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建筑保温材料XPS燃烧特性研究

作　者: 侍孝永
导　师: 徐强
学　校: 南京理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 挤塑聚苯乙烯热分析燃烧特性锥形量热仪实验 FDS模拟
分类号: TQ038.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

挤塑聚苯乙烯(XPS)作为目前国内市场上应用最为普遍的保温材料之一,具有潜在的火灾危险性。因此对XPS材料的热解行为和对火反应特性开展系统的分析、评估和模拟研究有着非常重要的意义。本文首先运用TG-DSC-FTIR-MS热分析联用技术对XPS材料的热分解行为进行研究,对相关数据分析,得到XPS材料的动力学参数和热解产物。XPS在氮气、空气和氧气中的活化能分别约为207kJ/mol、158kJ/mol和119kJ/mol;XPS在氮气和空气中的热解产物种类相近,出现多种碳氢化合物,在氧气中除了少量以上物质外还有大量的CO2出现。研究结果表明,XPS活化能较低,热解过程中产生的碳氢化合物容易与氧反应并在现实的火灾环境中助长火势传播。然后运用锥形量热仪对三种不同热辐射强度下的材料燃烧情况进行分析。研究结果表明随着热辐射通量的增加,材料的热释放速率和质量损失速率随之增加。在对热厚型材料点燃模型研究的基础上通过计算得到XPS材料的临界热辐射通量为16.8kW／m2,点燃温度为448℃。用锥形量热仪分析得到的XPS材料点燃温度和质量损失与用联用热分析仪分析得到的结果有一定的相关性。最后,本文通过运用火灾动力学模拟软件(FDS)对IS09705标准火灾实验房间内XPS壁面材料燃烧的火灾过程进行模拟分析,得到标准火灾实验房间内XPS被点燃后的火灾传播过程、烟气流动和温度分布等情况。本文创新之处在于运用多种实验技术和手段来研究XPS保温材料的热解行为和对火反应特性,对XPS保温材料在建筑保温材料施工中的应用有着重要的意义,并可为有关保温材料性能评价方面提供理论和数据上的支持。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-18
  1.1 研究背景及意义  9-11
    1.1.1 国内保温材料的发展及现状  9
    1.1.2 XPS保温材料简介  9-10
    1.1.3 XPS材料火灾及其危险性  10-11
  1.2 国内外研究进展  11-16
    1.2.1 XPS材料的热分析研究  11-13
    1.2.2 锥形量热仪实验  13-14
    1.2.3 火灾过程模拟研究  14-16
  1.3 本文研究目标及思路  16-18
    1.3.1 本文研究内容  16
    1.3.2 本文章节安排  16-18
2 实验装置与原理  18-23
  2.1 热分析  18-19
    2.1.1 热重分析仪(TG)  18
    2.1.2 差示扫描量热仪(DSC)  18
    2.1.3 热分析联用技术  18-19
  2.2 锥形量热仪(CONE CALORIMETER)  19-20
    2.2.1 锥形量热仪构造  19-20
    2.2.2 锥形量热仪实验原理  20
  2.3 FDS火灾模拟  20-23
    2.3.1 实验简介  20-21
    2.3.2 FDS实验流程  21
    2.3.3 模型的建立  21-23
3 热分析联用仪器研究XPS在不同条件下的热解  23-41
  3.1 实验仪器及条件  23
    3.1.1 实验仪器及材料  23
    3.1.2 实验条件  23
  3.2 结果与讨论  23-40
    3.2.1 升温速率对XPS热解过程的影响  23-26
    3.2.2 环境气氛对XPS热解过程的影响  26-29
    3.2.3 环境气氛对XPS热解产物的影响  29-37
    3.2.4 环境气氛对XPS热解活化能的影响  37-40
  3.3 本章小结  40-41
4 锥形量热仪实验  41-49
  4.1 实验仪器、试样及条件  41
    4.1.1 实验仪器  41
    4.1.2 实验试样及条件  41
  4.2 结果与讨论  41-47
    4.2.1 点燃性能  41-44
    4.2.2 热释放速率  44-45
    4.2.3 质量损失速率  45-46
    4.2.4 XPS材料火灾危险评价——XPS材料燃烧特性指数  46-47
  4.3 本章小结  47-49
5 XPS材料火灾发展模拟  49-57
  5.1 标准房间火灾模型的建立及参数设定  49-52
    5.1.1 实验房间内参数  49-50
    5.1.2 实验条件  50-52
  5.2 XPS保温材料火灾发展的FDS模拟结果  52-56
    5.2.1 不同时刻下火焰与烟气蔓延趋势  52-53
    5.2.2 房间内测温点的设置及其温度变化  53-56
  5.3 本章小结  56-57
6 总结及展望  57-59
  6.1 本文主要结论  57-58
  6.2 展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-65
附录  65

建筑保温材料XPS燃烧特性研究

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