一种实验室用大板法测试防火涂料防火性能装置设计
摘 要
本文通过查阅文献，研究大板法防火涂料的标准测试方法及其实验机理，以现有实验装置为参考，结合所学的涂料技术，通过分析对比选用了装置模型的材料；通过强度、刚度、稳定性等力学校核计算设计了模型的构件尺寸及连接关系；最后设计出一套科学、合理、简单的实验室小型大板法防火涂料防火测试试验装置模型。并详细的描述了如何通过控制加热及升温速率的方法完整的模拟完成大板燃烧实验的整个过程。
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关键字:大板法涂料防火性能测试模拟实验装置设计
Key words：Big panel method；fireproof performance test of paints；design of the emulated experimental device目 录
1.前言 1
1.1研究背景 1
1.2防火涂料简介 2
1.3饰面防火涂料防火性能的检测方法 4
1.4大板燃烧测试方法与试验机理 4
1.5模拟大板试验研究现状 7
1.6本文研究的目的和意义 8
2.实验设计总体方案 10
2.1试验材料 10
2.2模拟装置设计 10
3.设计内容 12
3.1设计材料的选取 12
3.1.1加热装置的选取 12
3.1.2试样制备 13
3.1.3试样架设计 13
3.1.4测温装置的设计 21
3.1.5计时器的选择 22
3.1.6 高度调节方式 22
3.2装置的组装 23
3.3操作使用说明 24
4.装置设计评价 27
4.1设计结论 27
4.2展望 27
5. 致谢 29
6.参考文献 30
1.前言
1.1研究背景
火灾己经成为我国发生频率最高、破坏性最大、影响最大的灾害之一。图1-1是我国上世纪五十年代到二十一世纪初的火灾直接财产损失情况，从图中可以看出，在经济发展初期，火灾发生的次数少、且规模小，但随着经济的高速增长，火灾发生的频率和规模也随之不断提高。到90年代，火灾造成的平均直接经济损失已经上升到了10.6亿元/每年；进入21世纪以来，火灾每年造成的直接损失更是高达14亿元[-]。近六十年，我国火灾发展的规律与西方国家各个经济发展时期火灾发展的规律基本相一致。当前我国正处于经济腾飞时期，按历史统计研究表明，在这一时期，火灾具有发生频率高且规模大的特点，并且在未来一段时期，火灾仍将呈现上升趋势。因此，新时期加强火灾预防，提高防火技术水平，减低火灾带来的经济损失，更好的保护人民生命财产的安全，对我国的防灾减灾工作具有重要意义[-]。
图1-1火灾损失示意图
目前，防火方法主要包括安全管理和技术措施，安全管理主要是从源头上对可燃物和火源进行管理控制，做好安全防范措施，可以在火灾发展初期有效的控制火焰的蔓延趋势。技术措施包括主动防火和被动防火两个方面。其中，主动防火主要包括火灾探测和自动喷淋系统两方面的措施；被动防火措施主要指烟气控制和阻燃技术，是控制火灾蔓延的重要措施。图1-2分别指出了在火灾发展的不同阶段，对应的控制火灾和保护人员安全的各种不同措施。由图1-2可以看出，当消防基础设施及功能基本完善的情况下，对基材材料进行有效的抗火处理，提高基材材料的抗火力，提高材料的抗火时间，对防止火灾的发生、控制火势蔓延，为火灾的扑救、火势的控制及火灾有着重要意义。提高材料的耐火性，以防止火灾在局部或整体上的结构倒塌，造成人员伤亡，为火灾疏散、救援赢得更多的宝贵时间，避免造成群死群伤的严重后果。因此，对基材结构进行抗火保护是防止火灾发生、减小火灾损失的重要措施。
图1-2 火灾解析示意图
1.2防火涂料简介
防火涂料，又可称为阻燃涂料，是指涂覆在木材、纸、纤维、塑料等易燃建筑基材或涂刷于电缆、金属构件等物体表面的一类涂料的总称[]。阻燃涂料通过改变燃烧的条件，从而达到阻燃作用。如将难燃或不燃涂料，涂于可燃性基材表面，隔绝空气，以达到阻止助燃气体的进入；通过化学吸热反应，吸收外界热量，使温度难以达到基材的着火点。防火涂料本身具有两个属性，一是涂层本身不燃或难燃；二是能阻止火焰的燃烧或延缓火焰的蔓延趋势，最终达到防火的目的。此外，阻燃涂料还具有一般的保护性和装饰性。按不同的分类方法可将防火涂料分为不同的类别：按防火涂料基料组成成分的不同，可将其分为有机防火涂料和无机防火涂料;按照防火涂料所用分散剂或溶剂的不同，分将其为水性防火涂料和溶剂型防火涂料;按照防火涂料不同的燃烧特性，可分为膨胀型防火涂料和非膨胀型防火涂料；按照防火涂料的用途及使用对象的不同，可分为饰面型防火涂料、钢结构防火涂料、混凝土防火涂料、电缆防火涂料、隧道防火涂料等[-]。本文所设计的试验装置即用于模拟饰面型防火涂料的大板燃烧测试。
饰面型防火涂料是一种新型的涂料品种，它同时拥有装饰功能和防火功能。当涂料涂覆在基材的表面，平时可以起到装饰作用，一旦发生火灾时，则可以延缓火势的扩散，最终达到保护基材的目的。饰面防火涂料也同样的可分为膨胀型和非膨胀型，而非膨胀型防火涂料，又可以分为不燃性和难燃性。不燃性防火涂料，主要是无机质涂料；难燃性防火涂料，也就是先前提到的，涂层本身不易燃烧，包括乳液型以及含有阻燃剂的防火涂料。鉴于目前市场上饰面防火涂料目前主流大多是膨胀型防火涂料，因此，选择的膨胀型防火涂料的研究论文。
常温下，膨胀防火涂料与普通的涂料并无区别。但是在火焰灼烧或者受到高温的作用，涂层会剧烈发泡、炭化，形成一层比原涂层厚几十或几百倍的泡沫状炭质层，能够迅速、有效的隔绝火焰的热传递。由于涂层的膨胀和炭化，其热导系数也随之下降，通过膨胀层最终抵达基材的热量，只有外界热量的几十分之一或几百分之一，基材得以保护。从宏观上看，泡沫状炭化层对基材的防火保护主要体现在四个方面：
① 隔断火焰与基材的接触，隔绝火焰对基材的直接加热；
② 隔绝基材和空气的接触，阻滞可燃性的基材燃烧；
③ 涂层的物理变化作用包括软化、熔融、膨胀等和涂层的化学作用包括聚合物、填料、助剂的蒸发、分解、炭化等均为吸热过程，将吸收大量的热量；
④ 涂层能分解出的不燃性气体能冲淡空气中氧气的浓度，从而阻滞火势蔓延。
膨胀防火涂料的防火机理的总结如下所示：涂抹在基板上的涂层，在遇到明火时，能够形成泡沫状炭质层，隔绝了氧气，延缓了热量的传递速率，同时在膨胀过程中，发生化学吸热反应，吸收大量的热量，降低了基材的温度[-]。
1.3饰面防火涂料防火性能的检测方法444
在20世纪80年代，研究人员，主要是通过木材倾斜法燃烧、小木房模拟燃烧法、垂直燃烧法等[]试验方法来测定防火涂料的防火性能，并根据相应的标准进行分级。到1985年，开始采用分级标准GB/T 15442.2、GB/T 15442.3、GB/T 15442.4中的规定值，对防火涂料进行参数划分，即试样的耐燃时间、火焰传播比值、阻火性(以基材失重及炭化体积表示)等主要数据参数，对防火涂料的防火等级进行划分。测试中涉及到的主要定义如下44：
① 耐燃时间：在规定的基材和燃烧条件下，试板的背火温度达到220℃或试验板出现穿透时需要的时间（min）。
② 火焰传播比值：把石棉板的火焰传播比值设定为“0”，把橡树木板的火焰传播比值设定为“100”，受试材料所具有的表面火焰传播特性数据。
③ 阻火性能：以燃烧质量损失、碳化体积来表示。
④ 质量损失：试件在规定涂覆比值和规定的燃烧条件下，燃烧前后的试件的质量之差，单位克（g）。
⑤ 炭化体积：试件在规定涂覆比值和规定的燃烧条件下，基材被炭化的最大长度、最大宽度和最大深度的乘积（cm3）。
原文链接：http://www.jxszl.com/hxycl/gfzcl/6442.html
