《阻燃材料與技術》課件 第2講 固體可燃物的燃燒

《阻燃材料與技術》第2章

固體可燃物的燃燒第二章固體可燃物的燃燒本節(jié)學習目標：教學要求：掌握材料的熱解過程、著火過程、火蔓延過程、穩(wěn)定燃燒過程、陰燃過程、生煙過程以及熄滅過程的基本形式、影響因素和控制機理等內容。重點與難點：材料的熱解歷程、著火過程、火蔓延過程和生煙過程。2.1固體可燃物熱解熱解——是可燃物在低于燃點溫度下受熱發(fā)生較平緩的熱行為，熱解產生的可燃氣體是明火燃燒的氣源，是引發(fā)材料燃燒的第一步。熱解熱降解熱降解是指材料受熱后分子結構中少量化學鍵發(fā)生斷裂，材料結構和性能僅發(fā)生微小變化的過程；熱降解主要發(fā)生在長鏈聚合物中，如聚氯乙烯受熱降解脫除氯化氫等小分子物質。熱分解熱分解是指在更高溫度下材料化學鍵發(fā)生全面斷裂，并伴隨著氣體揮發(fā)、液體和炭渣形成等過程，材料的物理形態(tài)和化學結構在熱分解過程中發(fā)生顯著改變。2.1固體可燃物熱解熱解模式一般為熱氧分解點燃之前點燃之后缺氧/無氧分解（材料表面火焰能阻隔或限制材料與氧氣接觸）控制機理聚合物熱解行為控制模式動力學控制模式表面熱解控制模式傳熱傳質控制模式主導對于試樣量很小的聚合物，其在較低加熱溫度和升溫速率下的熱解行為主導對于較厚的熱塑性聚合物，當外部具有較強加熱條件時，固相反應區(qū)的厚度逐漸降低主導對于一定厚度的熱固性聚合物，熱解生成的炭層會阻礙熱量和物質的傳遞，影響聚合物反應前沿的傳播速率2.1固體可燃物熱解熱解模式解聚反應根據(jù)鏈裂解方式不同，聚合物熱分解反應類型主要包括隨機分解反應、解聚反應、消除反應、環(huán)化反應和交聯(lián)反應等。例：聚苯乙烯的解聚反應和分子內轉移反應解聚反應又稱拉鏈降解，是指聚合物從分子鏈的端部或分子中的薄弱點開始生成自由基，相連的單體鏈節(jié)逐個分開，形成唯一產物（單體）。2.1固體可燃物熱解熱解模式隨機分解反應例：聚乙烯隨機分解示意圖隨機分解反應可在分子鏈的任意處發(fā)生，但首先發(fā)生在弱鍵處，其主要特點是相對分子質量迅速下降，但材料初期質量基本恒定，當分解反應進行到一定程度，主鏈發(fā)生斷裂，會生成大量低分子可燃物（單體及低聚物），聚合物總質量迅速降低；聚乙烯的隨機分解方式主要為解聚反應和鏈轉移反應；鏈轉移反應：是指高分子鏈端自由基進攻一個含有弱鍵的分子，奪取其中的一個原子，最后活性鏈端自由基被終止，而在弱鍵位置形成一個新的自由基，并根據(jù)轉移后自由基的活性，新的自由基可能會繼續(xù)引發(fā)單體聚合，也可能無法繼續(xù)引發(fā)。2.1固體可燃物熱解熱解模式消除反應例：聚氯乙烯消除反應示意圖消除反應是一種側基斷裂反應，其分解始于側基的消除，形成小分子產物（不是單體）。隨著消除反應進行，主鏈薄弱點增多，最后發(fā)生主鏈斷裂，導致材料的相對質量和總質量顯著降低。環(huán)化反應環(huán)化反應常指在熱分解過程中線型聚合物轉變成梯形聚合物的過程。例如，聚丙烯腈聚合物及其纖維在低升溫速率下，其腈基發(fā)生低聚反應形成梯形結構，這種環(huán)狀結構在惰性氣體中能夠形成不易燃燒的碳結構，產生碳纖維；環(huán)化結構有利于提高聚合物熱穩(wěn)定性并促進成炭，從而有利于阻燃和抑煙。例：聚丙烯腈環(huán)化反應示意圖2.1固體可燃物熱解熱解模式交聯(lián)反應例：聚氯乙烯交聯(lián)反應示意圖交聯(lián)反應指大分子鏈之間相連產生網(wǎng)狀或體型結構；聚合物的降解反應，特別是由物理因素引起的降解反應往往伴隨著大分子的交聯(lián)反應，二者同時發(fā)生，相互競爭。例如，聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚酰胺、丁基橡膠、天然橡膠、丁苯橡膠和順丁橡膠等材料都能同時發(fā)生不同程度的降解與交聯(lián)反應；交聯(lián)反應可促進材料成炭，有利于提升阻燃和抑煙作用。2.1固體可燃物熱解熱解歷程外部熱源的熱流經過聚合物外部環(huán)境和介質的作用（如輻射吸收）后到達材料表面，經過聚合物表面的反輻射等作用后，最終作用到聚合物表面的熱通量就是凈熱通量；隨著聚合物表面溫度升高，由表及里在固體內部形成溫度梯度，溫度的分布隨時間變化。受熱后聚合物的分子運動加速，當聚合物溫度高于玻璃化溫度時，聚合物開始軟化，繼續(xù)加熱聚合物結晶區(qū)會發(fā)生熔融產生相變，聚合物的物理形態(tài)和性質會發(fā)生一定程度的變化。2.1固體可燃物熱解熱解歷程一般將聚合物開始出現(xiàn)迅速分解的溫度定為初始分解溫度出現(xiàn)最大質量損失速率時的溫度定為峰值分解溫度聚合物簡稱Td/℃Tp/℃Tign/℃丙烯腈—丁二烯—苯乙烯ABS390461394順丁膠BR340395330環(huán)氧樹脂EP427462427高抗沖聚苯乙烯HIPS327430413三聚氰胺甲醛樹脂MF350375350尼龍6PA6424454432尼龍66PA66411448456典型聚合物的初始分解溫度、峰值分解溫度和著火溫度2.1固體可燃物熱解熱塑性聚合物當熱塑性聚合物受到外部熱源加熱時，其表面溫度升高，固體內部由表及里形成溫度梯度，當聚合物溫度超過玻璃化轉變溫度后，聚合物出現(xiàn)軟化現(xiàn)象；隨著聚合物溫度繼續(xù)升高，聚合物結晶區(qū)發(fā)生熔融，產生相變，并通常伴隨膨脹或收縮等熱行為，這些變化導致材料的密度、體積以及晶區(qū)發(fā)生變化，進而影響聚合物的熱傳導、熱分解、著火和燃燒等過程。熱固性聚合物熱固性聚合物通過交聯(lián)固化反應形成三維網(wǎng)絡結構，阻止了聚合物鏈之間的相對移動，使得熱固性材料不具有流動狀態(tài)；熱固性聚合物受熱時主要發(fā)生熱解反應，其可燃熱解氣與空氣混合后燃燒，在燃燒時往往會產生大量黑煙；相同聚合物熱解產物的成分和數(shù)量會隨加熱溫度、加熱速度及環(huán)境條件等因素變化而發(fā)生改變。2.1固體可燃物熱解熱解動力學在聚合物的熱解分析中常采用表觀反應的研究方法，即不關心具體的反應步驟和產物成分，只研究總體的反應現(xiàn)象和反應速度。反應過程：固體可燃物熱解動力學反應方程：假定反應為一級反應：2.1固體可燃物熱解熱解動力學根據(jù)Arrhenius方程：式中：a為某個溫度時材料揮發(fā)的質量分數(shù)，%；β為升溫速率，K/min；A為指前因子，min-1；R為氣體常數(shù)，J/(mol·K)；T為加熱溫度，K；為表觀活化能，kJ/mol若升溫速率

為常數(shù)，則聯(lián)立方程可得到：根據(jù)公式2-4，采用不同動力學分析方法，結合熱重曲線可以獲得動力學參數(shù)數(shù)值，其中常用的非等溫的分析方法有Kissinger法、Flynn－Wall－Ozawa法、Coats－Redfern法、Broido法、Freeman－Carroll法和Liu－Fan法等2.1固體可燃物熱解熱解動力學Kissinger法利用不同升溫速率下測得的熱重數(shù)據(jù)，得到熱失重峰值對應的溫度，并假定熱解過程服從動力學方程：Flynn－Wall－Ozawa法利用不同升溫速率下相同材料在熱重曲線失重速率峰值處的反應來計算活化能。通過對公式（2-4）進行積分變化，并采用Doyle近似，可得到以下方程：Kissinger法Flynn－Wall－Ozawa法計算三種不同溫升速率下的并對做線性回歸，擬合出一條直線。由這條直線的斜率可得出聚合物的表觀活化能和指前因子。當a為常數(shù)時，

為常數(shù)，以

對

作圖，并擬合出一條直線，通過斜率

可求解出材料的表觀活化能，并進而算出指前因子。2.1固體可燃物熱解熱解動力學Coats－Redfern法是一種非等溫的積分處理方法。該法需要預知反應級數(shù)（n），否則只能通過對反應級數(shù)進行多個假定，從中選取最佳線性解的方式求解活化能。通常反應級數(shù)的取值為整數(shù)或1/2，3/2這樣的分數(shù)。方程如下：Broido法通過動力學分析直觀地區(qū)分熱分解的不同階段，并且分別計算出各個階段的活化能和指前因子。因此，對多分解階段的聚合物和木質材料，采用Broido法計算各個階段的活化能比較方便可靠，方程如下：Coats－Redfern法Broido法只要選取的n值正確，即可得到準確的活化能值。2.1固體可燃物熱解熱解動力學Freeman－Carroll法廣泛應用于非等溫熱重數(shù)據(jù)分析。該方法能夠較為準確的計算活化能，方程如下：Liu－Fan法是在Freeman－Carroll法的基礎上提出了新的動力學方程，在不必預知反應機理的情況下，可以較為準確地確定動力學參數(shù)、n和A的數(shù)值。主要回歸方程如下：Freeman－Carroll法Liu－Fan法然而Freeman－Carroll法不能準確的確定反應級數(shù)和指前因子。因此對熱解動力學的分析研究越來越趨向于幾種方法結合使用的方式。反應級數(shù)值更精確地：指前因子更精確地：2.2固體可燃物著火著火發(fā)生條件（1）形成可燃物與氧化劑的混合物且濃度處于燃燒極限范圍內（2）氣相溫度必須能引發(fā)和加速燃燒反應（3）材料的放熱速率大于單位時間內材料熱解、升溫等過程吸收和損耗的熱量可燃物的著火行為受到多種因素的影響，可燃物的性質、組成和形態(tài)是其中主要因素，而可燃氣體的濃度、初溫和壓力等因素都對著火行為有一定的影響2.2固體可燃物著火著火發(fā)生條件可燃物物理狀態(tài)可燃物在不同物理狀態(tài)下著火性能差別很大?？扇細怏w需要的點火能較小，可燃液體次之，可燃固體需要的點火能較大，這主要是因為液體蒸發(fā)或固體熱解需要消耗額外的能量?？扇嘉锘瘜W結構可燃物的最小點火能與其化學結構有關。在脂肪族有機化合物中，烷烴類的最小點火能最大，烯烴類次之，炔烴類較??；碳鏈長、支鏈多的物質，點火能較大。可燃氣體濃度在可燃氣體與空氣混合物中，可燃氣體所占比例是影響著火行為的重要因素。當可燃氣體濃度稍高于其反應的化學當量比濃度時（燃料富集型），氣體混合物所需點火能最小。2.2固體可燃物著火著火發(fā)生條件氣體混合物初溫和壓力氣體混合物的最小點火能與其初溫和壓力有關。氣體混合物的初溫越高，其最小點火能越低；而氣體混合物的壓力越低，其最小點火能越高。當氣體混合物的壓力降到某一臨界壓力時，氣體混合物就很難發(fā)生著火。點火源性質與能量點火源是促使可燃物與助燃物發(fā)生燃燒的初始能量來源。點火源可以是明火，也可以是高溫物體。不同點火源之間的能量和能級存在很大差別。若點火源的能量小于最小點火能，氣體混合物就不能被點燃。2.2固體可燃物著火著火模式強制點燃材料熱解產生的可燃性氣體外部火源（明火、電火花等）局部著火燃燒區(qū)域向其他部分迅速傳播自燃可燃氣體與氧化劑混合熱自燃化學自燃可燃物在一定條件下溫度升高在常溫下依靠自身的化學反應放熱升溫自行發(fā)生燃燒反應自行發(fā)生燃燒反應2.2固體可燃物著火著火溫度點燃溫度自燃溫度根據(jù)著火模式可燃物發(fā)生強制點燃的溫度稱為點燃溫度，點燃溫度一般高于材料的起始分解溫度?？扇嘉锇l(fā)生自燃的溫度稱為自燃溫度。自燃過程需要更多熱量維持熱分解，因此材料的自燃溫度通常高于點燃溫度聚合物點燃溫度/℃自燃溫度/℃聚合物點燃溫度/℃自燃溫度/℃PE341~357349SAN366454PVC391454SMMA329485PVCA320~340435~557PMMA280~300450~462PVDC532532PC375~467477~580PS345~360488~496PA4214242.2固體可燃物著火著火時間固體可燃物的著火時間（

）可表示為可燃物升溫熱解過程、可燃物與空氣混合過程以及混合氣體燃燒過程三個過程所需時間的總和：式中：

為固體可燃物熱解時間，包含固體可燃物升溫到熱解溫度并產生熱解氣體兩個過程所需時間；

為熱解氣體擴散或輸運時間；

火源處可燃混合物發(fā)生燃燒化學反應所需時間。氣體混合物的反應速率流體邊界層厚度火源位置環(huán)境流場氣體擴散系數(shù)加熱條件熱解速率尺寸影響導熱能力2.2固體可燃物著火著火時間材料的厚度對其著火時間同樣有重要影響，基于材料厚度與熱穿透深度的相對大小，可將材料分為熱薄材料和熱厚材料。熱薄型材料表面熱作用示意圖熱厚型材料表面熱作用示意圖著火時間：著火時間：2.2固體可燃物著火著火臨界熱通量材料受熱升溫的同時會對以對流和輻射的方式向周圍環(huán)境釋放能量，這一部分能量可以被近似認定為材料加熱過程中的熱損失。只有當加熱功率大于熱損失時，固體可燃物才能升溫并發(fā)生著火。因此，能使材料發(fā)生著火行為的最小加熱通量被稱之為臨界熱通量。材料臨界熱通量（kW/m2)點燃溫度（℃）著火時間（s）25kW/m250kW/m275kW/m2膠合璃乙烯酯173973878034層狀復合材料1537730670282.2固體可燃物著火著火特性影響因素熱源功率熱慣性材料結構組成動力學控制因素熱源功率越大，材料的升溫速率越大，著火時間越短。明火或強輻射熱源加熱可直接點燃材料，產生明火燃燒并伴隨快速火蔓延。小火花、火星或飛火可引起材料陰燃，陰燃熱釋放速率較低，需持續(xù)加熱較長時間后才能轉變?yōu)槊骰鹑紵?。固體可燃物表面受熱引燃的時間與熱量在固體內部傳遞的熱慣性密切相關。熱慣性越大，熱量越容易在材料內部傳遞，材料的升溫速率越慢，材料的著火時間也越長。通常，導熱聚合物的熱慣性數(shù)值高，而隔熱聚合物的熱慣性數(shù)值低。材料的物理結構和化學組成會改變材料的熱解溫度、熱解質量損失速率、熱解產物種類和質量等，進而影響材料的著火溫度、著火時間和臨界熱通量。聚合物的物理狀態(tài)對點燃溫度也有較大影響，甚至可以超過聚合物化學組成影響。對于由固相控制機理主導的點燃過程，提高分解反應活化能、提高聚合分解溫度、改變分解歷程以及促進成炭等變化，都有利于延長點燃時間。對于由氣相控制機理主導的點燃過程，延長反應誘導時間或縮短駐留時間均有利于推遲著火的發(fā)生。2.2固體可燃物著火材料耐點燃設計方法聚合物點燃過程經歷升溫熱解、氣體預混和氣相反應燃燒等階段，若能延緩、改變或阻止某些階段，則有可能推遲甚至阻止點燃的發(fā)生。固相控制機理主導氣相控制機理主導聚合物點燃過程改變固體的熱性能參數(shù)，如導熱系數(shù)、密度、比熱容等改變固相反應的動力學過程設法延長反應誘導時間或縮短駐留時間點燃過程非常復雜，耐點燃性能只是整個燃燒性能的一部分，許多聚合物加入阻燃劑后，其點燃時間并沒有延長，甚至有所縮短，但聚合物的其他阻燃特性顯著改善，特別是熱釋放速率降低了。這種情況下，一般認為聚合物整體的阻燃性能還是提高了。2.3固體可燃物穩(wěn)定燃燒燃燒形式在受到火源加熱時，固體可燃物，如木材、合成塑料、煤等高聚物等，升溫熱解，熱解析出的可燃揮發(fā)分與氧氣混合燃燒而形成火焰，這個過程就是分解燃燒。它是固體可燃物的主要燃燒方式。熔點比較低的固體可燃物容易發(fā)生蒸發(fā)燃燒。在燃燒之前先熔融成液體狀態(tài)，而后液體在受熱條件下產生的可燃蒸氣與氧氣混合發(fā)生氣相反應，在空間中形成明火。蠟燭燃燒就是一種典型的蒸發(fā)燃燒。陰燃是指在空氣不足的環(huán)境下，固體可燃物發(fā)生只冒煙而無明火的現(xiàn)象。木炭等固體可燃物的燃燒是由氧氣和固體可燃物直接發(fā)生反應，且反應僅在可燃物表面進行，稱為表面燃燒。這是一種無火焰燃燒，也是一種異相燃燒，即可燃物與氧化劑處于固、氣兩種不同狀態(tài)時的燃燒現(xiàn)象。廣義上陰燃是表面燃燒的形式之一，本質上陰燃是由于受熱條件下可燃熱解氣的產生速度低于燃燒速度造成的。2.3固體可燃物穩(wěn)定燃燒燃燒特性可燃性可燃性表征固體可燃物被點著的難易程度；木材通常用閃點、燃點、熱分解溫度等溫度參數(shù)表征其可燃性，而聚合物常用極限氧指數(shù)來表征其可燃性。極限氧指數(shù)越小，火災危險性越大。物質名稱LOI/%物質名稱LOI/%物質名稱LOI/%縮醛共聚物15聚碳酸酯27酚醛樹脂35聚苯乙烯18聚苯氧28聚苯并咪唑41環(huán)氧樹脂20聚糖醇31聚酰甲胺41聚乙烯醇22聚砜32聚氯乙烯45聚丁橡膠26硅橡膠26-39聚四氯乙烯≥952.3固體可燃物穩(wěn)定燃燒燃燒特性燃燒熱和燃燒速度燃燒熱是指單位質量的可燃物充分燃燒后釋放的熱量，是表征材料燃燒特性最重要的參數(shù)，也是評價材料火災安全特性的關鍵指標。固體可燃物的燃燒熱高，則其火災危險性高；燃燒速度是描述固體可燃物燃燒特性的另外一個重要參數(shù)，主要取決于其熱解速度。聚合物的熱解速度與其溫度或者升溫速率有關，因此，燃燒熱高的材料，其燃燒速度也更快。物質名稱燃燒熱/(kJ/g)燃燒速度/(mm/min)物質名稱燃燒熱/(kJ/g)燃燒速度/(mm/min)縮醛16.9312.7-27.9聚苯乙烯40.1812.7-63.5聚甲基丙烯酸甲酯25.2115.2-40.6聚丙烯43.9617.8-40.6ABS樹脂35.2525.4-50.8聚乙烯46.617.6-30.52.3固體可燃物穩(wěn)定燃燒燃燒特性燃燒熱和燃燒速度固體可燃物的熱物性參數(shù)，如導熱系數(shù)和比熱容，通過影響熱量傳遞，對固體可燃物的燃燒性能也有著重要影響；比熱容大的聚合物，燃燒速度較慢。這是因為在加熱階段需要吸收較多的熱量來升溫；導熱系數(shù)大的聚合物，燃燒速度也較慢。因為導熱系數(shù)大，熱散失速度較快，在燃燒過程中所需升溫時間較長煙氣特性煙氣特性主要包含發(fā)煙量和毒性；聚合物含碳量普遍較高，在燃燒（包括熱解）中發(fā)煙量較大。這些煙塵會阻礙光線在空氣中的傳播，從而影響火災中的能見度；煙氣的毒性對火場人員的生命安全構成嚴重威脅，聚合物在燃燒（包括熱解）過程中，會產生大量的一氧化碳、氮氧化物、氯化氫、氟化氫、氰化氫、二氧化碳及光氣等氣體，毒性非常大。2.4固體可燃物火蔓延火蔓延形式強迫對流是指在外部因素（如風、機械設備等）作用下氣體或液體產生流動的現(xiàn)象。在火災過程中，強迫對流通常是由于火源產生的高溫氣流以及外部風力等因素的作用，使空氣產生流動。自然對流是指在火災過程中，由于熱量和煙氣的產生，形成了密度差異，使空氣產生自然流動。自然對流的速度和方向取決于火源的大小和溫度、物體的材質和結構、空氣流動特性等因素。在火災過程中，強迫對流和自然對流是主要的熱量傳輸方式，其對火蔓延的影響取決于風向和火源位置。氣體流動方向與蔓延方向的關系順流火蔓延逆流火蔓延火蔓延速度方向水平火蔓延傾斜火蔓延豎直火蔓延2.4固體可燃物火蔓延火蔓延形式強迫對流下逆流火蔓延自然對流下逆流火蔓延強迫對流下順流火蔓延延自然對流下逆流火蔓延從火焰?zhèn)鬟f到未燃區(qū)域的熱量與火焰形狀有關，而火焰形狀是由表面氣體的流動特征決定。當氣體流動方向（無論是自然對流或強制對流）與傳播方向相反時，減弱/阻礙了熱量向火焰前沿未燃區(qū)域的傳遞，材料的熱解速度變慢，表面燃料混合氣體不易達到燃燒下限，火焰蔓延速度也變慢。若表面氣體流動方向與火焰?zhèn)鞑シ较蛲颍鹧姹煌葡蚯把匚慈紖^(qū)域，加大火焰向前沿未燃區(qū)域表面的熱量傳遞，加速材料的熱解和表面點燃，火焰蔓延速度較快。2.4固體可燃物火蔓延火蔓延控制機理固體表面火蔓延過程化學反應過程主要包括固相的熱解過程和氣相的燃燒過程，且要比物理傳輸過程（主要是傳熱過程）快得多。物理傳輸過程包括熱量和物質的傳遞固體表面火蔓延速度的主要因素是熱量的輸運過程。為此，熱輸運模型被提出并被證明能較好地描述固體表面火蔓延行為。熱輸運模型假設火蔓延過程中的固相熱解和氣相燃燒的化學反應速率無限大，火蔓延速度與傳熱過程有關。但在有些極端情況下，特別是臨近熄滅條件下，化學反應過程所用時間與熱量輸運所需時間接近，熱輸運模型的預測結果與實驗結果存在較大的偏差。2.4固體可燃物火蔓延火蔓延熱量傳遞熱傳導大部分火蔓延行為主要由預熱區(qū)所受到的熱量決定，熱量傳遞的方式主要包括可燃物內部的固相熱傳導、氣相熱對流、火焰對可燃物表面的熱輻射三種熱傳導是指熱量通過物質內部分子振動而傳導的過程。熱量從高溫區(qū)域向低溫區(qū)域傳遞，直到兩個區(qū)域的溫度達到平衡。熱傳導的速度取決于材料的導熱系數(shù)、溫度差和材料厚度。熱傳導能量可遵循傅里葉定理計算：2.4固體可燃物火蔓延火蔓延熱量傳遞熱對流熱對流，又稱對流傳熱，是指流體中質點發(fā)生相對位移而引起的熱量傳遞過程。在熱對流過程中，熱量從高溫區(qū)域的流體向低溫區(qū)域的流體流動，直到兩個區(qū)域的溫度達到平衡。熱對流的速度取決于流體的流速、密度、熱容和溫度差。對流傳熱可通過牛頓冷卻定律計算獲得：熱輻射熱輻射是指通過電磁波輻射傳遞熱量的過程。在輻射傳熱過程中，熱量通過電磁波傳遞，不需要介質，因此也可以在真空中傳遞。熱輻射的傳遞速度取決于輻射體的溫度、表面積以及輻射體與接收體的距離。對于火蔓延來說，從火焰到預熱區(qū)燃料的凈輻射熱通量可表示為：2.4固體可燃物火蔓延火蔓延模型熱薄模型熱厚模型熱薄材料水平火蔓延模型熱厚材料水平火蔓延模型熱薄材料近似認為不存在固相熱傳導，熱薄模型不考慮熔融、炭化、變形、不均勻性因素的任何影響。若預熱區(qū)材料受到的熱量全部用于將其溫度從初始表面溫度，則熱薄材料火蔓延速度表示為：熱厚材料內部在垂直于材料表面方向上存在一定的溫度梯度，因此固相內部熱傳導對于材料的火蔓延行為有重要影響。熱厚模型不考慮熔融、炭化、形變和不均勻性等問題?；谀芰渴睾惴匠?，熱厚材料火蔓延速度表示為：2.4固體可燃物火蔓延火焰?zhèn)鞑ビ绊懸蛩乜扇嘉锖穸群穸戎饕绊懟鹇舆^程中的熱量傳遞方式。對于炭化材料來說，其燃燒時形成的炭層會阻礙材料內部發(fā)生熱量傳遞，火蔓延速率會隨著厚度增大而降低，并最終出現(xiàn)一個不能發(fā)生穩(wěn)定火蔓延的臨界厚度。相比較而言非炭化材料不存在厚度極限?？扇嘉飳挾葘挾戎饕绊懟鹇拥臍庀鄠鳠釞C制。對于較窄的材料，其火蔓延氣相傳熱通常是由對流傳熱主導。隨著材料寬度增加，燃燒區(qū)域變大，所產生的熱量和熱解氣體增多，火焰尺寸變大，火蔓延氣相傳熱逐漸變?yōu)檩椛鋫鳠嶂鲗??？扇嘉飪A斜角度火焰傾斜朝上蔓延的速度比朝下蔓延的快，是由于浮力驅動的自然對流方向朝上。傾斜朝上的順流火蔓延隨著傾角的增加，火蔓延速度呈現(xiàn)出指數(shù)形式上升。環(huán)氣流2.4固體可燃物火蔓延火焰?zhèn)鞑ビ绊懸蛩丨h(huán)境氣流環(huán)境氣流不僅影響火蔓延的化學反應動力學過程，還影響火蔓延的傳熱控制機理。環(huán)境在順流火蔓延和逆流火蔓延中的影響作用并不相同。熱薄型材料火蔓延速度隨環(huán)境氣流速度的增加先保持不變，再突然下降。而熱厚型材料火蔓延速度隨環(huán)境氣流速度的增加保持不變一段時間后，先上升再下降。氧氣濃度氧氣濃度對固體火蔓延的影響主要體現(xiàn)在化學反應過程上。氧濃度會影響氣相化學反應速率和反應程度