高聚物燃烧特性分析与优化

聚合物的燃烧特性由下列一些参数来表征：

1）比热容：单位质量物质每升高1℃所需的热量称为比热容（J/kg·K）。比热容大的，在燃烧时加热阶段需要吸收较多的热量。

2）燃烧热：它是使1kg聚合物充分燃烧时所产生的热量。聚合物热分解反应都是放热反应，燃烧热是维持燃烧和延燃的重要因素。

3）闪燃点和自燃点：当聚合物受热分解放出可燃气体，刚刚能被外界小的火焰点燃，这时试样周围空气的最低温度称为材料的闪燃温度，简称闪点。聚合物受热达到一定温度后，不用外界点火源点燃而自行发生的有焰燃烧、无焰燃烧或爆炸，此时周围空气的最低温度称该材料的自燃温度，简称自燃点。

4）分解温度：聚合物燃烧为分解燃烧，只有在分解温度以上才可能燃烧。若分解温度低，燃烧可能性大。

5）氧指数：在氮气和氧气（N₂+O₂）的混合物中，维持蜡烛状试样稳定燃烧所需的最低氧含量。氧指数越高，材料越不易燃烧。通常将氧指数OI小于22材料称为易燃物。

由于空气中含21%左右的氧，所以氧指数在22以下的属于易燃材料，在22～27的为难燃材料，具有自熄性；27以上为高难燃材料。然而这种划分只是相对的，因为聚合物的燃烧还与比热容、热导率等有关。表5-6中列出了部分聚合物的氧指数。

表5-6 部分聚合物的氧指数

6）热导率：固体两面间有温差dT，固体两面间距离dx，面积为A，热导率为λ（W/m·k），即

式中 dQ/dt——热流，是单位时间传导的热量；

dT/dx——温度梯度。(www.xing528.com)

热导率越高，一方面有利散热；另一方面，也使燃烧过程进行的更为剧烈。

7）燃烧速度：燃烧速度是聚合物燃烧特性的一个重要指标。聚合物种类不同，它们的燃烧速度也不同；但燃烧速度也与聚合物表面状态、和氧扩散速度等有关。

随着人们的环保意识的增强和人们对二次危害的认识，目前还有以下三个经常使用的指标。

①毒性指数：毒性指数为1时，人体在其内30min死亡。

②透光率T：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。设入射光强度为I₀，透过烟以后的光强度为I，透光率为T，。

在一个密闭的空间中用火燃烧电线电缆，待火焰熄灭后测试最终的室内烟密度，要求在有烟的情况下，透光能力能够达到60%，可视度5～7m，这样就确保人们在烟雾中能够看见道路。当透光率＜5%，伸手不见五指。

③烟密度D：烟密度是试样在规定的试验条件下发烟量的量度，它是用透过烟的光强度衰减量来描述的。则，定义D=log10（100/T）。

燃烧速度一般是指在有外部辐射热源存在下水平方向火焰的传播速度。表5-7中列出了部分聚合物的燃烧速度。

在表5-8中还列出了部分高聚物的燃烧特性参数。

表5-7 部分聚合物的表面燃烧速度

表5-8 部分高聚物的燃烧特性参数