利用錐形量熱儀在50kW/m2熱輻照條件下，研究了工業(yè)酥油、食用酥油和石椅的燃燒性，獲得了點(diǎn)燃時(shí)間、比消光面積、Zda熱釋放速率、總釋放熱、有效燃燒熱、Zda煙產(chǎn)生這率、總煙釋放量及質(zhì)量損失速度等參數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)采表明，工業(yè)酥油、食用酥油比石蠟容易點(diǎn)燃；工業(yè)酥油和石蠟燃燒性能接近，可燃性和火災(zāi)指數(shù)均高于食用酥油；石蠟和食用酥油燃燒過程的碳煙量比工業(yè)酥油低，石蠟和食用酥油比工業(yè)酥油燃燒完全。三種材料燃燒過程中熱量的釋放滯后于煙氣的擇放，其質(zhì)量的損失主妥由煙氣的釋放造成。穩(wěn)定燃燒時(shí)煙氣釋放這率降低，熱釋放速率達(dá)到Zda。

錐形量熱儀由美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)與20世紀(jì)80年代推出，測試參數(shù)包括熱釋放速率、質(zhì)量損失速率、一氧化碳釋放速率、比消光面積等30多種，數(shù)據(jù)采集和處理完全由計(jì)算機(jī)控制。采用錐形量熱儀是近年來在材料燃燒性能領(lǐng)域應(yīng)用研究的一種先進(jìn)方法，在獲得材料燃燒重要信息的同時(shí)還與大型實(shí)驗(yàn)結(jié)果之間存在良好的相關(guān)性。

目前錐形量熱儀法己成為國際上公認(rèn)的研究材料真實(shí)燃燒過程的權(quán)威方法，被許多國家、地區(qū)級國際標(biāo)準(zhǔn)組織廣泛用于建筑材料、高分子材料、木材制造、材料阻燃和火災(zāi)預(yù)防等領(lǐng)域。酥油是一種乳制品，類似黃油，是從牛奶、羊奶中提取的脂肪。在西藏、青海隨處都能見到酥油。酥油除食用和制作酥油花外，還用來制作蠟燭即酥油燈，在西藏、青海所有寺廟里，可以看到千盞酥油燈閃閃爍爍的壯觀場面，在藏族人家中，也能看到長明不滅的酥油燈。這給寺廟建筑和家庭居室埋下了火災(zāi)隱患。

由于酥油燃燒時(shí)火光持久穩(wěn)定、燃燒完全并且時(shí)刻散發(fā)著清淡的天然奶香味，部分物理性質(zhì)和燃燒現(xiàn)象與石蠟非常相似，考慮到酥油特殊的燃燒性能和預(yù)防火災(zāi)的必要性，通過對比石蠟與酥油的燃燒性對于研究酥油的燃燒性具有重要意義。

1、材料與方法

1.1材料與儀器

工業(yè)酥油購自西寧塔爾寺：食用酥油購自西寧共和路酥油批發(fā)市場：石蠟購自蘭州石化公司：分別將工業(yè)酥油、食用酥油、石蠟按表一制備。

錐形量熱儀英國FIT公司，按照ISO56601標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。錐形量熱儀工作原理為有機(jī)材料燃燒時(shí)每消耗1kg氧氣放出13.2mJ的熱量，選用的熱源輻射強(qiáng)度為50kW/時(shí)，各實(shí)驗(yàn)條件下重復(fù)3次得到各燃燒性能參數(shù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)使用錐形量熱儀專用軟件配合EXCEL進(jìn)行分析處理。

1.2評價(jià)指標(biāo)

選擇以下燃燒性能指數(shù)評價(jià)材料的燃燒特性：

a.引燃時(shí)間：指材料從加熱開始到出現(xiàn)穩(wěn)定火焰的時(shí)間，單位為s，它反映了材料被點(diǎn)燃的難易程度，是評價(jià)材料燃燒性能的重要指標(biāo)。

b.熱釋放速率：指單位面積釋放熱量的速率，單位為kW/m2。

c.熱釋放總量：指材料從燃燒實(shí)驗(yàn)開始到實(shí)驗(yàn)結(jié)束，單位面積所釋放的熱量總和，單位為Kw/m2。

d.質(zhì)量損失速率：材料燃燒后單位面積、單位時(shí)間的質(zhì)量變化值，g/(s/m2)。

e.有效燃燒熱：即單位質(zhì)量損失所放出的熱量，mJ/kJ，有效燃燒熱=熱釋放速率/質(zhì)量損失速率。

f.比消光面積：單位為m2/kg，比消光面積=K?V/(M?As)(K為消光系數(shù)，單位為/m，V為煙道體積流速，m3/s，M為質(zhì)量損失速率，As為樣品面積，單位為時(shí)m2。

g.生煙速率：單位時(shí)間內(nèi)煙釋放量的多少，單位為m2/s。

h.生煙總量：表示酥油從燃燒開始到燃燒結(jié)束生煙量的總和，生煙總量=比消光面積×質(zhì)量損失速率×樣品面積/燃燒時(shí)間。

2、工業(yè)酥油、食用酥油、石蠟燃燒性能對比分析

2.1引燃時(shí)間

在50kW/m2熱輻射強(qiáng)度作用下，工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的引燃時(shí)間分別為50、60、74s，說明在相同條件下，工業(yè)酥油容易被點(diǎn)燃，石蠟相對難點(diǎn)燃。

2.2熱釋放速率和熱釋放總量

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的熱釋放速率平均值和峰值分別為286.219、238.946、356.924kW/m2和723.808、238.946、1063.567kW/m2時(shí)，說明在相同熱輻射強(qiáng)度作用下，石蠟和工業(yè)酥油燃燒反饋給其表面的熱量較多，熱解速度較食用酥油快，揮發(fā)性可燃物生成量比食用酥油多，從而加速了火焰的傳播：所以石蠟和工業(yè)酥油的火災(zāi)危險(xiǎn)性比食用酥油大的多。3種材料的總釋放熱隨著時(shí)間的延長而增加，石蠟的總釋放熱平均速率遠(yuǎn)大于工業(yè)酥油和食用酥油，說明石蠟比工業(yè)酥油、食用酥油可燃性更強(qiáng)。

2.3質(zhì)量損失速率和質(zhì)量損失

質(zhì)量損失速率表征材料在燃燒時(shí)質(zhì)量損失的變化速度，反映了材料在一定熱輻射強(qiáng)度下熱裂解速度和熱裂解行為。隨時(shí)間延長，三種材料的質(zhì)量損失速率曲線有明顯的下降趨勢，說明三種物質(zhì)較易熱裂解；質(zhì)量損失率曲線從陡到緩依次為石蠟、工業(yè)酥油和食用酥油，這也說明三種物質(zhì)易燃性即火災(zāi)危險(xiǎn)性從大到小依次為石蠟、工業(yè)酥油和食用酥油。

2.4有效燃燒熱

有效燃燒熱表征可燃性揮發(fā)氣體在氣相火焰中的燃燒程度，指在某時(shí)刻測得的熱釋放量與質(zhì)量損失之比。實(shí)驗(yàn)測得工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的有效燃燒熱均值分別為35.136、27.631和36.182mJ/kJ，在評價(jià)材料的燃燒性方面，與熱釋放速率的結(jié)果是一致的，即石蠟的燃燒性能與工業(yè)酥油相近，可燃性都比食用酥油強(qiáng)。

2.5比消光面積

比消光面積反映材料受熱分解消耗單位材料時(shí)的碳煙量。材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的不完全燃燒有機(jī)質(zhì)、碳質(zhì)懸浮粒子以及水汽是形成煙霧的主要物質(zhì)，不完全燃燒也降低了熱釋放。本研究中，工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的平均比消光面積分別為433.67，377.245布260.261m2/kg。說明在整個(gè)燃燒過程中，工業(yè)酥油產(chǎn)煙量速率Zda，食用酥油次之，石蠟產(chǎn)煙量速率Z小?？梢酝茢喙I(yè)酥油燃燒Z不完全，食用酥油次之，石蠟燃燼率Zgao。

2.6生煙速率和生煙總量

材料在燃燒過程中，未能燃燒的組分以煙霧的形試釋放，錐形量熱儀采用氨-氛激光測定消光系數(shù)，獲得燃燒過程中的動態(tài)煙釋放速率和總煙釋放量。工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟生煙速率曲線皆存在峰值，是因?yàn)殡S著輻射時(shí)間的持續(xù)，各樣品緩慢分解釋放出來的氣態(tài)揮發(fā)物逐漸逸出，濃度越來越大，直到氣相中可燃物濃度達(dá)到臨界燃燒濃度，樣品瞬間被點(diǎn)燃，煙釋放速率顯著提高直至達(dá)到峰值。隨后有焰燃燒后煙氣中可揮發(fā)性小分子得以燃燒，轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸家约安糠忠谎趸?，煙釋放速率降低?/p>

整個(gè)燃燒過程，工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟煙釋放率的趨勢相近，煙釋放速率分別為1022.504，1001.374和810.894m2/s，煙釋放速率峰值由大到小的順序?yàn)槭秤盟钟?、工業(yè)酥油和石蠟，工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟碳煙總量分別為9.039、8.852、7.168m2，即工業(yè)酥油燃燼率比較低，石蠟Zgao，這與平均比消光面積數(shù)據(jù)相符。

3、結(jié)論

比較點(diǎn)燃時(shí)間，在50kW/m2熱輻射強(qiáng)度作用下，工業(yè)酥油容易被點(diǎn)燃，食用酥油次之，石蠟相對難以點(diǎn)燃。對比熱釋放速率、熱釋放總量和有效燃燒熱發(fā)現(xiàn)，材料被點(diǎn)燃后，燃燒速亙在由大到小的順序?yàn)槭瀂快，工業(yè)酥油次之，食用酥油Z慢。燃燒到終點(diǎn)，釋放熱總量由多到少的順序?yàn)?，石蠟Z多，工業(yè)酥油次之，食用酥油Z少。工業(yè)酥油和石蠟燃燒性能相近，可燃性要強(qiáng)于食用酥油，火災(zāi)發(fā)生指數(shù)也要高于食用酥油。

由工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的比消光面積、生煙速率和生煙總量數(shù)據(jù)可知，石蠟在燃燒過程中碳煙量Z少，燃燼率較高，食用酥油次之，工業(yè)酥油燃燒過程中碳煙量太大，燃燒Z不完全。試樣燃燼率的高低與其組成有關(guān)，石蠟由大量的直鏈烷烴和環(huán)烷烴組成，而食用酥油和工業(yè)酥油組成較為復(fù)雜，其主要成分為脂肪，脂肪中含有大量的不飽和脂肪酸，在錐形量熱儀的燃燒環(huán)境中，這是其燃燼率較低的原因。

工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟在燃燒過程中熱量的釋放滯后于煙氣的釋放，其質(zhì)量的損失主要由煙氣的釋放造成。穩(wěn)定燃燒時(shí)煙氣釋放率降低，熱釋放速率達(dá)到Zda。

通過使用錐形量熱儀研究工業(yè)酥油、食用酥油和石蠟的燃燒性能，可以從材料的易點(diǎn)燃性，熱釋放速率和熱釋放總量，以及碳煙量的多少等指標(biāo)來評價(jià)。不僅可以為其他材料燃燒性能的研究提供經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，預(yù)防火災(zāi)，也可為改善材料燃燒性能并進(jìn)一步開發(fā)研究新材料提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。