作者簡(jiǎn)介：胡嬈（1974— ），女，漢族，湖南湘潭人，本科，助理研究員（特聘副研究員），研究方向：滅火理論。"" 摘要：近年來(lái)，電動(dòng)自行車火災(zāi)數(shù)量持續(xù)增長(zhǎng)，亡人火災(zāi)較多。本文對(duì)電動(dòng)自行車的主要可燃部件燃燒特性展開研究，通過(guò)錐形量熱實(shí)驗(yàn)和氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)考察可燃部件的燃燒特性，進(jìn)而從熱危險(xiǎn)和煙危險(xiǎn)兩個(gè)方面評(píng)價(jià)材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性。結(jié)果表明，以ABS工程塑料和聚丙烯為主要成分的車架是熱危險(xiǎn)性的決定性因素，橡膠輪胎是煙氣危險(xiǎn)性的決定性因素。本文可為制定相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)，為提高電動(dòng)自行車消防安全性能、減少火災(zāi)損失提供專業(yè)意見。

關(guān)鍵詞：消防；電動(dòng)自行車；燃燒特性；危險(xiǎn)性

引言

電動(dòng)自行車憑借其經(jīng)濟(jì)、輕捷的優(yōu)點(diǎn)，已成為人們不可或缺的短途交通工具。在所有電動(dòng)自行車火災(zāi)遇難者中，約有3/4的人系吸入有毒煙氣導(dǎo)致，因高溫和灼燒造成的死亡人數(shù)僅占全部死亡人數(shù)的1/4。這是由于電動(dòng)自行車車身采用了許多可燃材料，在起火燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生高溫高熱和有毒煙氣，造成人員逃生困難，特別是吸入煙氣后，短時(shí)間內(nèi)即會(huì)造成休克和死亡。

一、電動(dòng)自行車的可燃部件概述

電動(dòng)自行車可燃材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要由燃燒時(shí)的熱危險(xiǎn)性和煙氣危險(xiǎn)性決定^[1]。電動(dòng)自行車的可燃部件主要包括外殼、鞍座和輪胎等，均為高分子材料（見表1）。根據(jù)對(duì)目前市場(chǎng)上多種品牌產(chǎn)品的調(diào)研，一臺(tái)普通型電動(dòng)自行車采用的高分子材料部件平均質(zhì)量約為5.4kg，豪華型電動(dòng)自行車約為8.6kg。輪胎和車架是高分子材料用量最多的部件，輪胎的主要成分是橡膠，車架的主要材料是ABS工程塑料和聚丙烯（PP）。輪胎和車架的質(zhì)量占可燃部件總質(zhì)量的87%以上。

為規(guī)范電動(dòng)自行車質(zhì)量管理，2018年5月，《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》（GB17761-2018）正式發(fā)布；2018年7月，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局發(fā)布公告，電動(dòng)自行車將由工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可證管理轉(zhuǎn)為3C認(rèn)證管理；自2019年4月15日起，電動(dòng)自行車全面執(zhí)行新國(guó)標(biāo)與3C認(rèn)證。本文基于上述目的，對(duì)電動(dòng)自行車主要可燃部件的燃燒特性展開分析，進(jìn)而從熱危險(xiǎn)和煙危險(xiǎn)兩個(gè)方面考察材料的燃燒性能，評(píng)價(jià)不同部件的火災(zāi)危險(xiǎn)性，為提高電動(dòng)自行車消防安全性能提供專業(yè)意見和建議。

二、電動(dòng)自行車主要可燃部件的燃燒性能測(cè)試

實(shí)驗(yàn)材料包括ABS工程塑料、聚丙烯（PP）、橡膠、聚氨酯泡沫（PUF）、聚氯乙烯（PVC）、尼龍（PA66）和聚氨酯人造革（PU），均由電動(dòng)自行車生產(chǎn)企業(yè)提供。采用英國(guó)FTT公司2000型雙柜式錐形量熱儀對(duì)實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行燃燒性能測(cè)試。根據(jù)ISO554的規(guī)定，實(shí)驗(yàn)前將試樣放置在溫度為（23±2）℃、相對(duì)濕度為（50±5）%的條件下養(yǎng)護(hù)至質(zhì)量恒定。實(shí)驗(yàn)采用的熱輻射照度為50kW/m²，并記錄持續(xù)燃燒時(shí)間、熱釋放速率、放熱總量、質(zhì)量損失率、有效燃燒熱、CO₂摩爾分?jǐn)?shù)、CO摩爾分?jǐn)?shù)和發(fā)煙總量。采用上海千實(shí)精密機(jī)電科技有限公司F101D型氧指數(shù)測(cè)定儀進(jìn)行氧指數(shù)測(cè)定，測(cè)試方法依據(jù)《塑料用氧指數(shù)法測(cè)定燃燒行為第2部分：室溫試驗(yàn)》（GB/T2406.2-2009）。采用德國(guó)MRU公司的NOVAPLUS煙氣分析儀對(duì)燃燒產(chǎn)生的氣體進(jìn)行成分檢測(cè)。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）熱釋放速率

熱釋放速率（HeatReleaseRate，簡(jiǎn)稱HRR）是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料被點(diǎn)燃后單位面積的熱量釋放速率。圖1為電動(dòng)自行車主要可燃材料的熱釋放速率。這些材料在10s—30s開始發(fā)熱，ABS、PP、橡膠、PUF、PVC和PU的熱釋放速率迅速上升，在15s—110s陸續(xù)達(dá)到峰值。ABS、PP和PU三種材料的熱釋放速率達(dá)到峰值后迅速下降，至180s基本完全燃燒，而其他四種材料表現(xiàn)為穩(wěn)定、緩慢燃燒。平均熱釋放速率（MeanHRR）和峰值熱釋放速率（PkHHR）見表2。平均熱釋放速率越大，材料燃燒越猛烈，火災(zāi)危害性越大^[2]。

（二）總釋放熱

總釋放熱（TotalHeatRelease，簡(jiǎn)稱THR）是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。將HRR與THR結(jié)合起來(lái)，可以更好地評(píng)價(jià)材料的燃燒性和阻燃性。圖2為電動(dòng)自行車主要可燃材料的總釋放熱，材料燃燒時(shí)釋放的熱量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)同其在熱釋放速率測(cè)試中的表現(xiàn)是一致的。

總釋放熱測(cè)試結(jié)果見表2。單從THR數(shù)值來(lái)看，PA66的火災(zāi)危險(xiǎn)性最大；結(jié)合HRR的變化情況，ABS和PP的峰值熱釋放速率較高，同樣具有使火災(zāi)擴(kuò)大的危險(xiǎn)；橡膠在熱危險(xiǎn)性方面并不顯著。

（三）有效燃燒熱

有效燃燒熱（EffectiveHeatCombustion，簡(jiǎn)稱EHC）表示在t時(shí)，所測(cè)得熱釋放速率與質(zhì)量損失速率之比，反映了揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度。有效燃燒熱測(cè)試結(jié)果見表2，平均有效燃燒熱（MeanEHC）最大的三種材料為PP、ABS、PA66。

（四）質(zhì)量損失速率

質(zhì)量損失速率（MassLossRate，簡(jiǎn)稱MLR）是指樣品在燃燒過(guò)程中質(zhì)量隨時(shí)間的變化率。它反映了材料在一定火強(qiáng)度下的熱裂解、揮發(fā)及燃燒程度。質(zhì)量損失速率測(cè)試結(jié)果見表2，平均質(zhì)量損失速率（MeanMLR）最高的材料是PA66、PVC和ABS，表明其熱分解過(guò)程較為迅速。

（五）總產(chǎn)煙量

總產(chǎn)煙量（TotalSmokeRate，簡(jiǎn)稱TSR）表示單位樣品面積燃燒時(shí)的累積生煙總量。所有材料在5s—10s的時(shí)間內(nèi)都開始產(chǎn)生煙氣。材料在被點(diǎn)燃前就開始產(chǎn)生煙氣，主要是由于高聚物熱裂解。橡膠的產(chǎn)煙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他6種材料，約是ABS的23.6倍、PA66的21.7倍、PVC的16.9倍。橡膠輪胎燃燒釋放的煙氣是電動(dòng)自行車燃燒產(chǎn)煙的主要來(lái)源，其他材料在煙氣危險(xiǎn)性方面均不顯著。

（六）總耗氧量

總耗氧量（TotalOxygenConsumed，簡(jiǎn)稱TOC）指有機(jī)物的總含碳量?？偤难趿繙y(cè)試結(jié)果見表3，電氣絕緣材料PVC和PA66表現(xiàn)出了較高的耗氧量，而其他材料的耗氧量均不高。

（七）氧指數(shù)

氧指數(shù)是指在（23±2）℃和氧氮混合氣體環(huán)境下，剛好維持材料燃燒的最小氧濃度。氧指數(shù)高表示材料不易燃燒，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒?！督ㄖ牧霞爸破啡紵阅芊旨?jí)》（GB8624—2012）將材料（制品）燃燒性能分為四個(gè)等級(jí)：A級(jí)稱為不燃材料（制品）；B₁級(jí)稱為難燃材料（制品）；B2級(jí)稱為可燃材料（制品）；B₃級(jí)稱為易燃材料（制品）。電動(dòng)自行車主要可燃材料的氧指數(shù)見表3。除PVC為B₁級(jí)（難燃材料）外，其他材料均為B₃級(jí)（易燃材料）。因此，必須添加適量的阻燃劑或采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄗ枞几男裕赃_(dá)到阻燃性能及相關(guān)安全性能的要求。

（八）燃燒釋放的氣體成分

電動(dòng)自行車主要可燃材料燃燒釋放的氣體成分見表4。所有材料燃燒都會(huì)釋放出CO和CO₂，其中CO是有毒氣體；ABS、PUF和PA66燃燒會(huì)釋放出劇毒的HCN，致人昏迷；ABS和PU會(huì)釋放出NO，在空氣中容易發(fā)生氧化反應(yīng)生成NO₂，造成呼吸系統(tǒng)失調(diào)；PVC燃燒會(huì)釋放出HCl氣體和光氣，對(duì)眼睛和呼吸道黏膜有強(qiáng)烈的刺激作用；PA66燃燒會(huì)釋放出NH₃，對(duì)黏膜有刺激作用；橡膠輪胎燃燒會(huì)釋放出H₂S，是強(qiáng)烈的神經(jīng)性毒物。

結(jié)語(yǔ)

電動(dòng)自行車主要可燃材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要由燃燒時(shí)的熱危險(xiǎn)性和煙氣危險(xiǎn)性決定。從錐形量熱檢測(cè)和氧指數(shù)檢測(cè)中得到的各項(xiàng)參數(shù)可基本反映出材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性。HRR、THR、EHC越大，熱危險(xiǎn)性越大；TSR越大，煙氣危險(xiǎn)性越大；OI越小，燃燒條件越容易達(dá)到。參數(shù)對(duì)比表明，ABS、PP、PA66的熱危險(xiǎn)性最高；由于PA66用于電氣接插件絕緣材料，與引火源靠近，其阻燃性能的好壞決定了其起燃的熱危險(xiǎn)性大小；ABS和PP具有較高的峰值熱釋放速率，在實(shí)際火場(chǎng)環(huán)境中極易被點(diǎn)燃，具有較大的引燃熱危險(xiǎn)性、放熱危險(xiǎn)性和火焰?zhèn)鞑ノｋU(xiǎn)性，是電動(dòng)自行車火災(zāi)熱危險(xiǎn)性的決定性因素。參數(shù)對(duì)比同時(shí)說(shuō)明，橡膠產(chǎn)煙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他6種材料，橡膠在電動(dòng)自行車可燃材料用量中占比較大，是電動(dòng)自行車煙氣危險(xiǎn)性的決定性因素。

參考文獻(xiàn)

[1]舒中俊，徐曉楠，楊守生，等.基于錐形量熱儀試驗(yàn)的聚合物材料火災(zāi)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究[J].高分子通報(bào)，2006（05）：37-44.

[2]季經(jīng)緯，楊立中，范維澄.外部輻射熱對(duì)材料燃燒性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].燃燒科學(xué)與技術(shù)，2003，9（02）：139-143.