木材炭化痕迹的导电性能与其受热温度和受..

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1、木材炭化痕迹的导电性能与其受热温度和受..摘要：本文详细阐明了木材炭化后的导电性能与它受热温度和受热时间的关系以及木材受热温度越高、受热时间越长木炭的导电性能越好的规律，通过火场勘查实例为火灾调查人员提供一种通过测定火灾现场残留木炭的导电性来分析火灾现场温度分布情况，从而判定火势蔓延方向、起火部位、起火点及火灾原因的火灾现场勘查方法。关键词：木材炭化痕迹导电性火场勘查　　火灾痕迹包括烟熏痕迹、木材炭化痕迹、液体燃烧痕迹、倒塌痕迹、灰烬、玻璃破坏痕迹、短路痕迹、雷击痕迹等十七种，其中木材炭化痕迹由于普遍存在于

2、火灾现场中，因此加强木材炭化痕迹研究及应用对火灾现场勘查具有相当重要的作用。　　1.木材属性　　木材是常用的建筑材料与家具制造材料。木材是许多物质的合成物，其组成主要是纤维素，木质素及少量糖、脂和无机成分。构成木材的元素主要有碳、氢、氧，还有少量的氮和其它元素。干燥木材主要元素的百分比为：碳50、氢6.2、氧43；含水率为13%的木材各元素的百分比为：碳43.5、氢5.2、氧38.3。木材的平均容重为500公斤/米3，不同品种木材容重从400~900公斤/米3不等，木材的容重对燃烧特性和炭化痕迹有重要影响。

3、随着木材容重增加，其闪点、自燃点增高；燃烧速度、炭化率减小，炭化裂纹随之变得密小。但是木材以上固有性质对木材炭化后的导电性能影响不是很大，所以木材炭化导电性及其在火灾现场勘查中的应用具有重要意义。　　对于残留有较多木炭的火灾现场，勘查时我们以测定木炭的导电性能，利用导电性能分析火灾现场温度分布状况、判定火势蔓延方向、起火部位和起火点，甚至是火灾原因。　　2.基本原理及导电性变化规律　　正常木材在干燥的情况下是电的不良导体，其电阻率为1010Ω"㎝～1014Ω"㎝，而当它受到高温、明火和电弧等火源的作用后却发

4、生了质的变化，电阻率变为几万、几千、几百欧姆厘米，有的变为几欧姆厘米，甚至更小。发生这种变化的根本原因是木材燃烧和炭化的过程中，由于其受热温度和受热时间的不同，木炭的碳原子排列发生变化的结果。　　在火灾中，木材受到热的作用后，首先发生热分解，进而发生炭化，在木炭的生成过程中碳原子在空间重新排列，形成了无定形的炭。实际上无定形的炭仍具有石墨一样的层状晶体结构，只是晶粒非常小，而且在晶粒中碳原子构成的六角环片层无规则地重叠。无定形木炭的晶粒中碳原子在高温下获取了能量，剧烈地振动，获取能量多的原子甚至能摆脱六角环

5、片层内共价键的束缚，自同地高速运动，这些剧烈运动的碳原子碰撞到其它的六角环片层时，可能与其形成新的更大的六角环片层，释放出能量，形成隐定的体系，使晶粒长大；另一方面在晶粒长大的过程中，大的晶粒也能吞并小的晶粒，会使其长的更大。在高温下微小晶粒内无序重叠的碳原子六角环片层能够转变为空间有序重叠，即转变为石墨化晶体结构。所以，火场温度越高，高温持续时间越长，木炭的晶粒长得越大，晶粒内六角环片层增长得越大，六角环片层有序重叠的程度越好，这样形成的石墨化结构也越好，其导电性也就越好。　　综上所述，在火灾现场中温度越

6、高、高温持续时间越长、木炭中石墨化程度也就越高，结构越完善，导电能力越强，电阻率越小，这就是我们测定火场中木炭的导电性能来分析火场温度分布、火势蔓延方向、起火部位和起火点的理论根据。　　3.木材炭化导电性的影响因素　　木材的导电性与其受热温度、受热时间等关系密切，存在本质上的必然联系。　　3.1木材受热温度对木炭导电性能的影响　　由表1（科研工作者实验数据）可以看出，各种木炭的电阻值与木材的受热温度有着密切的关系，当木材受热温度升高时，木炭的电阻降低，导电性增强，尤其是400℃～800℃之间变化更大，800

7、℃以后变化趋缓。　　由表1还可以看出各种木炭电阻随热温度变化非常接近，说明各种木材在火灾中所生成的木炭的导电性能与其受热温度之间的变化规律基本相同。　　表1：相同温度不同每种试样的电阻值试样温度℃450500550600650700750800850900槐木∞60MΩ2MΩ1MΩ60kΩ2kΩ42Ω14Ω8Ω5Ω红松∞100MΩ50MΩ400kΩ6kΩ180Ω42Ω14Ω8Ω5Ω桦木400MΩ40MΩ7MΩ2MΩ500kΩ1kΩ110Ω20Ω8Ω5Ω杨木400MΩ40MΩ9MΩ1.7MΩ2kΩ300Ω10

8、0Ω12Ω8Ω5Ω白松∞70MΩ30MΩ700kΩ160kΩ2kΩ50Ω12Ω8Ω5Ω　　3.2木材受热时间对木炭导电性能的影响　　由表2可以看出，在同一温度下加热木材，木材受热时间越长，生成的木炭的电阻越小，其导电性越强。这是由于一方面木材炭化需要一定的时间，另一方面无定形的碳在高温下转化为石墨化结构的过程也需要一定时间。所以，受热时间越长，游离态碳含量和石墨化结构碳的含量越高，其导电性就会越好。从表2可以看出