn)，直到以體積百分?jǐn)?shù)表示的二次氧濃度之差不大于1．0％，并且一次得到的是“O’’反應(yīng)，而另一次得到的是“X”反應(yīng)為止。將這組氧濃度中得到“O”反應(yīng)的稱作初始氧濃度，記作Co第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月⑦有效數(shù)據(jù)的獲得再一次用初始氧濃度Co重復(fù)試驗(yàn)操作，記錄Co值及所對(duì)應(yīng)的“X’’或“O”反應(yīng)。此值即為NL和NT系列的第一個(gè)值氧指數(shù)的計(jì)算：OI＝Cｆ＋KｄCｆ－NT系列最后一個(gè)氧濃度，取一位小數(shù)ｄ－使用和控制的二個(gè)氧濃度之差，即步長(zhǎng)K值確定見P229表第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）影響因素分析影響氧指數(shù)的因素很多，除了材料自身的組成、結(jié)構(gòu)外還受到添加劑如填料、增塑劑、阻燃劑等的種類和含量的影響，此外，還受到試樣的尺寸、氣流速度、氣體純度、環(huán)境溫度、燃燒筒筒體溫度、燃?xì)夥N類，點(diǎn)火方式，試樣的尺寸等測(cè)試條件的很大影響。1)燃燒筒內(nèi)混合氣體流速的影響當(dāng)混合氣體氧濃度小于空氣中的氧濃度時(shí)，應(yīng)加限流蓋第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2)氧氣、氮?dú)饧兌鹊挠绊懹捎诨旌蠚饬髦械难鯘舛仁峭ㄟ^測(cè)量氧、氮兩種氣體的流量，而且是把兩種氣體的純度都當(dāng)作100％看待的。而我們?cè)囼?yàn)中實(shí)驗(yàn)用的氣體都是工業(yè)用的。因此氣體純度對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定影響。測(cè)試時(shí)最好使用高純氧氣和氮?dú)庾鳛闅庠矗⑶移涫褂脡毫Σ粦?yīng)低于lMPa3)點(diǎn)燃?xì)怏w種類的影響不同點(diǎn)燃?xì)怏w的氧指數(shù)基本相同，ISO4589—1984．規(guī)定，點(diǎn)燃?xì)怏w為未混有空氣的丙烷（作為基準(zhǔn)）。第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4）點(diǎn)燃火焰方向和高度規(guī)定方向?yàn)榇怪狈较颍叨葹?6±4mm5）不同的點(diǎn)燃方式對(duì)不同的試樣有不同的點(diǎn)燃方式6）無火焰燃燒氧指數(shù)測(cè)定應(yīng)為有火焰燃燒7）環(huán)境溫度特別是對(duì)環(huán)境敏感材料，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)調(diào)節(jié)8）燃燒筒溫度燃燒靠燃燒時(shí)放出的熱量來維持，要求燃燒筒在常溫下使用，二個(gè)交替用，防溫度升高，影響測(cè)試結(jié)果。

第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月9）試樣的尺寸試樣厚度：薄，易燃燒，OI低，厚，OI高試樣長(zhǎng)度：按標(biāo)準(zhǔn)70~150mm試樣缺陷：氣泡、雜質(zhì)、裂紋、飛邊、毛刺等影響燃燒性能試樣制備方法：不同的制備方式，對(duì)試樣的結(jié)晶度，固化程度，密實(shí)程度有影響，采用同一種制備方法試樣。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4、4塑料的閃占和自燃點(diǎn)的測(cè)定定義：1、閃燃溫度（閃點(diǎn)）塑料受熱分解放出可燃?xì)怏w，剛剛能被外界小的火焰點(diǎn)著這時(shí)試樣周圍空氣的最低溫度即為該材料的閃點(diǎn)。2、自燃溫度（自燃點(diǎn)）塑料材料受熱達(dá)到一定溫度后不用外界點(diǎn)燃，自行發(fā)生燃燒時(shí)，試樣周圍空氣的最低溫度即為該材料的自燃溫度第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月測(cè)定儀器P219，熱空氣試驗(yàn)爐，有空氣對(duì)流裝置及加熱，溫度測(cè)量裝置等試樣粒狀、粉狀、塊狀等，3±0.5g狀態(tài)設(shè)定23±2℃，R.H50±5%平衡40小時(shí)測(cè)定步驟：1）閃點(diǎn)a.試樣盤裝入試樣，熱電偶T1放于試樣中心，放入爐膛

第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月b.打開空氣進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)流速為25mm/s

接通爐子的加熱電源，將爐溫升速調(diào)整為600℃/h（±10%）c.打開燃?xì)忾y點(diǎn)燃燃?xì)?，火焰置于分解氣體出口上方d.觀察試樣分解放出氣體被點(diǎn)燃時(shí)周圍空氣溫度T2及試樣溫度T1，若T1迅速升高，則T2為閃點(diǎn)第一近似值，調(diào)節(jié)空氣進(jìn)氣閥，調(diào)節(jié)流速為50mm/s及100mm/s，得另二個(gè)數(shù)據(jù)。第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月e.取上述閃點(diǎn)最低值的取空氣流速，控制空氣溫度的升溫速度為300℃/h（±10%）重復(fù)上述試驗(yàn)，得T2的近似值二

f.以此溫度作為溫度