全氟己酮滅火劑與不同材料的相容性及應(yīng)用驗(yàn)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(yīng)用。對(duì)該物質(zhì)進(jìn)行材料相容性實(shí)驗(yàn)時(shí)確定其最佳存儲(chǔ)方式的必要途徑。本文中，筆者對(duì)全氟己酮滅火劑與若干種常見存儲(chǔ)材料之間的相容性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支持下，得出了該滅火劑的最佳存儲(chǔ)條件，以期能夠給相關(guān)工作人員提供參考。

關(guān)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(yīng)用中發(fā)揮出了巨大的價(jià)值[2]，在很長的一段時(shí)間內(nèi)都作為特殊場(chǎng)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(zhì)更佳的滅火劑來替代該滅火劑。ISO標(biāo)準(zhǔn)中包括了滅火劑，在《氣體滅火器系統(tǒng)》的總結(jié)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(yīng)用。全氟己酮的代號(hào)為FK-5112，主要化學(xué)結(jié)構(gòu)為全氟-2-甲基-3-戊酮或全氟-2-甲基-戊-3-酮。所以，業(yè)界常使用氟化酮的縮寫來指代全氟己酮。雖然這種物質(zhì)具有良好的滅火性能，而且因?yàn)槭菤怏w滅火劑，就不會(huì)引起二次火災(zāi)，但這種物質(zhì)的保存始終是大大減少其使用和推廣的關(guān)鍵方面。所以，與儲(chǔ)存容器、閥門、虹吸管等緊密接觸的材料會(huì)產(chǎn)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(zāi)難和事故。在此基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)研究與各種材料的相容性，尋找最佳的儲(chǔ)存方法和儲(chǔ)存材料，以降低物質(zhì)的儲(chǔ)存風(fēng)險(xiǎn)，提高滲透率是非常重要的。在相容性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行期間，首先需要選擇的材料是現(xiàn)階段全氟己酮滅火劑儲(chǔ)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(xué)物質(zhì)有：38Mn、304不銹鋼、丁腈橡膠等。這些物質(zhì)在長期使用條件下的相容性程度應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)來評(píng)價(jià)，對(duì)于相容性明顯不符合要求的材料，還應(yīng)找到相應(yīng)的替代方案，因此，在其他金屬和非金屬材料上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(huán)保型滅火器。 由于在高溫條件下為氣態(tài)（滅火時(shí)為氣態(tài)），滅火后無殘留， 對(duì)于精密設(shè)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(lǐng)域，因此，對(duì)其滅火設(shè)備和儲(chǔ)存設(shè)備的研究還處于起步的階段。 此外，國內(nèi)的研究方向大多集中在驅(qū)動(dòng)氣體和滅火設(shè)備的結(jié)構(gòu)研究上，對(duì)其儲(chǔ)存氣密性和儲(chǔ)存材料尚未進(jìn)行研究。

2? 相容性實(shí)驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料的分類方法很多，但按材料的化學(xué)性質(zhì)可分為金屬材料和非金屬材料，由于滅火劑是氣態(tài)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(chǔ)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(shí)驗(yàn)分為兩大部分，一是目前常用的內(nèi)存中相關(guān)材料的相容性實(shí)驗(yàn)，用于確定每種材料在長期存儲(chǔ)接觸過程中的相容性水平。第二部分是按照這個(gè)結(jié)果嘗試更多的材料，并找到最好的替代方案，因此，實(shí)驗(yàn)材料的分類可以分為現(xiàn)階段使用的和可能替代的。實(shí)驗(yàn)方法和過程可以分為兩個(gè)主要環(huán)節(jié)：浸泡和測(cè)量。 （1） 浸泡。浸泡過程能夠模擬滅火劑在儲(chǔ)存過程中與每種物質(zhì)的接觸過程，需要足夠長的浸泡時(shí)間，本文選取的浸泡時(shí)間為180天。在實(shí)際儲(chǔ)存過程中，滅火劑處于高壓狀態(tài)，浸泡時(shí)間長，滅火劑腐蝕性強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)過程中浸入常溫常壓環(huán)境。所以，浸泡時(shí)間不應(yīng)少于六個(gè)月。另外，在浸漬階段中，浸漬方法需要嚴(yán)格堅(jiān)持《一般堿與銹合金余量規(guī)定》和《堿化液與合金腐蝕試驗(yàn)》等有關(guān)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)方針，保證浸泡環(huán)節(jié)是有效的，給以后的兼容性測(cè)算奠定良好基礎(chǔ)。（2）測(cè)算，計(jì)算的內(nèi)容是測(cè)量和計(jì)算各種浸泡材料在浸泡足夠長的時(shí)間后的各種物理和化學(xué)性能，如腐蝕速率、質(zhì)量變化、體積差、功率變化等，并利用這類數(shù)據(jù)對(duì)兼容性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，獲得最終評(píng)價(jià)的結(jié)果。

2.2 實(shí)驗(yàn)樣品的制備

因?yàn)閷?shí)驗(yàn)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(duì)金屬設(shè)備，購買所需的金屬樣品樣塊后，每個(gè)樣品加工50mm * 25mm * 15mm。其實(shí)這個(gè)尺寸的要求并非為硬性要求，只是因?yàn)橥饪驌踝×送饷娴慕饘伲圆灰?guī)則，同時(shí)表面可能會(huì)生銹氧化。所以，一個(gè)合適尺寸和平衡的標(biāo)準(zhǔn)鋼樣品應(yīng)涂上一層氧化膜和銹層，以便下次測(cè)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(gè)啞鈴形狀的原因，作為測(cè)試長度，使測(cè)試結(jié)果更加明顯，以減少測(cè)量帶來的誤差。上圖中的測(cè)試長度為20mm。

2.3 相容性測(cè)試流程

第一，當(dāng)金屬材料制成特定的均勻尺寸時(shí)，將表面設(shè)置為同一水平。然后測(cè)量這類金屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并通過高倍望遠(yuǎn)鏡檢查金屬樣品的表面?，F(xiàn)在表面平整，無顯著裂紋的試件作為試驗(yàn)材料。對(duì)于橡膠材料，先用肥皂清洗表面，然后晾干，測(cè)量其重量、厚度、硬度和承受應(yīng)力的強(qiáng)度，并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)樣品放入干凈的浸漬容器中，向容器內(nèi)倒入一定量的全氟己酮滅火劑，注入量應(yīng)保證前面浸沒試樣。浸泡完畢后，封閉容器，確認(rèn)其密閉性達(dá)到要求后將其置于實(shí)驗(yàn)室中。并以此時(shí)間為起始點(diǎn)計(jì)算浸泡時(shí)間。浸泡的時(shí)間為180天。需要注意的是，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)最少應(yīng)該設(shè)置三組存儲(chǔ)器，每一組的試件處理方法和存儲(chǔ)條件都完全相同。這樣做的目的是方式在長期的存儲(chǔ)過程中，由于人為或者非人為因素導(dǎo)致某一存儲(chǔ)器發(fā)生泄漏致使實(shí)驗(yàn)終止而浪費(fèi)大量的時(shí)間。在浸泡市場(chǎng)達(dá)到180天后，從試液中提起浸泡物，用顯微鏡以及其他的實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行理化性質(zhì)的分析以及相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄。

2.4 試驗(yàn)后觀察和測(cè)試數(shù)據(jù)

2.4.1試件質(zhì)量測(cè)量

實(shí)驗(yàn)過程中試件由于受到滅火劑的腐蝕而會(huì)導(dǎo)致質(zhì)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(zhǔn)確測(cè)量出前后的差值。因此，質(zhì)量稱重?zé)o論是在實(shí)驗(yàn)前還是試驗(yàn)后都應(yīng)該使用分析天平，其精確度可以達(dá)到0.001g。

2.4.2試件表面腐蝕形貌觀察

腐蝕情況的觀測(cè)依賴于高倍光學(xué)顯微鏡。需要注意的是，腐蝕形貌的評(píng)價(jià)并不能夠定量只能夠定性評(píng)價(jià)。

2.4.3金屬試件腐蝕速率計(jì)算

腐蝕速率的計(jì)算需要用到第一步中質(zhì)量測(cè)量的結(jié)果，具體的計(jì)算公式如下所示。

3? 結(jié)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(chǔ)器生產(chǎn)時(shí)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(zhì)基礎(chǔ)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)的容器。

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