【摘要】：當(dāng)前,聚苯乙烯(PS)泡沫在建筑、交通、化工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,因其具有導(dǎo)熱系數(shù)小、質(zhì)輕、價(jià)廉、防潮等優(yōu)點(diǎn),作為保溫材料已被廣泛應(yīng)用于建筑外墻保溫、活動(dòng)板房夾芯板中。與此同時(shí),近些年來,國家對(duì)建筑節(jié)能的高度重視,高原環(huán)境下以EPS為保溫材料的墻體保溫已經(jīng)逐漸發(fā)展為趨勢(shì),將是我國西部等高海拔地區(qū)建筑節(jié)能的首要任務(wù)。然而,PS耐火性差,極易被引燃,燃燒易放出大量熱以及可燃、易爆、刺激性有害氣體,一旦發(fā)生火災(zāi)事故,火災(zāi)危害性特別大。因而開展不同區(qū)域環(huán)境下保溫材料PS燃燒特性研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,從而為制定具有我國區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)的保溫材料防火設(shè)計(jì)規(guī)范提供參考,豐富低壓低氧環(huán)境下保溫材料燃燒理論特性研究均具有深遠(yuǎn)的意義。本文以典型EPS、XPS材料為研究對(duì)象,針對(duì)材料的熱解、燃燒、火蔓延、熄滅等進(jìn)行小尺寸實(shí)驗(yàn)研究,研究了材料熱解過程中的活化能、指前因子等參數(shù);揭示了不同區(qū)域環(huán)境,即不同海拔高度情況下,PS燃燒及火蔓延特性規(guī)律,重點(diǎn)分析了火蔓延速度、火焰結(jié)構(gòu)形態(tài)、質(zhì)量損失速率等參數(shù)變化規(guī)律。同時(shí)探討了在低密度情況下,密度、厚度以及角度綜合因素對(duì)EPS火蔓延及熄滅的影響。最后,結(jié)合數(shù)值模擬方法,對(duì)不同海拔高度環(huán)境下PS材料燃燒以及火蔓延進(jìn)行研究,很好地驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的規(guī)律和現(xiàn)象。進(jìn)而為開發(fā)具有我國區(qū)域環(huán)境特點(diǎn)的保溫材料PS火災(zāi)特性查詢系統(tǒng)提供借鑒和參考。首先,通過實(shí)驗(yàn)設(shè)備對(duì)PS燃燒中的著火溫度以及氧指數(shù)進(jìn)行了測(cè)定,評(píng)定了材料的燃燒等級(jí)。接著采取微尺度熱分析實(shí)驗(yàn)手段探究了不同升溫速率(10-50℃/min)以及不同氛圍(氮?dú)�、空�?對(duì)PS熱分解特性規(guī)律參數(shù)的影響,分析其熱解特性規(guī)律。發(fā)現(xiàn)PS材料的初始熱解失重溫度、熱解最大速率溫度以及熱解終止溫度都會(huì)隨著升溫速率的增加而增加。在氮?dú)庖约翱諝夥諊露贾淮嬖谝粋�(gè)熱分解階段,計(jì)算分析得到其氮?dú)夥諊碌臒峤饣罨芗s為300kJ/mol,在空氣中僅僅只有175kJ/mol,在空氣中熱分解更加容易。其次,通過搭建小尺寸實(shí)驗(yàn)平臺(tái),實(shí)驗(yàn)研究了不同海拔高度環(huán)境下PS材料豎向燃燒以及火蔓延特性,分析了火焰結(jié)構(gòu)、火蔓延速度、質(zhì)量損失速率、煙氣羽流溫度等特性參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn),PS材料在垂直蔓延過程中,燃燒區(qū)包括表面燃燒區(qū)、墻火區(qū)以及由于熔融滴落在下方形成的池火區(qū)構(gòu)成。在平原地區(qū)的合肥,較高的大氣壓力以及充足的氧氣濃度使PS材料能夠保持完好的豎向燃燒及火蔓延;火蔓延過程包括發(fā)展階段和加速階段。隨著火蔓延的進(jìn)行,火蔓延速度越來越快,且熔融滴落形成的池火區(qū)質(zhì)量不斷增大。高原地區(qū)的拉薩環(huán)境下,較低的大氣壓力和氧氣濃度只能維持PS材料短時(shí)間的豎向燃燒及火蔓延,最終造成了蔓延過程中表面火焰區(qū)火焰熄滅現(xiàn)象的產(chǎn)生。整個(gè)火蔓延包括發(fā)展階段和停滯階段。這主要由于拉薩環(huán)境下,氣壓和氧氣濃度較小,同時(shí)豎向蔓延過程中煙氣羽流與試樣周圍空氣形成了卷吸,使PS試樣表面燃燒區(qū)的氧氣濃度進(jìn)一步降低,最終造成熄滅現(xiàn)象的產(chǎn)生。接著,采用小尺寸實(shí)驗(yàn)的方法探究了低密度EPS火蔓延及其熄滅特性,分析了密度、厚度以及角度綜合因素對(duì)EPS火蔓延及熄滅的影響。研究發(fā)現(xiàn):密度為6kg/m~3的EPS,由于密度很小,材料厚度以及放置角度對(duì)其影響受到密度影響的抑制,EPS均無法被火源點(diǎn)燃進(jìn)而進(jìn)行火蔓延;而當(dāng)密度為10kg/m~3的EPS,隨著材料厚度以及放置角度的增加,試樣經(jīng)歷了從不能點(diǎn)燃,到“S”熄滅,正常蔓延,以及蔓延過程中收縮性熄滅等過程。研究發(fā)現(xiàn),密度為10kg/m~3,厚度為4cm的EPS試樣,當(dāng)放置角度為0°、10°、20°和30°的時(shí)候,能夠正常蔓延,而當(dāng)角度增加至40°、50°時(shí),EPS火蔓延過程中出現(xiàn)了收縮性熄滅的現(xiàn)象。通過建立火蔓延過程收縮性熄滅模型,發(fā)現(xiàn)火蔓延速度與預(yù)熱區(qū)的長度之間的相互競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,是導(dǎo)致熄滅現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因。最后,進(jìn)行了不同海拔高度環(huán)境PS豎向以及水平火蔓延特性數(shù)值模擬研究。針對(duì)燃燒過程中,火蔓延速度、質(zhì)量損失速率、熱釋放速率以及溫度分布等參數(shù)進(jìn)行了數(shù)值研究。得到數(shù)值模擬的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有很好的應(yīng)證性。研究發(fā)現(xiàn),在豎向垂直火蔓延中,在合肥環(huán)境下,保溫材料PS蔓延過程中產(chǎn)生了加速的現(xiàn)象;而在拉薩環(huán)境下,蔓延過程中出現(xiàn)了熄滅現(xiàn)象,這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的。模擬發(fā)現(xiàn),在合肥,PS材料火焰溫度近900℃、而拉薩環(huán)境僅有700℃。在水平火蔓延模擬過程中,發(fā)現(xiàn)在拉薩環(huán)境下PS材料能夠很好的進(jìn)行火蔓延,無熄滅現(xiàn)象的產(chǎn)生。這主要由于,較低的大氣壓力和氧氣濃度對(duì)PS燃燒和火蔓延過程中火焰溫度、火蔓延速度以及熱釋放速率等產(chǎn)生了影響。
【圖文】：

海拔高度環(huán)境下保溫材料 PS 熱解及燃燒特性研究2圖 1.1 外墻外保溫墻體結(jié)構(gòu)示意圖1.1.2 模塑聚苯乙烯泡沫塑料板（EPS）簡述EPS 是以聚苯乙烯樹脂為主原料經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡制作而成的泡沫塑料板，制成后的 EPS 為硬質(zhì)閉孔泡沫塑料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)[7-8]，其微觀結(jié)構(gòu)如圖 1.2所示[9]。蜂窩泡孔的直徑大小約 0.2-0.5mm，壁厚約 0.0001mm[10-11]。在制作過程中，其密度由 PS 顆粒的膨脹倍數(shù)所決定，介于 6kg/m3~40kg/m3范圍。此外，作為閉孔材料，EPS 內(nèi)部各氣泡處于相互獨(dú)立的狀態(tài)

圖 1.1 外墻外保溫墻體結(jié)構(gòu)示意圖烯泡沫塑料板（EPS）簡述苯乙烯樹脂為主原料經(jīng)發(fā)泡劑發(fā)泡制作而成的泡閉孔泡沫塑料，內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈蜂窩狀結(jié)構(gòu)[7-8]，其微的直徑大小約 0.2-0.5mm，壁厚約 0.0001mm[10-1 顆粒的膨脹倍數(shù)所決定，介于 6kg/m3~40kg/m3范S 內(nèi)部各氣泡處于相互獨(dú)立的狀態(tài)，與外界空氣隔象僅僅出現(xiàn)在表面層。同時(shí)，由于空氣作為一種不且不發(fā)生變化，，與含有其他氣體的泡沫不同，其保S 板的密度決定了保溫性能，密度處于 30~40kg國內(nèi)建筑工程中，采用的 EPS 熱導(dǎo)率約 0.031-0.0自身的多孔特性，EPS 除了具有較低熱傳導(dǎo)率還有
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU551

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2599614