膠合板火焰蔓延特性研究

摘 要： 本文采用兩面臨空垂直燃燒的實驗方法，取代傳統的單體燃燒實驗，對不同厚度膠合板的火蔓延特性進行研究，得出不同厚度膠合板火焰蔓延的規律，為膠合板的使用、防火設計提供實驗基礎。

關鍵詞： 膠合板;火前鋒位置;最大燃燒速率

膠合板是三大人造板材之一，由于其變形小、幅面大、施工方便、橫紋抗拉性能好等優點，被廣泛應用于各個領域，例如飛機、船舶、火車、汽車、建筑和包裝箱等[1-3]。由于膠合板本身具有可燃性，在燃燒時會放出大量濃煙和有毒氣體，會增加建筑物的火災風險。膠合板一旦被點燃將會釋放出大量的熱量，進而會加速建筑內的火勢蔓延。給火場人員逃生和消防員撲救帶來難度，極易造成重大經濟損失和嚴重的人員傷亡[4-6]。近年來，由膠合板引發的火災事故越來越多，學者對膠合板燃燒的研究進度大大加快。不過對膠合板垂直壁面火蔓延試驗研究卻很少，這嚴重影響了膠合板防火性能的提高及其應用。本文以膠合板作為研究對象，探討了不同板材厚度對膠合板兩面臨空垂直燃燒的燃燒速率和火前鋒位置的影響。

1 實驗材料與方法

本次試驗采取小尺寸試驗，試驗材料為不同厚度的膠合板，厚度分別為5 mm、9 mm與12 mm，寬度為20 mm，高度為130 mm，離壁面距離為5 mm。

試驗裝置由接物盒、15 cm長耙型固定釘、100 cm鋼尺、點火器、石膏板壁面和數碼攝像機組成。接物盒收集燃燒過程中的滴落物;耙型固定釘固定試驗材料，石膏板固定在外圍，以此模擬材料在建筑物外兩面臨空垂直燃燒;在該石膏板上豎向粘貼100 cm 長的鋼尺，以此來記錄火焰前鋒位置。點火器為點型點火器，人為對材料進行引燃，引燃材料后撤離火源;試驗過程中，利用數碼攝像機對試樣火焰前鋒位置數據進行采集解析。在所有試樣下端20 mm處與上端10 mm處畫線，將材料分為引燃區、試驗區與預留區。先將試樣用耙型釘固定到石膏板上，把試驗平臺上的豎向鋼尺零刻度線對準材料下端20 mm畫線處，用點型點火源引燃試樣，當燃燒位置到達試驗區（材料下端20 mm劃線處）時攝像機開始攝像記錄燃燒過程。試驗過程中，火焰沿豎直方向均質向上蔓延，材料表面開始碳化并伴隨著煙氣產生，而后隨火焰豎向蔓延程度越高，材料碳化加深、變脆并且龜裂，隨著燃燒現象的加劇，材料有部分變形翹起，之后材料整體達到完全燃燒，最后熄滅。試驗結束后，利用視頻解析軟件解析各時刻火焰前峰位置。

2 實驗結果分析

2.1 火前鋒位置

由圖1可以發現：在前8 s內，厚度為9 mm的膠合板火前鋒位置最高，其次是厚度為12 mm的試樣，厚度為 5 mm的試樣火前鋒位置最低。8 s-35 s內，12 mm厚試樣和5 mm厚試樣的火前鋒位置大致相同，而9 mm 厚試樣的火前鋒位置在三個試驗組中始終處于最高位置，且比其余兩組試樣大5 cm左右。在實驗結束時，9 mm厚試樣火前鋒位置達最高值48 cm，比5 mm厚試樣高5 cm，比12 mm厚試樣高10 cm。說明9 mm厚試樣安全性能較差，12 mm厚試樣安全性能最高。實驗結果顯示，火前鋒位置并非隨厚度增大而增大，而是在厚度9 mm—12 mm之間存在一個臨界厚度H，達到臨界厚度H之前，試樣越厚，火焰前鋒位置越高，火蔓延越快，達到臨界厚度H之后，火蔓延速率變慢。

2.2燃燒速率

為進一步研究火蔓延特性的影響因素，通過火焰前鋒位置的變化計算出燃燒速率。固體可燃物表面燃燒速度一般定義為火焰前鋒位置對于試樣表面的移動速率，具體計算公式如公式1所示。

式中：Vt為燃燒速率，cm/s;Xp（t+△t）為時刻火焰前鋒的位置，cm;Xp（t）為t時刻火焰前鋒的位置，cm。

通過公式（1）計算出每組的最大燃燒速率，如表1所示。

對表1分析可得：膠合板在相同寬度、與壁面距離一致的情況下，在厚度9 mm～12 mm之間存在一個臨界厚度H，在臨界厚度H之前，試樣越厚，最大燃燒速率越慢，達到臨界厚度H之后，最大燃燒速率隨著厚度的增加而加快。這一發現與火前鋒位置實驗結果一致。

3 結論

采用兩面臨空垂直燃燒的實驗方法對不同厚度膠合板火蔓延特性進行了研究，研究發現膠合板在厚度9 mm～12 mm之間存在臨界厚度H，達到臨界厚度H之前，火前鋒位置和最大燃燒速率隨厚度的增加而增大，達到臨界厚度H之后，這種趨勢逆轉，即火前鋒位置和最大燃燒速率隨厚度的增加而減小。

參考文獻

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[6]李遷，朱國慶，陸峰.薄型材料兩面臨空豎向燃燒特性實驗研究[J].消防科學與技術，201，34（10）：1275-1283.

作者簡介：羅靜，男，漢族，1982.4，湖北宜昌，在讀博士研究生，西南林業大學消防學院工作，講師，主要研究材料燃燒行為與消防工程。