众所周知,通常材料着火后大都出现火焰,而对于多孔材料或粉状材料来说,当通风不良或燃烧强度较低时,着火后的分解产物来不及燃烧就以烟的形式抛掉了,因而不能形成火焰,仅发生了分解、炭化和灼热燃烧,这就是阴燃(Smoldering Combustion)。
阴燃是固体燃烧的一种形式,是无可见光的缓慢燃烧,通常伴随着浓烟和温度上升等现象,在聚合物中阴燃主要发生在一些质地松软的材料中,如聚氨酯泡沫、乳胶橡胶泡沫、纤维板等。
阴燃起火的发生
(1) 发生阴燃的 内部条件是, 可燃物必须是受热分解后能产生刚性结构的多孔碳的固体物质。如果可燃物受热分解产生的非刚性结构的碳,如流动焦油状的产物,就不能发生阴燃。这说明,产物的分子结构和原材料热解方式在决定物质燃烧特征中起着十分重要的作用。由丙烯腈和苯乙烯接枝的多元醇制得的柔性泡沫材料,在高温下产生刚性很强的碳,故而很容易进行阴燃。而纯纤维受热时产生很少的碳,因此不易发生阴燃。
(2) 发生阴燃的 外部条件是有一个适合供热强度的热源。所谓适合的供热强度是指能够发生阴燃的适合温度和一个适合的供热速率。
通过额外的加热,加强可燃性固体的热分解反应,提高热解可燃气的产生率,会促使有焰火出现,可使热解和氧化产生的多孔碳发生燃烧,形成很高的温度,有利于产生有焰火。这种由阴燃向爆燃的突发性转变十分危险。随着火焰的发生,阴燃向有焰火转化,使得占主导的固-气异相反应的燃烧方式与气-气同相反应的燃烧方式同存。微弱气—气同相反应,它能使温度值升高一些;但固—气的异相反应占主导地位。
当阴燃传播方向与外加风速方向相同时,阴燃速度、温度都会随外加风速的增加而增大,有可能向有焰火发生转化。当阴燃传播方向与外加风速方向相反时,阴燃总是以大致不变的速度向前传播。不管外加风速如何变化,都不会出现有焰。在垂直阴燃中,浮力的作用有影响。在向上反向阴燃中,当向下的风速刚好与向上的浮力作用平衡时,会导致阴燃的滞止熄灭。
阴燃的影响因素
①材料的性质及尺寸
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大部分阴燃物都是有机的,并全部都是固体,而且除了碳本身外,没有一样是纯化合物,而是复杂的天然聚合物或合成聚合物,既能产生挥发可燃物,又能产生刚性多孔的碳结构。质地松软、细微、杂质少的材料阴燃性能好,主要由于该类材料保温、隔热性能好,热量不容易散失。如棉花的阴燃等。
②外加空气流速度
空气流动促进了氧气向阴燃区的传输,还增加了区域间热量的传递,特别是对于组大粒径的粉尘,这种影响的效果更明显,当然如果空气流速过大,阴燃就会转变为有焰燃烧。
③阴燃的传播方向
相同环境下,向上传播的阴燃速度最快,水平传播的次之,向下传播速度最慢。
阴燃的抑制
维持阴燃的基本要求是当材料受热时,必须产生刚性炭,如果材料热分解后产生的时非刚性炭或流动焦油状产物,就不会产生并维持阴燃。这说明,产物分子结构和原材料的热分解方式在决定燃烧形式中起着十分重要的作用。例如,实验发现,有丙烯腈/苯乙烯接枝的多元醇制备的柔性泡沫,在高热量下产生刚性很强的炭,并且很容易进行阴燃。这说明,从化学角度看,人们也能够设计出具有低阴燃能力的柔性泡沫或简单地从现有材料中为实际应用选出低阴燃能力的材料。
另一方面,通过选择不能形成刚性炭的材料,或者使用阴燃抑制剂进行处理,降低材料的炭生成量(与木材阻燃原理相反),从而降低阴燃性能。硼和磷的化合物是大家熟知的纤维素物质的阴燃抑制剂,除此之外还有一些物质当以粉末分散在纤维材料中时,能减弱其阴燃能力,如硫、三氯化锡等。
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责任编辑:初阳
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