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1、1,第四章燃烧性能,2,概述,塑料的易燃性大大限制了它的使用场合。因此，随着塑料使用范围的日益扩大，塑料的阻燃研究工作也日益发展。于是，针对塑料的燃烧过程及其特征，建立起了众多的有关塑料燃烧特性的标准试验方法，以此来检定产品质量及鉴别有关阻燃配方和工艺的优劣,3,4、1塑料的燃烧过程 塑料的燃烧过程大致分为五个阶段。 (1)加热 材料从外部热源得到热量而升高温度。其升温速率取决于： 材料的比热容(相同情况下，比热容大的材料比比热容小的材料升温速率小)； 材料的导热率(相同情况下，导热率高的材料比导热率低的材料升温快)； 材料在加热过程中发生相变或结构变化时吸收(或放出)热量大小。,4,2)热分
2、解 根据材料的结构和组成、生成挥发成分的快慢、热分解温度的高低等的不同，发生不同的热分解过程。它是材料燃烧过程中的一个至关重要的阶段。热分解时产生下列分解产物： 可燃气体，如甲烷、乙烷、丙烷、甲醛、丙酮、一氧化碳等； 不燃气体，如二氧化碳、氮等； 液体，即降阶的熔融聚合物及预聚体； 固体，指炭化物等； 烟，即空气中悬浮的固体微粒,5,3）着火 当材料分解放出的可燃气体在有充分氧气时，就有可能着火燃烧。这和有否点火源及组分的浓度有关，亦受材料如下性质的影响：闪点温度；自燃温度；极限氧浓度。 4)燃烧 材料在燃烧阶段，决定其继续燃烧或逐渐衰减的因素是燃烧净热，即材料单位质量的燃烧热和加热单位邻接材
3、料到燃烧状态所需要的热量之差。净热是正值时，燃烧将继续，净热是负值时，离开加热源后燃烧将自行熄灭。,6,5)传播 在外热源作用下，材料维持燃烧的前提是燃烧净热为正值，此时，首先发生燃烧的表层材料的燃烧火焰向周围扩散。因为是一种表面燃烧现象，故其传播速度不仅与材料的有关燃烧性能有关，也受材料表面状况及曝露程度的影响 4、2燃烧性试验方法介绍 着火性试验方法； 表面火焰传播试验方法； 发热量试验方法； 发烟性试验方法； 耐火性试验方法； 燃烧分解气体的分析试验方法,7,塑料燃烧性试验,8,4、3通用的氧指数试验方法 定义氧指数：在规定的试验条件下，刚好能维持材料燃烧的通入的232氧氮混合气中以体积
4、百分数表示的最低氧浓度。 方法原理 将试样竖直地固定在透明的燃烧筒中，使氧、氮混合气流由下向上流过，点燃试样顶端，观察试样随后的燃烧情况。把试样连续燃烧的时间或试样烧掉的长度与所规定的依据进行比较。在不同的氧浓度试验一组试样，以测定刚好维持试样平稳燃烧时的最低氧浓度，用混合气体中氧含量的百分数来表示。,9,(1)试验设备 ； 氧指数仪 其结构示意图如图所示。 燃烧筒：为一根高为450mm，最小内径为75mm，顶部出口内径为40mm的耐热玻璃管，垂直固定在可通过氧、氮混合气流的基座上。为了使气体充分混合均匀，基座底部用直径为35mm的玻璃珠填充填充高度为80100mm。在玻璃珠的上方装有金属网，
5、以防下落的燃烧碎片阻塞气体入口和配气通路。 试样夹：基座上部为试样夹具。试样夹具有两种，一种用于自撑材料，为一个能固定在燃烧筒轴心位置上、并能竖直地夹住试样的构件。另一种夹具适用于非自撑材料(薄膜、薄片等）。 流量测量及控制系统： 仪器配有能测量和控制进入燃烧筒气体流量的系统，精度要求5(VV)以内，并应定期校准。,10,1一点火器；2一玻璃燃烧筒； 3一燃烧着的试样；4一试样夹； 5一燃烧筒支架；6一金属网； 7一测温装置； 8一装有玻璃珠的支座； 9一基座架； 10一气体预混合结点； 11一截止阀；12一接头； 13一压力表； 14一精密压力控制器； 15一过滤器；16一针阀； 17一气体
6、流量计； 18一玻璃燃烧筒；19一限流盖,11,气源 试验所用的氧气、氮气及所需的钢瓶和调节装置应符合有关标准规定。使用的气体压力不应低于lMPa。 点火器和燃料气体点火器由一根金属管制成，其末端具有内径为2土lmm的喷嘴，能插入燃烧筒内点燃试样。火焰的长度为16土4mm 排烟系统 该系统能排除燃烧产生的烟尘、灰粒和有毒气体，但不应影响燃烧筒中的温度和气体流速。 计时装置 为具有土0.25s精度的计时器，如秒表等,12,（2）试样符合有关规定，并调节状态为：温度1035R.H4575% （3）试验程序 开始试验时的氧浓度的确定 可以根据经验，也可以根据试样在空气中点燃的情况，估计开始试验时的氧
7、浓度。如试样在空气中迅速燃烧，则开始试验时的氧浓度取为18左右；如试样在空气中缓慢燃烧或时断时续，则取为2l左右；如在空气中离开点火源即熄灭，则至少取为25,13,安装试样和调整仪器 安装试样；把试样夹在夹具上，垂直安装在燃烧筒的中心位置上，保证试样顶端低于燃烧筒的顶端至少100mm，其暴露部分最低处应高于燃烧筒底部配气装置顶端至少100mm。 调节气体控制装置、使混合气中的氧浓度为上述开始试验时浓度，并以40土lOmms的速度流经燃烧筒，洗涤燃烧筒至少30s,14,点燃试样 标准规定了两种点燃方法。 方法A 顶端点燃法，把点火器喷嘴插入燃烧筒内，使火焰可见部分接触试样顶端并覆盖整个顶表面，但
8、注意不要使火焰碰试样的棱边和侧表。每隔5s左右移开火焰一下，移开的时间以刚判明试样整个顶表面是否全部着火为限。在确认试样顶表面全部着火后，立即移去点火器，并开始计时或观察试样烧掉的长度。点燃火焰作用的时间最长为30s。若在30s内不能点燃，则应增大氧含量，继续点燃，直至在30s内点燃为止。 方法B扩散点燃法，适用于V试样（书P228）,方法B 扩散点燃法,15,燃烧行为的评价和记录 根据书P228表列出了燃烧行为的评价标准 如果试样的燃烧时间或燃烧长度均不超过表中的规定，则把这次试验记为“O”反应，并记下燃烧长度或时间； 如果两者中有任何一项超过表中的规定，则应立即扑灭火焰，并把本次试验记为“
9、X”反应。还要记下材料燃烧时表现出的特性，例如熔滴、烟灰、结炭、漂游性燃烧、灼烧、余辉或其他需要记录的特性,16,逐次选择氧浓度 如前一条件燃烧行为为“X”，降低氧浓度 如前一条件燃烧行为为“O” ，提高氧浓度 初始氧浓度的确定 采用任一合适的氧浓度，重复上述试验，直到以体积百分数表示的二次氧浓度之差不大于10，并且一次得到的是“O反应，而另一次得到的是“X”反应为止。将这组氧浓度中得到“O”反应的称作初始氧浓度，记作Co,17,有效数据的获得 再一次用初始氧浓度Co重复试验操作，记录Co值及所对应的“X或“O”反应。此值即为NL和NT系列的第一个值 氧指数的计算：OIC K CNT系列最后一
10、个氧浓度，取一位小数 使用和控制的二个氧浓度之差，即步长 K值确定见P229表,18,（4）影响因素分析 影响氧指数的因素很多，除了材料自身的组成、结构外还受到添加剂如填料、增塑剂、阻燃剂等的种类和含量的影响，此外，还受到试样的尺寸、气流速度、气体纯度、环境温度、燃烧筒筒体温度、燃气种类，点火方式，试样的尺寸等测试条件的很大影响。 1)燃烧筒内混合气体流速的影响当混合气体氧浓度小于空气中的氧浓度时，应加限流盖,19,2)氧气、氮气纯度的影响 由于混合气流中的氧浓度是通过测量氧、氮两种气体的流量，而且是把两种气体的纯度都当作100看待的。而我们试验中实验用的气体都是工业用的。因此气体纯度对测试结
11、果有一定影响。测试时最好使用高纯氧气和氮气作为气源，并且其使用压力不应低于lMPa 3)点燃气体种类的影响 不同点燃气体的氧指数基本相同，ISO 45891984规定，点燃气体为未混有空气的丙烷（作为基准）。,20,4）点燃火焰方向和高度 规定方向为垂直方向，高度为164mm 5）不同的点燃方式对不同的试样有不同的点燃方式 6）无火焰燃烧氧指数测定应为有火焰燃烧 7）环境温度特别是对环境敏感材料，规定了标准状态调节 8）燃烧筒温度燃烧靠燃烧时放出的热量来维持，要求燃烧筒在常温下使用，二个交替用，防温度升高，影响测试结果。,21,9）试样的尺寸 试样厚度：薄，易燃烧，OI低，厚， OI高 试样长
12、度：按标准70150mm 试样缺陷：气泡、杂质、裂纹、飞边、毛刺等影响燃烧性能 试样制备方法：不同的制备方式，对试样的结晶度，固化程度，密实程度有影响，采用同一种制备方法试样。,22,4、4塑料的闪占和自燃点的测定 定义： 1、闪燃温度（闪点）塑料受热分解放出可燃气体，刚刚能被外界小的火焰点着这时试样周围空气的最低温度即为该材料的闪点。 2、自燃温度（自燃点）塑料材料受热达到一定温度后不用外界点燃，自行发生燃烧时，试样周围空气的最低温度即为该材料的自燃温度,23,测定仪器 P219，热空气试验炉，有空气对流装置及加热，温度测量装置等 试样粒状、粉状、块状等，30.5g 状态设定232，R.H
13、505% 平衡40 小时 测定步骤： 1）闪点 a.试样盘装入试样，热电偶T1放于试样中心，放入炉膛,24,b.打开空气进气阀，调节流速为25mm/s 接通炉子的加热电源，将炉温升速调整为600/h（10%） c.打开燃气阀点燃燃气，火焰置于分解气体出口上方 d.观察试样分解放出气体被点燃时周围空气温度T2及试样温度T1，若T1迅速升高，则T2为闪点第一近似值，调节空气进气阀，调节流速为50mm/s及100mm/s ，得另二个数据。,25,e.取上述闪点最低值的取空气流速，控制空气温度的升温速度为300/h（10%）重复上述试验，得T2的近似值二 f.以此温度作为温度控制仪的设定值，恒定15分钟，观察试样放出的气体是否着火，如果着火，降低T210重复测定，直至试样30min 内不着火，在此试验温度下再做一次，不着火时的T2即为闪点 2）自燃点的测定同闪点，只是不使用点火器,26,影响因素分析 1）空气流量：要固定，才有可比性 2）升温速度：大，闪点、自燃点均上升 3）试样质量：要固定，才有可比性 4）状态调节：状态调节对闪点的测定尤其重要。,