文/王君 鄧延豪 李慶 楊家躍
香煙的陰燃是一種很獨(dú)特的燃燒過(guò)程,只在氣固相界面處燃燒,不產(chǎn)生火焰或火焰貼近可燃物表面,燃燒過(guò)程中可燃物質(zhì)成熾熱狀態(tài),單位時(shí)間內(nèi)釋放的熱量比較小,反應(yīng)機(jī)理為氧化反應(yīng),而不是游離基的連鎖反應(yīng),所以不容易被發(fā)現(xiàn),一旦轉(zhuǎn)為明火,則造成的傷亡和經(jīng)濟(jì)損失非常嚴(yán)重。在美國(guó),根據(jù) NFPA報(bào)告,香煙每年致使1000人死亡,2500~3000人受傷,造成的財(cái)產(chǎn)損失超過(guò)60億美元[1]。在中國(guó),根據(jù)應(yīng)急管理部消防救援局每年火災(zāi)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2018年度火災(zāi)23.7萬(wàn)起,吸煙引發(fā)的火災(zāi)占比7.3%;2017年度28.1萬(wàn)起,吸煙引發(fā)的占比8%;2016年度31.2萬(wàn)起,吸煙引起的占比5.2%,其中定性為較大火災(zāi)的有兩起。
陰燃的香煙作為日常生活中最常見(jiàn)的火災(zāi)誘因之一不容小覷。所以,國(guó)內(nèi)外不斷研究以香煙為點(diǎn)火源的床上用品可燃性評(píng)定方法,目的在于減少傷害和經(jīng)濟(jì)損失,注重安全。香煙的陰燃速率是床上用品可燃性評(píng)定的關(guān)鍵因素,香煙陰燃速率的大小直接影響床上用品的可燃性判定,本文旨在總結(jié)香煙陰燃速率的主要影響因素、探討國(guó)內(nèi)外關(guān)于床上用品可燃性評(píng)定方法中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)香煙(以下簡(jiǎn)稱(chēng)標(biāo)準(zhǔn)香煙)和日常香煙的差異性、溫濕度與香煙陰燃速率的關(guān)系,為相關(guān)行業(yè)提供參考。
香煙陰燃速率的大小對(duì)床上用品的可燃性評(píng)定起到關(guān)鍵性作用,所以掌握香煙陰燃速率的影響因素至關(guān)重要。
艾德華·馬凱[2]通過(guò)改變香煙的參數(shù)設(shè)計(jì)出了安全香煙,即相對(duì)而言可以減少火災(zāi)的香煙。安全香煙主要是從設(shè)計(jì)上做了細(xì)微改變,香煙直徑減小、增加過(guò)濾嘴、較少的多空紙、非檸檬酸鹽紙、較稀薄的煙草。張文光[3]的研究結(jié)論表明:無(wú)過(guò)濾嘴香煙在煙頭處的燃燒溫度一般較高。覆蓋著的過(guò)濾嘴香煙燃燒稍快于覆蓋著的無(wú)過(guò)濾嘴香煙。因此,影響香煙陰燃速率的內(nèi)在因素主要有香煙種類(lèi)與主要成分、含水量、填充度、卷煙紙的自然透氣度[4]、助燃劑的種類(lèi)及含量[5]、是否有過(guò)濾嘴、直徑大小、煙草厚?。ㄏ銦熤亓浚┑取?/p>
楊璐[6]發(fā)現(xiàn):在無(wú)風(fēng)條件下香煙自然陰燃,燃燒速度大約為3 mm/min ~5mm/min,在有風(fēng)條件下,風(fēng)速約為1m/s,且風(fēng)向與燃燒方向一致,燃燒速度最快,風(fēng)速超過(guò)3m/s時(shí)容易熄滅。普通無(wú)過(guò)濾嘴70mm長(zhǎng)的香煙,約23min燃完;有過(guò)濾嘴的80mm長(zhǎng)香煙(實(shí)際長(zhǎng)57mm),直徑8mm,約20min燃完。如果剩下煙頭為煙長(zhǎng)的1/4,一般條件可以燃燒1min ~5min。張文光的研究表明:覆蓋著的香煙產(chǎn)生的溫度高于未覆蓋著的香煙。覆蓋著的過(guò)濾嘴和無(wú)過(guò)濾嘴香煙之間沒(méi)有明顯區(qū)別,最高溫度在無(wú)過(guò)濾嘴香煙煙頭處。覆蓋著的兩種類(lèi)型香煙完成燃燒需要的時(shí)間較長(zhǎng)。覆蓋著的過(guò)濾嘴香煙燃燒稍快于覆蓋著的無(wú)過(guò)濾嘴香煙。整理過(guò)的織物比坯布織物能產(chǎn)生較高的熏燒溫度。香煙在整理過(guò)織物上完成燃燒所需要的時(shí)間相應(yīng)地較長(zhǎng)。
譚家磊等[7]研究結(jié)果表明:無(wú)被套的棉被與有被套棉被比較,后者更容易導(dǎo)致香煙陰燃轉(zhuǎn)為明火;煙頭溫度為289攝氏度,高于棉燃點(diǎn)(210攝氏度),很容易引燃棉被。日常生活中的被套成分多為100%棉,還有少量的100%loycell、loycell+棉、粘膠纖維+棉,有提花或者繡花的被套提花部位含有聚酯纖維(滌綸)、聚酰胺纖維(錦綸),所以有被套的被子在點(diǎn)著的煙頭作用下很容易引燃。
綜上,影響香煙陰燃速率的外在因素有溫濕度、風(fēng)速、煙頭長(zhǎng)短、是否有覆蓋材料、覆蓋材料的成分含量及狀態(tài)等。
GB/T 20390.1—2018雖然年號(hào)最新,但該標(biāo)準(zhǔn)修改采用ISO 12952-1:2010,通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外關(guān)于床上用品可燃性評(píng)定方法標(biāo)準(zhǔn),得出EN 1021-1:2014為最新標(biāo)準(zhǔn)要求:香煙重量減小,但直徑、長(zhǎng)度未變化,說(shuō)明煙草變得稀薄,香煙陰燃速率降低,從(8±2)min/40mm調(diào)整為(7.5±2)min/40mm,符合1.1內(nèi)在因素結(jié)論,標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)香煙的燃燒速率加嚴(yán),為后續(xù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)更新提供參考。
表1 標(biāo)準(zhǔn)香煙參數(shù)要求
本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)香煙和日常香煙的差異性比較主要從是否帶過(guò)濾嘴、直徑、長(zhǎng)度、重量和陰燃速率5個(gè)方面,綜合考慮內(nèi)在因素、外在因素、國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求以及日常生活中的實(shí)際情況,試驗(yàn)涉及試驗(yàn)對(duì)象、試驗(yàn)參數(shù)、試驗(yàn)條件、樣品量及具體操作5個(gè)方面。
2.2.1 試驗(yàn)對(duì)象
本文選擇標(biāo)準(zhǔn)香煙和市場(chǎng)最常見(jiàn)紙卷香煙品牌:
1#標(biāo)準(zhǔn)香煙,2#駱駝牌無(wú)過(guò)濾嘴香煙(市場(chǎng)上最常見(jiàn)的無(wú)過(guò)濾嘴香煙),3#~15#分別為利群、帝豪、玉溪、南京、軟中華、硬中華、蘭州、蘇煙、紅旗渠(日常生活中最常見(jiàn)的帶過(guò)濾嘴香煙),紅雙喜、真龍、黃鶴樓、芙蓉王[日常生活中最常見(jiàn)的不帶過(guò)濾嘴香煙(人為去除過(guò)濾嘴)]。
2.2.2 試驗(yàn)參數(shù)
根據(jù)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)對(duì)香煙的要求,選取試驗(yàn)參數(shù):直徑、帶過(guò)濾嘴/不帶過(guò)濾嘴長(zhǎng)度、帶過(guò)濾嘴/不帶過(guò)濾嘴重量、帶過(guò)濾嘴/不帶過(guò)濾嘴陰燃速率。
2.2.3 試驗(yàn)條件
結(jié)合GB/T 20390.1—2018、ISO 12952-1:2010、EN 1021-1:2014調(diào)濕和試驗(yàn)條件,設(shè)計(jì)本文調(diào)濕和試驗(yàn)條件:1#、2#在試驗(yàn)條件1(21℃,60%RH)中直接進(jìn)行測(cè)試;3#~11#在試驗(yàn)條件2(25℃,44%RH)中直接進(jìn)行測(cè)試;12#~15#在調(diào)濕條件3(23℃,50%RH)調(diào)濕72h后在試驗(yàn)條件1(21℃,60%RH)中測(cè)試。
2.2.4 樣品量
每個(gè)品牌隨機(jī)抽取3根進(jìn)行測(cè)試。
2.2.5 具體操作
在距離香煙點(diǎn)燃的頭端10mm和50mm處做標(biāo)記,點(diǎn)燃香煙,在空氣中(風(fēng)速小于0.2m/s)把香煙末端點(diǎn)燃水平插入水平放置的金屬針上,插入深度不要超過(guò)13mm,記錄標(biāo)記距離陰燃所用的時(shí)間,以每種品牌的陰燃速率最大值作為單次試驗(yàn)結(jié)果。
2.3.1 1#、2#試驗(yàn)結(jié)果
表2 標(biāo)準(zhǔn)香煙與駱駝品牌數(shù)據(jù)比較
由表2可知,標(biāo)準(zhǔn)香煙和試驗(yàn)所選用的駱駝牌無(wú)過(guò)濾嘴香煙在直徑、長(zhǎng)度、速率上均符合國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)要求,但是重量上存在差異,標(biāo)準(zhǔn)香煙符合所有國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)所選用的駱駝牌無(wú)過(guò)濾嘴香煙重量符合僅最新歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN1021-1:2014要求。從標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢(shì)上看,駱駝牌無(wú)過(guò)濾嘴香煙更符合要求;從安全角度考慮,同樣的直徑、長(zhǎng)度及速率,稀薄的煙草相對(duì)更為安全,對(duì)于降低火災(zāi)更為有效。
2.3.2 3#~12#試驗(yàn)結(jié)果
(1)直徑
從表1中直徑數(shù)據(jù)得知,標(biāo)準(zhǔn)香煙直徑允許范圍為7.5mm~8.5mm,從圖2中看出,日常生活中最常見(jiàn)的香煙品牌直徑均在此范圍。
(2)長(zhǎng)度
從表1中長(zhǎng)度數(shù)據(jù)得知,標(biāo)準(zhǔn)香煙長(zhǎng)度允許范圍為66mm~70mm,從圖3中看出,無(wú)論是否帶過(guò)濾嘴,長(zhǎng)度均未落在允許范圍內(nèi),不帶過(guò)濾嘴香煙長(zhǎng)度比標(biāo)準(zhǔn)香煙短10mm~20mm。
(3)重量
從表1中得知,標(biāo)準(zhǔn)香煙重量允許范圍除EN 1021.1-2014為0.70g~0.90g外,其他標(biāo)準(zhǔn)均為0.85g~1.05g,從圖4中看出,試驗(yàn)選取品牌僅含過(guò)濾嘴的重量在允許范圍內(nèi)。
(4)陰燃速率
從表1數(shù)據(jù)得知,標(biāo)準(zhǔn)香煙陰燃速率允許范圍除EN 1021.1-2014為5.5min/40mm~9.5min/40mm外,其他標(biāo)準(zhǔn)均為6 min/40mm~10min/40mm,從圖5看得出,無(wú)論是否帶有過(guò)濾嘴,陰燃速率均落在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi),帶過(guò)濾嘴香煙燃燒速率趨勢(shì)上大于無(wú)過(guò)濾嘴香煙。
以上為同樣溫濕度條件下分析直徑、長(zhǎng)度、重量、陰燃速率的差異性,分析得出直徑與標(biāo)準(zhǔn)香煙一致,不帶過(guò)濾嘴香煙長(zhǎng)度較標(biāo)準(zhǔn)香煙短10mm~20mm,重量在允許范圍內(nèi),從某種程度上說(shuō)明煙草加厚,陰燃速率同樣也落在允許范圍內(nèi),張文光翻譯的《過(guò)濾嘴和無(wú)過(guò)濾嘴香煙對(duì)棉裝飾織物的著火性》研究結(jié)論表明:不帶過(guò)濾嘴香煙與帶過(guò)濾嘴香煙,越到煙頭處前者溫度越高。
2.3.3 12#~15#試驗(yàn)結(jié)果
通過(guò)試驗(yàn),直徑和長(zhǎng)度受溫濕度影響不大,該試驗(yàn)結(jié)果從重量和陰燃速率兩個(gè)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行比較。
(1)調(diào)濕前后重量變化
從圖6看得出,調(diào)濕后重量明顯低于調(diào)濕前,從溫濕度上比較,調(diào)濕前溫度小于調(diào)濕溫度,濕度大于調(diào)濕濕度,即溫度越高,濕度越小,重量越小。
(2)調(diào)濕前后陰燃速率變化
從圖6看得出,調(diào)濕后陰燃速率較調(diào)濕前小,同重量結(jié)論,溫度越高,濕度越小,陰燃速率越小。
3.1 通過(guò)查閱文獻(xiàn),總結(jié)了香煙陰燃速率影響因素,內(nèi)在因素主要有:香煙種類(lèi)與主要成分、含水量、填充度、卷煙紙的自然透氣度、助燃劑的種類(lèi)及含量、是否有過(guò)濾嘴、直徑大小、煙草厚?。ㄏ銦熤亓浚┑?。外在因素主要有:溫濕度、風(fēng)速、是否有覆蓋材料、覆蓋材料的成分含量及狀態(tài)等;
3.2 試驗(yàn)所選品牌中,駱駝品牌無(wú)過(guò)濾嘴香煙直徑、長(zhǎng)度、重量、陰燃速率符合最新歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求;
3.3 試驗(yàn)所選品牌香煙直徑、陰燃速率與標(biāo)準(zhǔn)香煙均保持一致,無(wú)過(guò)濾嘴香煙長(zhǎng)度和重量均小于標(biāo)準(zhǔn)香煙,含過(guò)濾嘴香煙重量與標(biāo)準(zhǔn)香煙保持一致;
3.4 試驗(yàn)所選品牌香煙重量和陰燃速率與溫度呈負(fù)相關(guān),與濕度呈正相關(guān),即香煙陰燃速率會(huì)因地理位置溫濕度不同而產(chǎn)生較大差異。