聚合物材料因具有加工方便、质量轻便、价格便宜及防水、耐腐蚀等优点而被广泛应用于国民经济建设中的各个领域，成为继水泥、钢铁、木材之后的第四大材料。聚合物材料包括热固性材料和热塑性材料两大类，其中热塑性材料在燃烧过程中不仅会释放大量的热量和有毒烟气，同时会熔融、滴落、流动形成油池火，从而扩大火灾面积并加速室内火灾的发展，造成严重的火灾后果。
前人对热塑性材料燃烧行为的研究主要集中在敞开空间中，且大部分工作都是针对小尺寸样品的热解燃烧过程，与实际建筑火灾灾场景存在较大的差距。因此，本文通过选取目前应用非常广泛的热塑性材料(聚丙烯)作为研究对象，运用理论与实验相结合的方法对受限空间内热塑性材料的熔融流动燃烧行为进行研究。
通过热分析实验研究了升温速率和气氛条件对热解过程的影响，获得了聚丙烯样品热解温度Tp和熔融温度Tm，并对其热解过程进行等温和非等温动力学分析，计算得到了热解反应动力学方程的“动力学三因子”。
利用锥形量热仪实验研究了样品厚度和外部辐射条件对热塑性材料点燃时间、热释放速率以及质量损失速率的影响；结合热塑性材料熔融点燃过程的基本特征，建立了适合热塑性材料熔融点燃过程的点燃时间预测模型，并与锥形量热仪实验数据进行对比，结果表明该模型能够较好地预测热塑性材料的点燃时间。
基于ISO9705设计搭建了适合于研究受限空间内真实火灾条件下热塑性材料燃烧行为的实验测试平台，并开展了一系列热塑性材料熔融流动燃烧行为火灾实验，考虑了样品厚度、样品与油盆距离、通风条件等因素的影响，测量了热释放速率、样品表面温度场、室内热烟气层温度、毒性气体浓度等火灾动力学关键参数。实验结果表明：热释放速率峰值随着样品厚度的增大而增大，热释放速率达到峰值的时间随着样品厚度的增大而减小；油池火与壁面火之间耦合作用是否强烈主要由样品与油盆之间距离决定，样品表面的二维火蔓延速率与时间成指数增长关系；通风因子与通风口高度位置均对燃烧过程中的热释放速率峰值有影响，且相互之间存在线性关系。
根据自由火羽流卷吸理论推导建立了热塑性材料火灾过程的热释放速率峰值预测模型，同时利用真实火灾条件下的实验结果对其进行验证，结果表明建立的模型能够较好地预测受限空间内热塑性材料燃烧过程的热释放速率峰值。
- 作 者：
- 程旭东
- 学科专业：
- 安全技术及工程
- 授予学位：
- 博士
- 学位授予单位：
- 中国科学技术大学
- 导师姓名：
- 张和平
- 学位年度：
- 2010
- 研究方向：
- 语 种：
- chi
- 基金项目：
