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聚合物垂直燃烧熔体滴落特性

聚合物燃烧时所产生的熔融滴落是引起火灾蔓延的一个重要因素,有相当数量的聚合物材料燃烧时会产生熔融滴落行为。研究表明聚合物的熔融滴落会增加火灾的严重性和危险性,主要是火灾条件下熔滴极易引发未燃的材料或部位着火,造成火灾的进一步蔓延。研究火灾条件下聚合物熔融滴落行为对防治火灾具有重要意义,已引起国内外学者的关注。但目前对聚合物熔融滴落特性尤其是火灾条件下熔融滴落行为的研究依然很少,应用垂直法对聚合物熔融滴落行为的研究也很有限。笔者利用垂直燃烧法研究几种聚合物的熔体滴落行为,得到熔融滴落特性参数:聚合物燃烧时的第一滴滴落时间和第一滴滴落质量。并分析其规律,为研究聚合物熔融滴落对火灾蔓延过程的影响奠定基础。
 
1试验部分
1.1 主要原料
主要原料见表1所示。
1.2主要设备及仪器
主要设备及仪器包括:赛多利斯天平、电热恒温干燥箱、塑料注射成型机、本生灯、木工带锯机。
1.3试样(或样品)制备
粒状PC、HIPS于80℃的恒温干燥箱内干燥24 h后用塑料注塑成型机注射成100 mm×100 mm×10 mm的样板。PE、PP、PA为现成样板。全部样板用木工带锯机锯成尺寸分别为i00 mmX i0 mm×2 mill、100 mm×10 ITlm×4 mm、100 mm×10 mm×6 mm、100 mm×10mm×8 miil、100 mm×10 mm×10 mm五种类型的样条。
1。4试验平台的搭建
将摄像机、本生灯、赛多利斯天平、自制的样品架、电缆线、电脑及电脑测试软件等组合连接成试验平台。液化气罐通过软管为本生灯提供可燃气,本生灯产生火焰作用于固定在样品架上的样条,样品架放置于电子天平上,燃烧过程中电子天平动态记录样品的质量变化。电子天平记录的数据通过电缆线传输到电脑的软件中并对数据进行处理。摄像机拍摄实验中样条的燃烧过程。
 
2结果与讨论
滴落特性参数主要是样品第一滴滴落时间和第一滴滴落质量,第一滴滴落时间指从对样条施加火焰开始到样品发生第一次滴落的间隔时间,第一滴滴落质量指样品第一滴滴落物的质量。
2.1 聚合物熔融滴落参数测定结果
取同种样品两次试验的平均值,得到第一滴熔滴平均滴落时间ATD和平均滴落质量AMD,见表2所示。由表中数据可知:(1)PC、HIPS两种材料的第一滴滴落时间比较晚,滴落的质量也相对较大,都随着样品厚度增加不断地增大;(2)PE、PP、PA三种材料第一滴滴落时间比较早,滴落质量比较小,而且滴落时间和滴落质量随着厚度的增加变化不大;(3)样品第一滴滴落时间越晚。其第一滴滴落的质量也就越大。
2.2不同厚度聚合物熔融第一滴平均滴落时间不同厚度聚
由图l可见,在厚度为2~6 mm时,PC、HIPS的第一滴滴落时间随厚度的增大呈直线增长,厚度大于6 mm后这两种材料第一滴滴落时间的增长趋势有所减小;而PE、PP、PA3种材料的第一滴滴落时问随厚度变化的曲线比较平缓。相同厚度条件下下,第一滴滴落时间的大小顺序为:PC、HIPS>PE>PP>PA。原因可能是HIPS在燃烧过程中遵循解聚裂解机理,分子量随着燃烧过程的进行逐渐降低,虽然燃烧高温状态下有软化的现象,但HIPS分子量很高以至黏度仍然很大;PC的裂解机理则以随机裂解和交联为主,交联使得材料的强度增加,且在燃烧过程中易交联成炭,延长了滴落时间。
由图2表明,样品HIPS在厚度小于8 nlm时,第一滴滴落质量随厚度增大而增大,但厚度为10 mm时,其第一滴滴落质量突然减小。其余样品质量曲线较平缓,厚度对滴落质量影响不大。相同厚度条件下,第一滴滴落质量的大小顺序为:HIPS>PC>PP,PE、PA。PE、PP、PA的数量级为10~,PC、HIPS的数量级10~,大一个数量级。这可能是因为HIPS、PC滴落类型以整体倒塌型为主,滴落的质量比较大,而PE、PA和PC的滴落类型以小液滴为主,滴落的质量比较小。
 
3结论
(1)聚合物的第一滴滴落的质量较大时,其第一滴滴落的时间比较长;
(2)同厚度材料的第一滴滴落质量的大小顺序为:HIPS>PC>PP、PE、PA;
(3)HIPS和PC材料的第一滴滴落时间随着样品厚度的增加而不断增大,而PE和PP的第一滴滴落时间受厚度的影响较小。

 

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