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1、2023/3/27第五章第五章 阻燃性能测试方法和标准阻燃性能测试方法和标准第三节 火焰传播速率的测定 一、隧道法 二、辐射板法 三、其他方法 第1页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 火焰传播是指火焰沿材料表面发展。因为火焰传播是一个表面现象，所以决定它的关键因素是在材料表面有可燃性气体产生，或者在材料内部能形成可燃气体但又能逸至材料表面。火焰传播必须将材料表面的温度提高至引燃温度，这种升温是内向前传播的火焰的热流量引起的。因此，材料的引燃也对火焰传播有直接的关系。绝缘材料的表面能更快地被点燃，因面具有更高的火焰传播速率。第2页/共46页2023/
2、3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 火焰传播速率是在一定燃烧条件下，火焰前沿发展的速率。火焰传播速率越高、越易使火灾波及邻近的可燃物而使火灾扩大。有时，传播火焰的材料本身火灾危险性并不高，但火灾所能波及的材料造成的损失则十分严重。所以材料的火焰传播速率在阻燃技术中是一个不可忽视的参数。为了使燃烧传播，必须能供给邻近燃烧的物质以足够的热量，使其达到燃烧阶段。当邻近物质处于最初燃烧物质的表面上时，易于实现燃烧，而处于内部时，则难于被引燃。所以燃烧的传播经常视为一种表面现象。对于塑料，当其大部分面积都暴露于高热下时，表面火焰的传播速率可认为是燃烧传播的实际度量。第3页/共46
3、页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 在以隧道法(ASTME84)测定火焰传播速率时，根据火焰通过窗口的时间估计火焰传播速率，其方法是以窗口距离对火焰通过窗口的时间作图，得到火焰传播速率曲线，根据曲线下的面积与红橡木试样所得同类曲线下面积之比(红橡木的测定值人为地定为100)，可计得火焰传播指数FSI。由隧道法测定的材料的FSI值介于O到200之间，FSI值越小的材料，火灾危险性越小。高层建筑和楼道，应采用PSI25的材料，FSI25100的材料只能用于防火要求不甚严格的场所，而FSI100的材料不符合阻燃要求。以隧道法测得的一些材料的FSI值示于表5-5。第
4、4页/共46页2023/3/27表表5-5 5-5 以隧道测得的某些材料的以隧道测得的某些材料的FSIFSI值值 第5页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 一、隧道法 按ASTM E84的规定，隧道法所用设备为一长7.62m，开口端横截面积为0.45m x 0.30m的内衬耐火砖的钢槽(见图5-8)，槽侧有窗口。试样大小7.62m x 0.50m，厚度不限。火源为两个煤气喷灯。测定时，将试样置于钢槽顶下，并由内壁支撑，以在槽中形成一平顶。点燃试样，并计算材料的火焰传播指数。第6页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率
5、的测定图5-8 隧道法装置示意图第7页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 二、辐射板法 辐射板法的测定装置见图5-9。按ASTM El62的规定，试样尺寸46cm15cm 2.5cm。测定时，将试样固定在试样夹持器上，并与温度为688、大小为30cm46cm的直立辐射面板成30角。用位于试样顶部的引燃源点燃试样。试样被点燃后，火焰沿辐射加热面向下传播，直至火焰传播至0.38m处或经15min后停止试验。测定火焰到达这一标记的时间(火焰每移动7.6cm，即记录一次时间)和烟道气的温度。再计算出火焰传播因子和放热因子，两者的乘积视为火焰传播指数FSI。由
6、辐射板法测得的材料的FSI值也是介于0200之间。此外，辐射板法试验还要观察是否有熔滴产生，以及熔滴是否继续燃烧。第8页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定图5-9 辐射板法的测定装置原理图 1，2-热电偶3-辐射板4-试样5-辐射板燃气源6-鼓风机 第9页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定第10页/共46页2023/3/27第三节第三节 火焰传播速率的测定火焰传播速率的测定 三、其他方法 1、法国标准NF P92-50l的辐射板法：用于测定硬质材料的火焰传播速率。试件尺寸为400mm400mm，成45角放置
7、，并与一电加热辐射源平行。将两个丙烷气燃烧器分别靠近试件的上表面和下表面，用以点燃试件所释出的可燃性气体，试验持续20min，记录试件上火焰传播的情况。2、南非标准SABS 961：用于测定地板的火灾指数。将试件水平放置于一隧道炉底面上，将试件点燃，观察火焰传播情况，根据被燃烧的试件长度计算火焰传播指数。3、北欧标准NT Fire-004：用于测定地板阻止火焰传播的能力，同时还测定地板的生烟性。此法系将一个燃烧的木框置于400mm400mm的试件上，15s后，开动吹风机及吸风扇，使形成一股特定的空气流，测定火焰传播情况。第11页/共46页2023/3/27第五章第五章 阻燃性能测试方法和标准阻
8、燃性能测试方法和标准第四节 释热性的测定 一、锥形量热仪法 二、OSU量热仪法 第12页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 总释热量：物质燃烧时放出的总热量称为总释热量(THR)释热速率：单位质量(或体积)物质燃烧时单位时间所放出的热量称为释热速率（HRR）。总释热量及释热速率均可用热流强度单位表示，但随测定方法不同，单位也不同。当以美国俄亥俄州立大学(OSU)释热仪测定时，总释热量的单位为热量/面积，释热速率单位为热量/(面积时间)；以锥形量热仪测定时，总释热量的单位为热量/质量，释热速率单位为功率/面积。物质燃烧的不同阶段释热速率是变化的，常测定最大释热速率
9、和平均释热速率。释热速率影响火灾环境温度和火灾传播速率。释热越大的物质，火灾危险程度越高。一些材料的释热特征见表5-6及表5-7。第13页/共46页2023/3/27图图图图5-6 5-6 5-6 5-6 以以以以OSUOSUOSUOSU释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征第14页/共46页2023/3/27图图图图5-6 5-6 5-6 5-6 以以以以OSUOSUOSUOSU释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征第15页/共4
10、6页2023/3/27图图图图5-6 5-6 5-6 5-6 以以以以OSUOSUOSUOSU释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征第16页/共46页2023/3/27图图图图5-6 5-6 5-6 5-6 以以以以OSUOSUOSUOSU释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征释热仪测定的一些材料的释热特征第17页/共46页2023/3/27表表表表5-7 5-7 5-7 5-7 以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热
11、仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性第18页/共46页2023/3/27表表表表5-7 5-7 5-7 5-7 以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性第19页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 一、锥形量热仪法 锥形量热仪是美国国家标准局(NBS)(现改为美国国家技术与标准研究院NITS)的Babrasukas博士于1982年研制成功的，是目前广泛用于测定材料阻燃性能的设备之一。锥形量热仪工作原理：通过测定材料燃烧时所消耗的氧量来计
12、算试样在不同辐射热作用下燃烧时所放出的热量，因为高聚物燃烧时，每消耗lkg氧，将放出131MJ热量。而且对大多数塑料及橡胶，此值都是大致相等的。由此开测得包括释热速率在内的很多阻燃参数。第20页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 由锥形量热仪测得阻燃参数有：释热速率峰值(PHRR)。PHRR是HRR与时间关系曲线上的峰值，该值能反映火灾的最大强度，表征火灾的传播速率及程度。HRR被视为预测火灾危险性最重要的参数。平均释热速率(AHRR)。AHRR是从试样引燃至燃烧3mm的平均释热速率，此值被认为能与材料在室内燃烧时的释热速率关联，因为此时不是在室内的所有材料同时
13、被引燃。燃烧热效应(有效燃烧热EHC、总释热量THR)。质量损失速率(MLR)。生烟性(比消光面积SEA，烟参数SPSEAPHRR)。第21页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 火灾性能指数(FPI）。FPI是TTI对PHRR的比值，它与大型火灾中达到闪燃的时间(闪燃前人员可以疏散，所以此时间即可供疏散人员的时间)有关。此值越高，火灾危险性越小；CO及C02生成量；成炭率；引燃时间(TTI)。TTI是使材料整个表面产生持续发生有焰燃烧所需的时间，通常以目视测定。通过这些参数，可预测材料在大型燃烧试验时的释热率，研究小型阻燃试验结果与大型阻燃试验结果的关系，并能分
14、析阻燃剂的性能和估计阻燃材料在真实火灾中的危险程度。第22页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 锥形量热仪法的美国标准为ASTME-1354，国际标准为ISO-5660，还有一些其他的标准，如NFPA标准及美国海军标准。图5-10是实验室小型锥形量热仪的工作原理示意图；图5-11是它的外观。第23页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定图5-10 锥形量热仪工作原理示意图1-激光烟雾仪,温度计2-废气鼓风机3-温度计,差示压力计4-烟灰采样管5-集灰器6-废气采样管7-排气罩8-锥形加热器9-电点火器10-试样第24页/共46页202
15、3/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定图5-11 实验室小型锥形量热仪的外观第25页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 试验方法：锥形量热仪工作时、将试样置于加热器下部点燃，因加热器为锥形，故名锥形量热仪。锥形量热仪测试的试样，表面积10cm10cm，厚度可达5cm。加热器的辐射强度由3支平均分布的热电偶温度计控制，通常取为25kW/m2、35kW/m2、50kW/m2、75kW/m2或100kW/m2。测定时，试件与加热器的距离为25cm，点火器置于试件上部13cm处，废气鼓风机流量约为0.024m3/s。测试时，通过排气罩排出全部燃烧气体。第26
16、页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 二、OSU量热仪法 ASTM E906采用OSU量热仪测定塑料的释热速率。此量热仪的主要组成为绝热外箱(0.89m0.46m0.20m)、电加热辐射板(0.35m0.46m，辐射面积为0.25m0.25m)及点燃装置(见图5-12)。试验时，试样(15cm15cm)垂直放置，与辐射板的距离可为00.18m，最大热流量可为100kW/m2空气由入门以恒定流速通过机箱。记录空气入口和出口温度及箱壁温度(仪器则事先用已知的气体火焰标定)，根据每单位暴露表面的能量计算释热速率。OSU量热仪也可测定烟和有毒气体(如CO、CO2、N0
17、x、HCN及HBr)及氧耗量。第27页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 图5-12 OSU 量热仪1-试样2-火焰3-空气分布器4-辐射扳5-烟检测器第28页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 四、生烟性的测定 烟是固体微粒分散于空气中形成的可见但不发光的悬浮体，而这种固体微粒是由材料燃烧或升华产生的。生烟是火灾中最严重的危险因素之一，因为可见度允许人们从火灾建筑物中疏散，有助于消防人员找到火灾地点并及时扑灭，而烟大大降低可见度，且令人窒息。生烟性常以烟密度或光密度表示。烟密度表征在给定条件下材料分解或燃烧生成的烟对光线和视觉的
18、遮敝程度。材料阴燃和明燃的生烟量是不同的。烟密度越大以及烟密度增长越快的材料所能提供的疏散人员和灭火的时间越短。表5-8列出一些材料的生烟性能。第29页/共46页2023/3/27 表表表表5-8 5-8 5-8 5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16D16D16D16第30页/共46页2023/3/27 表表表表5-8 5-8 5-8 5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和
19、比光密度达到D16D16D16D16第31页/共46页2023/3/27 表表表表5-8 5-8 5-8 5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16D16D16D16第32页/共46页2023/3/27 表表表表5-8 5-8 5-8 5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16D16D16D16第33页/共46页2023/3/27 表表表表5-8 5-8 5-8 5
20、-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16D16D16D16第34页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 根据测定原理，可将生烟量测定方法分为两类：光学法，测定烟密度(明燃及阴燃)；质量法，测定烟尘质量。烟量测定可在静态下或动态下进行。还有，测定烟密度时，可在烟生成时立即测定(热烟密度)，也可待生成的烟冷却及稳定后再行测定(冷烟密度)。测定塑料释热速率的锥形量热仪法及OSU量热仪法，用于测定塑料火焰传播速率的隧道法、也可同时测得塑料的生烟性，但其结果是
21、以其他有关烟量的参数表示。第35页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 1、NBS烟箱法(光密度法)NBS烟箱法是由美国国家标准局(NBS)(现为国家技术与标准研究院，NITS)开发成功的，故称为NBS烟箱法。它是长期以来被广泛采用的一种小型实验室方法，可测定材料明燃及阴燃两种情况下材料的生烟性，其结果以比光密度表示，如经修正后的最大比光密度Dm及Dm/g，也常将积累烟密度对时间作图，得到材料生烟性曲线(比光密度-时间曲线)。NBS烟箱法的细节可见ASTM E662及GB-8323，所用设备(烟密度箱)的结构见图5-13。第36页/共46页2023/3/271-光
22、电倍增管罩；2-试验箱；3-入口孔；4-进气口调节器；5-排气口调节器；6-光学系统杆；7-光学系统透光窗；8-激光度计；9-箱基；10-指示灯；11-线路开关；12-光源开关；13-光源电压插座孔；14-燃气和空气流量计；15-流量计截流阀；16-辐射仪空气流量计；17-炉子开关；18-熔断器；19-自耦变压器；20-电压表；21-温度指示器；22-辐射仪输出插孔；23-样品移动调节器；24-排气口控制器；25-送风板；26-带窗的活动门图5-13 烟密度箱的结构第37页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定图5-14 烟密度箱第38页/共46页2023/3/27
23、第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 NBS烟箱法的细节可见ASTM E662及GB-8323，所用设备(烟密度箱)的结构见图5-13。测定时，将试件(7.6cm 7.6cm2.5cm)在箱内垂直固定，加热器试样在箱内燃烧产生烟雾 并测定穿过烟雾的平行光束的透光率变化再计算比光密度，即单位面积试样产生的烟扩散在单位容积烟箱单位光路长的烟密度，以Ds表示，可按式(5-8)计算。(5-8)式中：A试样暴路面积，mm2；V烟箱容积，mm3；L光路长，mm；T透光率，；F滤光片系数。第39页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 按ASTM E662及GB8323-87的
24、规定，式(5-8)中的 A(6565)mm2，V(914610914)mm3，L914mm，F0(滤光片处于光路中)，故可得式（5-9）。(5-9)式(5-9)可用于计算任何时刻的比光密度。常测定材料有焰燃烧及无焰燃烧两种情况下的比光密度，测定结果可用图5-15所示的光密度-时间曲线表示，该图中的D16，是透光率75时的比光密度。在该透光率下，能见度为57m。第40页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定图5-15 光密度-时间曲线 I-有焰燃烧；II-无焰燃烧 第41页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 2、烟尘质量法 测定烟质量最
25、广泛采用的设备是Arapahoe烟尘测试仪，图5-16是该装置示意图。它由从圆柱形燃烧室伸出来的烟囱，设在烟囱顶部并与高容量真空系统相连的过滤器，位于燃烧室底部并与水平线成10角安装的小型本生灯和使试样以水平方向固定的试样固定器所组成。第42页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定图5-16 Arapahoe烟尘测试仪第43页/共46页2023/3/27第四节第四节 释热性的测定释热性的测定 测试时，将试样暴露在火焰中30s(也可根据材料的生烟量确定，一般收集烟尘量1040mg为宜)，随即关掉本生灯，熄灭燃烧的试样。燃烧试样所生成的烟雾通过真空抽吸作用吸入烟囱，并收集在过滤纸表面。称出过滤纸质量即可确定沉积在过滤纸上烟雾细粒的质量。同时测定试样的总烧毁质量和炭的质量，以烟尘百分比(烟尘质量/总烧毁质量)或炭的百分比(炭质量/总烧毁质量)表征材料生烟量。第44页/共46页2023/3/27阻燃材料学阻燃材料学 第五章（二）完第45页/共46页感谢您的观看！第46页/共46页