聚合物材料火災(zāi)危險性綜合評價方法研究
發(fā)布時間：2012-07-25 共1頁
本文提出了基于錐形量熱儀試驗熱煙毒數(shù)據(jù)和主成分分析方法的聚合物材料火災(zāi)危險性綜合評價方法。應(yīng)用主成分分析方法對16種塑料錐形量熱儀試驗數(shù)據(jù)計算出的燃燒特性指數(shù)進行了分析研究，得到判斷聚合物材料火災(zāi)危險性大小的火災(zāi)危險性綜合指數(shù)。在16種塑料中，火災(zāi)危險性最大的樣品火災(zāi)危險性綜合指數(shù)為1.056，火災(zāi)危險性最小的樣品火災(zāi)危險性綜合指數(shù)為-1.660，ABS、PS、PVC、PA4類樣品的綜合火災(zāi)危險性依次減小。
聚合物材料具有易燃性，其廣泛使用增加了建筑物的火災(zāi)危險性，因此，正確評價聚合物材料的燃燒特性具有重要意義。聚合物材料的火災(zāi)危險性主要由材料燃燒時的熱危險性和煙氣危險性決定。熱危險性指材料燃燒時釋放的熱對人員和財產(chǎn)的傷害和破壞；煙氣危險性指材料燃燒時釋放的煙和有毒氣體對人員和環(huán)境的傷害和破壞。聚合物材料的火災(zāi)危險性實際上是材料燃燒時的熱危險性和煙氣危險性的綜合表現(xiàn)，因此，綜合評價聚合物材料的火災(zāi)危險性必須全面考慮材料的燃燒特性。來
傳統(tǒng)表征材料燃燒特性的小型試驗方法，例如氧指數(shù)法、UL94水平燃燒法和垂直燃燒法與美國國際標準局NBS煙箱法等，具有成本低、操作簡單方便的特點，但是試驗條件與實際火災(zāi)情況差別比較大，試驗結(jié)果只能應(yīng)用于一定試驗條件下材料之間燃燒特性的比較研究，不能作為評價材料在實際火災(zāi)環(huán)境中燃燒行為的依據(jù)。雖然大型實物燃燒試驗(例如ISO9705)能夠客觀反映材料的火災(zāi)危險性，試驗結(jié)果可以作為評價材料在實際火災(zāi)環(huán)境中燃燒特性的依據(jù)，但是成本高，試驗比較復(fù)雜，因此不可能對所有材料進行大型實物燃燒試驗。錐形量熱儀試驗容易進行，試驗環(huán)境與實際火災(zāi)情況相似，試驗結(jié)果與大型實物燃燒試驗絨果之間存在比較好的相關(guān)性，因此，錐形量熱儀廣泛應(yīng)用于材料燃燒特性評價川。目前，已經(jīng)有標準ISO5660、ASTME1354等將錐形量熱儀試驗確定為進行材料燃燒特性的標準試驗方法。
應(yīng)用錐形量熱儀可以得到點燃時間、燃燒時間、總熱釋放量、總耗氧量、總煙釋放量、質(zhì)量損失、平均比質(zhì)量損失速率、熱釋放速率、有效燃燒熱、質(zhì)量損失速率、比消光面積、一氧化碳產(chǎn)率以及二氧化碳產(chǎn)率等材料燃燒特性參數(shù)。上述參數(shù)是評價材料火災(zāi)危險性的重要參數(shù)，但是單一參數(shù)只反映材料火災(zāi)危險性的某一方面，因此，應(yīng)用單一參數(shù)綜合評價材料火災(zāi)危險性比較困難。為進一步綜合評價材料的火災(zāi)危險性，MarceloMHirsehler根據(jù)聚合物材料錐形量熱儀試驗結(jié)果，按照熱釋放速率峰值、點燃時間對數(shù)值與比消優(yōu)面積對數(shù)值對塑料材料的火災(zāi)危險性進行了分級。Petren.RV.提出綜合熱釋放速率峰值與點燃時間的比值和總熱釋放量，可以更加全面地評價材料的火災(zāi)危險性。熱釋放速率峰值與點燃時間的比值取決于熱釋放速率峰值和點燃時間這兩個參數(shù)，這兩個參數(shù)與外部熱輻射通量、通風(fēng)條件以及材料的破壞程度有關(guān)，而THE反映材料的內(nèi)部能量，獨立于環(huán)境因素(外部熱輻射通量、通風(fēng)條件以及材料的破壞程度)。上述方法均可以定量地綜合評價材料的火災(zāi)危險性，但是，MareeloMHirsehler對塑料材料火災(zāi)危險性的分級標準只考慮了煙釋放量，沒有考慮有毒氣體；PetreUaR.V.的方法只能夠評價材料燃燒時的熱危險性，沒有考慮材料的煙氣危險性。為能夠比較全面地評價材料的火災(zāi)危險性，本文根據(jù)聚合物材料錐形量熱儀試驗數(shù)據(jù)，應(yīng)用主成分分析方法對聚合物材料的火災(zāi)危險性進行了綜合評價
主成分分析：來
主成分分析是多元統(tǒng)計分析中一種重要的方法，通過多個指標的線性組合，能將眾多的具有錯綜復(fù)雜相關(guān)關(guān)系的一系列指標歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合指標Xn，(主成分Fi)，既能使各主成分相互獨立，舍去重疊的信息，又能更集中、更典型地表明研究對象的特征，還能避免大量的重復(fù)工作。
主成分分析方法的基本步驟是：(1)對原始指標進行標準化處理，以消除量綱不同的影響；(2)求無量綱后的相關(guān)系數(shù)矩陣R；(3)求R的特征值、特征向量和貢獻率；(4)確定主成分的個數(shù)，本文按照特征值大于1以及累積貢獻率(即主成分解釋的方差占總體方差的比例)大于85%的原則提取主成分因子；(5)對主成分因子的意義作解釋，一般由權(quán)重較大的幾個指標的綜合意義來確定；(6)求各主成分的得分并計算綜合得分。
結(jié)論：
(l)根據(jù)錐形量熱儀試驗熱煙毒數(shù)據(jù)計算出的無量綱聚合物材料燃燒指數(shù)，應(yīng)用主成分分析方法得到的聚合物材料火災(zāi)危險性綜合指數(shù)具有合理性，對阻燃劑阻燃性能的綜合定量評價和不同聚合物材料的火災(zāi)危險性比較具有一定的指導(dǎo)作用；
(2)應(yīng)用所提出的聚合物材料火災(zāi)危險性綜合評價方法對4類聚合物材料16個樣品的火災(zāi)危險性進行的綜合定量評價表明，16個聚合物材料樣品的火災(zāi)危險勝大小依次為3#、6#、4#、7#、2#、5#、9#和16#、8#和10#、13#、1#、11#、12#、14#、15#。ABS、PS、PVC、PA等4類聚合物樣品的綜合火災(zāi)危險性依次減小。
