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中国腐蚀与防护学报  2026, Vol. 46 Issue (4): 1289-1295     CSTR: 32134.14.1005.4537.2025.259      DOI: 10.11902/1005.4537.2025.259
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在助燃剂燃烧气氛中的PVC热解对金属铜氧化行为与机制的影响
汤智杰1,2, 谢冬柏2(), 多树旺1, 赖天1, 洪昊3, 单国4
1.江西科技师范大学 材料表面工程江西省重点实验室 南昌 330013
2.潍坊科技学院 山东省农机装备用材料工程高校特色实验室 寿光 262700
3.新余学院机电工程学院 新余 338004
4.新疆警察学院刑事技术系 乌鲁木齐 830011
Influence of Pyrolysis Products of Polyvinyl Chloride on Oxidation Behavior of Cu in Ethanol Combustion Atmosphere
TANG Zhijie1,2, XIE Dongbai2(), DUO Shuwang1, LAI Tian1, HONG Hao3, SHAN Guo4
1.Jiangxi Province Key Laboratory of Surface Engineering, Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330013, China
2.University Featured Laboratory of Materials Engineering for Agricultural Machinery of Shandong Province, Weifang University of Science and Technology, Shouguang 262700, China
3.School of Mechanical and Electrical Engineering, Xinyu University, Xinyu 338004, China
4.Department of Forensic Science, Xinjiang Police College, Urumqi 830011, China
引用本文:

汤智杰, 谢冬柏, 多树旺, 赖天, 洪昊, 单国. 在助燃剂燃烧气氛中的PVC热解对金属铜氧化行为与机制的影响[J]. 中国腐蚀与防护学报, 2026, 46(4): 1289-1295.
Zhijie TANG, Dongbai XIE, Shuwang DUO, Tian LAI, Hao HONG, Guo SHAN. Influence of Pyrolysis Products of Polyvinyl Chloride on Oxidation Behavior of Cu in Ethanol Combustion Atmosphere[J]. Journal of Chinese Society for Corrosion and protection, 2026, 46(4): 1289-1295.

全文: PDF(8618 KB)   HTML
摘要: 

为深入了解金属材料在火场中的氧化行为,本文使用自主研发的火灾气氛模拟装置研究了聚氯乙烯在乙醇燃烧环境下的热解,及此环境中金属Cu表面氧化物的演变行为特征。采用XRD、XPS、AFM、SEM、EDS、FTIR和GC等表征技术,对氧化产物的组成成分、微观结构和燃烧气氛的化学成分进行了分析,揭示了聚氯乙烯热解条件下金属Cu在乙醇助燃剂燃烧环境中的氧化行为规律。结果表明,PVC的热分解产氢诱发氧化层产生氢脆效应,导致Cu在乙醇燃烧气氛中的氧化速率升高,显著增大了金属Cu表面氧化层的粗糙度以及氧化物颗粒尺寸;PVC分解产生的HCl能与Cu反应形成CuCl,氧化温度的升高会导致其挥发。上述氧化特征有助于为火灾调查提供更可靠的理论依据。

关键词 火灾调查聚氯乙烯乙醇氧化    
Abstract

In order to gain an in-depth understanding of the oxidation behavior of metallic materials in a fire environment, herein, the influence of pyrolysis products of polyvinyl chloride on the oxidation characteristics of Cu in an ethanol combustion atmosphere was assessed via a home-made fire atmosphere simulation device. Then the microstructure, elemental composition and phase constituents of the oxidation products were examined by means of atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffractometer (XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), while the composition of the combustion atmosphere was analyzed using gas chromatography (GC). The results demonstrate that the decomposition of PVC produces HCl, which reacts with Cu to form CuCl. Owing to the enhanced volatility of CuCl with the increasing temperature, causes the oxide layer to become loose and porous which leads to accelerated oxidation of the inner Cu substrate. Moreover, the hydrogen generated via the thermal decomposition of PVC induces hydrogen embrittlement of the oxide scale and can reduce part of the CuO to Cu2O, further compromises the protective capability of the oxide scale. These observed oxidation characteristics provide a very meaningful reference for the further fire investigations.

Key wordsfire investigations    copper    polyvinyl chloride    ethanol    oxidation
收稿日期: 2025-08-14      32134.14.1005.4537.2025.259
ZTFLH:  TG174  
基金资助:国家自然科学基金(52462041)
通讯作者: 谢冬柏,E-mail:dbxie@aliyun.com,研究方向为高温氧化
Corresponding author: XIE Dongbai, Tel: 18160561996; E-mail: dbxie@aliyun.com
作者简介: 汤智杰,男,2001年生,硕士生
图1  Cu在乙醇及乙醇-PVC复合燃烧气氛中不同温度下氧化后的XRD谱
图2  金属Cu在300 ℃乙醇-PVC复合燃烧气氛下氧化后的XPS图
图3  在乙醇燃烧气氛中金属铜粉与PVC复合物在不同温度下燃烧产物的FTIR图
图4  金属Cu在不同气氛中氧化后的AFM图
图5  金属Cu在不同气氛中氧化后的SEM图
SampleH2 / %CH4 / %
a0.013nd
b0.3670.085
表1  金属Cu在500 ℃乙醇及乙醇-PVC复合燃烧气氛中氧化后尾气成分GC检测结果
图6  金属Cu在乙醇-PVC复合燃烧气氛中的氧化过程示意图
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