2019 Fiscal Year Research-status Report
Fire safety standard for polymeric materials in microgravity environments
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19K04836
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
高橋 周平 岐阜大学, 工学部, 教授 (40293542)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 固体燃焼 / 可燃限界 / 火災安全 / 微小重力環境 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は，難燃性ポリマーを対象として，対向流速中における可燃限界がどのように表されるかを，材料の吹き飛び特性および熱分解温度に注目して議論し，過去に得られた航空機実験の結果と比較検討を行った．一般に，対向流中における薄い固体材料の可燃限界酸素濃度は，ある流速において最低値を持つことが予想されており，この最低酸素濃度とその時の流速を把握することが，微小重力および低重力環境における火災安全を考慮する上で重要である．固体試料を伝播する火炎に対して簡略化モデルを立てて考察することで，前述の限界曲線は，ふく射熱損失に大きな影響を与える材料の熱分解温度と，化学反応に影響を与える材料の活性化エネルギーおよび前指数因子を正しく見積もることで，定量的に予測できることが分かった．ただし，材料の活性化エネルギーおよび前指数因子は直接測定することが困難であるため，高速流れ場において吹き飛び試験を行い，その挙動から求めることができる．これらの知見を，幅広い熱分解温度および異なる吹き飛び特性を示す8種類の材料に対して適用した結果，航空機実験で観察された微小重力環境下での可燃限界曲線をよく表すことが示された．一方で，試料厚さがやや厚い場合に，この予測から外れる傾向があることも示されたため，新たに試料厚みがエネルギー伝達に与える影響をモデル化し，パラメータとして導出した．この結果，熱的に薄い試料においても，厚みが臨界厚さに近づくことで限界酸素濃度が増加するが，その影響は材料の熱分解温度が仮想的に増大した効果と等価であることが示された．この予想は，実験で得られた傾向をよく表しており，簡便に用いることができる安全基準の構築に寄与する．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
対向流中における薄い平板試料を伝播する火炎に対してこれまで提案していたモデルを，実際の難燃材料に対して適用した結果，定量的に可燃限界を予測することに成功し，また，予測値からのずれを試料厚みの影響を表すパラメータを導入することで補正することができ，おおむね順調に進捗している．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在開発している火炎伝播モデルに対して，新たに試料形状の影響を組み込むためのモデル式の導出に取り掛かる予定である．試料形状の影響に関しては，これまでに先行して燃え拡がり実験を行っており，平面でない試料に対しての伝熱および火炎代表長さの検討を行う．また，CFRPなどの異方性を有する材料に関しての燃え拡がり地上実験に取り掛かっており，炭素繊維による伝熱モデルを構築することで，単一でない材料に対しても，同様の手法で可燃限界曲線の予測が行えるようにする予定である．
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| Causes of Carryover |
本年度は，これまで行われた航空機実験の結果を用いて既存モデルの高精度化と新規パラメータの創成を行ったが，主にPC上での検討と本学機器分析分野に設置された解析装置などを使用したため消耗品として計上されなかった．また，燃焼実験に関しては新規で実験装置を作成する必要がなかったため，物品費も低額となった．次年度は，燃焼実験に伴うガスボンベ，試料，および計測プローブなどの消耗が予想されるため，本年度の残予算と合わせて研究を加速させる予定である．
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