全氟己酮灭火剂与不同材料的相容性及应用验证

俞锦伟

摘要：全氟己酮灭火剂是近年来被引入我国的一种新型灭火器，在灭火工程中有非常重要的应用。对该物质进行材料相容性实验时确定其最佳存储方式的必要途径。本文中，笔者对全氟己酮灭火剂与若干种常见存储材料之间的相容性进行了实验，在实验结果的支持下，得出了该灭火剂的最佳存储条件，以期能够给相关工作人员提供参考。

关键词：全氟己酮;金属材料;非金属材料;相容性;灭火剂

引言

全氟己酮灭火剂在过去的应用中发挥出了巨大的价值[2]，在很长的一段时间内都作为特殊场景的主要灭火剂。但是在长期的使用过程中，也暴露出了很多问题。因此，亟需寻找性质更佳的灭火剂来替代该灭火剂。ISO标准中包括了灭火剂，在《气体灭火器系统》的总结中明确说明它能够作为一种新型的气体灭火剂得到广泛应用。全氟己酮的代号为FK-5112，主要化学结构为全氟-2-甲基-3-戊酮或全氟-2-甲基-戊-3-酮。所以，业界常使用氟化酮的缩写来指代全氟己酮。雖然这种物质具有良好的灭火性能，而且因为是气体灭火剂，就不会引起二次火灾，但这种物质的保存始终是大大减少其使用和推广的关键方面。所以，与储存容器、阀门、虹吸管等紧密接触的材料会产生一定量的腐蚀，并改变这类材料的理化性能，引起泄漏，引起灾难和事故。在此基础上，通过实验研究与各种材料的相容性，寻找最佳的储存方法和储存材料，以降低物质的储存风险，提高渗透率是非常重要的。在相容性实验的进行期间，首先需要选择的材料是现阶段全氟己酮灭火剂储存中存在的材料，如钢瓶、阀门、虹吸管、安全座椅等。该材料中的化学物质有：38Mn、304不锈钢、丁腈橡胶等。这些物质在长期使用条件下的相容性程度应通过实验来评价，对于相容性明显不符合要求的材料，还应找到相应的替代方案，因此，在其他金属和非金属材料上进行实验也很重要。

1  研究背景

全氟己酮灭火器是一种透明、无色、无味、可降解的环保型灭火器。 由于在高温条件下为气态（灭火时为气态），灭火后无残留， 对于精密设备和贵重文件的灭火十分重要。这种新型灭火器是在国外诞生的，近几年才刚刚引入我国灭火器领域，因此，对其灭火设备和储存设备的研究还处于起步的阶段。 此外，国内的研究方向大多集中在驱动气体和灭火设备的结构研究上，对其储存气密性和储存材料尚未进行研究。

2  相容性实验

2.1 试验材料及方法

实验材料的分类方法很多，但按材料的化学性质可分为金属材料和非金属材料，由于灭火剂是气态灭火剂，需要加压液化，只有金属材料才能承受足够的压力，因此，存储器的主要配置是金属材料。 但是，虹吸管和安全片只能使用非金属材料，因此，材料可分为金属材料和非金属材料，另外，由于本次实验分为两大部分，一是目前常用的内存中相关材料的相容性实验，用于确定每种材料在长期存储接触过程中的相容性水平。第二部分是按照这个结果尝试更多的材料，并找到最好的替代方案，因此，实验材料的分类可以分为现阶段使用的和可能替代的。实验方法和过程可以分为两个主要环节：浸泡和测量。 （1） 浸泡。浸泡过程能够模拟灭火剂在储存过程中与每种物质的接触过程，需要足够长的浸泡时间，本文选取的浸泡时间为180天。在实际储存过程中，灭火剂处于高压状态，浸泡时间长，灭火剂腐蚀性强，实验过程中浸入常温常压环境。所以，浸泡时间不应少于六个月。另外，在浸渍阶段中，浸渍方法需要严格坚持《一般碱与锈合金余量规定》和《碱化液与合金腐蚀试验》等有关实验指导方针，保证浸泡环节是有效的，给以后的兼容性测算奠定良好基础。（2）测算，计算的内容是测量和计算各种浸泡材料在浸泡足够长的时间后的各种物理和化学性能，如腐蚀速率、质量变化、体积差、功率变化等，并利用这类数据对兼容性标准进行分类，获得最终评价的结果。

2.2 实验样品的制备

因为实验材料分成了金属材料和非金属材料两种，这两类材料的制样要求是不同的。针对金属设备，购买所需的金属样品样块后，每个样品加工50mm * 25mm * 15mm。其实这个尺寸的要求并非为硬性要求，只是因为外框挡住了外面的金属，所以不规则，同时表面可能会生锈氧化。所以，一个合适尺寸和平衡的标准钢样品应涂上一层氧化膜和锈层，以便下次测量其体积变化。非金属材料（特别是橡胶）在撞击表面氧化层后放置在哑铃架上。详见图1：

将橡胶材料加工成横截面中间有一个哑铃形状的原因，作为测试长度，使测试结果更加明显，以减少测量带来的误差。上图中的测试长度为20mm。

2.3 相容性测试流程

第一，当金属材料制成特定的均匀尺寸时，将表面设置为同一水平。然后测量这类金属结构的质量，并通过高倍望远镜检查金属样品的表面。现在表面平整，无显著裂纹的试件作为试验材料。对于橡胶材料，先用肥皂清洗表面，然后晾干，测量其重量、厚度、硬度和承受应力的强度，并记录有关数据。将两个实验样品放入干净的浸渍容器中，向容器内倒入一定量的全氟己酮灭火剂，注入量应保证前面浸没试样。浸泡完毕后，封闭容器，确认其密闭性达到要求后将其置于实验室中。并以此时间为起始点计算浸泡时间。浸泡的时间为180天。需要注意的是，在进行实验时最少应该设置三组存储器，每一组的试件处理方法和存储条件都完全相同。这样做的目的是方式在长期的存储过程中，由于人为或者非人为因素导致某一存储器发生泄漏致使实验终止而浪费大量的时间。在浸泡市场达到180天后，从试液中提起浸泡物，用显微镜以及其他的实验器材进行理化性质的分析以及相关数据的测量和记录。

2.4 试验后观察和测试数据

2.4.1试件质量测量

实验过程中试件由于受到灭火剂的腐蚀而会导致质量的减少，但是减少的程度并不大。因此使用普通的托盘天平不仅误差较大而且很难准确测量出前后的差值。因此，质量称重无论是在实验前还是试验后都应该使用分析天平，其精确度可以达到0.001g。

2.4.2试件表面腐蚀形貌观察

腐蚀情况的观测依赖于高倍光学显微镜。需要注意的是，腐蚀形貌的评价并不能够定量只能够定性评价。

2.4.3金属试件腐蚀速率计算

腐蚀速率的计算需要用到第一步中质量测量的结果，具体的计算公式如下所示。

3  结论

全氟己酮与不同的材料之间的相容性有明显的差异，研究其与不同材料的相容性差异有助于灭火器与存储器生产时的材料选择。正确的材料选择有助于提升该灭火剂的安全性，并为其广泛推广奠定物质基础。从实验结果来看，非金属密封件不宜采用硅橡胶，而适合采用PE、三元乙丙橡胶。而盛装灭火剂的金属容器在金属材料上的选择宜使用316L、铝合金材质的容器。

参考文献：

[1]米欣、张杰、王晓文.新型洁净灭火剂Novec1230介绍及应用[J].消防技术与产品信息，2018，（4）：32-34.

[2]周鑫、张宇玮、于龙等.GH4169高温合金与四氧化二氮推进剂环境的长期相容性试验研究[J].航天器环境工程，2019，36（2）：161-164.

[3]陈涛、卢大勇、胡成等.全氟己酮灭火剂临界灭火浓度测试研究[J].消防科学与技术，2015，34（9）：1210-1214.

[4]陆垚，仲俊鑫，徐皓博.全氟己酮灭火剂与不同材料的相容性及应用验证[J].精密制造技术，2020，56（05）：26-30.

[5]尹乔之. 全氟己酮灭火剂与不同材料的相容性及应用验证[D].南京大学，2018.

[6]王彦雄. 王程坤. 全氟己酮灭火剂与不同材料的相容性及应用验证[D].西北工业大学，2017.

[7]李洁玉. 陈晓雷. 全氟己酮灭火剂与不同材料的相容性及应用验证[D].南京大学，2016.