典型热塑性材料逆流火蔓延及燃烧毒性研究

发布时间：2017-07-02 11:17

  本文关键词：典型热塑性材料逆流火蔓延及燃烧毒性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技的进步和材料学的发展,热塑性材料以其加工方便、质轻、耐腐蚀性等优势被广泛应用于日常生活及生产中,但是热塑性材料在火灾中易发生熔融流动燃烧,加速火灾的蔓延,同时会产生大量有毒有害产物,不仅会危及人们的人身,财产安全和社会稳定,对消防救援也会造成妨碍和威胁。而现阶段的火灾特性的研究大都集中于热固性材料,关于热塑性材料的火灾行为的研究还不够全面。开展热塑性材料的火灾危险性研究,尤其是火蔓延和毒性研究对于全面认识并掌握热塑性材料的燃烧特性,预防火灾事故的蔓延扩大及选择应用低毒低害材料具有重要的理论指导意义。本文开展了一系列实验,研究了不同尺寸因素影响下的热塑性材料的火蔓延行为,以及不同燃烧环境影响下的热塑性材料燃烧毒性,并利用层次分析法对热塑性材料逆流火蔓延行为的危险性进行了综合评价。本文针对典型的热塑性材料聚丙烯(PP)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)开展了一系列的逆流火蔓延实验研究,分析了不同宽度和厚度试样的火蔓延特性,对火焰高度、火蔓延速率等参数进行了规律分析,并结合传热理论阐述分析了不同尺寸下的火蔓延速率的规律,对火灾中热塑性材料火蔓延涉及的无归断裂和解聚反应的热解机理进行了阐释。受试样尺寸和流动性的综合影响,PP和PMMA的火蔓延速率等参数的变化规律是不同的。热塑性材料燃烧产物的毒性作用是造成伤亡的最主要的因素,本文利用稳态管式炉steady-state tube furnace (SSTF)对聚丙烯(PP),聚乙烯(PE),聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在三种有焰燃烧条件下的O2消耗量和燃烧产物CO,CO2的生成量进行了研究分析,并运用FED(有效剂量分数)模型对燃烧产物毒性进行了评价,结果发现燃烧毒性最大的是封闭区域的有焰燃烧的燃烧条件。在此基础上得到了燃空比和温度对于燃烧产物CO,CO2的影响,结果表明,燃空比增加,温度的降低,三种试样燃烧的CO生成量均会增多,CO2的生成量则会减小。最后,基于层次分析法的基本原理,应用PP和PMMA逆流火蔓延的实验数据,本文选取了火焰高度、火蔓延速率和CO生成速率为基本评价指标参数,建立了综合评价模型,对PP和PMMA逆流火蔓延的火灾危险性进行了单项指标评价和综合评价。评价结果显示对于相同宽度和厚度的PP和PMMA,PP由于具有熔融流动燃烧的特性,火灾危险性大于PMMA。评价结果对于完善热塑性材料的燃烧性能数据具有重要的作用。
【关键词】：热塑性材料 逆流火蔓延 燃烧毒性 综合评价 层次分析法
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ325;X932
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 研究背景10-11
• 1.1.1 聚合物材料的分类10
• 1.1.2 热塑性材料的火灾危险性10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 热塑性材料火蔓延研究现状11-13
• 1.2.2 热塑性材料燃烧毒性研究现状13-15
• 1.3 研究目标15
• 1.4 研究思路与本文章节安排15-18
• 第2章 热塑性材料逆流火蔓延及毒性研究基本理论18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 热塑性材料逆流火蔓延分析18-20
• 2.2.1 火蔓延行为的表征参数18-19
• 2.2.2 逆流火蔓延过程分析19-20
• 2.3 热塑性材料燃烧毒性研究20-24
• 2.3.1 材料的燃烧产物及毒性20-21
• 2.3.2 燃烧场景的划分21-22
• 2.3.3 材料燃烧毒性的研究方法22-24
• 2.4 小结24-26
• 第3章 典型热塑性材料逆流火蔓延特性研究26-42
• 3.1 引言26
• 3.2 实验装置及方法26-27
• 3.3 实验结果及分析27-40
• 3.3.1 热塑性材料的火蔓延方式27-31
• 3.3.2 材料宽度对热塑性材料逆流火蔓延的影响31-38
• 3.3.3 材料厚度对热塑性材料逆流火蔓延的影响38-40
• 3.4 小结40-42
• 第4章 典型热塑性材料燃烧毒性特性分析42-54
• 4.1 引言42
• 4.2 实验装置及方法42-44
• 4.2.1 实验装置组成42-43
• 4.2.2 实验原理及方法43-44
• 4.3 实验结果与分析44-52
• 4.3.1 不同燃烧场景的燃烧产物毒性44-49
• 4.3.2 温度和燃空比对燃烧毒性的影响49-52
• 4.4 小结52-54
• 第5章 基于火蔓延实验的热塑性材料火灾危险性评价54-64
• 5.1 引言54-55
• 5.1.1 层次分析法基本原理54
• 5.1.2 层次分析法的基本步骤54-55
• 5.2 热塑性材料火灾危险性评价55-61
• 5.2.1 火灾危险性评价模型的建立55-58
• 5.2.2 单项指标评价58-60
• 5.2.3 综合评价60-61
• 5.3 小结61-64
• 第6章 全文总结及进一步工作展望64-68
• 6.1 全文总结64-65
• 6.2 进一步工作展望65-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-76
• 攻读硕士期间科研成果76

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