熔融收缩热塑性材料可燃性表征与火行为研究

This project would focus on studying the significant influence from the melt-shrinkage effect of thermoplastics on its flammability characterization. The melt-shrinkage procedure would be explored by experimental study, and the characteristic parameters of melt-shrinkage would be derived from the research. The relationship would be established between melt-shrinkage characteristic parameters and the amount of incident heat. Based on this relationship, the quantified relationship would also be established between melt-shrinkage characteristic parameters and thermo-physics of molten thermoplastics with the ignition mechanism and heat release rate. A reliable characterization method would be obtained for the flammability of thermoplastic, and real fire performance of thermoplastic would be predicted based on this characterization method. Numerical simulation and room scale tests would be adopted to verify the prediction results. The achievement of research would be significant supplement to the measurement science of material fire hazard research in fire safety science, and it would provide novel experiment and analysis method for the fire hazard evaluation of thermoplastic and thermoplastic-based products, and performance-based fire protection design.

本项目针对熔融收缩特性对热塑性材料可燃性表征产生较大影响的现象进行研究。通过实验分析热塑性材料的熔融收缩过程，提取熔融收缩的特征参数，建立熔融收缩特性与入射热量之间的定量关系，进而建立基于熔融收缩特性参数和熔融物热物性参数与引燃机制、热释放速率之间的定量关系，实现对熔融收缩热塑性材料可燃性的可靠表征，并以此为基础建立热塑性材料火行为预测模型。通过数值模拟和全尺度实验对预测结果进行验证。该项目的实施将是对材料火灾危险性实验分析方法的重要补充，为热塑性材料及衍生产品火灾危险性评价和性能化防火设计提供实验技术与分析方法支持。

本项目针对熔融收缩热塑性材料在可燃性表征中存在的问题进行了研究。首先，研究了此类材料的熔融收缩过程，分析了这一过程与入射热通量的相互关系，并测量了熔融收缩前后材料热物性的变化情况。进而利用锥形量热仪进行了引燃和非引燃实验，采用熔融物密度修正了由于材料熔融收缩而不适用的可燃性分类模型，并分析了有效燃烧面积变化对实验结果可能的影响。完成了大量微尺度燃烧量热分析，在实验方法学上提出了新思路，并与锥形量热仪实验结果对照分析，探索了两者联合分析的途径。完成了既定的研究任务，实现了立项中提出的研究目标，在熔融收缩热塑性材料可燃性表征方面得到三个重要结论：1、密度变化是影响熔融收缩热塑性材料引燃特性的最重要参数，是决定现有评价方法和预测模型准确性的最重要因素，利用熔融收缩热塑性材料受热过程密度变化规律可以有效完成对其可燃性的分类预测；2、在引燃特性分析方面，材料的有效燃烧面积对其引燃过程有直接的影响，由于熔融收缩行为造成有效燃烧面积的不确定性降低了锥形量热仪表征方法的可靠性；3、本研究提出了引入微尺度燃烧量热分析方法与实验台尺度锥形量热仪相结合，构成对该类材料可燃性的双尺度评价，能够实现对其可燃性的全面认识。综上所述，本项目的研究工作为熔融收缩热塑性材料可燃性表征和火行为认识提供了新的方法，能够得到更精准、更可靠的结果，该方法不仅加速了新型阻燃热塑性材料的研发进程，而且提升了对这一类材料火行为的认知水平。