侧向热辐射作用下热塑性材料熔融流动状态实验台的设计(2)
1.1 研究背景
热塑性塑料是一类应用最广的塑料，以热塑性树脂主要成分，并添加各种助剂而配制成塑料。在一定的温度条件下，塑料能软化或熔融成任意形状，冷却后形状不变；这种状态可多次反复而始终具有可塑性，且这种反复只是一种物理变化，称这种塑料为热塑性塑料。热塑性材料由于具有加工方便、价格低廉、防水、防腐蚀等优点，被广泛应用于家具、室内装饰及建筑保温等领域。但是热塑性材料由于其特殊的物理化学性质，受热易软化熔融并产生流动行为，从而为其火灾防治带来了新问题。
对于壁面热塑性材料着火的情况，流动性使其聚集在地面上形成油池火，并与壁面火相互耦合促进，极大的提高了其火灾危害性。热塑性材料在发生火灾时不仅仅有固体燃烧，而且会融化产生可燃液体加速火灾蔓延，扩大火灾的人身财产损失。而且这些材料在燃烧时产生热量大、产生烟气多、且具有毒性，扑灭难度很大，使得火灾发生后人员逃生也成为一大难题。热塑性材料的这种特殊火灾燃烧行为引起了国内外学者的广泛关注，这种特殊的燃烧行为由多个复杂的过程组合而成，包括壁面燃烧过程、油池燃烧过程以及两者在传热和传质方面的相互促进作用过程，壁面燃烧会使得材料融化流动燃烧形成油池火，油池火凭借其液态的形式可以流动，可以接触到更大的受热面积和供热量，同时油池火燃烧产生的热量也会供给壁面燃烧，这样相互作用下，整个燃烧过程会飞速发展，并且很难将其扑灭。
热塑性材料广泛应用在现代生活中，其流动燃烧特性使得火灾的蔓延方向不再只是单方向传播，热塑性材料火灾蔓延迅速，扑灭难度大，而且火灾过程中有毒气体量很多，一旦发生火灾将给人员和财产带来巨大损失。
热塑性高分子材料的氧指数（OI）一般都比较低（大都低于21%），而且燃烧热值和火焰温度非常高（如聚乙烯热值46KJ/g、火焰温度2120℃），比煤和木材的热值高许多（煤和木材热值分别为23KJ/g、15KJ/g，木材火焰温度800℃），当被引燃后，短时间内就会放出大量热量，促使高分子物质不断分解、燃烧，而且随着燃烧的不断进行，放出的热量更多，热塑性高分子材料很快就会出现大面积熔融并加速分解、燃烧，使火焰区域和燃烧表面不断扩大，火场温度不断升高，火灾很快就会发展到猛烈程度，并向周围快速发展蔓延。从火灾发生、被发现、报警，到消防队接警、出动、到达火灾现场，一般至少要经过10分钟以上。消防队达到火场时，热塑性高分子材料火灾一般已经扩大蔓延，并发展到大面积猛烈燃烧阶段。因此，对热塑性材料熔融流动状态燃烧行为的研究很有必要。
热塑性材料受热后熔融成液体，在重力作用下发生流动，这种熔融流动特性是促使热塑性材料火灾迅速蔓延的重要因素之一。通过研究该类型材料的这种熔融流动特性，可以探讨热塑性材料火灾的危险性及控制火灾蔓延的方法，对其火灾防治有重大意义。
特别是在保温材料普遍使用的现今，建筑物一旦发生火灾必将引燃其保温材料，保温材料大多都为热塑性材料，其后果难以估计。2009年2月9日20时26分，中央电视台新大楼北配楼发生火灾。其主要原因是东西两面幕墙采用的材料表面是钛锌合金，钛合金下面是新型保温材料组成的保温层。燃放的礼花落在合金板上，高温通过合金传热很快将其熔化点燃，火灾中由于熔融的液体不断流动和滴落以及保温层热塑性材料的迅速燃烧，使得整个大楼在很短的时间内全部陷入火海之中[5]。这件案例表明了热塑性材料的熔融流动性使其迅速发展的严重性。此类火灾一旦发生，蔓延十分迅速，而且很难得到快速的扑灭，人员财产损失相当巨大，因此对热塑性材料的燃烧特性和火灾中燃烧行为的研究极有其必要性。
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