全 文 ：第 v{卷 第 x期
u s s u年 | 月
林 业 科 学
≥≤Œ∞‘׌„ ≥Œ∂ „∞ ≥Œ‘Œ≤„∞
∂²¯1v{ o‘²1x
≥¨ ³qou s s u
用 ≤’‘∞法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能
李 坚 王清文 李淑君
k东北林业大学 哈尔滨 txsswsl
吴绍利
k铁道部科学研究院金属化学研究所 北京 tsss{tl
摘 要 } 利用锥形量热仪k≤’‘∞l系统地测定了新型木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能 o讨论了 ƒ• • 对阻燃木材
在燃烧时的热释放 !质量变化及耐点燃性的影响 o并与 ⁄µ¬¦²±阻燃剂进行了对比 ∀结果表明 o在 xs ®• #°u 的
热辐射功率下 oƒ• • 阻燃处理木材的热释放速率k ΡΗΡl和总热释放量k ΤΗΡl随 ƒ• • 载药率的升高而降低 o至
载药率达到 ts h左右时 oΡΗΡ及 ΤΗΡ降低为未处理木材的 xs h左右 o并且降低的趋势明显变缓 ~ƒ• • 与 ⁄µ¬2
¦²±阻燃木材的有效燃烧热k ΕΗΧl曲线基本重合 o说明二者的阻燃机理类似 ~ƒ• • 阻燃木材的质量损失速率
k ΜΛΡl曲线与 ΡΗΡ曲线相似 o失重和热释放主要发生在有焰燃烧阶段 ~ƒ• • 阻燃处理能显著提高木材燃烧时
的成炭率 o但对木材的点燃时间影响不大 ~ƒ• • 与 ⁄µ¬¦²±的阻燃效力相当 o属高效木材阻燃剂 ∀
关键词 } 木材 o阻燃剂 o阻燃性能 o锥形量热仪 oƒ• •
收稿日期 }usss2tt2uz ∀
Α ΣΤΥ∆Ψ ΟΝ ΤΗΕ ΦΙΡΕ ΡΕΤΑΡ∆ΑΝΧΨ ΟΦ ΦΡ Ω ΦΙΡΕ ΡΕΤΑΡ∆ΑΝΤ
ΦΟΡ ΩΟΟ∆ ΒΨ ΧΟΝΕ ΧΑΛΟΡΙΜΕΤΕΡ
¬¬¤± • ¤±ª±¬±ªº¨ ± ¬≥«∏­∏±
k Νορτηεαστ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Ηαρβινtxsswsl
• ∏≥«¤²¯¬
k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Μεταλλιχ ΧηεµιστρψoΑχαδεµψοφτηε Μινιστρψοφ Ραιλωαψ Βειϕινγtsss{tl
Αβστραχτ } ׫¨ ©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±¦¼ ²©ƒ• • o¤ ±¨ º ©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·©²µº²²§oº¤¶¶¼¶·¨°¤·¬¦¤¯ ¼¯ ¶·∏§¬¨§¥¼ ¦²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·¨µ¤±§
⁄µ¬¦²±©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·º¤¶∏¶¨§©²µ¦²°³¤µ¬¶²±q׫¨ ¦²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·µ¬¦µ¨¶∏¯·¶¶«²º¨ §·«¤·}ktl¤·¤ «¨¤·µ¤§¬¤·¬²± ²©xs®• #
°pu o·«¨ ‹ ¤¨·• ¨¯ ¤¨¶¨ •¤·¨k ΡΗΡl ¤±§×²·¤¯ ‹ ¤¨·• ¨¯ ¤¨¶¨k ΤΗΡl ²©ƒ• • ·µ¨¤·¨§º²²§§¨¦µ¨¤¶¨§¦²±¶¬§¨µ¤¥¯¼ º¬·«·«¨
¬±¦µ¨¤¶¨ ²©ƒ• • µ¨·¨±·¬²±o¥∏··«¬¶§¨¦µ¨¤¶¨ ¶¯²º¨ §§²º±¤¶·«¨ ƒ• • µ¨·¨±·¬²± º¤¶±¨ ¤µts h k Ω·ΠΩ·l o¤±§·«¨ ΡΗΡ ¤±§
ΤΗΡ √¤¯∏¨¶²©ƒ• • ·µ¨¤·¨§º²²§º¨ µ¨ ¤¥²∏·xs h ²©·«²¶¨ ²©·«¨ ∏±·µ¨¤·¨§º²²§~kul·«¨ ¦∏µ√¨ ¶²©∞©©¨¦·¬√¨ ‹ ¤¨·²©≤²°2
¥∏¶·¬²±k ΕΗΧl ²©ƒ• • ¤±§⁄µ¬²± º¨ µ¨ ±¨ ¤µ¯¼·«¨ ¶¤°¨ oº«¬¦«¶∏ªª¨¶·¨§·«¤··«¨ ©¬µ¨2µ¨·¤µ§¤±·°¨ ¦«¤±¬¶° ²©ƒ• • ¬¶¶¬°¬2
¤¯µ·² ⁄µ¬²±~kvl·«¨ ¦∏µ√¨ ²© ¤¶¶²¶¶•¤·¨k ΜΛΡl²©ƒ• • º¤¶¶¬°¬¯¤µ·²¬·¶ ΡΗΡ ¦∏µ√¨ o¤±§·«¨ º¨ ¬ª«·¯²¶¶¤±§«¨¤·µ¨2
¯¨ ¤¶¨ ²©ƒ• • ·µ¨¤·¨§º²²§·²²® ³¯¤¦¨ °¤¬±¯¼ ¬±·«¨ ©¯¤°¬±ª³¨µ¬²§²©¦²°¥∏¶·¬²±~kwl·«¨ ƒ• • ·µ¨¤·°¨ ±·²© º²²§¦²∏¯§
§µ¤¶·¬¦¤¯ ¼¯¬±¦µ¨¤¶¨ ¬·¶¦«¤µµ¬±ªoº«¬¯¨ ¬·¶¬ª±¬·¬²±·¬°¨ º¤¶±²·¬±©¯∏¨±¦¨§·²² °∏¦«~kxl·«¨ ©¬µ¨2µ¨·¤µ§¬±ª ©¨©¬¦¬¨±¦¼²©ƒ• •
¬¶¶¬°¬¯¤µ·² ⁄µ¬¦²± ¤±§¥²·«²©·«¨ ° ¤µ¨ «¬ª«¯¼ ©¨©¨¦·¬√¨ ©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶q
Κεψ ωορδσ} • ²²§oƒ¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·oƒ¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±¦¼o≤²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·¨µoƒ• •
木材阻燃剂 ƒ• • 是一种具有阻燃和防腐双重功效以及基本不吸湿 !不使木材着色 !无毒和不污染
环境等特点的新型木材阻燃剂 o适于生产难燃性木质材料k王清文等 ot|||l ∀与同类材料相比 oƒ• • 的
突出优点是溶解性好 !酸碱性温和而稳定 o生产成本低 ∀为了获取对 ƒ• • 阻燃处理木材的燃烧行为以
及 ƒ• • 载药率与阻燃性能关系的系统认识 o本文采用近年来在阻燃高分子材料k李斌等 ot||{l和木质
复合材料k≥·¤µ® ετ αλqot||zl研究领域已显示出独特作用的先进仪器 ) ) ) 锥型量热仪k¦²±¨ ¦¤¯²µ¬°¨ ·¨µo简
称 ≤’‘∞l o对 ƒ• • 的阻燃性能进行系统研究 o并同 ⁄µ¬¦²±阻燃剂进行对比 ∀与目前普遍采用的木质材
料阻燃性试验方法k如点着温度 !氧指数 !燃烧竖炉 !隧道炉和火管等lk刘燕吉 ot||zl相比 o≤’‘∞方法的
优点是能够同时获得材料燃烧时有关热 !烟 !质量变化及烟气成分等多种重要信息 ∀一般认为 o≤’‘∞
实验的结果与大型燃烧试验结果之间存在良好的相关性kŠ²©©ot||vl o有望代替或部分代替昂贵的大型
实验 ∀本文仅报道用 ≤’‘∞方法对 ƒ• • 阻燃木材燃烧释热及质量变化的研究结果 ∀
t 材料与方法
111 木材试样的制备
将含水率为 tu h的紫椴及红松板材加工成尺寸为 tss °°kl ≅ tss °°k• l ≅ ts °°k×l的素材试样 ∀
分别以浓度均为 ts h的 ƒ• • 阻燃剂k自制中试产品l和 ⁄µ¬¦²±阻燃剂k美国 ‹¬¦®¶²±公司产品l o采用真
空2加压法处理素材试样tl o于 zs ε 下干燥 o在相对湿度 xs h !温度为 uv ε 的恒温恒湿箱中调节至质量恒
定后用于 ≤’‘∞实验 ∀
tl王清文 q新型木材阻燃剂 ƒ• • q东北林业大学博士学位论文 ousss q
木材浸注条件为 }红松 前真空度及时间 }s1sx °¤ots °¬±~加压压力及时间 }t1ws °¤otx °¬±~后真
空度及时间 }s1s{ °¤ots °¬±∀紫椴 前真空度及时间 }s1sx °¤ots °¬±~加压压力及时间 }s1xs °¤ots
°¬±~后真空度及时间 }s1s{ °¤ots °¬±∀ ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±对比研究用试样的载药率为 }ƒ• • 载药率 红
松 }|1{v h o紫椴 }tt1u| h ~⁄µ¬¦²±载药率 红松 }|1|v h o紫椴 }tt1vx h ∀
调整处理液浓度以获得不同载药率的 ƒ• • 阻燃红松试样 o用于探究阻燃性与载药率的关系 o各个
ƒ• • 阻燃红松试样的载药率分别为 y1{| h !|1{v h !ts1x| h和 tu1v| h ∀
112 燃烧参数
≤’‘∞实验可模拟多种火强度 o实验结果以各个相关的燃烧参数来表达 o本文相关燃烧参数有 }
t1u1t 热释放速率 ΡΗΡ ΡΗΡ指单位面积试样释放热量的速率 o单位 ®• #°pu ∀ ≤’‘∞给出材料燃烧
过程中 ΡΗΡ随时间的动态变化 oΡΗΡ 的最大值称热释放速率峰值k³®ΡΗΡl ∀ ΡΗΡ 是最重要的燃烧参
数之一 o也被称为火强度 ∀ ΡΗΡ 或 ³®ΡΗΡ 越大 o单位时间内燃烧反馈给材料单位表面积的热量就越
多 o结果造成材料热解速度加快和挥发性可燃物生成量增多 o从而加速了火焰的传播 ∀因此 oΡΗΡ 或
³®ΡΗΡ越大 o材料在火灾中的危险性就越大 ∀
t1u1u 总热释放量 ΤΗΡ ΤΗΡ是单位面积的材料在燃烧全过程中所释放热量的总和 o单位 #°pu ∀
ΤΗΡ愈大 o材料燃烧所释放出来的热量就愈多 o一般情况下火灾危险就愈大 ∀将 ΡΗΡ和 ΤΗΡ 结合起来
可更为合理地评价材料的阻燃性能 ∀
t1u1v 有效燃烧热 ΕΗΧ ΕΗΧ指在某一时刻测得的热释放量与质量损失量之比 o单位 #®ªpt ∀ ΕΗΧ
反映了材料热解产生的可燃性发挥物在气相火焰中的燃烧程度 ∀与用氧弹法测得的材料在标准状况
下 !于纯氧中完全燃烧所释放的燃烧热不同 o用 ≤’‘∞法测得的 ΕΗΧ是在模拟实际火情条件下材料燃
烧k不一定完全燃烧l释放的热量 o因此更接近实际情况 ∀此外 o将 ΕΗΧ与 ΡΗΡ 结合有助于研究阻燃机
理的类型k气相机理或凝聚相机理l ∀
t1u1w 点燃时间 ΤΤΙ 点燃时间 ΤΤΙ是为达到材料表面产生有焰燃烧所需要的持续点火时间 o单位 ¶∀
ΤΤΙ愈长 o材料在实验条件下愈不易点燃 o阻燃性愈好 ∀ ΤΤΙ是评价材料阻燃性的重要指标之一 ∀
t1u1x 质量损失速率 ΜΛΡ ΜΛΡ表示材料在实验过程中质量的变化速率 o单位 ª#¶pt ∀ ΜΛΡ 反映了材
料在实验热辐射条件下热解反应的速度 ∀从 ΜΛΡ2时间曲线也可方便地求得到某一时刻为止材料燃烧
损失的质量 ∀
t1u1y 残余物质量 Μασσ Μασσ表示在某一时刻试样的残余质量 o单位 ª∀当各个试样的厚度和密度相
同或接近时 o用 Μασσ比较各个试样之间燃烧剩余物的得率是可行的 ∀
113 ≤’‘∞实验方法
采用 ≥·¤±·²± • §¨¦µ²©·锥形量热仪进行 ≤’‘∞实验 ∀为使实验温度接近实际火灾温度 o本实验采用热
辐射功率为 xs ®• #°pu o相应的温度为 z{s ε ∀实验时 o人工记录点燃时间 ΤΤΙ o其他原始数据和部分参
数由仪器自动记录或计算 o然后利用 ¬¦µ²¶²©·∞¬¦¨¯软件进行数据处理 o求得各个燃烧参数 ∀
u 结果及讨论
211 热释放速率 ΡΗΡ
红松 !紫椴素材及其 ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±阻燃处理材的 ΡΗΡ2时间曲线见图 t !u ∀
|st 第 x期 李 坚等 }用 ≤’‘∞法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能
图 t 不同药剂处理红松的 ΡΗΡ
ƒ¬ªqt ΡΗΡ ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ƒ• • o 处理材 ⁄µ¬¦²±q
图 u 不同药剂处理紫椴的 ΡΗΡ
ƒ¬ªqu ΡΗΡ ²©¥¤¶¶º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ƒ• • o 处理材 ⁄µ¬¦²±q
从图 t和图 u可见 o经 ƒ• • 或 ⁄µ¬¦²±阻燃剂处理后 o红松和紫椴木材的热释放速率均大大降低 o热
释放速率峰值降至素材的 xs h o且阻燃处理材的曲线较素材/平坦0 ∀说明木材经 ƒ• • 或 ⁄µ¬¦²±阻燃处
理后 o热降解生成可燃性挥发产物的速度大大降低 o同时可燃性挥发产物的释放或燃烧热量释放的时间
分布趋于均匀 o这对于降低热量向木材的反馈是非常有利的 o阻燃效果明显 ∀
ƒ• • 及 ⁄µ¬¦²±阻燃紫椴的第二放热峰出现时间比素材紫椴约晚 s1x °¬±oƒ• • 阻燃红松也有类似
规律 ∀放热峰出现时间越晚 o意味着一旦阻燃木材燃烧 o强火到来的时间越迟 o越有利于人员撤离火灾
现场或扑救 ∀对于建筑用阻燃材料 o一般认为材料的阻燃性能应保证火灾发生时 o撤离时间在 v1x °¬±
以上 ∀
图 v 不同 ƒ• • 载药率下红松的 ΡΗΡ
ƒ¬ªqv ΡΗΡ ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·ƒ• • µ¨·¨±·¬²±
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 y1{| h ƒ• • o 处理材 |1{v h ƒ• • o
图 w 不同药剂处理红松的 ΤΗΡ
ƒ¬ªqw ΤΗΡ ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ⁄µ¬¦²±o 处理材 ƒ• • q
处理材 ts1x| h ƒ• • o 处理材 u1v| h ƒ• • q
红松素材或阻燃处理材的 ΡΗΡ均低于紫椴 o第二放热峰k出现时间迟的l出现的时间迟于紫椴 o因
此 o从燃烧放热的角度看 o红松的阻燃性优于紫椴 ∀
所有 ΡΗΡ曲线均具有两个放热峰 o第二放热峰值均比第一放热峰值大 o且该峰下面所覆盖的面积
k放热量l也高于第一放热峰 o因而第二放热峰对阻燃性的贡献较大 ∀实验现象表明 o第一放热峰对应于
试样点燃时的短暂有焰燃烧过程 o第二放热峰对应于第二次出现较高火焰时的燃烧过程 ∀
阻燃材料的热释放速率及其峰值与载药率有关 o图 v给出了 ƒ• • 阻燃红松的热释放速率 ΡΗΡ 与
载药率的关系 oƒ• • 阻燃紫椴亦有类似的规律 ∀由图 v可见 o当 ƒ• • 阻燃红松的载药率达到 ts h左右
时 o再增加载药率对降低 ΡΗΡ已经没有明显作用 o但是能够推迟第二放热峰出现的时间 ∀
212 总热释放量 ΤΗΡ
红松和紫椴素材及经 ƒ• • 或 ⁄µ¬¦²±阻燃处理材的 ΤΗΡ曲线见图 w !x ∀图 x中 ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±阻燃
stt 林 业 科 学 v{卷
紫椴的 ΤΗΡ曲线重合 ∀图 y给出辐照时间为 ts °¬±时 oƒ• • 阻燃红松的 ΤΗΡ与载药率的关系 ∀
由图 w ∗ y可见 o从试样被点燃到第二放热峰峰值出现的有焰燃烧阶段 o总热释放量迅速增加并且
在放热峰出现时变化最快 ~当第二放热峰过后 o总热释放量增加很缓慢 o说明木材燃烧释放的热量主要
是由有焰燃烧提供的 o抑制有焰燃烧是木材阻燃的关键 ∀ ƒ• • 阻燃木材与具有相同载药率的 ⁄µ¬¦²±阻
燃木材相比 oΤΗΡ基本相同 o这一点与 ΡΗΡ的规律一致 o并且大大低于素材 ∀ ƒ• • 阻燃红松的 ΤΗΡ 随
着载药率的提高而降低 o但当载药率达到 ts h左右时 oΤΗΡ的降低趋势十分缓慢 o此时阻燃处理木材的
总热释放量比素材约降低 xs h o再增加载药率对于减少热释放量已无实际意义 ∀
图 x 不同药剂处理紫椴的 ΤΗΡ
ƒ¬ªqx ΤΗΡ ²©¥¤¶¶º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ⁄µ¬¦²±o 处理材 ƒ• • q
图 y 红松的 ΤΗΡ与 ƒ• • 载药率的关系
ƒ¬ªqy ׫¨ µ¨ ¤¯·¬²±¶«¬³²© ΤΗΡ ²©³¬±¨ º²²§¤±§ƒ• • µ¨·¨±·¬²±
213 有效燃烧热 ΕΗΧ
红松 !紫椴素材及其相同载药率的 ƒ• • !⁄µ¬¦²±处理材的 ΕΗΧ2时间曲线见图 z !{ o图 |为 ƒ• • 阻燃
红松的 ΕΗΧ与载药率的关系 ∀从图 z ∗ |可以看出 o当 ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±的载药率相同时 o阻燃木材k红松
或紫椴l的 ΕΗΧ曲线基本重合 ~与素材相比 o在第二放热峰k ΡΗΡ曲线l出现以前阻燃材的 ΕΗΧ值略低 o
其后阻燃材与素材没有区别 ∀说明 ƒ• • 与 ⁄µ¬¦²±的阻燃机理是相似的 ~在有焰燃烧阶段k第二放热峰
以前l o阻燃剂抑制了生成可燃性挥发产物的木材热解过程 o挥发性产物中可燃性物质的比例减小 o从而
使得 ΕΗΧ降低 ∀
图 z 不同药剂处理红松的 ΕΗΧ
ƒ¬ªqz ΕΗΧ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ⁄µ¬¦²±o 处理材 ƒ• • q
图 { 不同药剂处理紫椴的 ΕΗΧ
ƒ¬ªq{ ΕΗΧ²©¥¤¶¶º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ⁄µ¬¦²±o 处理材 ƒ• • q
从 ΕΗΧ曲线的形状可见 o红热燃烧k阴燃l阶段k第二放热峰后l的 ΕΗΧ值远远大于有焰燃烧阶段 o
该阶段木材已经变为炭质 o燃烧主要是碳的热氧化及其产物 ≤’的进一步氧化 o其单位质量损失下的燃
烧热很大 ∀在实验范围内 oƒ• • 阻燃红松的载药率对 ΕΗΧ值影响不大 o但较高载药率试样的红热燃烧
出现时间较晚 ∀在所有 ΕΗΧ曲线中 o第二放热峰后曲线波动非常大 o其原因是该阶段木材发生龟裂 o造
成瞬间质量损失相对过大或热释放相对过大 ∀
ttt 第 x期 李 坚等 }用 ≤’‘∞法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能
图 | 不同 ƒ• • 载药率下红松的 ΕΗΧ
ƒ¬ªq| ΕΗΧ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·ƒ• • µ¨·¤µ§¤±·¶
y1{| h ƒ• • o |1{v h ƒ• • o tu1v| h ƒ• • q
图 ts 不同药剂处理红松的 ΜΛΡ
ƒ¬ªqts ΜΛΡ ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
素材 ˜±·µ¨¤·¨§o 处理材 ⁄µ¬¦²±o 处理材 ƒ• • q
综上所述 oƒ• • 木材阻燃剂与 ⁄µ¬¦²±阻燃剂对抑制木材的热释放均具有很强的作用 o二者效率相
当 ~ƒ• • 阻燃红松的载药率控制在 ts h以内较为经济合理 ∀
214 点燃时间 ΤΤΙ
红松 !紫椴素材及相同载药率的 ƒ• • !⁄µ¬¦²±阻燃处理材的点燃时间 ΤΤΙk¶l如下 }红松 素材 }
ts1v¶~ƒ• • 处理 }ts1v¶~⁄µ¬¦²±处理 }tt1u¶~紫椴 素材 }z1x¶~ƒ• • 处理 }|1v¶~⁄µ¬¦²±处理 }z1x¶∀
可见 o除 ƒ• • 阻燃紫椴的点燃时间比素材有所延长外 o其它的阻燃处理材点燃时间与素材没有显
著区别 o说明 ƒ• • 或 ⁄µ¬¦²±阻燃处理对木材的耐点燃性质不产生显著影响 ∀
215 质量损失速率 ΜΛΡ
红松 !紫椴素材及其相同载药率 ƒ• • !⁄µ¬¦²±阻燃处理材的 ΜΛΡ2时间曲线见图 ts !tt o图 tu为不同
载药率下 ƒ• • 阻燃红松的 ΜΛΡ2时间曲线 ∀分析图 ts ∗ tu o并且与 ΡΗΡ 曲线进行对比 o可得出如下规
律 }ΜΛΡ曲线的形状与 ΡΗΡ曲线相似 o并且波峰的位置与 ΡΗΡ 曲线相同 o这表明木材燃烧时热释放和
质量损失是同步的 o有焰燃烧释放热量速度最快的阶段就是木材热解产生可燃物最快的阶段 ~ƒ• • 与
⁄µ¬¦²±阻燃木材的失重速率基本相同 o阻燃处理对失重速率的影响因树种不同而存在差别 o阻燃红松的
ΜΛΡ略低于素材 o而阻燃紫椴的 ΜΛΡ 低于素材 ~ƒ• • 阻燃红松的 ΜΛΡ 与载药率关系较为复杂 ∀在实
验范围内 o各种载药率下阻燃红松的第二质量损失峰的出现时间均延长 ~载药率约为 ts h试样的 ΜΛΡ
曲线及其峰值最低 o而载药率较高或较低试样的第二 ΜΛΡ 峰值较大 o其原因不十分明了 ∀可能的影响
因素有 }载药率高的试样其阻燃剂本身的失重也较大 o载药率 y1{| h试样的第二 ΜΛΡ峰尖而窄 o可能与
龟裂发生的时间集中有关 ~ƒ• • 阻燃剂对于降低木材的热释放速率比降低木材的质量损失速率更为有
效 ∀其原因可能是 ƒ• • 抑制木材热降解产生可燃有机物的反应既燃烧释热 o又产生失重 o而催化脱水
反应仅产生失重 ∀
图 tt 不同药剂处理紫椴的 ΜΛΡ
ƒ¬ªqtt ΜΛΡ ²©¥¤¶¶º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
˜±·µ¨¤·¨§o ƒ• • o ⁄µ¬¦²±q
图 tu 不同 ƒ• • 载药率下红松的 ΜΛΡ
ƒ¬ªqtu ΜΛΡ ²©³¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·ƒ• • µ¨·¨±·¬²±
˜±·µ¨¤·¨§o y1{| h ƒ• • o |1{v h ƒ• • o tu1v| h ƒ• • q
utt 林 业 科 学 v{卷
216 残余物质量 Μασσ
红松 !紫椴素材及其相同载药率 ƒ• • !⁄µ¬¦²±阻燃处理材的 Μασσ2时间曲线见图 tv !tw ~图 tx为不同
载药率下 ƒ• • 阻燃红松的 Μασσ2时间曲线 ∀分析图 tv ∗ tx并与 ΜΛΡ 曲线及 ΤΗΡ 曲线进行对比可知 }
ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±阻燃处理木材的 Μασσ曲线基本重合或平行 o并且在红热燃烧阶段均明显高于素材的
Μασσ2时间曲线 ∀由于红热燃烧阶段的残余物是炭 o因此阻燃处理木材的炭生成量显著高于素材 ∀实验
还发现 o红松素材完全燃尽的时间为 ty °¬±oƒ• • 及 ⁄µ¬¦²±阻燃红松k载药率 ts h l的燃尽时间分别为
xt °¬±和 vy °¬±o说明 ƒ• • 和 ⁄µ¬¦²±均具有抑制阴燃的作用 o并且前者优于后者 ∀在有焰燃烧阶段k红
松和紫椴分别约为 x °¬±和 w °¬±o阻燃处理试样时间稍长l o试样的质量损失速度和总量均大大高于红
热燃烧阶段 o因此在红热燃烧阶段选取一时间点来比较各个试样的残余物质量 o其误差较小 ∀若以热辐
射时间 ts °¬±为参照点 o计算试样的残余物质量占燃烧前试样质量的百分率k即试样燃烧成炭率 oh l o
则红松成炭率为 }素材 tt1y h ~ts h ƒ• • kts h ⁄µ¬¦²±lu{1{ h kvs1uu h l ~紫椴成炭率为 }素材 x1x h ~ts h
ƒ• • kts h ⁄µ¬¦²±luu1| h kut1w h l ∀
可见 oƒ• • 或 ⁄µ¬¦²±阻燃处理使得木材燃烧时的成炭率大大增加 o成炭无疑对降低热释放k甚至烟
释放l是有利的 ∀值得注意的是 o以上结果是在模拟实际火灾条件k温度为 z{s ε o流动空气中l下取得
的 o因此阻燃处理使木材的成炭率大大增加的实验结果很有说服力地证明 o催化成炭作用是 ƒ• • 或
⁄µ¬¦²±阻燃剂的主要作用机理之一 ∀
图 tv 不同药剂处理红松的 Μασσ
ƒ¬ªqtv Μασ󲩳¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
⁄µ¬¦²±o ƒ• • o ˜±·µ¨¤·¨§q
图 tw 不同药剂处理紫椴的 Μασσ
ƒ¬ªqtw Μασ󲩥¤¶¶º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·©¬µ¨ µ¨·¤µ§¤±·¶
ƒ• • o ⁄µ¬¦²±o ˜±·µ¨¤·¨§q
图 tx 不同载药率下 ƒ• • 阻燃红松的 Μασσ
ƒ¬ªqtx Μασ󲩳¬±¨ º²²§·µ¨¤·¨§º¬·«§¬©©¨µ¨±·ƒ• •
µ¨·¨±·¬²±
tu1v| h ƒ• • o y1{| h ƒ• • o
|1{v h ƒ• • o ˜±·µ¨¤·¨§q
在实验选定的载药率范围内 oƒ• • 阻燃红松的燃烧成炭率
随载药率的增加而有所提高 o但当载药率达到 ts h左右时 o再
增大载药率对提高成炭率作用不大 ∀
v 结论
综合分析 ≤’‘∞实验中热释放 !质量变化及点燃时间等方
面的研究结果 o可以得出如下结论 }
ƒ• • 阻燃剂与 ⁄µ¬¦²±阻燃剂的阻燃效率基本相同 o二者均
为木材的高效阻燃剂 ~ƒ• • 阻燃剂能有效地减缓木材燃烧时的
热释放速度和总热量 o因而能够有效地抑制火传播和蔓延 ~ƒ• •
阻燃处理对木材的点燃时间不产生显著影响 ~ƒ• • 阻燃处理能
够大幅度提高木材燃烧时的成炭率 ~随着 ƒ• • 阻燃剂载药率的
升高 o阻燃木材的热释放降低 o成炭率升高 o阻燃性呈增强趋势 ∀
但当载药率接近 ts h时 o提高载药率对增强阻燃性的作用不再
显著 o因此 o实用上控制载药率为 ts h以内较为经济合理 ∀
vtt 第 x期 李 坚等 }用 ≤’‘∞法研究木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能
参 考 文 献
李 斌 o王建棋 q聚合物材料燃烧性和阻燃性的评价 ) ) ) 锥形量热仪法 q高分子材料科学与工程 ot||{ otwkxl }tx ∗ t|
刘燕吉 q木质材料燃烧性能检测方法及有关法规 q木材工业 ot||z ottkvl }vv ∗ vy
王清文 o李淑君 o崔永志等 q新型木材阻燃剂 ƒ• • 的阻燃性能 q东北林业大学学报 ot||| ouzkyl }vt ∗ vv
Š²©©qŒ±√ ¶¨·¬ª¤·¬²± ²©³²¯¼° µ¨¬¦°¤·¨µ¬¤¯¶∏¶¬²±ª·«¨ ¦²±¨ ¦¤¯²µ¬° ·¨¨µq°²¯¼° q∞±ªq≥¦¬qot||v ovvk{l }w|z ∗ xss
≥·¤µ®  ‘o•²¥¨µ·‹ • q ‹ ¤¨·µ¨¯¨ ¤¶¨ µ¤·¨ ²© º²²§2³¯¤¶·¬¦¦²°³²¶¬·¨¶q≥„°∞ ²∏µ±¤¯ ot||z ovvkxl }uy ∗ vt
5黑龙江林业6ussv年征订启事
5黑龙江林业6是黑龙江省林业厅主办的综合性期刊 ∀立足基层 o面向全国 o以宣传林业方针政策和
市场经济典型经验 !传播林业生产技术和经济信息 !普及科学知识 !活跃林区生活 !推进两个文明建设为
宗旨 ∀设有 }林业论坛 !工作研究 !法制经纬 !科技园地 !特别报道 !科普之窗 !他山一瞥 !生活指南 !九州
绿影 !广而告之 !五花山等栏目 ∀副指导性 !科学性 !实用性 !知识性为一体 o是广大林区职工 !专业户 !各
级干部 !林区青年 !林业院校师生及林业爱好者的忠实朋友和参谋 ∀
5黑龙江林业6为月刊 o大 ty开本 ow{页 o四封彩色印刷 ∀每期定价 w1xs元 o全年定价 xw1ss元 ∀全
国各地邮局办理订阅手续 ∀国内邮发代号为 tw p zv o国外代号为 w|s ∀
本刊地址 }哈尔滨市香坊区衡山路 ts号
邮政编码 }txss|s
电 话 }swxt p uvwywv|
联 系 人 }蒋甘露
欢迎订阅5林业机械与木工设备6
5林业机械与木工设备6是 t|yy年于北京创刊的国家级专业技术指导性刊物 ∀以/传播可靠信息 o
提供使用技术 o推广最新成果 o沟通产销渠道0为己任 o热情欢迎行业内外作者为本刊撰稿 ~诚恳希望广
大读者多提宝贵意见 ~殷切期盼厂家利用这块园地 o刊登广告 o宣传产品 o以扩大影响 o增加效益 ∀
5林业机械与木工设备6为大 ty开本 o月刊 o国内外公开发行 o每期定价 x元 o全年 ys元 o由各地邮
局征订k邮发代号 tw p zwl o也可将款直接汇到编辑部 o由编辑部邮发 ∀
汇款方法 }由邮局汇款 o请寄哈尔滨学府路 vzw号ktxss{yl5林业机械与木工设备6编辑部收k电话
swxt p yyyvsut ~传真 }yy{stwsl ~由银行汇款 o请汇户名 }国家林业局哈尔滨林业机械研究所 o开户行 }工
商行哈尔滨和兴支行 o帐号 }vxssswuts|ss{|twytu
wtt 林 业 科 学 v{卷