建筑木材及桐油处理后热释放特性研究

2022-03-15王昊宇

当代化工研究 2022年4期

＊王昊宇

（中国人民警察大学河北 065000）

桐油属于一种古老的天然植物油，因其具有防腐防潮等功效，因而从我国古代开始就被用在建筑及家具等领域。由于桐油属于油脂类漆，因而涂刷后会对于木材燃烧性能产生一定的影响。而目前对于木材涂刷桐油后对于木材热释放的影响研究还相对较少，因此本实验将通过锥形量热法对于桐油处理后木材热释放特性进行研究分析。国内外学者基于锥形量热对于材料热释放性能研究方法已经取得了一定成熟的经验，因此在本实验中通过汲取各方经验选取常用的两种建筑木材杉木和松木进行桐油处理后，通过锥形量热仪在30kW/m2辐射功率下实验来对两种常用建筑木材热释放特性进行分析研究。

1.材料与方法

(1)材料

该实验选取市场上常见的两种建筑木材杉木和松木。实验前裁定为100mm×100mm×20mm板材，并保存在温度23（±2）℃，湿度70%（±5%）中以保持质量恒定。

(2)实验仪器

本实验采用英国防火技术测试公司FTT型锥形量热仪、电子天平等。

(3)材料处理方法

试样经挑选后制作了四种式样（见表1），将锥形量热试样除受热面外其它所有面用铝箔纸包裹，放入不锈钢样品架中，在铝箔底部用隔热棉防止热量从底部散失，在锥形加热器下以30kW/m2的辐射功率进行加热。

表1 试验项目与材料

2.结果与分析

表2为热辐射强度30kW/m2下不同木板及桐油处理后的主要燃烧性能，从表中可以看出它们间存在一定的差异。

表2 不同木板及桐油处理后燃烧性能参数

(1)引燃时间

引燃时间指物体表面在热源加热下燃烧至产生发光火焰的时间，是评价材料阻火性能参数之一。由表2杉木和松木对比可知，杉木板较松木板引燃时间更长，因而阻火性能更好。由杉木板和松木板分别进行桐油处理后可发现引燃时间明显缩短10s左右，因而说明桐油在火灾中会起到一定程度的助燃作用。

(2)热释放速率

热释放速率（HRR）指材料在单位时间内释放热量的速率。通过锥形量热仪可以测量材料燃烧过程中随时间的动态变化。HRR是评价材料燃烧特性最重要参数之一，HRR越大材料燃烧热解速度越快，产生挥发性可燃物越多。

由图1可以看出两种木材在燃烧过程中均出现了两个释热峰，这是木质材料燃烧的一种基本特性。这种现象是由于木材燃烧时形成碳层减弱了热量进入木材内层，并阻隔一部分挥发性燃烧物进入燃烧区由此导致热释放在第一个峰后趋于下降，随着温度不断升高碳化层破裂后热释放继续升高。由图1可知在相同热辐射条件下两种材料达到两个峰时间差别不大，但杉木热释放速率明显高于松木且热释放峰更窄，这表明杉木较于松木热释放速度更快，在实际燃烧过程中反馈给表面热量更多，从而加速了热解速度及火焰的传播，由此可说明杉木较于松木火灾危险性更大。

图1 杉木松木燃烧热释放HRR曲线图

由图2可知杉木热释放曲线与经桐油处理后曲线对比可知二者达到第一个峰值时时间相差不大，但经桐油处理后热释放速率峰值明显高于未经处理杉木板。由对比可知经桐油处理后的杉木板到达第二个峰值时间高于未经处理杉木板，但二者热释放速率峰值相差却不大。造成两种曲线差异原因如下：在同等热辐射条件下，桐油处理后桐油在杉木表面热解产生可燃性蒸汽，从而加大了热释放速率致使第一个峰值远高于未经处理杉木。在大约600s时，表面桐油燃烧殆尽，两种材料都进入到碳化层内部燃烧接段，由于未经处理杉木先较于处理后杉木到达峰值可以看出桐油对于杉木碳化层破裂具有一定的延时作用。

图2 杉木桐油处理后热释放HRR曲线图

由图3两个曲线对比可知，松木桐油处理后曲线对比可知处理后热释放速率要高于未处理的木板，到达第一个热释放峰值时间处理前后相差不大且到达第二个热释放峰值的时间也相差不大。通过与杉木桐油处理曲线对比可知，在到达第二个热释放峰值时间方面两种木材桐油处理后产生一定的差异。

图3 松木桐油处理后热释放HRR曲线图

(3)小分子气体

在木材燃烧阶段主要析出的小分子气体是CO和CO2。两种木材CO释放规律如图4所示。由曲线对比可知，在初期的有焰燃烧时两种木材的CO产量都比较低，这是由于初期燃烧比较充分主要气体产生是CO2。此外由图4明显看出相较于杉木，松木的CO和CO2产量远高于杉木。

图4 杉木松木CO和CO2产量图

由图5对比可知，木材桐油处理后尽管在火灾初期对于CO产量并没有太大的影响，但对于燃烧后期木材碳化层裂解后CO释放有着很大程度的抑制作用。但桐油对于杉木和松木CO2产量分别产生了不同的影响。对于杉木桐油处理曲线来看，桐油处理后CO2产量明显升高达到了83kg/kg远远超出之前的产量。通过松木桐油处理后曲线可以看出，桐油处理后CO2产量却发生了降低由原来的75kg/kg降到55kg/kg。就木材两种气体产生量分析可知由于桐油加速了木材碳化层破裂致使内层木材燃烧更加充分，且CO为木材燃烧产生的主要有毒气体，桐油对于木材有毒气体产生具有一定的抑制作用。