水平燃燒
關(guān)注創(chuàng)建者：國高材高分子材料產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心 創(chuàng)建時間：2022-07-21
水平燃燒的實例教程
在織物遇火燃燒時，F(xiàn)e2+離子將迅速催化TA交聯(lián)炭化，在基材骨架表面形成隔氧絕熱的石墨化炭層，達(dá)到阻燃目的。所得織物經(jīng)過100次洗滌或摩擦循環(huán)后，仍能維持良好的阻燃性能。
圖1. 耐久阻燃涂層的構(gòu)建以及涂層組份之間相互作用示意圖
與織物染料固定作用類似，TC涂層組分與棉織物間的氫鍵和配位協(xié)同作用確保處理后阻燃棉織物的耐水洗性和摩擦耐久性。掃描電鏡、X射線能譜分析以及激光共聚焦顯微鏡測試結(jié)果表明，該阻燃涂層與棉纖維之間具有足夠的結(jié)合力，使得涂層在長期洗滌和摩擦過程中能夠保持其原有的形態(tài)和組成。經(jīng)過100次模擬洗滌/摩擦循環(huán)后，阻燃織物的極限氧指數(shù)值（LOI）仍穩(wěn)定在較高值，且以極低的損毀蔓延速度通過水平燃燒測試。在熱輻射功率為35 kw/m2錐形量熱測試中，阻燃織物的峰值熱釋放速率（PHRR）從173.1 kW/m2降低至125.6 kW/m2；經(jīng)100次洗滌之后，其PHRR仍能維持在139.3 kW/m2；而在50 kw/m2的熱輻射功率下，阻燃棉織物的PHRR可下降約50%，說明更高的熱輻射利于金屬催化TA形成隔熱炭層，發(fā)揮阻燃作用。此外，該阻燃涂層可通過改變金屬離子種類，調(diào)控織物阻燃性能。例如，使用Co2+/Zn2+進(jìn)行絡(luò)合時，所得棉織物在經(jīng)過20次模擬洗滌之后，LOI仍高達(dá)30%以上，且通過垂直燃燒測試。該不含Cl、Br、P等傳統(tǒng)阻燃元素的耐久阻燃涂層能有效降低棉織物在長期使用過程中的火災(zāi)危險。
圖2. 經(jīng)不同次數(shù)模擬洗滌后涂層棉織物的水平燃燒行為及錐形量熱測試（35 kw/m2）中熱釋放速率曲線
研究者進(jìn)一步闡明了該涂層的阻燃作用機制。
展開 經(jīng)常用于燃燒控制系統(tǒng)，燃燒煤，石油，天然氣和生物質(zhì)和氧氣產(chǎn)生系統(tǒng)。
但是TPU極易被火焰點燃，快速燃燒，在燃燒的過程中伴隨著強烈的黑煙和致命的氣體產(chǎn)物，因此帶來較高的安全隱患。
通常添加型阻燃劑會對聚合物基體的機械性能造成明顯損害。特別是彈性體材料，阻燃劑的加入通常造成伸長率成倍下降。因此在彈性體阻燃中，需要針對性開發(fā)高效且與基體界面相容性好的阻燃體系。
次磷酸鋁(AHP)在相對較低的添加量下使TPU達(dá)到較高阻燃等級，且對彈性影響相對較小，但是對TPU在燃燒過程中造成的煙毒性控制仍然需要提升。
由有機橋聯(lián)分子(配體)與金屬離子/金屬簇結(jié)合形成的多孔配位納米尺度分子通常成為金屬-有機骨架材料(MOFs)，因其在吸附、分離、傳感及離子導(dǎo)電等方面表現(xiàn)出來的鮮明性能特點，吸引了各個領(lǐng)域的學(xué)者深入研究。許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)MOFs高效吸收燃燒過程中產(chǎn)生的煙霧及有毒氣體，在較低的添加量下大幅度降低了煙氣釋放總量。中空管狀結(jié)構(gòu)的納米管狀埃洛石(SEP)也有煙霧吸附作用。
PART.01
試驗方案
為提高TPU的阻燃性能北京化工大學(xué)的谷曉昱和張勝老師課題組成員，將SEP和一種典型的金屬有機框架結(jié)構(gòu)分子ZIF-8有機結(jié)合，得到一種新型結(jié)構(gòu)的零維/一維雜化納米粒子ZIF-8@SEP，作為AHP的協(xié)效劑加入到TPU中。
PART.02
試驗設(shè)備
國高材分析測試中心配備的塑料阻燃機理研究檢測設(shè)備：
水平垂直燃燒試驗儀
氧指數(shù)測定儀
錐形量熱儀
掃描電鏡
激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
TGA-FTIR-GC-MS聯(lián)用系統(tǒng)
PART.03
試驗結(jié)果
3.1 TPU復(fù)合材料的阻燃性能
TPU的LOI僅為21.9%，在空氣條件中極易被點燃。
展開 3.17 阻燃測試
按照4.6.18的試驗方法進(jìn)行試驗，需滿足垂直燃燒V-0級，水平燃燒HB級。
3.18接觸件的插入力和分離力
連接器插孔接觸件的插入力和分離力應(yīng)符合表10的規(guī)定，鍍銀母端子測試插入力和分離力之前需要用相應(yīng)的最大直徑試驗針進(jìn)行預(yù)插拔三次，母端子的插入力和分離力需要全檢出貨：
a）試驗插針的結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)符合表10的規(guī)定；
b）插入深度應(yīng)為插孔彈片高度的三分之二；
c）用最小直徑插針測量分離力，用最大直徑插針測量插入力。
現(xiàn)階段，我國第一代捕集技術(shù)研究取得了顯著進(jìn)展，大部分技術(shù)已從概念或基礎(chǔ)研究階段發(fā)展到工業(yè)示范水平，部分技術(shù)已經(jīng)具備商業(yè)化應(yīng)用能力，但大規(guī)模系統(tǒng)集成優(yōu)化缺乏工程經(jīng)驗；第二代捕集技術(shù)處于實驗室研發(fā)或小試階段。我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國際先進(jìn)水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后，特別是對于目前 CO2 捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(nèi)外均處于中試階段，整體發(fā)展較為緩慢，尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。隨著第二代低成本捕集技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，成本與能耗將明顯低于第一代捕集技術(shù)；為了進(jìn)一步降低 CO2 捕集成本，捕集技術(shù)的代際更替應(yīng)加快推進(jìn)。
運輸指將捕集的 CO2 運送到可利用或封存場地的過程，主要包括罐車、船舶、管道運輸?shù)确绞健ＭǔＰ∫?guī)模和短距離運輸考慮選用罐車，長距離規(guī)模化運輸或 CCUS 產(chǎn)業(yè)集群優(yōu)先考慮管道運輸。在我國，罐車和船舶運輸技術(shù)都已開展商業(yè)應(yīng)用，與國際先進(jìn)水平同步，而輸送潛力最大的管道運輸技術(shù)剛開展相關(guān)示范，相比處于商業(yè)應(yīng)用階段的國際水平差距顯著。
CO2 生物與化工利用技術(shù)指利用 CO2 的不同理化特征，生產(chǎn)具有商業(yè)價值的產(chǎn)品并實現(xiàn)減排的過程。國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展水平基本同步，整體上處于工業(yè)示范階段。近十年來，各項生物與化工利用技術(shù)均有所發(fā)展，尤其是部分化工利用技術(shù)進(jìn)展顯著；發(fā)展水平最高的是利用 CO2 合成化學(xué)材料技術(shù)，如合成有機碳酸酯、可降解聚合物及氰酸酯 / 聚氨酯，制備聚碳酸酯 / 聚酯材料等。
CO2 地質(zhì)利用與封存技術(shù)指通過工程技術(shù)手段將捕集的 CO2 進(jìn)行地質(zhì)利用或注入深部地質(zhì)儲層，實現(xiàn)與大氣長期隔絕的技術(shù)，封存方式分為陸上和離岸兩種。
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水平燃燒的最新內(nèi)容
PART.02
試驗設(shè)備
國高材分析測試中心配備的塑料阻燃機理研究檢測設(shè)備：
水平垂直燃燒試驗儀
氧指數(shù)測定儀
錐形量熱儀
掃描電鏡
激光共聚焦顯微拉曼光譜儀
TGA-FTIR-GC-MS聯(lián)用系統(tǒng)
PART.03
試驗結(jié)果
3.1 TPU復(fù)合材料的阻燃性能
TPU的LOI僅為21.9%
主動防火技術(shù)是指防止火災(zāi)發(fā)生和早發(fā)現(xiàn)早消滅的技術(shù)，通過設(shè)置可以看得見、用得著的消防設(shè)施將所在區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度降低至火源無法繼續(xù)燃燒的水平，通常控制在15%以下。這種極低的氧氣濃度使得火焰無法持續(xù)燃燒，實現(xiàn)滅火，降低火災(zāi)發(fā)生后造成的后果。
在區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度降低至火源無法繼續(xù)燃燒的水平可釋放氮氣，將氧氣濃度降低到低于存在材料的點火閾值的水平。
我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國際先進(jìn)水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后，特別是對于目前 CO2 捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(nèi)外均處于中試階段，整體發(fā)展較為緩慢，尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。
我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國際先進(jìn)水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后，特別是對于目前 CO2 捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(nèi)外均處于中試階段，整體發(fā)展較為緩慢，尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。
我國燃燒前捕集技術(shù)發(fā)展比較成熟，整體上處于工業(yè)示范階段，與國際先進(jìn)水平同步；燃燒后捕集技術(shù)處于中試或工業(yè)示范階段，相比國際先進(jìn)水平發(fā)展有所滯后，特別是對于目前 CO2 捕集潛力最大的燃燒后化學(xué)吸收法，國際上已經(jīng)處于商業(yè)化應(yīng)用階段，我國仍停留在工業(yè)示范階段。富氧燃燒技術(shù)方面國內(nèi)外均處于中試階段，整體發(fā)展較為緩慢，尤其是增壓富氧燃燒技術(shù)仍處于基礎(chǔ)研究階段。
3.17 阻燃測試
按照4.6.18的試驗方法進(jìn)行試驗，需滿足垂直燃燒V-0級，水平燃燒HB級。
經(jīng)過100次模擬洗滌/摩擦循環(huán)后，阻燃織物的極限氧指數(shù)值（LOI）仍穩(wěn)定在較高值，且以極低的損毀蔓延速度通過水平燃燒測試。
