全氟己酮滅火劑與不同材料的相容性及應用驗證

俞錦偉

摘要：全氟己酮滅火劑是近年來被引入我國的一種新型滅火器，在滅火工程中有非常重要的應用。對該物質進行材料相容性實驗時確定其最佳存儲方式的必要途徑。本文中，筆者對全氟己酮滅火劑與若干種常見存儲材料之間的相容性進行了實驗，在實驗結果的支持下，得出了該滅火劑的最佳存儲條件，以期能夠給相關工作人員提供參考。

關鍵詞：全氟己酮;金屬材料;非金屬材料;相容性;滅火劑

引言

全氟己酮滅火劑在過去的應用中發揮出了巨大的價值[2]，在很長的一段時間內都作為特殊場景的主要滅火劑。但是在長期的使用過程中，也暴露出了很多問題。因此，亟需尋找性質更佳的滅火劑來替代該滅火劑。ISO標準中包括了滅火劑，在《氣體滅火器系統》的總結中明確說明它能夠作為一種新型的氣體滅火劑得到廣泛應用。全氟己酮的代號為FK-5112，主要化學結構為全氟-2-甲基-3-戊酮或全氟-2-甲基-戊-3-酮。所以，業界常使用氟化酮的縮寫來指代全氟己酮。雖然這種物質具有良好的滅火性能，而且因為是氣體滅火劑，就不會引起二次火災，但這種物質的保存始終是大大減少其使用和推廣的關鍵方面。所以，與儲存容器、閥門、虹吸管等緊密接觸的材料會產生一定量的腐蝕，并改變這類材料的理化性能，引起泄漏，引起災難和事故。在此基礎上，通過實驗研究與各種材料的相容性，尋找最佳的儲存方法和儲存材料，以降低物質的儲存風險，提高滲透率是非常重要的。在相容性實驗的進行期間，首先需要選擇的材料是現階段全氟己酮滅火劑儲存中存在的材料，如鋼瓶、閥門、虹吸管、安全座椅等。該材料中的化學物質有：38Mn、304不銹鋼、丁腈橡膠等。這些物質在長期使用條件下的相容性程度應通過實驗來評價，對于相容性明顯不符合要求的材料，還應找到相應的替代方案，因此，在其他金屬和非金屬材料上進行實驗也很重要。

1? 研究背景

全氟己酮滅火器是一種透明、無色、無味、可降解的環保型滅火器。 由于在高溫條件下為氣態（滅火時為氣態），滅火后無殘留， 對于精密設備和貴重文件的滅火十分重要。這種新型滅火器是在國外誕生的，近幾年才剛剛引入我國滅火器領域，因此，對其滅火設備和儲存設備的研究還處于起步的階段。 此外，國內的研究方向大多集中在驅動氣體和滅火設備的結構研究上，對其儲存氣密性和儲存材料尚未進行研究。

2? 相容性實驗

2.1 試驗材料及方法

實驗材料的分類方法很多，但按材料的化學性質可分為金屬材料和非金屬材料，由于滅火劑是氣態滅火劑，需要加壓液化，只有金屬材料才能承受足夠的壓力，因此，存儲器的主要配置是金屬材料。 但是，虹吸管和安全片只能使用非金屬材料，因此，材料可分為金屬材料和非金屬材料，另外，由于本次實驗分為兩大部分，一是目前常用的內存中相關材料的相容性實驗，用于確定每種材料在長期存儲接觸過程中的相容性水平。第二部分是按照這個結果嘗試更多的材料，并找到最好的替代方案，因此，實驗材料的分類可以分為現階段使用的和可能替代的。實驗方法和過程可以分為兩個主要環節：浸泡和測量。 （1） 浸泡。浸泡過程能夠模擬滅火劑在儲存過程中與每種物質的接觸過程，需要足夠長的浸泡時間，本文選取的浸泡時間為180天。在實際儲存過程中，滅火劑處于高壓狀態，浸泡時間長，滅火劑腐蝕性強，實驗過程中浸入常溫常壓環境。所以，浸泡時間不應少于六個月。另外，在浸漬階段中，浸漬方法需要嚴格堅持《一般堿與銹合金余量規定》和《堿化液與合金腐蝕試驗》等有關實驗指導方針，保證浸泡環節是有效的，給以后的兼容性測算奠定良好基礎。（2）測算，計算的內容是測量和計算各種浸泡材料在浸泡足夠長的時間后的各種物理和化學性能，如腐蝕速率、質量變化、體積差、功率變化等，并利用這類數據對兼容性標準進行分類，獲得最終評價的結果。

2.2 實驗樣品的制備

因為實驗材料分成了金屬材料和非金屬材料兩種，這兩類材料的制樣要求是不同的。針對金屬設備，購買所需的金屬樣品樣塊后，每個樣品加工50mm * 25mm * 15mm。其實這個尺寸的要求并非為硬性要求，只是因為外框擋住了外面的金屬，所以不規則，同時表面可能會生銹氧化。所以，一個合適尺寸和平衡的標準鋼樣品應涂上一層氧化膜和銹層，以便下次測量其體積變化。非金屬材料（特別是橡膠）在撞擊表面氧化層后放置在啞鈴架上。詳見圖1：

將橡膠材料加工成橫截面中間有一個啞鈴形狀的原因，作為測試長度，使測試結果更加明顯，以減少測量帶來的誤差。上圖中的測試長度為20mm。

2.3 相容性測試流程

第一，當金屬材料制成特定的均勻尺寸時，將表面設置為同一水平。然后測量這類金屬結構的質量，并通過高倍望遠鏡檢查金屬樣品的表面。現在表面平整，無顯著裂紋的試件作為試驗材料。對于橡膠材料，先用肥皂清洗表面，然后晾干，測量其重量、厚度、硬度和承受應力的強度，并記錄有關數據。將兩個實驗樣品放入干凈的浸漬容器中，向容器內倒入一定量的全氟己酮滅火劑，注入量應保證前面浸沒試樣。浸泡完畢后，封閉容器，確認其密閉性達到要求后將其置于實驗室中。并以此時間為起始點計算浸泡時間。浸泡的時間為180天。需要注意的是，在進行實驗時最少應該設置三組存儲器，每一組的試件處理方法和存儲條件都完全相同。這樣做的目的是方式在長期的存儲過程中，由于人為或者非人為因素導致某一存儲器發生泄漏致使實驗終止而浪費大量的時間。在浸泡市場達到180天后，從試液中提起浸泡物，用顯微鏡以及其他的實驗器材進行理化性質的分析以及相關數據的測量和記錄。

2.4 試驗后觀察和測試數據

2.4.1試件質量測量

實驗過程中試件由于受到滅火劑的腐蝕而會導致質量的減少，但是減少的程度并不大。因此使用普通的托盤天平不僅誤差較大而且很難準確測量出前后的差值。因此，質量稱重無論是在實驗前還是試驗后都應該使用分析天平，其精確度可以達到0.001g。

2.4.2試件表面腐蝕形貌觀察

腐蝕情況的觀測依賴于高倍光學顯微鏡。需要注意的是，腐蝕形貌的評價并不能夠定量只能夠定性評價。

2.4.3金屬試件腐蝕速率計算

腐蝕速率的計算需要用到第一步中質量測量的結果，具體的計算公式如下所示。

3? 結論

全氟己酮與不同的材料之間的相容性有明顯的差異，研究其與不同材料的相容性差異有助于滅火器與存儲器生產時的材料選擇。正確的材料選擇有助于提升該滅火劑的安全性，并為其廣泛推廣奠定物質基礎。從實驗結果來看，非金屬密封件不宜采用硅橡膠，而適合采用PE、三元乙丙橡膠。而盛裝滅火劑的金屬容器在金屬材料上的選擇宜使用316L、鋁合金材質的容器。

參考文獻：

[1]米欣、張杰、王曉文.新型潔凈滅火劑Novec1230介紹及應用[J].消防技術與產品信息，2018，（4）：32-34.

[2]周鑫、張宇瑋、于龍等.GH4169高溫合金與四氧化二氮推進劑環境的長期相容性試驗研究[J].航天器環境工程，2019，36（2）：161-164.

[3]陳濤、盧大勇、胡成等.全氟己酮滅火劑臨界滅火濃度測試研究[J].消防科學與技術，2015，34（9）：1210-1214.

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[5]尹喬之. 全氟己酮滅火劑與不同材料的相容性及應用驗證[D].南京大學，2018.

[6]王彥雄. 王程坤. 全氟己酮滅火劑與不同材料的相容性及應用驗證[D].西北工業大學，2017.

[7]李潔玉. 陳曉雷. 全氟己酮滅火劑與不同材料的相容性及應用驗證[D].南京大學，2016.