概述
防火是指降低材料在火焰中的可燃性,減慢火焰蔓延速度,當(dāng)火焰移去后能很快自熄,不再陰燃。
一、燃燒的過(guò)程及條件
纖維材料的燃燒過(guò)程,即從著火燃燒直至成為終燃燒產(chǎn)物,需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)變化,這些變化具有明顯的階段性,通常可分為:
(1)材料的受熱裂解,產(chǎn)生可燃性氣體、不燃性氣體和炭化殘?jiān)?br /> (2)可燃性裂解氣和氧氣混合,當(dāng)溫度達(dá)到著火點(diǎn)或遇到其它火源時(shí),著火燃燒并釋放出熱、完和煙。
(3)放出的熱量使纖維繼續(xù)裂解燃燒,引起火焰蔓延。
已經(jīng)燃燒的纖維高聚物材料離開(kāi)火源后,若要繼續(xù)燃燒,必須具備下列條件。
(1)由燃燒產(chǎn)生的熱能足以加熱高聚物,使之連續(xù)不斷地產(chǎn)生可燃性氣體。
(2)所產(chǎn)生的可燃性氣體和氧氣混合,并擴(kuò)散到已點(diǎn)燃部分,或燃燒部分蔓延到可燃?xì)怏w和氧氣的混合區(qū)域中。
這樣,可燃物、熱和氧氣三個(gè)要素構(gòu)成了燃燒循環(huán)。
除了上述可燃性氣體和氧氣的氣相有焰燃燒外,還有裂解時(shí)形成的炭化殘?jiān)脱鯕獍l(fā)生的固相無(wú)焰燃燒(又稱陰燃)。無(wú)焰燃燒所需的溫度比有焰燃燒要高得多,但陰燃也能燒毀材料,有時(shí)并突然爆發(fā)火焰成為有焰燃燒而引起火災(zāi)。
二、燃燒體系
燃燒過(guò)程在空間分布一般可分為5個(gè)區(qū):凝聚相加熱區(qū);凝聚相反應(yīng)區(qū);氣相加熱反應(yīng)區(qū);火焰區(qū);燃燒產(chǎn)物區(qū)。每一個(gè)區(qū)域都發(fā)生不同的物理化學(xué)變化。
在凝聚相加熱區(qū),聚合物在熱源作用下,溫度逐漸升高,發(fā)生物理吸熱。
在凝聚相反應(yīng)區(qū),由于高溫的作用,隨著聚合物結(jié)構(gòu)和受熱情況的不同,進(jìn)一步發(fā)生熱裂解、熱氧化裂解、脫氫、縮合、環(huán)化和炭化等化學(xué)反應(yīng)。這些反應(yīng)有的是放熱的,有的是吸熱的。
在凝聚相反應(yīng)區(qū)生成的各種裂解產(chǎn)物和少量分散的微粒炭,在向氣相加熱反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散過(guò)程中,它們被繼續(xù)加熱,而發(fā)生進(jìn)一步裂解,并和空氣中的氧氣混合反應(yīng)放出熱量。這些熱量除用于本區(qū)的裂解外,還向凝聚相反應(yīng)區(qū)反饋一部分,以維持凝聚相反應(yīng)區(qū)反應(yīng)的進(jìn)行,因氣相加熱反應(yīng)區(qū)靠近材料的表面,溫度不太高,裂解產(chǎn)物濃度較大,氧氣濃度較小,因此,發(fā)生不完全燃燒而形成一些和石墨結(jié)構(gòu)相似的微粒炭,或在材料的表面形成炭化層。
由氣相加熱反應(yīng)區(qū)逸出的深度裂解產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物在向火焰區(qū)擴(kuò)散的過(guò)程中,因火焰區(qū)氧氣濃度高,而完成全部的燃燒反應(yīng)。反應(yīng)放出的熱量或傳遞給相鄰的氣相加熱反應(yīng)區(qū),或以輻射的形式傳遞到其他各區(qū)。顯然,反饋的能量和擴(kuò)散到外部的能量的比率和燃燒物的形態(tài)、火焰的蔓延方式有關(guān)。
續(xù)的過(guò)程,各區(qū)域之間并無(wú)絕對(duì)的界限,它們相互結(jié)合而形成燃實(shí)際上,燃燒是一個(gè)連燒波。
由上述分析可知,在穩(wěn)態(tài)燃燒時(shí),每個(gè)區(qū)域所發(fā)生的物理和化學(xué)變化都需要靠其本身反應(yīng)放出的熱量或高溫區(qū)傳入的熱量來(lái)維持,各區(qū)的反應(yīng)物則由其本身的反應(yīng)產(chǎn)生,或從低溫區(qū)進(jìn)入。其中凝聚相反應(yīng)區(qū)發(fā)生的反應(yīng)對(duì)氣相燃燒的影響大。裂解反應(yīng)生成的可燃?xì)怏w是氣相燃燒反應(yīng)的原材料,可促使火焰蔓延,但脫氧炭化形成的焦化層,因其良好的絕熱性,可抑制熱量向凝聚相加熱區(qū)和凝聚相反應(yīng)區(qū)傳遞,而表現(xiàn)出肯定的防火作用。
三、防火機(jī)理和方法
從燃燒過(guò)程、燃燒條件及燃燒體系的分析可知,要達(dá)到防火目的,就必須切斷由可燃物、熱和氧氣三要素構(gòu)成的燃燒循環(huán)。防火劑的作用就是將纖維燃燒的三個(gè)要素,以某種方式抑制或終止該循環(huán)過(guò)程,以達(dá)到防火之目的。
通常認(rèn)為,溴系防火劑的防火作用主要是在氣相中進(jìn)行,其主要原因是溴系防火劑受熱分解成HBR,而HBR能捕捉傳遞燃燒鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的活性自由基(HO·、O·、H·),生成活性較低的溴自由基,以降低氣相燃燒速度,減緩或終止纖維的燃燒。
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