2.2.4滅火及抗燒性分析

X-4#樣品泡沫具有高泡沫穩(wěn)定性，在以下研究中，著重研究X-4#與X-0#、3%AFFF相比的滅火及抗燒性能，測得的滅火時(shí)間及100%抗燒時(shí)間見表6。根據(jù)GB 15308—2006規(guī)定，滅火時(shí)間小于180 s，抗燒時(shí)間高于600s的泡沫被認(rèn)為具有成為消防泡沫滅火劑的潛力，X-4#樣品滅火時(shí)間88s、抗燒時(shí)間954 s，抗燒時(shí)間優(yōu)于3%AFFF，滅火時(shí)間比3%AFFF略高，但滿足消防用泡沫滅火劑性能要求，具有良好的消防滅火應(yīng)用潛力。

表6滅火及抗燒試驗(yàn)結(jié)果單位：s

X-4#樣品滅火實(shí)驗(yàn)中火焰和泡沫相互作用過程可分為預(yù)燃階段、泡沫擴(kuò)散階段和火焰熄滅階段，如圖5所示。首先進(jìn)行55 s的預(yù)燃燒，待火焰達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)通入泡沫，隨著通入泡沫量的增加，整個(gè)液體燃料表面被泡沫覆蓋，此時(shí)火焰脈動(dòng)頻率增加，火焰高度幾乎不變，并隨著泡沫厚度增加X-4#樣品所抑制的火焰在95 s進(jìn)一步受到控制，直至在143 s時(shí)撲滅。

圖5 X-4#樣品滅火過程

圖6 X-4#樣品100%抗燒過程

X-4#樣品100%抗燒實(shí)驗(yàn)中火焰和泡沫相互作用過程如圖6所示。2組樣品的100%抗燒試驗(yàn)過程大致也可劃分成3個(gè)階段：局部復(fù)燃階段、泡沫層在覆蓋階段以及完全復(fù)燃階段。局部復(fù)燃階段是由于火焰對(duì)泡沫的熱輻射導(dǎo)致上層泡沫快速破裂，泡沫的封閉能力下降，燃料蒸汽從邊界溢出，被抗燒罐中的火焰再次點(diǎn)燃，從而出現(xiàn)局部復(fù)燃現(xiàn)象，X-4#樣品在58 s出現(xiàn)此現(xiàn)象。而由于此泡沫的自封閉能力，泡沫層能夠及時(shí)重新覆蓋住蒸汽溢出的燃料表面，在X-4#樣品的抗燒試驗(yàn)中，在270 s時(shí)燃燒再一次被抑制。隨著抗燒實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步進(jìn)行，泡沫層大量泡沫破裂，當(dāng)泡沫少到不足以重新覆蓋時(shí)，在油池表面開始出現(xiàn)持續(xù)的火焰，在最終擴(kuò)散至整個(gè)燃料液面，從而導(dǎo)致油池100%復(fù)燃。

實(shí)驗(yàn)所設(shè)計(jì)X-4#樣品的滅火機(jī)理主要通過泡沫層的積累，泡沫逐漸覆蓋整個(gè)油面，形成有效的覆蓋層，進(jìn)一步降低了燃燒面積和火焰溫度。在滅火的過程中，泡沫覆蓋層可以有效地終止燃燒，防止再燃的發(fā)生，直至整個(gè)油面燃燒被進(jìn)一步削弱和熄滅。本文中的配方主要通過在燃燒液體表面的覆蓋和冷卻，從而減少燃料蒸汽的蒸發(fā)并隔離燃燒所產(chǎn)生的熱輻射，從而達(dá)到有效滅火。而X-4#樣品難以快速形成水膜，延長了泡沫在汽油表面的鋪展速度，導(dǎo)致滅火時(shí)間長于3%AFFF。但X-4#樣品的滅火時(shí)間優(yōu)于X-0#樣品，表明XG的加入提高了泡沫的熱穩(wěn)定性，但其高粘度影響了泡沫在油面的鋪展速度［12］，X-0#樣品的泡沫熱穩(wěn)定性差，在滅火過程中大量的泡沫破裂不利于形成能有效終止燃燒的泡沫覆蓋層，導(dǎo)致滅火時(shí)間大于X-4#樣品。

2.3 XG對(duì)泡沫溶液泡沫穩(wěn)定性的影響機(jī)理

XG相對(duì)分子質(zhì)量超過100萬，且在溶液中高度糾纏［13］。XG在溶液中的分子間相互作用或纏結(jié)增加了有效大分子尺寸和分子量［14］。XG穩(wěn)定泡沫歸因于粘度的有效改善，SDS、CAB、無患子皂苷泡沫溶液的粘度隨XG的加入而上升，并且從泡沫的排水和粗化得出，質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%XG引起泡沫溶液粘度的上升，有效地提高了泡沫的穩(wěn)定性。XG穩(wěn)定SDS、CAB、無患子皂苷泡沫的機(jī)理主要由XG和表面活性劑之間的分子相互作用以及溶液中XG分子的強(qiáng)烈纏結(jié)引起，如圖7所示。XG的分子間相互作用，以及分子間強(qiáng)烈而復(fù)雜的分子相互作用通常會(huì)減緩SDS、CAB、無患子皂苷的泡沫排水和粗化。

圖7 XG對(duì)泡沫溶液泡沫穩(wěn)定性的影響機(jī)理

3結(jié)論

本文通過復(fù)配的無氟泡沫滅火劑，探討XG增強(qiáng)復(fù)配體系泡沫性能的規(guī)律。泡沫溶液的發(fā)泡、粘度、泡沫排水、粗化、滅火、抗燒受到顯著影響。主要結(jié)論如下：

1）SDS、CAB和無患子皂苷分別以質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、5%和15%復(fù)配后，在發(fā)泡性能方面具有協(xié)同作用，發(fā)泡高度達(dá)到221 mm，優(yōu)于市售AFFF（211 mm）。復(fù)配體系的發(fā)泡性能隨XG濃度的增加而下降。復(fù)配體系的粘度隨XG濃度的增加而上升。

2）泡沫的析液和粗化測試結(jié)果表明XG分子之間的相互作用增強(qiáng)了泡沫的穩(wěn)定性。

3）0.25 m2油盤火測試結(jié)果證實(shí)所研制的復(fù)配的泡沫溶液在加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.3%XG后顯著提高了無氟泡沫滅火劑的滅火性能及抗燒性能。但在面對(duì)大面積油火撲滅時(shí)，因?yàn)榕菽芤焊哒扯?，無法迅速在油面鋪展，影響滅火效果。如何提高泡沫穩(wěn)定性的同時(shí)，降低泡沫溶液的粘度，需要進(jìn)一步研究。