選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的密度板作為研究對(duì)象，采用明火引燃和潑灑易燃液體引燃兩種方式制備燃燒炭化痕跡，觀察其宏觀特征;利用掃描電鏡觀察其炭化物微觀形貌，利用圖像處理技術(shù)，對(duì)不同引燃方式下板材燃燒炭化物形貌進(jìn)行分析，研究炭化痕跡特征。研究結(jié)果表明，密度板燃燒炭化痕跡為不規(guī)則的多邊形，隨著溫度的升高，炭化程度逐漸增加、裂紋寬度變寬;纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑，裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。另外，密度板燃燒時(shí)的熱釋放速率和質(zhì)量損失速率對(duì)其燃燒炭化裂紋有明顯影響。
目前木質(zhì)人造板材由于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在建筑內(nèi)裝飾材料中，作為一種可燃物，木質(zhì)板材直接增大了火災(zāi)荷載和火勢(shì)蔓延速度，而且其燃燒炭化痕跡在火場(chǎng)也十分常見(jiàn)。由于火災(zāi)燃燒過(guò)程的復(fù)雜性、火災(zāi)本身的破壞性、不同火場(chǎng)的特殊性等原因，給火災(zāi)調(diào)查工作帶來(lái)了很大的困難，因此對(duì)木質(zhì)人造板材炭化痕跡進(jìn)行研究已經(jīng)變得十分重要。本文選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的密度板為研究對(duì)象，研究其炭化痕跡特征。
1試樣制備
試驗(yàn)選用的纖維板為中密度纖維板，主要成分為木材原料、一定量的纖維、其他植物原料和脲醛樹(shù)脂膠黏劑。試樣厚度為8mm，密度為775．9kg·m－3，含水量為4．96%。將試樣切割成30cm×30cm大小，放于火災(zāi)物證綜合試驗(yàn)臺(tái)上，用液化氣灶引燃，距離為3cm，時(shí)間為5min、10min、15min，制得明火引燃不同時(shí)間的炭化樣品。試驗(yàn)選用汽油和酒精兩種易燃液體，量取等體積的易燃液體潑灑到試樣表面，采用人為干預(yù)和不干預(yù)兩種方式對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。人為干預(yù)的情況下，是將易燃液體潑灑于試樣表面并將試樣放于火災(zāi)物證試驗(yàn)臺(tái)上，用液化氣灶對(duì)其進(jìn)行持續(xù)加熱，距離為3cm，時(shí)間為5min、10min、15min，制得潑灑易燃液體燃燒炭化樣品。不干預(yù)情況下，是將易燃液體潑灑于試樣表面并將試樣放于火災(zāi)物證試驗(yàn)臺(tái)上，將試樣引燃后讓其自行燃燒。
利用掃描電子顯微鏡對(duì)密度板燃燒后的炭化物進(jìn)行微觀形貌分析。利用IPP和KYKY掃描電鏡圖像處理軟件對(duì)密度板裂紋形態(tài)及炭化物微觀形貌照片進(jìn)行分析。
2試驗(yàn)結(jié)果
2．1密度板炭化痕跡宏觀特征
2．1．1明火作用下密度板炭化痕跡
密度板明火燃燒時(shí)非常猛烈，并能放出大量的熱和煙氣。在明火作用下，板材中心炭化塊呈現(xiàn)不規(guī)則的多邊形，面積較小，邊緣裂紋呈現(xiàn)放射狀，隨著燃燒時(shí)間的延長(zhǎng)，整體出現(xiàn)卷曲的現(xiàn)象，并且隨著溫度的升高，在多邊形炭化塊上又會(huì)出現(xiàn)許多類(lèi)似魚(yú)鱗形狀的細(xì)小裂紋。溫度越高板材炭化程度越嚴(yán)重，炭化層厚度增加，裂紋越深，寬度越寬。如圖1所示。
2．1．2潑灑易燃液體不干預(yù)情況下密度板燃燒炭化痕跡
圖2(a)為潑灑酒精燃燒炭化痕跡。潑灑酒精后液體滲透到密度板內(nèi)部，點(diǎn)燃后在液體流淌部位形成黑色的炭化痕跡。邊緣部位炭化痕跡較重，中間部位炭化痕跡較輕。圖2(b)為潑灑汽油燃燒炭化痕跡。點(diǎn)燃后在液體流淌部位形成黑色的炭化痕跡。與潑灑酒精不同的是，炭化區(qū)域中間和邊緣的炭化程度相一致。
2．1．3潑灑易燃液體人為干預(yù)情況下密度板燃燒炭化痕跡
隨著燃燒時(shí)間的增加，炭化程度明顯增加。從圖3中可以看出，潑灑汽油引燃后炭化痕跡明顯比潑灑酒精引燃后炭化痕跡重、裂紋寬度寬。另外，在潑灑易燃液體干預(yù)的情況下，密度板燃燒形成的裂紋、炭化痕跡與明火相類(lèi)似;相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
2．2密度板炭化層微觀形貌
從圖4中可以看到，密度板纖維顆粒小，纖維顆粒之間致密度大，無(wú)明顯的空隙度，纖維顆粒之間由膠黏劑錯(cuò)綜復(fù)雜的交粘在一起，密度板原始纖維細(xì)胞結(jié)構(gòu)不明顯，表面粗糙，并覆蓋有白色的膠黏劑。
由圖5可知，密度板相對(duì)于常溫下其內(nèi)部微觀形貌也發(fā)生了明顯的變化。隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑，纖維與纖維之間分散，區(qū)分比較明顯。
2．3密度板炭化痕跡分析
利用圖像分析軟件，測(cè)量炭化痕跡的裂紋寬度，炭化塊面積等相關(guān)參數(shù)，并對(duì)炭化痕跡照片進(jìn)行分析。圖6為不同燃燒時(shí)間、不同溫度與炭化裂紋寬度之間的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，炭化裂紋寬度增大。
圖7為密度板炭化塊形態(tài)變化關(guān)系圖，從圖中
可以看出，質(zhì)量損失速率和熱釋放速率越大，炭化塊面積越小，周長(zhǎng)越短，并且變化幅度較大。
3分析與討論
由于板材的特殊加工工藝和自身的一些物理特性，其燃燒炭化痕跡明顯區(qū)別于天然木材。密度板破壞了木材原始結(jié)構(gòu)，燃燒后形成面積較小的多邊形炭化塊。原因是密度板纖維方向性差異小，較大差異也只有10%，并且纖維之間存在許多空隙，導(dǎo)致其熱量傳遞速率大，裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處，形成面積較小的多邊形炭化塊。隨著溫度的升高，在多邊形炭化塊上又會(huì)出現(xiàn)許多類(lèi)似魚(yú)鱗形狀的細(xì)小裂紋。溫度越高板材炭化越嚴(yán)重，炭化層厚度越厚，裂紋越深，寬度越寬。
潑灑易燃液體不干預(yù)的情況下，在密度板表面都形成了黑黃相間的炭化痕跡。人為干預(yù)的情況下，潑灑汽油引燃后炭化痕跡比潑灑酒精燃燒炭化痕跡嚴(yán)重、裂紋寬度寬。原因是與酒精相比較汽油潑灑后不易揮發(fā)，點(diǎn)燃后火焰溫度高，燃燒放出的熱量多，反饋給板材表面的熱量大。另外，在潑灑易燃液體干預(yù)的情況下，密度板燃燒形成的裂紋、炭化痕跡與明火相類(lèi)似;相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
另外，觀察密度板炭化痕跡微觀形貌發(fā)現(xiàn):由于內(nèi)部木質(zhì)素、半纖維素及纖維素的熱裂解和熱分解的揮發(fā)性產(chǎn)物從母體上脫落，導(dǎo)致了炭化物內(nèi)部微觀形貌發(fā)生了明顯的變化。隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑;另外，由于密度板本身的炭化和內(nèi)部膠黏劑的分解，釋放出大量的熱和煙氣，使得纖維與纖維之間分散，黏結(jié)度降低，空隙增大，從而導(dǎo)致了密度板燃燒炭化裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
密度板的質(zhì)量損失速率和熱釋放速率對(duì)其炭化裂紋形態(tài)有明顯影響。由于密度板的特殊加工工藝，在燃燒過(guò)程中質(zhì)量損失速率大，內(nèi)部揮發(fā)分和氣體析出速率快，體積收縮明顯，使得各個(gè)方向上受力不均勻，裂紋數(shù)量增多。另外，其熱釋放速率大，熱量傳遞快，導(dǎo)致其積炭層開(kāi)裂，發(fā)生了明顯收縮，從而燃燒炭化后炭化塊的面積小，數(shù)量多，周長(zhǎng)小。
4結(jié)論
4．1密度板燃燒炭化痕跡明顯區(qū)別于天然木材。由于密度板破壞了木材原始結(jié)構(gòu)，每個(gè)纖維之間存在許多空隙，導(dǎo)致其熱量傳遞速率大，所以裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
4．2潑灑易燃液體人為干預(yù)的情況下，潑灑汽油引燃后炭化痕跡比潑灑酒精燃燒炭化痕跡嚴(yán)重、裂紋寬度寬。相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
4．3觀察密度板炭化痕跡微觀形貌發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒時(shí)間的增加、溫度的升高，內(nèi)部膠黏劑的分解，釋放出大量的熱和煙氣，使得纖維空隙增大，從而導(dǎo)致了密度板燃燒炭化裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
4．4密度板的熱釋放速率和質(zhì)量損失速率對(duì)其炭化裂紋形態(tài)有明顯影響。在燃燒炭化過(guò)程中，內(nèi)部揮發(fā)分和氣體析出速率快，體積收縮明顯，使其表面的受熱不均勻，表層收縮，裂紋數(shù)量增多，炭化塊面積小。
選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的密度板作為研究對(duì)象，采用明火引燃和潑灑易燃液體引燃兩種方式制備燃燒炭化痕跡，觀察其宏觀特征;利用掃描電鏡觀察其炭化物微觀形貌，利用圖像處理技術(shù)，對(duì)不同引燃方式下板材燃燒炭化物形貌進(jìn)行分析，研究炭化痕跡特征。研究結(jié)果表明，密度板燃燒炭化痕跡為不規(guī)則的多邊形，隨著溫度的升高，炭化程度逐漸增加、裂紋寬度變寬;纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑，裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。另外，密度板燃燒時(shí)的熱釋放速率和質(zhì)量損失速率對(duì)其燃燒炭化裂紋有明顯影響。
目前木質(zhì)人造板材由于其自身的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在建筑內(nèi)裝飾材料中，作為一種可燃物，木質(zhì)板材直接增大了火災(zāi)荷載和火勢(shì)蔓延速度，而且其燃燒炭化痕跡在火場(chǎng)也十分常見(jiàn)。由于火災(zāi)燃燒過(guò)程的復(fù)雜性、火災(zāi)本身的破壞性、不同火場(chǎng)的特殊性等原因，給火災(zāi)調(diào)查工作帶來(lái)了極大的困難，因此對(duì)木質(zhì)人造板材炭化痕跡進(jìn)行研究已經(jīng)變得十分重要。本文選用市場(chǎng)上常見(jiàn)的密度板為研究對(duì)象，研究其炭化痕跡特征。
1試樣制備
試驗(yàn)選用的纖維板為中密度纖維板，主要成分為木材原料、一定量的纖維、其他植物原料和脲醛樹(shù)脂膠黏劑。試樣厚度為8mm，密度為775．9kg·m－3，含水量為4．96%。將試樣切割成30cm×30cm大小，放于火災(zāi)物證綜合試驗(yàn)臺(tái)上，用液化氣灶引燃，距離為3cm，時(shí)間為5min、10min、15min，制得明火引燃不同時(shí)間的炭化樣品。試驗(yàn)選用汽油和酒精兩種易燃液體，量取等體積的易燃液體潑灑到試樣表面，采用人為干預(yù)和不干預(yù)兩種方式對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。人為干預(yù)的情況下，是將易燃液體潑灑于試樣表面并將試樣放于火災(zāi)物證試驗(yàn)臺(tái)上，用液化氣灶對(duì)其進(jìn)行持續(xù)加熱，距離為3cm，時(shí)間為5min、10min、15min，制得潑灑易燃液體燃燒炭化樣品。不干預(yù)情況下，是將易燃液體潑灑于試樣表面并將試樣放于火災(zāi)物證試驗(yàn)臺(tái)上，將試樣引燃后讓其自行燃燒。
利用掃描電子顯微鏡對(duì)密度板燃燒后的炭化物進(jìn)行微觀形貌分析。利用IPP和KYKY掃描電鏡圖像處理軟件對(duì)密度板裂紋形態(tài)及炭化物微觀形貌照片進(jìn)行分析。
2試驗(yàn)結(jié)果
2．1密度板炭化痕跡宏觀特征
2．1．1明火作用下密度板炭化痕跡
密度板明火燃燒時(shí)非常猛烈，并能放出大量的熱和煙氣。在明火作用下，板材中心炭化塊呈現(xiàn)不規(guī)則的多邊形，面積較小，邊緣裂紋呈現(xiàn)放射狀，隨著燃燒時(shí)間的延長(zhǎng)，整體出現(xiàn)卷曲的現(xiàn)象，并且隨著溫度的升高，在多邊形炭化塊上又會(huì)出現(xiàn)許多類(lèi)似魚(yú)鱗形狀的細(xì)小裂紋。溫度越高板材炭化程度越嚴(yán)重，炭化層厚度增加，裂紋越深，寬度越寬。如圖1所示。
2．1．2潑灑易燃液體不干預(yù)情況下密度板燃燒炭化痕跡
圖2(a)為潑灑酒精燃燒炭化痕跡。潑灑酒精后液體滲透到密度板內(nèi)部，點(diǎn)燃后在液體流淌部位形成黑色的炭化痕跡。邊緣部位炭化痕跡較重，中間部位炭化痕跡較輕。圖2(b)為潑灑汽油燃燒炭化痕跡。點(diǎn)燃后在液體流淌部位形成黑色的炭化痕跡。與潑灑酒精不同的是，炭化區(qū)域中間和邊緣的炭化程度相一致。
2．1．3潑灑易燃液體人為干預(yù)情況下密度板燃燒炭化痕跡
隨著燃燒時(shí)間的增加，炭化程度明顯增加。從圖3中可以看出，潑灑汽油引燃后炭化痕跡明顯比潑灑酒精引燃后炭化痕跡重、裂紋寬度寬。另外，在潑灑易燃液體干預(yù)的情況下，密度板燃燒形成的裂紋、炭化痕跡與明火相類(lèi)似;相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
2．2密度板炭化層微觀形貌
從圖4中可以看到，密度板纖維顆粒小，纖維顆粒之間致密度大，無(wú)明顯的空隙度，纖維顆粒之間由膠黏劑錯(cuò)綜復(fù)雜的交粘在一起，密度板原始纖維細(xì)胞結(jié)構(gòu)不明顯，表面粗糙，并覆蓋有白色的膠黏劑。
由圖5可知，密度板相對(duì)于常溫下其內(nèi)部微觀形貌也發(fā)生了明顯的變化。隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑，纖維與纖維之間分散，區(qū)分比較明顯。
2．3密度板炭化痕跡分析
利用圖像分析軟件，測(cè)量炭化痕跡的裂紋寬度，炭化塊面積等相關(guān)參數(shù)，并對(duì)炭化痕跡照片進(jìn)行分析。圖6為不同燃燒時(shí)間、不同溫度與炭化裂紋寬度之間的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，炭化裂紋寬度增大。
圖7為密度板炭化塊形態(tài)變化關(guān)系圖，從圖中
可以看出，質(zhì)量損失速率和熱釋放速率越大，炭化塊面積越小，周長(zhǎng)越短，并且變化幅度較大。
3分析與討論
由于板材的特殊加工工藝和自身的一些物理特性，其燃燒炭化痕跡明顯區(qū)別于天然木材。密度板破壞了木材原始結(jié)構(gòu)，燃燒后形成面積較小的多邊形炭化塊。原因是密度板纖維方向性差異小，最大差異也只有10%，并且纖維之間存在許多空隙，導(dǎo)致其熱量傳遞速率大，裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處，形成面積較小的多邊形炭化塊。隨著溫度的升高，在多邊形炭化塊上又會(huì)出現(xiàn)許多類(lèi)似魚(yú)鱗形狀的細(xì)小裂紋。溫度越高板材炭化越嚴(yán)重，炭化層厚度越厚，裂紋越深，寬度越寬。
潑灑易燃液體不干預(yù)的情況下，在密度板表面都形成了黑黃相間的炭化痕跡。人為干預(yù)的情況下，潑灑汽油引燃后炭化痕跡比潑灑酒精燃燒炭化痕跡嚴(yán)重、裂紋寬度寬。原因是與酒精相比較汽油潑灑后不易揮發(fā)，點(diǎn)燃后火焰溫度高，燃燒放出的熱量多，反饋給板材表面的熱量大。另外，在潑灑易燃液體干預(yù)的情況下，密度板燃燒形成的裂紋、炭化痕跡與明火相類(lèi)似;相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
另外，觀察密度板炭化痕跡微觀形貌發(fā)現(xiàn):由于內(nèi)部木質(zhì)素、半纖維素及纖維素的熱裂解和熱分解的揮發(fā)性產(chǎn)物從母體上脫落，導(dǎo)致了炭化物內(nèi)部微觀形貌發(fā)生了明顯的變化。隨著燃燒時(shí)間的增加，溫度的升高，纖維表面雜質(zhì)逐漸減少，表面逐漸光滑;另外，由于密度板本身的炭化和內(nèi)部膠黏劑的分解，釋放出大量的熱和煙氣，使得纖維與纖維之間分散，黏結(jié)度降低，空隙增大，從而導(dǎo)致了密度板燃燒炭化裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
密度板的質(zhì)量損失速率和熱釋放速率對(duì)其炭化裂紋形態(tài)有明顯影響。由于密度板的特殊加工工藝，在燃燒過(guò)程中質(zhì)量損失速率大，內(nèi)部揮發(fā)分和氣體析出速率快，體積收縮明顯，使得各個(gè)方向上受力不均勻，裂紋數(shù)量增多。另外，其熱釋放速率大，熱量傳遞快，導(dǎo)致其積炭層開(kāi)裂，發(fā)生了明顯收縮，從而燃燒炭化后炭化塊的面積小，數(shù)量多，周長(zhǎng)小。
4結(jié)論
4．1密度板燃燒炭化痕跡明顯區(qū)別于天然木材。由于密度板破壞了木材原始結(jié)構(gòu)，每個(gè)纖維之間存在許多空隙，導(dǎo)致其熱量傳遞速率大，所以裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
4．2潑灑易燃液體人為干預(yù)的情況下，潑灑汽油引燃后炭化痕跡比潑灑酒精燃燒炭化痕跡嚴(yán)重、裂紋寬度寬。相同燃燒時(shí)間下與明火燃燒相比，炭化裂紋深度較深，裂紋長(zhǎng)度較短。
4．3觀察密度板炭化痕跡微觀形貌發(fā)現(xiàn)，隨著燃燒時(shí)間的增加、溫度的升高，內(nèi)部膠黏劑的分解，釋放出大量的熱和煙氣，使得纖維空隙增大，從而導(dǎo)致了密度板燃燒炭化裂紋多出現(xiàn)在纖維黏結(jié)處。
4．4密度板的熱釋放速率和質(zhì)量損失速率對(duì)其炭化裂紋形態(tài)有明顯影響。在燃燒炭化過(guò)程中，內(nèi)部揮發(fā)分和氣體析出速率快，體積收縮明顯，使其表面的受熱不均勻，表層收縮，裂紋數(shù)量增多，炭化塊面積小。