聚氨酯保温板引燃特性试验研究

李 青

(武警学院 研究生队，河北 廊坊 065000)

聚氨酯保温板引燃特性试验研究

李 青

(武警学院 研究生队，河北 廊坊 065000)

为得出火场复杂环境因素对聚氨酯保温板引燃特性的影响规律，给防火工作和火灾调查提供依据，选取市场上常用的B1级聚氨酯保温板为研究对象，运用理论与试验相结合的方法，分别选用最常见的两种引火源(酒精喷灯、电焊渣)对其进行引燃特性试验研究。结果表明，一定条件下，酒精喷灯和电焊渣都能引燃聚氨酯保温板；酒精喷灯加热聚氨酯保温板相同时间，随着距火源距离的增大，引燃能力减弱；随着电焊持续作用时间的增长，电焊渣引燃聚氨酯保温板的能力增强；随着酒精喷灯加热时间的增长，试样表面温度先迅速升高，达到材料最快热释放速率时，温度升至最高值，之后缓慢下降，并逐渐趋于相对稳定状态。

聚氨酯保温板；引燃试验；酒精喷灯；电焊渣

0 引言

近几年来，聚氨酯保温板因具有绝缘性良好、理化性能优良、比强度高和低导热系数等优点，被广泛应用于各场所的保温隔热系统中。其应用几乎渗透到国民经济各个部门，已逐渐成为各行业中不可或缺的重要有机材料之一。但是，聚氨酯泡沫属于有机高分子材料，易燃。硬质聚氨酯泡沫的闪点约为310 ℃，自燃温度为412 ℃[1]。未经阻燃处理的聚氨酯制品，氧指数仅为20左右，经阻燃处理的一般也在30以下[2]。聚氨酯保温板内为多孔性结构，导热性差，且热稳定性差，极易造成热量积聚而引发火灾。近年来由聚氨酯泡沫材料引起的建筑火灾频繁发生，造成了严重的财产损失和人员伤亡，如河南洛阳东都商厦火灾、深圳龙岗舞王俱乐部火灾[3]、上海静安区胶州路公寓火灾等[4]。目前虽有大量关于高聚物燃烧特性的研究[5-6]，但由于聚氨酯保温板在实际使用过程中的环境因素非常复杂，有关其在火源种类、加热时间、火源位置等多种因素作用下的引燃特性的研究相对较少。本文在国内外研究[7]的基础上，进一步探究聚氨酯保温板在不同条件下的引燃特性。

1 试验设计

1.1 试验仪器设备及材料

试验仪器为：火灾痕迹物证试验台(交流输出电压0～55 V)，非接触式红外测温仪，酒精喷灯。

试验材料为：B1级聚氨酯保温板；石棉网；焊条若干；角钢。

1.2 酒精喷灯引燃聚氨酯保温板试验设计

将聚氨酯保温板锯成10 cm×10 cm×7 cm大小的试验块材。用酒精喷灯加热试样，控制下表面与火焰顶点的距离分别为0 cm、5 cm、10 cm，计时并观察记录引燃过程中的试验现象，同时记录试样表面温度。分析总结火源距离和引燃时间对聚氨酯保温板引燃特性的影响规律。为减少试验误差，避免偶然性因素对试验结果的影响，每组进行5次重复性试验。

1.3 电焊渣引燃聚氨酯保温板试验设计

调节电压为50 V，将聚氨酯保温板试样置于三角钢一侧，为减少三角钢的高温对试验结果的影响，控制试样中心和三角钢间距为1.0 cm。为保证电焊渣尽可能多地落在试样上，在试样外围增设维护体，并在试样下方铺垫石棉网以减少试样底部的热损失。控制持续电焊时间分别为5 s、10 s、20 s、40 s，每组进行5次重复性试验，观察记录试验现象。通过该试验分析总结电焊持续时间对聚氨酯保温板引燃特性的影响规律。

2 结果与讨论

2.1 酒精喷灯引燃聚氨酯保温板的试验研究

2.1.1 加热不同时间对引燃结果的影响

酒精喷灯加热聚氨酯保温板，火焰距离试样0 cm，其他参数相同的条件下，分别控制加热时间为20 s、40 s、60 s、80 s、100 s、120 s，并记录试样表面的温度，如表1所示，试样表面温度随时间变化的趋势如图1所示。观察到的引燃现象如表2所示。

注：表中的温度均为5次试验的平均温度。

由图1可知，在该时间段内，随着加热时间的增长，试样表面的温度先迅速升高，达到最高温度(约850 ℃)时，温度逐渐下降，之后基本维持稳定。由表2可见，酒精喷灯引燃聚氨酯保温板时，5次重复试验均成功引燃，且有4次出现了持续5 s以上的火焰，火焰由中心向周围蔓延，饰面层内部保温材料熔化溢出。

图1 试样表面温度随加热时间的变化趋势

变色时间冒烟时间变形时间炭化时间着火时间引燃结果1．3s2．4s5．2s6．7s10．5s5次重复试验均引燃

注：表内时间均为5次试验的平均时间。

2.1.2 距火源不同距离对引燃结果的影响

用酒精喷灯加热聚氨酯保温板的正面，分别控制试样下表面与火焰顶点的距离为0 cm、5 cm、10 cm，加热试样1 min，具体引燃结果如表3所示。每隔10 s记录一次试样表面温度，如表4所示。火源在不同距离下加热时，试样表面温度变化趋势对比情况如图2所示。

表3 距火源不同距离时加热1 min的引燃结果

注：1)表内时间均为5次试验的平均时间；2)“—”表示未观察到该现象。

表4 距火源不同距离加热时试样表面温度变化

注：表中的温度均为5次试验的平均温度。

图2 距火源不同距离时试样表面温度变化趋势对比图

试验表明，当聚氨酯保温板与酒精喷灯火焰顶点距离为0 cm时，5次重复性试验中，5次均成功引燃；当距离增大到5 cm和10 cm时，试样均未被引燃。且随着火焰距离的增大，试样热分解反应速度减慢，反应剧烈程度也减轻。由图2可知，在该时间段内，火源距离为0 cm时，试样表面温度上升迅速，最高可超过800 ℃；火源距离大于5 cm时，试样表面温度相对较低，上升较缓慢，未达到燃点温度。

2.2 电焊渣引燃聚氨酯保温板试验研究

以电焊渣为例，用电焊渣引燃聚氨酯保温板，控制电焊持续作用时间分别为5 s、10 s、20 s、40 s，引燃现象如图3，引燃结果如表5所示。

(a)持续电焊5 s

(b)持续电焊10 s

(c)持续电焊20 s

(d)持续电焊40 s

随着电焊持续时间的增长，聚氨酯保温板被成功引燃的次数增多，火焰更大，蔓延更迅速，火焰持续时间更长。通过排除误差结果，可得出电焊持续作用时间小于5 s时，不能引燃该聚氨酯保温板；大于10 s时能够成功引燃，且火焰持续时间都较长，超过了10 s。

表5 电焊持续作用不同时间时的引燃结果

注：表内时间均为5次试验的平均时间。

2.3 分析讨论

2.3.1 火源种类对引燃能力的影响

由于不同火源的温度场和热量分布情况不同，加热同种可燃物的引燃结果也会各异。试验测得酒精喷灯的火焰温度约为1 000 ℃，且喷灯火焰的热量比较集中，用酒精喷灯加热聚氨酯保温板时，体系放热量大于散热量，保温板表面热量大量积累，温度迅速升高，发生热分解并燃烧产生火焰。中心火焰加热区温度最高，最先引燃，火焰呈现由中心向周围蔓延的规律特征。

电焊渣引燃聚氨酯保温板时，电焊熔珠温度高达1 200 ℃左右，试样表面被溅上的熔珠加热，温度也会很快升高到达燃点，产生火焰，但是由于焊渣熔珠四处飞溅，会导致试样表面多处受热升温，多处出现火焰。

2.3.2 火源距离对引燃能力的影响

同种火源加热同尺寸的聚氨酯保温板时，随着火源距离的增大，火源向环境中散失的热量增多，根据能量守恒定律，到达试样表面的热量会减少，不利于热量积累，试样表面升温速度会减慢，到达燃点的时间会延长。当火源距离增大到一定值，大部分热量都会散失到空气中，试样表面接受的少量热量已经无法使之达到燃点温度，也就无法引燃。

2.3.3 加热时间对引燃能力的影响

加热时间越长，试样表面热量积累越多，温度越高，聚氨酯保温板更容易达到燃点而被引燃，且火势更大，火焰持续时间更长。当加热时间足够小，试样表面温度不能达到材料的燃点，只会出现冒烟、变色、变形等现象，无明火出现。

3 结论

通过研究聚氨酯保温板的引燃特性，得出以下结论：(1)一定条件下，酒精喷灯和电焊渣都能够引燃该B1级聚氨酯保温板。(2)酒精喷灯加热聚氨酯保温板相同时间，随着距火源距离的增大，引燃能力减弱。在该试验条件下，火源距离为0 cm时，能成功引燃试样，10 s左右会出现明火；距离大于5 cm时，不能引燃试样。(3)电焊渣引燃聚氨酯保温板，随着电焊持续作用时间的增长，引燃能力增强。持续电焊时间小于5 s时，不能成功引燃试样；持续电焊时间大于10 s时，能成功引燃，且能维持10 s以上持续燃烧火焰。(4)酒精喷灯引燃聚氨酯保温板，在测量的时间段内，随着加热时间的增长，试样表面温度的大致趋势为：先迅速升高，达到材料最快热释放速率时，温度升至最高值约850 ℃，之后缓慢下降，并逐渐趋于相对稳定状态。

[1] 徐培林,张淑琴.聚氨酯材料手册[M].北京：化学工业出版社,2011.

[2] 龚娜.软质聚氨酯泡沫塑料燃烧性能及火灾危险性分析[D].成都：西南交通大学,2011.

[3] 公安部消防局.火灾统计年鉴[M].北京:中国人事出版社,2006.

[4] 李晓蕾,王鹏.从典型火灾案例看建筑保温材料的防火安全问题[J].建材发展导向,2009,(4):53-56.

[5] 林楠,李松,舒中俊.室内常见装饰用织物热辐射引燃特性[J].消防科学与技术,2011，30(1)：19-22.

[6] 张方敏.软质聚氨酯泡沫引燃特性的试验研究[J].中国公共安全：学术版,2013,(1):78-80.

[7] CHECCHIN M, CECCHINI C, CELLAROSI B,etal. Use of Cone Calorimeter for Evaluating Fire Performances of Polyurethane Foams [J]. Polymer Degradation and Stability,1999,64(3):573-576.

(责任编辑 马 龙)

On the Ignition Experiment of Polyurethane Insulation Board

LI Qing

(TeamofGraduateStudent,TheArmedPoliceAcademy,Langfang,HebeiProvince065000,China)

In order to get the law of the complex environmental factors influcing ignition characteristics of the polyurethane insulation board, and provide certain criteria for fire-protection and fire investigation, the commonly used polyurethane insulation board in market is chosen as the research object in the light of the problem of its flammability. In the study, alcohol burner and welding slag are selected to study its ignition characteristics. On the base of mastering the physical and chemical properties of the polyurethane insulation board, the ignition characteristics of polyurethane insulation board are studied through small-scale experiments in a multi-parameter coupling. All this can provide certain reference value for the fire-protection and fire investigation work.

polyurethane insulation board; ignition experiment; alcohol burner; welding slag

2014-12-05

李青(1992— )，女，湖南衡阳人，在读工程硕士研究生。

D631.6

A

1008-2077(2015)04-0024-04