丙纶地毯烟密度的试验研究

王平

（中国人民武装警察部队学院，河北廊坊065000）

丙纶地毯烟密度的试验研究

王平

（中国人民武装警察部队学院，河北廊坊065000）

采用SCY-1型建筑材料烟密度测定仪，按照GB/T 8627-2007的方法测定丙纶地毯燃烧过程中烟密度的变化。为了考察水及S-100-AB-DW水系灭火剂对材料产烟量的影响，把丙纶地毯用水及S-100-AB-DW水系灭火剂浸泡后，做了对比试验。结果表明，浸水后的材料开始产烟的时间延迟，浸了S-100-AB-DW水系灭火剂的材料开始产烟的时间提前。水及S-100-AB-DW水系灭火剂都会使最大烟密度和总产烟量增大，但后者影响更显著。

丙纶地毯；烟密度；试验研究

地毯是一种软性铺装材料，除了具有装饰作用，还有保温、吸音和防滑等功能［1］，常铺设于酒店宾馆、家庭住宅、各种场馆、办公写字楼以及公共娱乐等场所和各类交通工具的地面［2］，在建筑物的内部装饰装修及日常生活中扮演着非常重要角色，但是未经阻燃处理的地毯有很大的火灾危险性，地毯燃烧时，会放出大量有毒的烟气，严重威胁火场人员的生命安全［1］。丙纶地毯是我国化纤地毯的主要品种，在国内占有相当高的市场份额［3］，丙纶地毯耐磨、抗污、易清洗，其主要成分聚丙烯纤维是一种易燃的化学纤维，制作地毯的背衬用胶大部分也是易燃的高分子乳胶，所以丙纶地毯具有易燃性，其极限氧指数是18，着火温度为570℃。而且，丙纶地毯燃烧产生的烟气有毒性、刺激性和腐蚀性，不但影响人们疏散和逃生，还会使人中毒窒息死亡［4］。而扑救火灾所用的水或其他灭火剂会对材料的产烟性造成不同的影响。本实验研究了水及S-100-AB-DW水系灭火剂对丙纶地毯产烟性的影响。

1　实验

1.1主要材料与仪器

主要材料:丙纶地毯，尺寸为（25.4 mm）×（25.4 mm）×（6.2 mm），试样表面平整，无飞边、无毛刺［5］。

自来水，水系灭火剂S-100-AB-DW（廊坊镒安消防公司生产）。

仪器:SCY-1型建筑材料烟密度测定仪（南京上元仪器厂生产），主要部件有样品支架、光电系统、点火系统、记时装置、烟箱等。

1.2试验原理

由光源射入测量空间的光束强度的衰减服从Lambert定律。

1.3试验方法

依据GB/T 8627-2007规定的技术条件，应用SCY-1型建材烟密度测定仪测定丙纶地毯烟密度值［5］。试验中，采用液化石油气火焰点火，调节燃气压力为2×105Pa，试验时间4 min，期间每隔1 s记录一个数据，绘制曲线，最大烟密度（MSD）值为曲线最高点对应的值。每个样品平行做3次试验，取平均值。

同时记录丙纶地毯燃烧出现的现象，如出现火焰的时间、火焰熄灭的时间、安全出口标志由于烟气积累而变模糊的时间等。

为了对比水及水系灭火剂对材料发烟性能的影响，做了三组对照试验［6］。一组不加灭火剂，另外一组加入2 mL水浸泡100 s，第三组加入2 mL S-100-AB-DW灭火剂浸泡100 s。

试验时应注意严格控制条件［7-8］:

（1）温度控制在（23±2）℃，湿度控制在（50±5）%。

（2）燃烧室内外应处于相同的大气压下。

（3）定期检验光测装置。

（4）每次试验开始前都用计量过的滤光片来校准仪表。

2　实验结果及分析

2.1燃烧性能对比分析

燃烧过程中出现的典型现象见表1。

表1　丙纶地毯燃烧性能

（1）加水浸泡后丙纶地毯的开始产烟时间延迟104 s，而加S-100-AB-DW水系灭火剂浸泡的材料开始产烟时间提前3 s。加水浸泡后丙纶地毯的开始产烟时间延迟，原因是水的沸点为100℃，比PP的分解温度低得多，水气化吸收大量的热，降低丙纶地毯的温度，延迟地毯的热分解和燃烧过程。而S-100-ABDW水系灭火剂是多种成份组成的灭火剂，有发泡剂、增稠剂、阻燃剂、稳定剂等。和水相比，S-100-AB-DW水系灭火剂可以提高水的渗透能力和润湿能力，增加水的黏度，降低水的表面张力，在材料表面和内部停留的时间延长，更不易蒸发出来。浸泡S-100-AB-DW水系灭火剂的材料开始产烟提前3 s，说明水的蒸发过程和热分解过程是同时进行的。

（2）干材料和浸水的材料都是在试验结束外加的液化石油气的火焰熄灭以后熄灭的，而浸泡S-100-AB-DW灭火剂的丙纶地毯134 s火焰就开始熄灭，是由于S-100-AB-DW水系灭火剂在材料中停留时间延长，其灭火和阻燃效果均好于水，从而使火焰较快熄灭。

（3）干材料始终没有出现安全出口标志变模糊的现象，说明其燃烧过程中产烟量较小。而浸水的材料217 s出现安全出口标志变模糊的现象，浸泡S-100-AB-DW灭火剂的丙纶地毯98 s出现安全出口标志变模糊的现象，因为浸泡S-100-AB-DW灭火剂的丙纶地毯发生的是不完全燃烧，生成了更多的碳粒子，产烟速率较快，所以安全出口标志变模糊的时间较短。

2.2产烟性能对比分析

三组材料的烟密度曲线如图1。

图1　丙纶地毯燃烧的烟密度曲线

曲线与时间轴所围的面积为总的产烟量，曲线与时间轴所围面积与曲线图的总面积的商，再乘以100，为试样的烟密度等级［5］，具体数据见表2。

表2　丙纶地毯的产烟性能

选取几个主要的参数进行分析:

（1）最大烟密度及达到最大烟密度时间

加水和加S-100-AB-DW水系灭火剂浸泡后丙纶地毯的最大烟密度分别增加了261.5%和240.7%，达到最大烟密度时间分别推迟了198 s和200 s。

（2）总产烟量和烟密度等级

加水浸泡后丙纶地毯的总产烟量和烟密度等级增大了60.18%，而浸泡S-100-AB-DW水系灭火剂的材料总产烟量和烟密度等级增大了245.9%。

聚丙烯纤维是丙纶地毯的主要成分。其熔点为160～175℃，分解温度为350℃，由于其分子链上含有氢及大量不稳定的叔碳原子，所以易于发生热降解，热降解的活化能为23.958 kJ/mol［9］。当温度继续升高时，聚丙烯纤维会发生热分解使其中的大多数键发生断裂，生成小分子量的气态产物，如氢气、甲烷、乙烷、丙烯，还有甲基丁烯、戊烷等，在足够氧和外部火源作用下就会被引燃，燃烧产生二氧化碳、水，还有一些不完全燃烧产物如一氧化碳，同时生成含碳的固态残余物，部分高聚物的碎片或固体颗粒形成烟［10］，水使得聚丙烯纤维的升温速率减慢，不完全燃烧产物生成量增加，但是由于水变成水蒸气可以冲淡烟雾和可燃气体，在一定程度上起到消烟作用。所以，加水浸泡会使丙纶地毯的总产烟量和烟密度等级增大，但影响程度不如S-100-AB-DW水系灭火剂大。

S-100-AB-DW水系灭火剂和水相比，可使水的表面张力降低、渗透能力和润湿能力增强、黏度增大，在燃烧体系停留的时间延长。浸泡S-100-AB-DW水系灭火剂的材料未发生充分氧化热解和燃烧，生成了更多的不完全燃烧产物，所以会使最大烟密度、总产烟量和烟密度等级大幅度增大。

3　结论

通过烟密度测定结果的对比可以看出不同灭火剂对丙纶地毯产烟量影响是不同的。灭火效果好的灭火剂抑烟效果不一定好。相同条件下，水浸泡过的丙纶地毯开始产烟的时间延迟，而S-100-AB-DW水系灭火剂浸泡过的丙纶地毯开始产烟的时间提前。

水和S-100-AB-DW水系灭火剂都会使丙纶地毯的总产烟量和烟密度等级增大，但S-100-AB-DW灭火剂的影响更显著。相对于S -100-AB-DW水系灭火剂，丙纶地毯发生火灾时用水扑救，有利于消防人员救援和火场人员的安全疏散。但在实际火灾中烟密度不仅取决于材料的性质，还与火场环境条件及建筑物的结构有关，需综合考虑。

［1］徐晓杰，周杰.不同条件下地毯燃烧性能的试验研究［J］.武警学院学报，2012，28（8）:13-14.

［2］龙国锋.几种常用地毯材料的燃烧性能分析［J］.湖北警官学院学报，2015（12）:116-121.

［3］刘玉莉，钱以宏.国内地毯业的现状及PTT地毯产品前景分析［J］.合成纤维，2002，31（3）: 14-17.

［4］杜文锋.消防燃烧学［M］.北京:公安大学出版社，2003.

［5］公安部四川消防研究所.GB/T 8627-2007建筑材料燃烧或分解的烟密度试验方法［S］.北京:中［6］陈伯辉.典型内装修材料烟密度的实验研究［J］.福建工程学院学报，2011，9（6）:531-534.

国标准出版社，2007.

［7］赵侠，邬玉龙.建材烟密度测定结果的影响因素分析［J］.中国建材科技，2010（3）:5-6.

［8］姚春，徐刚.试验设备对电缆燃烧烟密度测试结果的影响［J］.特种橡胶制品，2000，21（5）：35-38.

［9］吕明福，刘涛，张师军.聚丙烯的热降解和燃烧行为［J］.合成树脂及塑料，2007，24（6）：14 -17

［10］李建军，欧育湘.阻燃理论［M］.北京:科学出版社，2013.

EXPERIMENTAL STUDIES ON SMOKE DENSITY OF PP CARPET

WANG Ping
（Department of Fire Protection Engineering，Chinese People's Armed Police Forces Academy，Langfang Hebei 065000，China）

The smoke density of PP carpet in combustion process were measured by SCY-1 building smoke density tester according to GB/T 8627-2007 method.Smoke densities of PP carpet were compared after adding water and S-100-AB-DW water-based extinguish agent respectively.Results show that，smoke emerging starting time has been prolonged for materials soaked in water，while it has been shortened for materials soaked in S-100-AB-DW water-based extinguish agent.The total smoke productions and smoke density ratings（SDR）all increased for both and these two parameters increased significantly for PP carpet soaked in S-100-AB-DW water-based extinguish agent.

PP carpet，smoke density，experiment studies

TS106.5

B

10.3969/j.issn.1672-500x.2016.03.006

1672-500X（2016）03-0023-03

2016-07-08

王平（1971-），女，河北人，硕士，副教授，主要从事火灾燃烧及控制等方面的研究。