• 防焰理論

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第十四章 難燃性素材

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• 防焰理論

• 燃燒係指物體因受熱分解,其所產生之 可燃性氣體與空氣中之氧氣混合起化學 作用,產生光和熱並生成水及碳氧氣體 而言。此時因所生之熱,使得燃燒分解 並產生可燃性氣體,而持續進行燃燒。

此過程中下圖所示。

• 在一般生活環境中,纖維製品可稱之為 最具代表之燃燒物(或稱之燃料),其 熱分解過程因纖維之不同而有所差異,

主要分別如下:

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• 1. 纖維→分解→著火

例如:綿、人造絲(rayon、螺縈)、麻、羊毛 等。

• 2. 纖維→軟化→分解→著火

例如:丙烯纖維(acryl)、醋酯人造纖維

(acetate)、維尼綸(vinylon, 聚乙烯醇縮纖維)。

• 3. 纖維→軟化→溶解→著火

例如:尼龍(nylon, 聚酮銨鑯維)、聚酯纖維

(polyester)、聚丙烯纖維(polypropyrene)、聚氯 乙烯(polyvinyl chloride)。下圖係表示纖維燃燒 性之發火溫度及燃燒熱。

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• 上圖所示,可明顯看出木棉及人造絲較容易著 火;而合成纖維雖較難者火,但因著火後燃燒 熱較大,故有火災擴大蔓延之危險性。羊毛因 著火困難,且其燃燒熱與木綿相常,與其他纖 維相比,顯得較為安全。

纖維著火後,可以氧濃度指數(OI值)來表示 維持其持續燃燒之難易程度。有關氧濃度指 數,一般係指在氮氣與氧氣之混合氣體中,為 使物質持續燃燒之所需最小氧氣量。其容量百 分比以下式表示之。

• 一般纖維因密度及組織之不同,其燃燒難易度 亦有所差異,而OI值較高者較為難燃,如OI值 在26以上,則具難燃性,類似木綿、人造絲之 所以容易著火,由表-1所示之OI值可判定其為 易燃燒之纖維。

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35~37

Polyviny chloride

27~34

Polychlal

18~20

Vinylon

18~20

Polypropyren

28~37

Acryl 絲

18~20

Acryl

20~22

Nylon

20~22

Polyester

17~20

Rayon

17~20

綿

24~26

羊 毛

纖 維 種 類 OI 值

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• 防焰原理

• 1.被覆說

• 附著於燃燒物表面之物質,因火焰而產

生發泡、膨脹或玻璃化等現象,而形成

斷熱層或產生不燃性物質阻絕火焰,使

熱傳導變小而不起熱分解作用,達到防

焰之效果。利用此法,自古吾人即有以

石膏或粘土塗覆在織物表面之作法;另

外,亦有使用硼砂、硼酸之方法。

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• 2.不燃性氣體之稀釋理論說、抑制燃燒反應理 論

• 燃燒物依圖-1所示進行加熱分解,產生可燃性 氣體,當這些可燃性氣體與空氣混合後燃燒 時,其濃度太濃或太稀,均不會發生燃燒作 用。(此燃燒所需可燃性氣體濃度範圍,稱之 為燃燒範圍)故如加入不燃性氣體,使其可燃 性氣體下降至下限值以下時,便抑制燃燒反 應;因此,如果燃燒物著火時,如如果附加可 產生不燃性氣體之藥劑(防焰藥劑),則可藉 其產生之不燃性氣體之稀釋作用,使可燃性氣 體濃度下降至下限值以下,而達到滅火。

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• 而含有鹵元素中氯離子、溴離子成份之 不燃性氣體,其滅火即如鹵化烷(海龍 滅火藥劑)一樣,效果極佳,其原理則 不似前述之稀釋作用,而為抑制燃燒反 應作用。

• 不燃性體之滅火最小稀釋率(抑制燃燒

反應之不燃性氣體最低濃度)如表-2所

示,因含有氯離子或溴離子之化合物具

有絕佳之滅火效果,故所需滅火濃度遠

較水蒸氣或二氧化碳等低。

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• 3.吸熱及斷熱理論

• 燃燒物因受熱而分解,產生可燃性氣體後、發 熱,其熱量使燃燒物再行分解。而防焰藥劑當 受熱分解時,可吸收大量之熱,燃燒物之燃燒 熱受到吸熱之故,致燃燒物之分解趨於緩慢,

終至滅火。由於防焰藥劑經熱分解產生不燃性 氣體,在燃燒物表面形成氣體層,而熱源與可 燃物之間形成氣體層結果,導致熱傳導效果下 降,使得附近氧氣濃度或可燃性氣體濃度降 低。

• 此種藥劑多半為含有硼砂

(Na2B4O7?10H2O)、氯化鋁

(AlCl3?6H2O)、氫氧化鋁(Al(OH)3)、分解時吸 熱量大之磷酸銨 ((NH4)2HPO4)、碳酸氫鉀 (KHCO3 )等成份之結晶。

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• 4.化學反應變化及脫水作用

• 燃燒物一般係為碳、氫、氧之合成物,

碳離子經燃燒後生成氧化碳氣體,氫離 子結合成為水。當附著有防焰藥劑時,

可以改變燃燒之化學反應,碳離子不與 空氣中之氧結合,而與燃燒物中之氧離 子結合,碳離子使可燃性氣體不致產 生,而形成難燃之碳粒子(黑鉛),即 碳痕,所生成之水亦可達到滅火作用。

其結果,使得原來之燃燒反應沒有發

生,由於發熱量低,在低溫之下無法碳

化,致燃燒無法持續,表-3係綿附加防

焰藥劑時,碳化溫度降低之實例。

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• 纖維之防焰加工

纖維之防焰方法,可分為纖維成品之防焰處理 及原妙生產製造階段之難燃處理。

(一) 防焰處理(纖維製品之防焰加工)

從將纖維製品浸泡於藥液(水溶液)中,附著藥 劑後再使其乾燥之簡單方法,到以高溫高壓及 化學反應之加工方法。

1. 將藥劑混合成水溶劑,經過浸泡附著後,再 施予乾燥(或熱處理)之容易加工法。

2. 使纖維與化學藥品起化學反應之防焰化方 法,或不與纖維直接起化學反應,而使纖維與 纖維間,將含有防焰藥劑之成份,以重合反應 之方式,達到強制附著藥劑之方法。

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• 3. 將防焰藥劑分散於合成樹脂內,在強制地被 覆在纖維表面上,以達到防焰處理。

4. 加熱時使其熱分解,將含有可發揮防焰性能 之防焰藥劑的樹脂,進行裱背打底之方法。

(二) 原紗之改質(於原紗製造階段加以防焰 化)

1. 於紡紗原料之高分子合成反應階段,施予難 燃化之紡紗。

2. 將防焰藥劑分散於高分子中,即類似原棉加 工。

3. 將1、2之難燃纖維與一般纖維混合紡紗後所 製成。

數據

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參考文獻

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