空间距离影响薄型PMMA竖向火蔓延及滴落行为研究

发布时间：2018-01-19 04:30

  本文关键词： PMMA 薄型材料 空间距离 竖向火蔓延 滴落 热流　出处：《中国矿业大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：随着全球科技进步和城市化建设的快速发展,薄型聚合物材料越来越多地应用到房屋装修中,例如大型娱乐商场的装饰用品和各种类型的广告牌等。这些薄型材料多处于公众聚集场所,易接触火源。一旦引燃以聚合物为主的薄型材料,其发热量高、燃烧速度快的特点会增加火灾荷载,同时火焰会快速蔓延到临近区域,进而形成大面积立体火灾。材料燃烧时还会释放大量有毒有害气体,导致生命和财产安全。前人针对薄型材料火蔓延行为的研究大多基于中等尺寸材料悬挂燃烧或贴墙燃烧两种方式,对于材料与墙体之间存在空间距离条件下的燃烧情况缺乏定性和定量的分析研究。而聚合物材料的燃烧又伴随着材料熔融、滴落等行为,更是加大了火蔓延行为的不确定性。因此,本文选取市场上应用最为普遍的薄型聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为研究对象,通过改变薄型PMMA板与墙体之间的空间距离,研究材料的火蔓延及滴落行为。本文首先使用热重分析仪测量PMMA材料的热解特性,为后续材料火蔓延行为提供基础参数支持。使用锥形量热仪测量了PMMA燃烧性能,分析了不同辐射强度对不同厚度材料的引燃时间、热释放速率和有效燃烧热等火灾参数的影响。然后使用自主搭建的薄型材料竖向火蔓延燃烧测试平台和滴落行为燃烧测试平台,研究了薄型PMMA板背面空间受墙体限制条件下竖直向上燃烧、竖直向下燃烧和滴落行为三个问题。实验使用1 mm厚PMMA板验证薄型材料与墙体之间的空间距离对竖直向上火蔓延特性的影响:随空间距离增大,正面火焰高度、背面火焰高度、热解高度和燃尽长度的数值均是先增大后减小,当空间距离约为13 mm工况时,各数值达到最大值;热解区域的长度随火蔓延增长逐渐达到稳定,同时火蔓延行为趋于稳定状态;理论公式推导出热解速度和燃尽速度同样渐近相等,提出并建立了背面热流值受空间距离影响而改变的数学模型。对照竖直向上火蔓延实验,使用相同实验平台研究了材料与墙体之间的空间距离对1 mm厚PMMA板竖直向下火蔓延特性的影响:随空间距离增大,火焰高度、热解区域长度、及质量损失速率的数值都是先增大后减小,质量损失速率与热解长度呈线性关系;对比研究了不同宽度的PMMA板稳定燃烧后的火蔓延速率,结果表明样板宽度对薄PMMA板竖直向下火蔓延特性影响可以忽略;分析了随空间距离改变,火焰辐射经墙体反射的热量对预热区域温度的影响是先增大后减小。基于UL94聚合物小尺寸燃烧实验平台自主搭建薄型PMMA板一面受限条件下滴落行为燃烧测试平台,研究厚度为2 mm的PMMA板与墙体之间的空间距离对材料竖向燃烧时滴落行为的影响:随着空间距离增大,滴落时间、滴落质量和燃尽增长距离都是先减小再增大;建立了重力与材料粘性力和熔体强度之间的力学平衡方程,观察得到PMMA板的滴落行为属于大尺寸滴落,分析了滴落行为与材料表面净热流、材料拉伸粘度和PMMA熔体质量等因素有关。
[Abstract]:With the rapid development of the global scientific and technological progress and urbanization , the thin polymer materials are increasingly applied to the decoration of houses , such as the decoration supplies of large recreation shops and various types of advertising boards . The dropping time , the dropping quality and the distance of burnout increase are decreased firstly , and the mechanical balance equation between gravity and material viscous force and melt strength is established . The dripping behavior of PMMA plate belongs to large - size dripping , and the factors related to dripping behavior and net heat flow , material tensile viscosity and PMMA melt quality are analyzed .

【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU998.1

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本文编号：1442661