摘要：首先对干粉灭火剂的吸湿机理作了进一步的探讨，并推导出吸湿率与环境相对湿度之间的数学表达式；其次是

讨论了干粉灭火剂的干燥曲线，发现磷酸铵盐干粉灭火剂和碳酸氢钠干粉灭火剂的干燥曲线形状相似，且干燥曲线不

同于一般，干燥后期总有一段干燥速率上升段，并从水分与物料的结合状态上给以解释，并说明其由来。

关键词：含水率；吸湿性

1 干粉灭火剂中的实际水分含量与含水率、吸湿率间的关系

干粉灭火剂中的实际水分含量是——个极其重要的属于安全性的技术指标，它直接影响着电绝缘性能，关系到使用者

灭电气火灾日寸的人身安全。然而—厂粉灭火剂中的实际水分含量却又是一个变化的量，一般来说是无从确知是多少的。

干粉灭火剂中的实际水分含量是由两部分组成：一是产品出厂时的含水率。含水率是生产厂必测项目之一，这部分水

含量是可知的。我国国家有关技术标准规定，碳酸氢钠干粉灭火剂和磷酸铵盐干粉灭火剂的含水率应≤0.2％。二是干粉灭

火剂在长期贮存备用期间，它会不可避免地从环境大气中吸收水蒸气，转变成千粉灭火剂中的水分，增大水分含量。这部

分水是不可知的，但它却是可以控制的。

吸湿率控制着干粉灭火剂在使用的有效期内吸收水蒸气的量。我国国家有关技术标准规定了吸湿率的测定方法：将样

品放入室温下相对湿度78％的环境中，静置吸湿24 h。要求碳酸氢钠干粉灭火剂的吸湿率应≤2.0％，磷酸铵盐干粉灭火剂

的吸湿率应≤3.0％。不言而谕，吸湿率与吸湿时间之比相当于平均吸湿速率。对100g碳酸氢钠干粉灭火剂和磷酸铵盐干

粉灭火剂而言，它们的平均吸湿速率分别应≤2 g／24h和≤3g／24h。平均吸湿速率限定了干粉灭火剂在使用的有效期内

吸收水蒸气的量。

吸湿率和含水率虽然都是表征干粉灭火剂中所含的水分的量，但吸湿率是在特定的恶劣环境中吸收的水蒸气量，并非

是干粉灭火剂在有效期内可能出现的水分含量。

吸湿率与结块趋势联合表征干粉灭火剂的吸湿结块性能。吸湿率和含水率联合控制着干粉灭火剂在有效期内的实际水

分含量。

2 吸湿性

干粉灭火剂的组成可分为两部分，一是水溶性的盐，它们具有吸湿性，二是小部分非水溶性物料，其中有的具有发达

的孔系，它们具有很强的吸附性。下面讨论的是水溶性盐类的吸湿性能。

2．1 有关的吸湿模型和计算式

吸湿模型是常见的双膜理论模型。

环境大气中的水蒸气通过粒子外静止的气膜进入静止的液膜，完成传质。

先研究气膜的传质速率：

m₁/tA₁=K₁/l₁(P₁-P₂)

m₁——--t时间内水蒸气的传质量

A₁——与扩散方向垂直的传质面积；

l₁——气膜厚度；

t——传质时间。

再看液膜的传质速率

m_s/tA₂=k₂/l₂(C₂-C1)

m_s—-t时间内液膜传质的量

A₂—一—液膜表面的传质面积；

l₂----液膜厚度，C₁液膜靠粒子侧的水浓度；

C₂----液膜外表面水的浓度。

传质速率或传质量与推动力(P_l一P_eq)成正比。P₁是气膜外侧的水蒸气分压，P_eq是该盐饱和溶液的水蒸气分压。温度一

定，P_eq是一定值。因此，在一定的温度下，传质速率或传质量与环境大气中水蒸气分压成正比，即吸湿量与环境大气中

水蒸气分压成正比。

2．2 吸湿曲线和数学表达式

关于吸湿率和环境相对湿度之间的关系，国外研究者做了如下测试：试样是磷酸二氢铵含量92％的干粉灭火剂。室温

下将试样放人不同相对湿度的环境中，静置吸湿，使试样达到饱和吸湿状态，即吸湿量不再随吸湿时间加长而变化之时。

测试结果。

按照前面计算式推论，两者应是很好的线性关系，测试结果却是一条曲线。

吸湿率和环境相对湿度应是怎样一种关系呢?从双膜理论模型中似乎很难发现。将表1中数据做进一步处理，取相对湿

从图3令人惊奇地发现：相对湿度和饱和吸湿率自然对数间成直线关系。

设y代表饱和吸湿率，x代表相对湿度，整理数据后，该直线的方程如下：

lny=0.098x-7.53

两端求导数：

y/y=0.098

dy/dx=0.098y

该微分方程表达了饱和吸湿率和环境相对湿度之间的关系，饱和吸湿率对环境相对湿度的变化率与饱和吸湿率成正比。按

照双膜理论模型，饱和吸湿率的变化与粒子外表面的液膜密切相关，吸湿的水蒸气全部转化成液膜中的水分。饱和吸湿率

的变化与液膜厚度变化成正比，饱和吸湿率的变化直接反映出液膜厚度的变化，而液膜厚度的变化难以直接测量和把握。

通过以上讨论，显然可以说水溶性盐类的吸湿过程不是气膜控制，而是液膜控制。

2．3 吸湿机理

前面讨论的计算式:m₁/t=m₂/t=K_H(P₁-P_eq)

在推导过程之中，有两个重要的假定，一是假定吸湿是气膜控制，二是液膜厚度l₂不变。这样的计算式不能解释吸湿曲

线，其一，前面吸湿曲线的数学表达式已说明吸湿过程是液膜控制，而不是气膜控制；其二，试验已证明液膜厚度l₂是不

断变化的。在针人度测试中，将干粉灭火剂样品经振实、吸湿和干燥处理后，发现表层的干粉灭火剂明显不同于一般的干

粉灭火剂，粒子间相互粘连，流动性不好，甚至不能自由流动。针对度小于一般干粉灭火剂。究其原因，在吸湿过程中，

粒子表面液膜不断增厚，以至于粒子间液膜相互连通，经干燥后，部分水分蒸发，析出盐来，在粒子间形成盐桥，于是发

生了结块现象。
吸湿机理应该是这样：吸湿模型仍是双膜理论模型。粒子外有一静止的液膜，对干粉灭火剂来说，由于它的粒子表面

有着不完整的聚合硅油层，断断续继分布在粒子表面，因而液膜也不是完整的包覆整个粒子表面，而是出现在没有聚合硅

油层处。这样的液膜外表面是静止的气膜。大气中的水蒸气透过气膜进入液膜，变为液膜的一部分，增大了液膜的厚度。

从吸湿的推动力来说，液膜近粒子表面一侧，被溶解的盐所饱和，形成饱和溶液。溶解的盐沿液膜厚度有一分布梯度。液

膜表面的水浓度决定它的水蒸气分压，也就是气膜的内侧的水蒸气分压。气膜外侧的水蒸气分压与内侧水蒸气分压之差构

成了吸湿的推动力(P₁-P₂)，而并不是(P₁-P_eq)。P_eq是水溶性盐的特征属性，在一定温度下是一特定值。P2是P_eq和盐分

子在液膜中扩散速率的函数。在P_eq相同的情况下，正是盐分子在液膜中的扩散速率的大小决定液膜外侧盐分子的浓度和

水的浓度，该水的浓度决定P₂在吸湿过程中，液膜由薄变厚，总是处于不断变化之中。液膜外侧的水浓度和相应的水蒸气

分压也是由小变大，处于不断变化之中，趋向于与汽膜外侧的水蒸气分压达到动态平衡。一旦两者达到了动态平衡，吸湿

就停止了。

用这样的机理能很好地解释图2中相对湿度对吸湿率的影响。吸湿过程中，较薄的液膜表面有着较大的溶解盐浓度，相

反地，却有着较低的水浓度和较低的水蒸气分压，它与气膜外较低的相对湿度达成动态平衡，因此，吸湿量小。相反地，

较厚的液膜有着较低的溶解盐浓度，有着较高的水浓度和较高的水蒸气分压，它与气膜外较高的相对湿度达成动态平衡，因此，相对湿度大的环境中吸湿率也大。

用这样的吸湿机理还可以很好地解释在达到饱和吸湿之前，吸湿率与吸湿时间之间的关系。随着吸湿时间加长，液膜

不断变厚，其表面的水蒸气压不断变大，吸湿速率不断变小，直到与外界达到动态平衡，吸湿速率为零，吸湿停止。

3 干燥

干粉灭火剂中水分含量的多少直接关系到扑灭电气火灾时使用者的人身安全。无论干粉灭火剂生产工艺如何，是采用

纯有机溶剂也好，还是采用乳化硅油也好，它们无一例外的都要求干燥。以碳酸氢钠干粉灭火剂生产为例，它的原料中所

带的水分是比较低的，大约仍在0.3％以上，超出国家有关技术标准要求的≤0.2%。至于磷酸铵盐干粉灭火剂的原料水会

更高些。

3．1 与干燥有关的三种现象

一是在干粉灭火剂生产过程中，虽然对原料粒度进行了严格的控制，也总会出现或多或少的渣。这是普遍存在的。二

是产品隔夜后，有时会发现粉中出现小团粒，大小形状如麦粒，是松散的粉的聚集体，稍触即碎。三是产品包装后，隔数

日检查，有时会在粉中出现硬块，大小不一，质地坚硬。

经观察分析发现，这三种现象都与干燥工艺有关。

在物料混合过程中，加入乳化硅油之后，粉体物料的运动状态立即改变，由粉体剧烈运动的沸腾状态变为蠕动状态，

并逐渐出现湿的团粒。这是由于乳化硅油分散不均造成的。局部水过多，粉体被润湿，相互粘连成团，团内包含着较多的

水分。即使生产工艺不要求加水、原料水汽化，遇到较冷的器壁冷凝，然后冷凝水回流到物料中，也会出现这类现象。

湿的团粒是三种现象发生的基础，它在干燥过程中逐渐变硬变脆，受到混合桨的冲击和剪切而发生破碎。破碎粒径较

大的部分形成渣，部分粒径较小的粒子进入产品之中。如果湿团粒干燥不彻底，进入产品的较小粒子仍含有较高的水分，

它们混入产品之中，经静置，以水蒸气形式向周围粒子扩散，并被周围粒子所吸收，以至粒子间液膜相互连通，经昼夜温

差变化，析出盐来，形成脆弱的盐桥，产生麦粒状团粒。如果这部分小粒子数量足够多，含水分足够高，那么，经较长时

间静置，在它们较聚集处会结成硬块，且会依据这部分小粒子聚集的范围，形成大小不一的硬块。

3．2 干燥曲线

两种不同的干粉灭火剂却有着形状相似的干燥曲线。它们大致可分为三个阶段，初始阶段含水率下降较快，水的汽化速率

较大，且近似恒定。中间阶段含水率下降缓慢，水的汽化速率较小。最后阶段含水率下降得又变快了，水的汽化速率变

大。一般物料的干燥曲线在进入变速干燥阶段后，干燥速率会越来越小。这种不寻常的特性与干粉灭火剂中水分存在的状

态密切相关。

3．3 水分在物料中存在的状态

在干燥过程中，含水率下降的快慢和水的汽化速率的大小决定于水在物料中存在的状态，存在状态不同，它们与物料

的结合能不同，因此，汽化时所需的能量也不同。干粉灭火剂中水分在物料中存在的状态大致可分为三类：一是物料表面

的润湿水和空隙水，它们的来源有二，部分是原料带人的，部分是由于工艺要求而添加的。润湿水附着在粒子表面，空隙

水存在于粒子表面的空隙中，包括半径0.1～1.0um的巨型毛细管中，这部分水在物料之中不存在结合能，因此，它们汽化

与一般水无异。二是吸附水和微毛细管水。吸附水与物料表面的剩余价力结合，干燥时必须首先克服这一剩余价力，然后

才能汽化。半径<0.1 um的微毛细管中水受到毛细管力的作用，它的水蒸气压小于一般同v温度下的水的蒸气压，干燥时必

须首先克服这一毛细管力，然后汽化。干粉灭火剂的组分之中含有白炭黑和作为催化剂的酸性活性白土，它们有着发达的

孑L系和巨大的比表面积，对部分水产生吸附作用和毛细管作用。三是物料在混合时，由于有水参与而形成的湿团粒，干

燥中逐渐变脆变硬，受到机械力而破碎，部分形成渣，部分进入产品之中。它们内部包含的水分尤难干燥，生产中有时会带人产品中，形成麦粒状松散团粒或引起干粉灭火剂结块。
从干燥历程来说，物料表面的润湿水和空隙水优先汽化，它们的水蒸气压等于纯水表面的水蒸气压，在恒定或接近恒

定的干燥条件下，汽化速率恒定或接近恒定，与物料含水多少无关，属于表面水汽化控制。见图4和图5干燥曲线的初始阶

段。随着干燥过程不断进行，物料表面的润湿水和空隙水逐渐减少，物料表面部分露出外皮，并不断扩大，形成完整的外

皮。随着干燥进一步深入，外皮厚度不断增加。这一系列变化导致水的汽化速率不断减小。汽化过程属于内部扩散控制。

见图4和图5干燥曲线的中间阶段。在干燥过程中。初始产生的湿团粒表面水蒸发掉，形成厚皮，又硬又脆，在混合桨的冲

击和剪切作用下而破碎，结果展现出较大的新鲜表面，不但增大了水分蒸发表面，而且消除了厚皮产生的蒸发阻力，加速

了团粒内包含的水的蒸发速率．干燥速率突然增大，出现了不同于一般物料干燥曲线的第三阶段，见图4和图5干燥曲线的

最后阶段。