石墨蛋白泡沫滅火劑對油類火災的滅火性能的研究

韓寶玲

摘 要：將石墨粉加入到普通蛋白泡沫中攪拌發泡，分別以不同比例將普通石墨與膨脹石墨添加到普通蛋白泡沫中，觀察不同添加量對泡沫穩定性和耐熱性能的影響，用控制變量法找到普通石墨與膨脹石墨的最佳配比，確定普通石墨與蛋白泡沫最佳添加量，使泡沫具有最佳發泡率、穩定性與耐熱性能。

關鍵詞：石墨；膨脹石墨；氟蛋白泡沫；抗燒性能；穩定性

中圖分類號：TQ569 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0165-02

1 引言

目前應用的各種油品滅火劑大多存在耐火時間短、穩定性差等問題，基于現存各類油類滅火劑的種種不足，研究發現石墨、可膨脹石墨存在諸多優良特性，添加到普通蛋白泡沫中形成的泡沫體系對油類火災的滅火工作有顯著作用[1]。

2 試驗方法

向蛋白泡沫液中加入石墨粉，在500毫升燒杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分別加入10ml、20ml、30ml、40ml、50ml、60ml石墨粉，經電動攪拌器攪拌后，靜置；向蛋白泡沫混合液中加入膨脹石墨，在500毫升燒杯中加入10毫升的蛋白泡沫液、90毫升水，再分別加入10ml、20ml、40ml、60ml膨脹石墨粉，經電動攪拌器攪拌后，靜置。分別測量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到燒杯底部，立即放置在電磁波發射器熱源下，保持泡沫表面與輻射加熱面板的距離不變，記錄熱輻射條件下泡沫高度及燒杯底部油面高度隨烘烤時間的變化，觀察烘烤后的泡沫形貌。研究加粉體的改進泡沫的耐火性能及熱穩定性。

用控制變量法，在500毫升燒杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液、90毫升水，20ml膨脹石墨粉，再分別加入10ml、20ml、30ml石墨粉，經電動攪拌器攪拌后，靜置；在500毫升燒杯中加入10毫升的氟蛋白泡沫液，90毫升水，30ml膨脹石墨粉，再分別加入20ml、30ml石墨粉，經電動攪拌器攪拌后，靜置。分別測量生成泡沫高度，用移液管取25ml汽油加到燒杯底部，立即放置在電磁波發射器熱源下，保持泡沫表面與輻射加熱面板距離不變，記錄熱輻射條件下泡沫高度及燒杯底部油面高度隨烘烤時間的變化，觀察烘烤后的泡沫形貌。研究加入粉體的改進泡沫的耐火性能及穩定性。

3 實驗數據與實驗現象分析

3.1 石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實驗分析：結果表明，添加石墨粉，有效提高了泡沫滅火劑的抗燒時間。添加石墨，泡沫受熱會膨脹，膨脹高度隨著石墨量的增加先增加后減少，加入量為30ml時達到最好膨脹效果；添加石墨，泡沫受熱表面形成黑色、光澤覆蓋層，觸感粘硬，覆蓋層表面有螺旋細紋，紋理隨石墨加入量增加變細密，覆蓋層密度隨石墨量增多而變大；隨著石墨量的增加，泡沫發泡倍數漸低，穩定性減弱，泡沫密度增強，流動性變差；由圖可知，石墨加入量為30ml時耐火性能最佳，膨脹效果最佳，覆蓋層厚度適宜，前期泡沫高度隨時間變化不明顯，后期曲線變陡，抗燒時間增長。石墨量為40ml時抗燒性能也很優良，但后期泡沫高度隨時間變化明顯，耐熱性能差，且加入40ml石墨對發泡率影響較大。石墨量為30ml時處于最佳配量。

3.2 膨脹石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實驗分析：結果表明，添加膨脹石墨不影響泡沫發泡率；泡沫受熱即膨脹，0.5min時有膨脹石墨粉體浮于泡沫表面，受熱作用開始膨脹。添加膨脹石墨的泡沫膨脹作用優于添加普通石墨的泡沫，原因是：普通石墨粉體自身不發生膨脹，而且聚集在表面形成覆蓋層，覆蓋層比重較大，其自重增加了消泡速度。膨脹高度隨著膨脹石墨量的增加而增加，加熱初期增幅不顯著，中期階段隨著泡沫表層膨脹石墨粉體的增加，膨脹作用顯著，但是由于加熱設備的局限，中期階段溫度降幅過大，膨脹倍數有所降低，影響實驗結果。隨著膨脹石墨量的增加，泡沫的耐燒時間變化不顯著，穩定性降低，由圖可知，與普通石墨相比，膨脹石墨的添加使水層的形成速度與形成高度都增加，泡沫的穩定性降低。膨脹石墨粉體在泡沫表面受熱膨脹，粉體層變疏松，隔熱與蓄熱性能顯著增強，不利于熱量傳遞，有效減緩了消泡速度。由圖可知，加熱前期泡沫高度隨膨脹石墨量增加變化趨緩，后期隨添加膨脹石墨量增加變化趨陡，加入膨脹石墨量40ml時泡沫抗燒性能相對優異。

3.3 普通石墨與膨脹石墨粉體添加對泡沫性能影響分析

實驗分析：由結果可知，加入石墨粉體，泡沫穩定性、泡沫發泡率隨石墨量增加降低，泡沫耐熱性能隨石墨添加量增加增強，石墨最佳添加量為30ml；加入膨脹石墨粉體，泡沫穩定性隨膨脹石墨量添加增加降低，泡沫發泡率隨膨脹石墨添加量增加基本不變，泡沫耐熱性能隨膨脹石墨量增加增強，膨脹石墨最佳添加量為40ml。

隨著粉體添加量的增加，泡沫穩定性降低，膨脹石墨與石墨呈層狀結構，片狀結構與泡沫接觸，破壞泡沫，膨脹石墨層片結構比石墨明顯，破壞作用相對突出，石墨量0-40ml、膨脹石墨0-30ml、粉體總量<=60ml時破壞作用相對較弱，泡沫穩定性相對較好；由實驗結果，綜合考慮膨脹石墨與石墨的性能，控制添加粉體量在30-60ml，使添加物質顯著提高泡沫耐熱性能，同時控制添加粉體對泡沫的穩定性的影響最低，由圖表得知，膨脹石墨30ml、普通石墨20ml的添加量效果最佳。

添加粉體對發泡倍率的影響。添加30ml膨脹石墨與20ml石墨混合物，對發泡率降低幅度較小。添加物質對泡沫耐熱性能的影響。膨脹石墨受熱自身膨脹，溫度越高，膨脹效果越好，1000℃時達到最大膨脹率，熱試驗中，泡沫表層覆蓋膨脹石墨蠕狀粉體，蓄熱能力高，隔熱能力強。普通石墨自身不膨脹，普通石墨的添加使加熱過程中表層泡沫粘度增大，泡沫膨脹而不易脹破，形成較厚空氣隔熱層，增強耐熱性，但石墨傳熱性能好，加快熱量向非受熱面傳導，降低了泡沫抗熱性能；將普通石墨與膨脹石墨混合添加到泡沫中，在熱試驗中，泡沫表面是二者的混合物，泡沫受熱過程中形成雙層覆蓋層，表層膨脹石墨受熱膨脹，蓄熱、隔絕熱傳遞同時膨脹吸收周圍空氣，有效延長泡沫耐火時間，底層泡沫受熱膨脹形成空氣隔熱層，增強抗燒性能。與普通泡沫相比，高度降低到6cm時，添加粉體的泡沫受熱時間為22min，普通蛋白泡沫為10min，大幅度提高了泡沫的抗燒時間。泡沫耐火性能提高，控制膨脹石墨20ml，分別加入10、20、30ml石墨，0-12min時泡沫高度隨時間變化相對不明顯，12min之后，隨著石墨量的增加泡沫高度隨時間變明顯，加入量20ml時后期效果最好；控制膨脹石墨30ml， 分別加入20、30ml石墨，可以看出，12min前，石墨量多時，圖表中泡沫高度變化相對小，泡沫性能優異，12min后，隨著石墨量增多，高度變化曲線變陡，消泡速度增快；控制石墨20ml， 分別加入20、30ml膨脹石墨，隨著膨脹石墨量增多，泡沫高度隨時間變化不明顯，從整體效果分析，添加30ml膨脹石墨與20ml石墨混合粉體效果最佳。

此試驗，石墨、膨脹石墨均選用中性物質，不改變泡沫液酸堿性。石墨與膨脹石墨化學性質穩定，受熱過程中不與泡沫液化學成分反應，膨脹石墨受熱發生物理變化，對原泡沫化學組成無影響，不改變原泡沫液性能[2]。添加粉體自身無毒害作用，加熱條件下無有害物質釋放，石墨與膨脹石墨無粘附性，使用過后用清水即可沖洗掉，不會對環境造成二次污染，故此改進泡沫為綠色環保型產品，是未來泡沫的理想發展方向[3]。

4 泡沫性能的測定

參照采用《泡沫滅火劑通用技術條件GB15308-2006》測量制得泡沫25%、50%析液時間，晰液時間的測定表1所示。

5 實驗結果

由此實驗可得：向普通蛋白泡沫中添加石墨、膨脹石墨混合物，配比為石墨20ml、膨脹石墨30ml、氟蛋白泡沫液10ml、水90ml，經熱試驗驗證，有效提高了泡沫抗燒性能，延長泡沫耐火時間120%。

參考文獻：

[1]公安部政治部編.滅火戰術[M].北京：群眾出版社，2004.

[2]陳偉紅，杜文鋒.空心微珠對泡沫滅火劑發泡能力和穩定性影響研究[J].火災科學，2008（1）：15-18.

[3]公安部天津消防科學研究所.GB 15308-2006，泡沫滅火劑通用技術條件[S].中國：中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2006.