锥形量热仪试验燃烧模式特点的分析
锥形量热仪的实验技术与测试分析
合 而成 的几 种 聚 合 物 材料 燃 烧 测试 数 据 的 采 集 与分
析， 就是在充 分 了解 、 悉锥 形量 热 仪 的结 构性 能 、 熟 工 作原 理 的基础 上 ， 掌握 了熟 练 的测 试技 术 和操 作 步 在
骤 的基 础上 ， 测试 数据 的成 功 与 否 ， 明确 的认定 。 对 有
第２ ８卷 第 ｌ ２期
２ ０ 年 １ 月 ０９ ２
实 验
室
研
究
与探索 Ｖ ．８ ＮＯ １ ０ ２ １ ．２
ＲＥＳ ＥＡＲＣＨ ＡＮＤ ＥＸＰ ＬＯＲＡＴＩ Ｎ ＯＮ Ｉ ＬＡＢＯＲＡＴＯＲＹ
Ｄｅ ． ２ ０ ｃ ０ ９
锥形 量 热仪 的实验 技 术 与测试 分析
于 健
Ａｂｓｒ ｃ ：Ｔ ｅ ｔｓ ａ ａ ｔｒ ｔａ ｔ ｈ ｅ ｔｐ ｒ ｍｅ ｅｓ，ｉ ｃｕ ｉ ｇｈｅ ｔｒｌ ａ ｅ ｒ ｔ ｎ ｌ ｄ ｎ ａ ｅｅ ｓ ａｅ，ｍ ａ ｓｌｓ ａｅ，ｉｎ ｔ ｎ ｔｍｅ，ｂ ｒｎ ｎ ｉ ｓ ｏ ｓｒ ｔ ｇ ｉｉ ｉ ｏ ｕｉｉｇｔ ｍｅ， ｓ ｋ ｘｉ ｃ ｍｏ ｅ ｅ ｔ ‘ ｎ ｔ０ ｒ ａ ａ ｄ ｓ ｋ ｅｅ ｓ ａ ｅ，ｗｅ ｅ ｉ ｔｏ ｕｃ ｄ ａ ｄ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔｕ ｔ ｒ ｌｃ ａ ａ ｔ ｒｓｉ ｓ ｈ ｅ ｔｐ ｏ ｅ ｉｎ ａ ｅ ｎ ｍｏ ｅ ｒ ｌａ ｅ ｒ ｔ ｒ ｎ ｒｄ ｅ ｎ ｉｃ ｓ ｅ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ａ ｈ ｒ ｃｅ ｉｔｃ ，ｔ ｅ ｔ ｓ ｒ ｃ — ｄ ｒ ｓａ ｄ ｔ ｅ ｔｓ ｒｎ ｉ ｌ ｆｔｅ ｃ ｎ ａｏ ｉ ｔ ｒ Ｉ ｄｄｔｏ ｕ ｅ ｎ ｈ ｅ ｔｐ ｉ ｃｐ ｅ ｏ ｈ ｏ ｅ ｃ ｌｒｍｅｅ ． ｎ ａ ｉ ｎ，ｔ ｅ ｔｓ ａａ ｆｒ ＡＢＳ ｓ ｍｐ ｅ ｔ ｉｆｒ ｎ ａ ｅ ｒ — ｉ ｈ ｅ ｔｄ ｔ ｏ ａ ｌｓ ｗｉ ｄ ｆｅｅ ｔｆ ｍ ｅ ｈ ｌ ｔｒ ａ ｔｆｒ ｌｔｏ ｓｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｈ ｏ ｈ ｃ ｍｐａｉｏ ｍｏ ｇ ｔｅ ｃ ｒｅ ｆｔ ｓ ａ ａ ｔｒ ．Ｃｏ ｒ ｓ ｏ ｄ ｎ ｌ ａ ｄ ｎ ｏｍｕ ａｉ ｎ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｒｕｇ ｏ ｒｓ ｎｓａ ｎ ｈ ｕ ｖ ｓｏ ｅ ｔｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｒｅ ｐ ｎ ｉ ｇｙ，ｔ ｅ ｆ ｍｅ ｈ ａ ｌ ｒ ｔｒ ａ ｔｅ ｉｉｎ ｅ ｆｔ ｅ ｆｒ ｕ ａｉｎ ｒ ｒ ｄ ｄ． ｅａ ｄ ｎ ｆ ｃｅ ｃ ｓｏ ｈ ｏｍ ｌｔ ｓｗｅ ｅ ｇ ａ ｅ ｏ Ｋ ｅ ｒ ｓ：ｃ ｎ ａ ｏｉ ｔｒ ｏｙ ｒ ｏ ｂ ｓｉｎ ｔ ｓ ；ｈ ａ ｅｅ ｓ ａｅ ｙ ｗｏ ｄ ｏ ｅ ｃ ｌｒｍｅｅ ；ｐ ｌ ｍｅ ；ｃ ｍ ｕ ｔｏ ｅ ｔ ｅ ｔｒ ｌａ ｅ ｒｔ
锥形量热仪实验指导
锥形量热仪实验指导一、结构锥形量热仪的结构及外形如图1所示，其结构框图如图2。
图1 锥形量热仪的结构及外形图图2 锥形量热仪结构框图二、原理锥形量热仪采用氧消耗原理测量材料的热释放速率，所谓氧消耗原理就是：材料燃烧时消耗每一单位质量的氧气所释放的热量基本上是相同的。
建筑业和商业中普遍使用的大多数塑料和其他固体材料都遵循这个规律，并测出这个值为13.1 MJ·kg–1O2±5％。
如果将实验中所有的燃烧产物都收集起来，并精确的测出气体的流速和氧气的浓度，那么热释放速率就可以很容易地得到。
如图3所示，利用锥形量热仪将木材燃烧或分解释放的所有产物收集起来并经过排气管道排出，气体经过充分混合后，测出其质量流量和组分。
测量时，先测出O2、CO、CO2的浓度，这样通过计算可得到燃烧过程中消耗的氧气的质量，运用氧消耗原理，即可得出材料燃烧过程中的热释放速率。
图3 锥形量热仪气体取样流程图三、操作首先关闭冷凝器出水阀门，然后打开电源开关，通冷却水。
依次按照下列步骤进行操作：1．检查冷阱温度< 0 ºC；2．检查干燥管及过滤器，必须在检测前检查其颜色，保证有足够的新鲜的干燥剂完成检测；3．DPT调零；4．校准气体分析仪的零点和量程；5．打开风机保持流速24 m/s；6．用甲烷气5 kW校准C系数（0.036-0.044）（开泵通大气）；7．准备样品（称重及量取高度），在承重构件上设置合适的量程；8．实验前在计算机上记录相关的数据；9．保证热流计的位置合适（25 mm-50 kW）；10．装置样品（23 mm），开始实验（样品要求制成100 mm × 100mm × 10 mm）。
点火及观察实验，操作员应该看一下指示表上的读数，确信其值和实验样品值一样，如果看到一难以置信的读数，实验应该停止进行或者重新调节承重构件，整个实验过程都需要观察样品，操作员应该注意观察：（1）分片下落；（2）滴水；（3）过度的膨胀（样品不应过分的膨胀以致污损仪器的金属部件）；（4）碎片爆炸；（5）其他反常的行为。
典型胶合板燃烧特性的锥形量热仪分析
典型胶合 板 燃烧 特 性 的锥形 量热仪 分析
王 磊 （ 川 消防 总 队 乐 山 支队 井研 县 大 队 ， 乐 山 ６ ３０ 四 １ １ ０）
【 摘 要 】建 筑装 饰材 料 因其 美观 效 果在 建 筑 中应用 广 泛 ，但 这些 材料 多为 可燃和 易燃 物质 ，火 灾 隐患较 大 ， 一旦被 点燃会 导 致火 灾 的迅 速 蔓延 ， 同时释 放 出大量 的热量 ，加 速 室 内轰燃条 件 的形成 。迄 今 为止 ，有 关建 筑装饰 材料 火 灾 特 性 的资 料仍 十分 有 限，各 种 不 同类型建 筑装 饰 材料 的火 灾特 性还 远 没有被 完全 认 识 。本 文 利用 锥形 量热仪 ，选 择杨 木 、黑胡 桃和 沙 比例 ３ 不 同类 型典 型胶合 板 为 试验 材 料 ，通过 横 向比较 不 同材质 胶 合板 的燃 烧 特性 ，研 究胶合 板 的 种 密度和 热 辐射 对材 料 的点燃 时 间、 热释放 速 率 、质量 损失 速 率等参 数 的影 响 。通 过 对试 验数 据 的分析 比较 ，提 出了预 测 以 上 这 些 参 数 的经 验 公 式 ， 通 过 试 验 验 证 了其 可 靠 性 ， 并 对 其 在 火 灾 发 生 时 的危 险 性 大 小 进 行 了分 析 。 【 关键 词 】胶合 板 ； 燃烧 特性 ； 点 燃 时 间； 热释放 速 率； 质 量损 失速 率 ； 火 灾危 险性 【 中图分 类号 】Ｔ ５ ５【 献标 识 码 】Ａ ［ Ｕ４ 文 ＤＯｌ ０３ ６￣ｉ ｎ１７ —３ ６ ０００ ．１ 文章 编 号】１７２ ９ ［００２一０ ９ ０ ｌ１． ９ ．ｓ ． ２２ ９ ． １． ０５【 ９ ｓ ６ ２ ４ ６ ２ ３ ６２ １］ｌ０ ６ —６
ｗ ｈｉ ｉｌｃａ ｅ ｔ ｃｈ ｗ ｌ ｕｓ ｈｅ ｑｕｉ ｐｒ ｃｋ ｓ ｅａｄ ｏｆｔ ｒ ｎｄ ｈｅ ｆ ｅ ａ ｉ ａｃｃ ｅｒ ｅ ｔ ｅａ ｉ ｈｅ ｆａｓ ｅｌ ａｔ ｈｅ ｃｒ ｔｏｎ ｏｆｔ ｌ ｈｏｖｅ ｏｎｄｉｉ ｒｃ ｔｏｎ．Ｕ ｐ ｔ ｈｅ ｐｒ ｅｎｔ ｏ ｔ ｅｓ ， ｔ ｄａ ｕｍ ｂｏ ｈｅ ｆｒ ｈａ ｏｕｒ ｏｆｔ ｂｕｉｄｉ ｈｅ ｔ ａ ｕｔｔ ｅ ｂｅ ｖｉ ｉ ｈｅ ｌ ｎｇ ｄｅｃ ａ ｉ ａ ｅ ｉ ｌ ａｓ ａｌ ｏ ｌｍ ｉｅｄ．Ｔｈｅ ｏｇｎｉｉ ｏｒ ｔｖｅ ｍ ｔ ｒ ａ ｓ ｗ ｓ ｉ ｔ ｃ ｔｏｎ ｈｅ ｆｒ ｏｎ ｔ ｅ ｉ
建材锥形量热试验
建材锥形量热试验1. 背景介绍建材是指用于建筑工程中的各种材料，如混凝土、砖块、砂浆等。
建材的质量和性能直接影响着建筑物的安全性和耐久性。
锥形量热试验是一种常用于评估建材燃烧性能的方法。
通过对建材在高温下的燃烧特性进行研究，可以为建筑物的设计和材料的选择提供参考依据。
2. 锥形量热试验原理锥形量热试验是利用锥形量热仪对建材样品进行测试，以测定其燃烧性能。
试验中，将建材样品置于锥形量热仪的加热器中，通过控制加热速率，使样品受热并发生燃烧。
同时，通过测量样品的温度和热释放速率等参数，来评估建材的燃烧特性。
3. 锥形量热试验参数在进行锥形量热试验时，常用的参数包括：•最大热释放速率（Peak Heat Release Rate，PHRR）：表示样品燃烧时释放的最大热量。
•平均热释放速率（Average Heat Release Rate，AHRR）：表示样品燃烧时平均每单位时间释放的热量。
•烟气产生速率（Smoke Production Rate，SPR）：表示样品燃烧时产生的烟气的速率。
•烟气毒性（Toxicity）：表示样品燃烧时产生的烟气对人体的毒性。
•温度曲线（Temperature Curve）：表示样品燃烧时温度的时间变化曲线。
4. 锥形量热试验过程下面是标准的锥形量热试验过程：步骤一：样品制备•准备建材样品，通常为规定尺寸和形状的试块。
•清洁样品表面，确保无油污和杂质。
步骤二：仪器设置•将样品放入锥形量热仪中，并确保样品合适的安装位置。
•设置测试参数，如加热速率、采样频率等。
步骤三：试验开始•启动锥形量热仪，开始测试。
•监测样品温度、热释放速率和烟气产生速率等参数的变化。
步骤四：数据分析•根据实验结果，计算最大热释放速率、平均热释放速率、烟气产生速率等参数。
•分析温度曲线和燃烧过程中的特征。
步骤五：结果评估•根据试验结果评估建材的燃烧性能和烟气产生情况。
•与相应的标准进行对比，判断建材是否符合要求。
锥形量热仪的特点解析
锥形量热仪的特点解析1.结构简单：锥形量热仪的基本结构包括热电偶、样品池、稳压电路和温控电路等几个核心部件。
它们之间相互协调，通畅的热传导路径能够保证测量的准确性。
2.灵敏度高：锥形量热仪能够测量微焓变，因此对于微小的热效应具有很高的灵敏度。
这使得它在研究微量样品、反应动力学和放热机制方面非常有用。
此外，锥形量热仪的灵敏度还受到温度、压力、溶液浓度和升温速率等因素的影响。
3.安全性较高：在锥形量热仪的实验过程中，由于采用了密闭式的样品池设计，并通过稳压电路和温控电路控制温度和压力，这些措施都有助于减少潜在的安全风险。
因此，相比其他热分析仪器，锥形量热仪在实验操作中更加安全可靠。
4.数据采集和处理简便：锥形量热仪通常配备了电子控制板和计算机接口，以实现数据采集和处理。
在实验过程中，仪器会自动记录温度、时间和功率等参数，并通过计算机软件实现数据显示和曲线绘制，大大简化了实验操作和数据分析的流程。
5.可靠性强：由于锥形量热仪的零部件都经过严格的工艺和质量检验，且具备良好的质量控制体系，因此在长时间的使用过程中通常能保持较高的仪器稳定性和准确性。
同时，仪器的可维修性也较强，一般故障可以通过更换零部件或进行简单的维修来解决。
6.多种工作模式：锥形量热仪具有多种工作模式，例如等温、线性升温、等压等。
这些不同的工作模式可以适应不同实验需求，满足用户对样品测量和测试所需要的多样性。
7.宽温度范围：锥形量热仪的工作温度范围通常在常温至1000℃左右，这使得它可以应用于不同温度下的热分析研究。
同时，稳定的温度控制系统也有利于实验的可重复性和结果的可靠性。
综上所述，锥形量热仪作为一种高灵敏度、安全可靠、易操作和数据处理简便的热分析仪器，在化学、材料科学、能源研究等领域中得到广泛的应用。
它的特点包括结构简单、灵敏度高、安全性较高、数据采集和处理简便、可靠性强、多种工作模式和宽温度范围。
这些特点使得锥形量热仪成为了研究样品的热性质和反应过程的重要工具。
聚合物材料燃烧性和阻燃性锥形量热仪测试评价法
聚合物材料燃烧性和阻燃性锥形量热仪测试评价法有机聚合物材料是一种新兴而广泛使用的材料,但由于其内在易燃性,使使用场所的火灾危险性大大增加。
因此,如何正确评价其在实际火情条件下的燃烧与阻燃性能已成为一项迫在眉捷的首要问题。
锥形量热仪( CON E)是美国国家科学技术研究所( N IST)的Babra uskas于1982年提出的。
它是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物材料燃烧测定仪,氧消耗原理是指每消耗1 g的氧,材料在燃烧中所释放出的热量是13. 1 kJ(误差为5% 或更好) ,且受燃料类型和是否发生完全燃烧影响很小。
只要能精确地测定出材料在燃烧时消耗的氧量就可以获得准确的热释放速率。
不热辐射强度下的热释放速率( HRR )是CON E给出的最重要的参数之一,同时还能给出其它许多参数。
它们可从不同角度评价聚合物材料的燃烧性和阻燃性。
不同于以往的传统实验室型评价方法(如: 极限氧指数LOI, NBS烟箱等) , CON E的实验结果与大型燃烧实验结果之间存在很好的相关性[2 ]。
以往为了正确评价建筑材料、装饰材料和电线电缆等必须进行大型燃烧实验,浪费了大量的物力和财力。
近年来,由于CON E的出现使评价工作大为改观。
有利的促进了研究和评价工作的进展,并制定了相应的实验标准,如: ASTM E1354- 90 和90A 和ISODIS 5660 /90。
CON E可望在评价聚合物材料燃烧性和阻燃性上代替或部分代替大型燃烧实验,并能进行阻燃机理及烟等方面的研究工作。
1、锥形量热仪可模拟多种火情强度,测定聚合物材料的热释放速率等燃烧参数的CON E由六部分组成: ( 1)截断锥形加热器和有关控制电路; ( 2)通风橱和有关设备; ( 3)天平及试样架; ( 4)氧气和气体分析仪表; ( 5)烟测量系统; ( 6)有关的辅助设备。
该仪器具有较宽的热辐射功率范围( 10 kW /m2～110 kW /m2)。
基于锥型量热仪的核级与非核级电缆燃烧性能对比实验
第49卷第6期2020年12月船海工程SHIP&OCEAN ENGINEERINGVol.49No.6Dec.2020DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2020.06.006基于锥型量热仪的核级与非核级电缆燃烧性能对比实验邓飞云打谢承利2（1.海装驻上海地区第一军事代表室，上海200000；2.中国舰船研究设计中心，武汉430064）摘要:选取K3和NC两种类型的电缆，利用锥形量热仪，针对热释放速率、有效燃烧热和质量损失速率3个重要的燃烧特性参数，实验分析不同的外辐射强度和电缆布设间距对电缆火灾特性的影响规律,结果表明，随着外部辐射强度的增强，电缆燃烧时的热释放速率、有效燃烧热及质量损失速率都会增大，并且到达第2个峰值的时间随之减少,即热辐射强度的增加会增大电缆的火灾危险性。
布置间距的增加会导致电缆热释放速率峰值和有效燃烧热峰值先减小后增大,当布置间距为1cm时,热释放速率峰值最小，相邻燃烧热释放速率峰值的时间间隔缩短,火灾增长速率增加。
由于内部特殊防火结构,K3类电缆防火性能更佳，其热释放速率、有效燃烧热和质量损失速率都远远低于NC类电缆。
关键词:核级电缆;燃烧特性;辐射强度;电缆间距;热释放速率中图分类号:U664.88文献标志码:A文章编号:1671-7953（2020）06-0024-04核电电缆火灾是影响核电厂安全的主要火灾隐患之一。
考虑到影响电缆火灾行为的许多因素,包括电缆材料、电缆尺寸、电缆配置、通风条件、外部热量和电缆安装类型等,国内外学者总结出许多经验公式与实验理论模型3】。
本文利用锥形量热仪，开展不同辐射强度、电缆布置方式（电缆间距）下不同电缆类型的燃烧特性实验，分析不同参数条件下电缆燃烧过程中热释放速率、有效燃烧热和质量损失速率的变化规律,为进一步认识和预测大尺寸核电场景电缆火灾行为规律提供实验数据支撑。
1实验方法锥形量热仪能提供接近实际的火灾环境,实验结果与大尺度燃烧实验结果有较高的相关性⑹。
基于锥形量热仪的甘草燃烧性能实验研究
ｒｌａｅｒｔ， Ｒ ｅ ｓ ａｅＨＲ ）峰值 较 大 ， Ｒ 平 均 值 随 热 辐 射 强度 的 增 加 而 增 大 ， 表 明 引 燃 初 期 甘 草 的火 灾 危 险 性 不 ｅ ＨＲ 这 能 忽视 ； 草 引燃 初 期 ， 烟 量 和 Ｃ 生成 率 较 大 ， 随 着 热 辐 射 强 度 的 增 加 ， 烟 量 和 Ｃ 生 成 率 降 低 。 甘 发 Ｏ 但 发 Ｏ
Ｄ Ｉ１ ． ９ ９ｊｉ ｎ １ ７—０ ７ ２ １ ．４ ０ ０ Ｏ ： ０ ３ ６ ／．ｓ ． ６ １８ ９ ． ０ ０ ０ ． １ ｓ
基 于 锥 形 量 热 仪 的 甘 草 燃 烧 性 能 实 验 研 究
裴 蓓 刘 ， 华 路 ， 长 牛 国 庆 陈 立 伟 ， ，
（１ ．河 南理 工 大 学 安 全 科 学 与 工 程 学 院 ， 南 焦 作 ４ ４ ０ ； 河 ５ ０ ３
２ 中 国石 化 集 团 中原 石 油勘 探 局 勘 察 设 计 研 究 院 ， 南 濮 阳 ４ ７ ６ ． 河 ５ ０ １）
摘 要 ：采 用锥 形量热仪 对甘草的燃烧性能进行 了研 究。 实验 结果表 明： 草容 易被 引燃 ， 小引燃辐 射强度 甘 最
损失 ， ２ ０ 如 ０ ７年 １ Ｏ月乌 鲁 木 齐市 甘 草仓 库 阴 燃
一
引燃 时间是评 价材 料燃 烧性 能 的重要参 数之
，
在 相 同条 件下 ， 料 的引 燃 时 间越 短 ， 明材 材 说
起 火 ， 防官兵 历经 十几 小时才 将火 扑灭 ， 库存 消 而
锥形热量仪的原理及应用
锥形热量仪的原理及应用1. 引言锥形热量仪（Cone Calorimeter）是一种广泛应用于材料燃烧性能测试的实验设备。
本文将介绍锥形热量仪的原理及其在材料燃烧性能测试中的应用。
2. 原理锥形热量仪是一种利用辐射热传导原理测量材料燃烧性能的设备。
其工作原理如下：•在实验中将待测材料置于锥形加热源上方，在一定的热辐射条件下进行加热。
•待测材料受热后开始燃烧，产生烟气和火焰。
•烟气和火焰中的能量通过辐射、对流和导热等方式传递给锥形加热源。
•锥形加热源通过测量传递到其上的能量来计算材料的燃烧特性和热释放率。
3. 应用锥形热量仪在材料燃烧性能测试中具有广泛的应用，主要包括以下几个方面：3.1 材料燃烧特性评估锥形热量仪可以用于评估材料的燃烧特性，包括：•燃烧时间：锥形热量仪可以测量材料的燃烧时间，即材料从开始燃烧到完全燃尽所需的时间。
•热释放率：通过测量锥形加热源上的能量，锥形热量仪可以计算出材料的热释放率，用于评估材料的火灾危险性。
•烟气产生速率：锥形热量仪还可以测量材料燃烧过程中产生的烟气的产生速率，用于评估材料的烟雾毒性。
3.2 材料燃烧性能改进锥形热量仪可以用于评估不同材料的燃烧性能，从而指导材料的设计和改进。
通过对比不同材料燃烧过程中的热释放率、烟气产生速率等参数，可以选择具有较低火灾危险性和烟雾毒性的材料进行应用。
3.3 材料阻燃剂评估锥形热量仪可以用于评估材料阻燃剂的效果。
通过在待测材料中添加不同类型和含量的阻燃剂，可以比较其对燃烧特性的影响，从而选择最佳的阻燃剂组合。
3.4 构建火灾模型锥形热量仪产生的数据可以用于构建火灾模型，模拟材料在火灾中的燃烧过程。
通过模型的建立，可以预测火灾发展过程、烟气扩散路径等，为火灾防控提供科学依据。
4. 结论锥形热量仪是一种用于评估材料燃烧性能的重要实验设备。
通过测量材料燃烧过程中的热释放率、烟气产生速率等参数，可以评估材料的燃烧特性和火灾危险性，指导材料的设计和改进。
锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用
锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用1、锥形量热仪概述表征材料燃烧性能的试验方法较多，如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法及NBS烟箱法等。
它们多是传统的小型试验方法，试验操作环境与真实火灾相差较大，试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较，不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据。
目前，被公认为是测量材料对火反应特性或燃烧特性的最好技术手段是锥形量热仪（CONE），它可以实现多种火灾相关参数的测量。
它的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境，其试验结果与大型燃烧测试结果之间存在很好的相关性，能够表征出材料的燃烧性能，是新一代的聚合物材料燃烧性能测定仪。
锥形量热仪（CONE）是美国国家标准与技术研究院于1982年研制的，经过20多年的不断改进和完善，锥形量热仪已经成为研究材料燃烧性能最重要的实验仪器之一，已被多个国家、地区及国际标准组织应用于建筑材料、高分子材料、复合材料、木材制品以及电缆等领域。
锥形量热仪（CONE）是采用氧消耗原理设计的测定材料燃烧放热的仪器，可以完成材料的热释放速率、质量损失速率、样品点燃时间、CO和CO2生成率、比消光面积、烟灰质量取样、有效燃烧热等参数的测量。
CONE的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境，其试验结果与大型燃烧试验结果之间存在很好的相关性，能够表征出材料的燃烧性能，在评价材料、材料设计和火灾预防等方面具有重要的参考价值。
经不断研制和改进，CONE现在已成为研究火灾和评定材料燃烧性能的理想试验仪器。
国际标准组织(ISO)及美国、英国等国家已制定出应用CONE测定各种材料燃烧性能参数的标准，另外一些国家和地区，如瑞典等也正在积极地制定相应的使用标准。
以CONE为试验仪器，我国已参照ISO非等效地制定了有关燃烧标准。
但由于众多方面的原因，此标准并没有真正在我国得到推广应用。
可以相信，随着我国工业的不断发展和对材料阻燃性能的需要，CONE必定会在我国的材料阻燃和火灾预防等领域起到越来越重要的作用。
新一代评估方法——锥形量热仪(CONE)法在材料阻燃研究中的应用【毕业论文】
图书分类号：密级：毕业设计(论文)题目：新一代评估方法——锥形量热仪 (CONE)法在材料阻燃研究中的应用学生姓名班级学院名称专业名称指导教师学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。
本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名：日期：年月日学位论文版权协议书本人完全了解关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归所拥有。
有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。
可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日新一代评估方法——锥形量热仪(CONE)法在材料阻燃研究中的应用【摘要】利用新一代评估方法----锥形量热仪法对材料阻燃机理、材料危险性等级划分、烟毒释放的评价、材料燃烧性及阻燃性评价等方面的应用进行了分析讨论，结果表明锥形量热仪法对阻燃剂、阻燃制品的研究开发及阻燃剂在火灾中的行为研究有重要意义。
【关键词】锥形量热仪评估机理阻燃燃烧The New Evaluating Methods—CONE on the Application of MaterialFire Retarded ResearchNew evaluating methods―CONE is used on the application of material fire retarded research. The analysis results, including researching fire retarded mechanism, carving up material hazard grade, evaluating the release of smoke and poison, evaluating the properties of combustion and fire retardation, etc., are discussed. The results demonstrate that CONE method is of signification on the development and research of fire retardants and fire retarded products, and on the behavior research of fire retardants in fire disaster.Key words：CONE evaluating methods mechanism fire1 引言阻燃科学与技术的发展对阻燃材料燃烧行为的评估、测试手段提出了越来越高的要求。
材料燃烧性能的锥形量热计实验
中国矿业大学安全工程学院实验报告课程名称：消防专业实验实验名称：材料燃烧性能的锥形量热计实验姓名：学号：实验日期： 2011.3.6实验1 材料燃烧性能的锥形量热计实验本实验的理论依据为:“对于许多有机液体和气体，当其完全燃烧时，消耗单位质量的氧气所释放出的热量是一个常数,为13.1MJ/kgO2 ”。
从而利用此原理，求出不同试件，不同情况下的各个参数，通过对数据结果进行分析，并以表格的形式展现出来，分析对比，得出结论。
本实验测定了不同的木材，分别在3okw/m2,50kw/m2的辐射强度下燃烧的各项参数数据，以及pvc在3okw/m2,50kw/m2的辐射强度下的实验。
一．下面是对木材HRR数据进行整理得出的图表：图表1-1通过图表可以看出，在该热辐射强度的条件下，我们可以发现：1）在相同的条件下，无烤漆柞木的燃烧需要的热量高于其他木材，从表格中可以看出，大概在50s左右的时间，柞木开始放热。
2）每一种木材在燃烧的过程中，并非呈平缓上升或下降的状态，过程中都出现了多个峰值，其中在初期阶段，带烤漆松木热释放速率的峰值最高，HRR曲线较为最为陡峭，无烤漆柞木最低。
3）经过分析可得多次出现峰值的原因：起初因材料的热分解产生气体阻碍了木炭与氧气的接触，因此，开始为分解气体的燃烧，反应逐渐加快，热释放速率不断增加，直至出现第一峰值后热释放速率开始下降，后来因分解产生的气体逐渐减少，开始转变为木炭的的有焰燃烧，固又会出现第二峰值，直至最后木炭燃烧殆尽......图表1-2在辐射强度为30kw/m2的条件下，我们可以看出：1）各木材在初期阶段，热释放速率的上升曲线较为陡峭，在下降阶段较为平缓，且带烤漆松木燃烧所需要的热量较少，其次为无烤漆桦木，带烤漆符合与无烤漆柞木。
2）在该条件的HRR曲线中，带烤漆松木最先达到最高值，且热释放速率皆大于其他木材。
下面是同种材料（以及pvc材料）在不同热辐射强度条件下HRR曲线的对比：图表 2.2.1图表 3.2.2图表 4.2.3图表 5.2.4通过上面几组结果相似的图表，我们可以看出：同种材料，在相同的其他条件下，热辐射强度小的燃烧所需要的时间，热量更多，其热释放速率，峰值都小于辐射强度高的同种材料，燃烧时间大于高辐射强度条件下的材料。
锥形量热仪燃烧测试实验方法
锥形量热仪燃烧测试实验方法一、实验简介应用锥形量热仪测试聚合物的阻燃性能是一种先进的测试技术。
锥形量热仪对于燃烧中的聚合物材料具有多项测试功能, 如: 热释放速率( Heat ReleaseRate, HRR)、质量损失速率(M ass Loss Rates, M LR )、有效燃烧热，总生烟量( To ta l Smoke Production,TPS)、烟释放速率( Rate of Smoke Release, RSR) 等、参数在火灾安全工程与设计、材料阻燃性能研究、评价等方面应用广泛。
因此, 实验测试技术和测试数据分析也非常重要, 如对ABS用几种不同成分的填料, 组合而成的几种聚合物材料燃烧测试数据的采集与分析, 就是在充分了解、熟悉锥形量热仪的结构性能、工作原理的基础上, 在掌握了熟练的测试技术和操作步骤的基础上, 对测试数据的成功与否, 有明确的认定。
这样才能对材料的阻燃性能进行分析评定, 得出准确的结论, 尤其是在测试前对仪器的标定, 过滤材料的更换与过程检查, 除湿材料过程变化与更换等, 都是很重要的测试技术。
二、结构概述锥形量热仪是典型的机电一体化组合设备, 其外形结构简单、紧凑, 但是功能原理、控制原理和操作要求却极其严格, 是多种行业知识的综合应用, 如图1所示。
由图可知, 锥形量热仪的结构及原理涉及到机械、化工、通风、制冷、仪表、电气控制、流体力学、热力学、激光原理、计算机原理、计量检测等方面的知识, 涵盖面较广, 是非常典型的高新技术综合应用的精密测试仪器。
三、测试要点3. 1 工作原理锥形量热仪的主要工作原理是耗氧原理, 当样品件在锥形电加热器的热辐射下燃烧时, 火焰就会消耗掉空气中一定浓度的的氧气, 并释放出一定的燃烧热值。
通过大量的实验测试和计算研究认为, 绝大多数所测材料的耗氧燃烧热值接近13. 1 M J/kg这一平均值, 偏差约为5%。
锥形量热法就是基于此点, 根据材料在燃烧时消耗氧的量计算、测量在燃烧过程中的热释放速率、质量损失速率等参数, 用以分析判断材料的燃烧性能。
聚合物的燃烧与锥形量热分析
聚合物的燃烧和阻燃1 聚合物的燃烧由于聚合物主要成分是碳、氢等元素，其暴露于外部热源后，容易分解产生可燃性挥发物，这些可燃性挥发物和空气混合形成可燃性气体混合物，当温度达到着火点后，就会被点燃，引发火灾。
聚合物火灾对生命、财产和环境的危害主要由材料燃烧的热效应和烟效应两方面决定。
热效应：是指聚合物材料燃烧时放出的热能以辐射、对流和传导三种方式向周围环境传播而引起对生命、财产和建筑结构的热损害；烟效应是指材料燃烧时放出烟雾和有毒气体对生命和环境造成的损害。
燃烧发生的三要素：可燃物、温度和氧气浓度。
聚合物燃烧的特点：燃烧之前的受热分解过程和燃烧过程中的释热、生烟性能。
释热性：热释放速率生烟性：烟密度或光密度有毒气体：CO、卤化氢、硫化氢、氰化氢等发烟速率和CO等毒性气体的生成速率，是评价聚合物材料火灾安全性的重要指标。
1.1 聚合物的燃烧过程聚合物的燃烧过程按时间划分分为5个阶段：受热熔融、热分解、点燃、燃烧和火焰传播1）受热熔融聚合物材料从外部热源获得热量，表面温度逐渐升高，然后从表面至内部形成温度梯度，并随时间而变化。
聚合物材料的温度逐渐升高，升温速率取决于材料的比热容、热导率和材料在加热过程中发生相变或结构变化时吸收或放出的热量大小。
2）热分解聚合物在外部热源的作用下，达到一定温度（起始分解温度）时，聚合物分子链中的弱键首先发生断裂，进而引发其他键的断裂，使得聚合物大分子链迅速分解。
聚合物的热分解可以分为解聚反应、消除反应、环化反应、交联反应等。
聚合物的热分解有两种方式：非氧化热分解（无氧参与）、氧化热分解（氧和热共同作用）表层多为---氧化热分解反应内部多为---非氧化热分解反应在起始阶段，空气中的氧气浮着于聚合物材料表面，聚合物分子链在热和氧的作用下，热氧分解反应就会发生。
随着聚合物分解反应的进行，会有大量分解产物生成。
其中气相挥发物汇聚在固体表面，与空气中的氧混合形成可燃性气体混合物，即后来引发聚合物燃烧的“燃料”。
锥形量热仪试验下点燃和火焰传播分析
锥形量热仪试验是将样品置于锥形加热器下靠辐射加热至样品点燃，然后测量各项燃烧性能参数。
由于其特定的点燃方式，因此它的点燃过程与其它试验不同。
如图1所示，锥形量热仪的加热部分是一个锥形的加热器，点燃火源为电子脉冲打火器。
锥形量热仪燃烧试验下聚合物不断被加热放出裂解气体，电子脉冲打火器不断出现电子火花，当裂解气体达到一定浓度时，在脉冲打火器的电火花下点燃裂解气体。
在锥形量热仪燃烧试验下聚合物的点燃是一个瞬间过程，这种快速发生的过程不容易被观察到。
为此，本研究采用美国产的高速摄像仪（TroubleShooter1000）对样品在锥形量热仪试验条件下表面点燃发生的瞬间过程进行了高速摄影。
高速摄像仪拍摄速度采用500帧/s，捕捉记录了锥形量热仪下聚合物样品点燃的过程。
从图2中HIPS点燃发生过程的高速摄像截图可以看出，聚合物受热后在表面形成了挥发性烟气，当烟气浓度达到一定程度，电子脉冲打火器产生的火花使得烟气形成一个很小的燃点，燃点沿着裂解气在表面逐渐扩展，最后火焰覆盖整个聚合物表面。
在锥形量热仪燃烧试验下点燃发生在样品上方的裂解气体中，然后火焰扩散到聚合物整个表面，这个过程为固体聚合物的气相点燃过程，属于强制点燃[2]。
点燃后聚合物样品在外部热流和火焰辐射热的作用下持续裂解，维持燃烧的进行。
材料在锥形量热仪下点燃时，是材料单一的上表面受热，由于燃烧样品盒的包围，使得点燃时不受材料侧面及棱边的影响，属于在材料的一维方向上点燃，点燃相对比较困难，点燃的时间相对较长。
材料不同，点燃的时间是不同的。
对同一材料来说，点燃受辐射功率的影响，辐射功率越大材料所处的温度场环境温度高，点燃越快。
由于特定的试验要求，锥形量热仪试验下样品燃烧不存在表面火焰的传播。
在锥形量热仪燃烧模式下，聚合物被点燃后，燃烧热分解层不断向材料内部深入扩展，而火焰始终在材料的表面燃烧，火焰的燃烧靠从材料内部不断挥发出来的裂解气体维持，由于样品四周封闭，火焰并不能沿着材料某一方向传播，因此在锥形量热仪燃烧模式下并没有真正的火焰传播，燃烧是一维方向上的燃烧。
锥形量热仪燃烧测试实验方法.
锥形量热仪燃烧测试实验方法一、实验简介应用锥形量热仪测试聚合物的阻燃性能是一种先进的测试技术。
锥形量热仪对于燃烧中的聚合物材料具有多项测试功能 , 如 : 热释放速率 ( Heat ReleaseRate, HRR、质量损失速率 (M ass Loss Rates, M LR 、有效燃烧热,总生烟量 ( To ta l Smoke Production,TPS、烟释放速率 ( Rate of Smoke Release, RSR 等、参数在火灾安全工程与设计、材料阻燃性能研究、评价等方面应用广泛。
因此 , 实验测试技术和测试数据分析也非常重要 , 如对 ABS 用几种不同成分的填料 , 组合而成的几种聚合物材料燃烧测试数据的采集与分析 , 就是在充分了解、熟悉锥形量热仪的结构性能、工作原理的基础上 , 在掌握了熟练的测试技术和操作步骤的基础上 , 对测试数据的成功与否 , 有明确的认定。
这样才能对材料的阻燃性能进行分析评定 , 得出准确的结论 , 尤其是在测试前对仪器的标定 , 过滤材料的更换与过程检查 , 除湿材料过程变化与更换等 , 都是很重要的测试技术。
二、结构概述锥形量热仪是典型的机电一体化组合设备 , 其外形结构简单、紧凑 , 但是功能原理、控制原理和操作要求却极其严格 , 是多种行业知识的综合应用 , 如图 1所示。
由图可知 , 锥形量热仪的结构及原理涉及到机械、化工、通风、制冷、仪表、电气控制、流体力学、热力学、激光原理、计算机原理、计量检测等方面的知识 , 涵盖面较广 , 是非常典型的高新技术综合应用的精密测试仪器。
三、测试要点3. 1 工作原理锥形量热仪的主要工作原理是耗氧原理 , 当样品件在锥形电加热器的热辐射下燃烧时 , 火焰就会消耗掉空气中一定浓度的的氧气 , 并释放出一定的燃烧热值。
通过大量的实验测试和计算研究认为 , 绝大多数所测材料的耗氧燃烧热值接近 13. 1 M J/kg这一平均值 , 偏差约为 5%。
木材在锥形量热仪上的点燃实验研究
第28卷第3期2011年6月沈阳航空航天大学学报Jour nal o f Shenyang Aerospace U niversityV o l 128No 13Jun 12011收稿日期:2011-04-13作者简介:牛贵来(1979-),男,河南偃师人,工学硕士,工程师,主要研究方向:火灾基础理论、消防监督管理等,E-m ai:l ngl 2006@s ohu.co m 。
文章编号:2095-1248(2011)03-0074-04木材在锥形量热仪上的点燃实验研究牛贵来(驻马店市消防支队,河南驻马店463000)摘 要:利用锥形量热仪研究了外加辐射热流和电火花点火高度对木材着火时的点燃时间、表面温度、质量损失速率等点燃特征参数的影响,提出了室内火灾中木材点燃的临界质量通量判据。
研究结果表明,增大外加辐射热流,木材点燃时间缩短,点燃的临界表面温度减小,但临界质量通量不变;增大电火花的点火高度,木材点燃时间延长,点燃的临界表面温度升高,临界质量通量增大;对于特定场所,可以用临界质量通量作为木材点燃的判据。
关 键 词:木材;锥形量热仪;点燃判据;临界质量通量中图分类号:X932 文献标志码:A do:i 10.3969/.j issn .2095-1248.2011.03.017Experi m ental Study onW ood Igniti on i n Cone Cal orim eterN I U G u-i la i(Z hu m adian F ire D etachm en,t H enan Z hu m ad i an 463000)Abst ract :W ith t h e cone ca l o ri m eter ,the i n fluence o f ex terna l radian t heat flux and height of electric spark on characteristic w ood ign iti o n para m eters such as igniti o n ti m e ,surface te m perature ,m ass l o ss rate ,e tc .is stud ied and the critica lm ass flux a s an igniti o n criteri o n in enc l o sure fires is propo sed.The resu lts show tha t t h e larger t h e ex ter na l rad iant heat flux added ,t h e s ho rter the i g n ition ti m e needs ,the low er t h e critical sur -face te m perature becom es ,yet the criticalm ass flux re m a i n s the sa m e ;the h igher t h e he igh t o f t h e electric spar k placed ,the l o nger the igniti o n ti m e needs ,the h igher the critica l surface te m perature and the larger the criticalm ass flux becom e s ;fo r a g i v en situa ti o n the cr itica lm a ss fl u x can be used as a criteri o n fo r ign iti o n of w oo d .K ey w ords :w ood ;cone ca l o ri m eter ;igniti o n criterion ;critica lm ass flux 研究表明,大约21%的室内火灾与木材等固体可燃物有关[1]。
基于锥形量热仪的几种防火布燃烧性能研究
基于锥形量热仪的几种防火布燃烧性能研究周巍;姚斌【摘要】生产企业常在电缆或者贵重高危机器处设置防火布来保护生产设备设施的消防安全,选取五种常用的防火布:石棉纤维防火布、陶瓷纤维防火布、硅胶防火布、涂胶防火布、碳素纤维防火布,通过锥形量热仪实验研究不同辐射强度对防火布燃烧性能的影响.结果表明:点燃时间的均方根倒数与辐射强度之间呈现线性关系;在 35 kW/m2辐射强度工况下,碳素纤维防火布的热释放速率最大,达到 272.59 kW/m2,有效燃烧热的峰值也最大,达到529.52 kJ/g;综合比较各样品的燃烧性能,防火能力强弱顺序为:硅胶防火布＞石棉纤维防火布＞陶瓷纤维防火布＞碳素纤维防火布＞涂胶防火布.%In this work,the influence of radiation power on the combustion performance of several kinds of fireproof fabric was studied by using cone calorimetry.Five kinds of fireproof fabric samples (asbestos fiber fireproof fabric,ceramic fiber fireproof fabric,silicone fireproof fabric,glue fire fabric and carbon fiber fireproof fabric)were used for tests.The results show that there is a linear relationship between the reciprocal of the root mean square of the ignition time with the radiation intensity. With the radiation power of 35 kW/m2,the heat release rate and peak value of the effective combustion heat of the carbon fiber fire fabric were the highest among the samples.The fire resistance ability is ordered as silicone fireproof fabric＞ asbestos fiber fireproof fabric ＞ ceramic fiber fireproof fabric ＞carbon fiber fireproof fabric＞ glue fire fabric.【期刊名称】《火灾科学》【年(卷),期】2018(027)001【总页数】7页(P23-29)【关键词】防火布;锥形量热仪;热释放速率;点燃时间;防火能力【作者】周巍;姚斌【作者单位】中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026;中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室,合肥,230026【正文语种】中文【中图分类】X9320 引言生产车间的消防设备设施，除了设置消防灭火系统和消防水炮等主动灭火装置外，很多企业会在电缆或者贵重高危机器处设置防火布作为被动防火系统，来保护电缆或者消防安全要求较高的部位。
材料燃烧特性和烟气分析实验指导书
材料燃烧特性和烟气分析实验指导书(总4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--实验二材料燃烧特性和烟气分析实验指导书1 实验目的(1) 利用锥形量热仪测量材料燃烧时的热释放速率，掌握锥形量热计的基本使用方法，了解炭化材料和非炭化材料燃烧过程中的热释放速率规律，了解热释放速率与外界施加的热流之间的关系。
(2) 利用烟气分析仪对材料燃烧产物中气体产物的组成和浓度、烟和烟密度、气体产物的毒性等进行分析，掌握烟气分析仪的基本使用方法。
(3) 通过综合实验结果分析所选材料的燃烧特性。
2 实验原理锥形量热仪及其实验原理1993年，国际标准化组织(ISO)正式出版了一个利用锥形量热仪测试材料的标准—ISO 5660。
至今，锥形量热仪已成为火灾科学研究领域最为重要的小比例测试仪器，可用来研究材料的热释放速率(Heatrelease rate)、点燃时间(Time to ignition)、烟密度(Smoke ratio)、质量损失速率(Mass loss rate)、一氧化碳(Carbonmonoxide yield)产率等燃烧特性。
如下图所示，锥形量热仪由以下几部分组成：注：凡图中标有*记号的尺寸均为关键性尺寸，并且公差应为±1mm。
其他尺寸均为推荐尺寸，应尽量采用。
1—电机；2—风机；3—孔板（孔径57mm）；4—导压管；5—热电偶；6—环形取样器；7—排气管道（内径114mm）；8—孔板（孔径57mm）；9—集烟罩；10—试样；11—辐射锥图1 锥形量热仪实验装置示意图(1) 锥形加热器：一个截取掉顶端的圆锥形加热器，额定电压为240 V，额定功率5000 W，且能在水平和垂直方向上产生100 KW/m2的热流。
(2) 样品夹持器：能沿水品和垂直方向，承载长、宽、高为100 mm×100 mm×50 mm的试件。
(3) 荷载池：用于测量样品的质量，其精确度为 g，量程为 kg。
锥形量热仪的主要参数和实验标准浅析
锥形量热仪的主要参数和实验标准浅析一、符合标准：符合：GB/T16172、ISO 5660-1和-2、ASTM E 1354 、ASTM E 1740 、ASTM E 1550、ASTM D 5485 、ASTM D 6113、NFPA 271、NFPA 264 、CAN ULC 135 、BS 476二、适用范围：通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧气消耗量以及燃烧产物燃烧时热释放速率，材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数,比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率,对于预测火灾危害及其阻燃防治处理极为重要。
三、主要性能参数：1、辐射锥：加热功率5kw, 辐射强度：100kw/m2,配有三个热电偶测量温度。
2、辐射屏蔽层：不燃材料制成，总厚度不超过12mm;3、辐射控制：辐射控制系统能适当调节，能保持辐射锥热热电偶的温度控制在预设值的±10℃；4、称重设备：为进口的高精度电子天平，称量500g,分辨率0.01g；5、试样安装架：不锈钢制成，为一个方形敞口盘，上端开口106mmx106mm，深度25mm，厚度2.4mm；6、定位架：采用厚度为1.9mm不锈钢制成的方盒，方盒内边的尺寸111mm，高度54mm，用于试验面的开口为94mmx94mm7、排气系统：由离心风机、集烟罩、风机的进气和排烟管道以及孔板流量计组成8、气体取样装置：取样泵、烟尘过滤器、除湿冷阱、排空的旁路系数、水分过滤器、CO2过滤器。
9、点火器：采用电火花点火器进行外部点火。
10、点火器计时器：视值分辨率：0.1s, 计时误差：1s/1H11、气体分析仪以及关键部件均为原装进口。
12、带64为高精度板卡、电脑和8.4寸液晶显示，带TCP/IP和RS-232多种通讯接口选择13、氧气测量：采用顺磁式氧气测量13．1测量范围：0-25%14、信号输出：4-20mA；15、响应时间T90:≤2S；16、环境温度：0-45℃；17、相对湿度：<90%（无凝结）；18、线性度：<±0.1% O2；19、零点漂移：0.05% O2（一周）；20、重复性：<±0.02% O2；21、二氧化碳（CO2）测量：为IR红外线测量22、测量范围：0-10%23、重复性：＜±1%24、零点漂移：≤2%/周25、量程漂移: ≤2%/周26、线性偏差: ＜±1%27、响应时间:T90≤3秒28、数据采集系统可收集记录氧气浓度、一氧化碳浓度、温度、热释放速率、质量损失率等试验数据，可保存。
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锥形量热仪试验燃烧模式特点的分析王继刚 高萍 滕彦 邓小波 于广和 孙玉泉（山东省产品质量监督检验研究院 山东 济南 250033） [摘要]：采用熔融插层法制备了HIPS/OMMT复合材料，以纯HIPS和HIPS/OMMT纳米复合材料分别代表成炭聚合物和不成炭聚合物，在锥形量热仪试验下燃烧测试。
分析了在锥形量热仪试验的点燃特征，火焰传播特征，温度变化特征以及聚合物裂解特征。
通过锥形量热仪试验的特点的分析明确了不同结构的材料在锥形量热仪下的热响应特征是不同的，成炭聚合物在锥形量热仪燃烧模式下会表现出较好的阻燃性能。
只有了解燃烧模式的特点才能更有效发展高效阻燃材料，这为阻燃材料的设计和研发开拓了新的思路。
[关键词]：锥形量热仪；燃烧模式；材料结构；阻燃性能In this thesis, HIPS/OMMT composites (PLS) were prepared by the melt intercalation approach. HIPS and HIPS/OMMT represent the non-charing and charing materials, respectively. The cone calorimeter was used to assess the flammability of them. This study examines the burning modes of the cone calorimeter testing method. The burning test was experimentally analyzed in terms of burning mode based on burning environment, temperature field, flame propagation, heat transfer characteristics. Analysis showed that the response of material was diffent with diffent structure. By the cone calorimeter method，charing materials showed excellent flame retardant properties, in terms of peak HRR significantly reduced.Understanding the characteristics of combustion mode is important for us to develop efficient fire-retardant materials.Keyword: Cone Calorimeter，Burning Mode，material structure，flame retardancy1前言锥形量热仪法是由美国国家标准与技术研究院提出的一种用来测定材料释热速率的方法，该法可用于测定材料的引燃时间、热释放速率、质量损失速率、有效燃烧热、烟密度等参数。
通过上述参数,可研究小型阻燃试验结果与大型阻燃试验结果的关系,并能分析阻燃剂的性能和估计阻燃材料在真试火灾中的危险程度，锥形量热仪试验越来越广泛的被应用到阻燃材料的测试和研究中[1]。
目前，对于材料阻燃性能的研究大多集中在材料学和化学角度，对火灾学方面的研究较少。
而材料的阻燃性能主要涉及到材料学和火灾科学两个方面的内容，应该从两个方面进行研究。
认识和掌握燃烧模式的特点以及不同材料的对火反应特征的不同，才能有效地发展高阻燃性能的材料。
本文从火灾学角度出发，选取成炭聚合物（HIPS/OMMT复合材料）和不成炭聚合物（HIPS）分别代表不同结构的材料，在锥形量热仪燃烧模式下对不同结构材料的对火反应特点进行了研究，在此基础上详细分析了锥形量热仪试验燃烧模式的特点。
2实验部分2. 1 原材料与仪器蒙脱土(MMT),CEC:80mmol/100g,浙江丰虹粘土化工有限公司；十六烷基三甲基溴化铵,分析纯, 德国BASF 化工有限公司；高抗冲聚苯乙烯,镇江奇美PH-88。
水浴装置,76211,上海标本模型厂；锥形量热仪,标准型,英国FTT 公司；双滚筒塑炼机,SK2160B,上海橡胶机械厂；25吨平板硫化机,XQLB2350×350,上海第一橡胶机械厂2. 2 样品制备2.2.1 有机蒙脱土(OMMT) 的制备称取一定量MMT 置于四口烧瓶中(内有蒸馏水) ,在80℃恒温水浴中搅拌,将溶解的十六烷基三甲基溴化铵(插层剂)倒入四口烧瓶。
反应3h 后停止搅拌,将产物倒入烧杯中静置24h 后,抽滤、洗涤多次,直至无Br-离子(用AgNO3 溶液检测无浅黄色沉淀)为止,80℃下真空干燥72h ,研磨成粒径为50μm的粉末,制成有机蒙脱土。
2.2.2 HIPS/OMMT复合材料的制备将一定比例的HIPS 粒料、OMMT在160℃辊温下塑炼,薄挤数次,再将塑炼后的胶料进行模压,温度160℃,模具尺寸100mm×100mm×4 mm ,预热时间5 min ,模压时间3 min ,冷压5 min ,得HIPS/ OMMT 片材，试样长度100mm，宽度100mm，厚度4mm。
3结果与讨论采用英国FTT公司标准型锥形量热仪（Cone Calorimeter）按ISO5660标准进行燃烧性能测试, 热辐射功率选取50kW/m2。
3.1锥形量热仪试验下点燃和火焰传播分析锥形量热仪试验是将样品置于锥形加热器下靠辐射加热至样品点燃，然后测量各项燃烧性能参数。
由于其特定的点燃方式，因此它的点燃过程与其它试验不同。
如图1所示，锥形量热仪的加热部分是一个锥形的加热器，点燃火源为电子脉冲打火器。
（a）（b）（c）图1纯HIPS在锥形量热仪燃烧模式下的燃烧组图Fig.1The photos of HIPS burning in the Cone Calorimeter锥形量热仪燃烧试验下聚合物不断被加热放出裂解气体，电子脉冲打火器不断出现电子火花，当裂解气体达到一定浓度时，在脉冲打火器的电火花下点燃裂解气体。
在锥形量热仪燃烧试验下聚合物的点燃是一个瞬间过程，这种快速发生的过程不容易被观察到。
为此，本研究采用美国产的高速摄像仪（TroubleShooter1000）对样品在锥形量热仪试验条件下表面点燃发生的瞬间过程进行了高速摄影。
高速摄像仪拍摄速度采用500帧/s，捕捉记录了锥形量热仪下聚合物样品点燃的过程。
图2 50kW/m2热流强度下HIPS点燃瞬间过程Fig.2Instantaneous ignition process of HIPS at 50kW/m2 heat flux level 从图2中HIPS点燃发生过程的高速摄像截图可以看出，聚合物受热后在表面形成了挥发性烟气，当烟气浓度达到一定程度，电子脉冲打火器产生的火花使得烟气形成一个很小的燃点，燃点沿着裂解气在表面逐渐扩展，最后火焰覆盖整个聚合物表面。
在锥形量热仪燃烧试验下点燃发生在样品上方的裂解气体中，然后火焰扩散到聚合物整个表面，这个过程为固体聚合物的气相点燃过程，属于强制点燃[2]。
点燃后聚合物样品在外部热流和火焰辐射热的作用下持续裂解，维持燃烧的进行。
材料在锥形量热仪下点燃时，是材料单一的上表面受热，由于燃烧样品盒的包围，使得点燃时不受材料侧面及棱边的影响，属于在材料的一维方向上点燃，点燃相对比较困难，点燃的时间相对较长。
材料不同，点燃的时间是不同的。
对同一材料来说，点燃受辐射功率的影响，辐射功率越大材料所处的温度场环境温度越高，点燃越快。
由于特定的试验要求，锥形量热仪试验下样品燃烧不存在表面火焰的传播。
在锥形量热仪燃烧模式下，聚合物被点燃后，燃烧热分解层不断向材料内部深入扩展，而火焰始终在材料的表面燃烧，火焰的燃烧靠从材料内部不断挥发出来的裂解气体维持，由于样品四周封闭，火焰并不能沿着材料某一方向传播，因此在锥形量热仪燃烧模式下并没有真正的火焰传播，燃烧是一维方向上的燃烧。
这种燃烧可以看成是靠深度裂解维持的燃烧，材料的密度，厚度以及表面结构对材料燃烧有较大的影响。
3.2锥形量热仪试验下样品温度场研究材料受热分解而导致燃烧，其表面温度可以看成是各种热传递的综合反映。
为此本研究采用带有热电偶的数据采集仪对不同燃烧试验下的样品表面温度进行了测量。
分别在纯HIPS和含有5%OMMT的HIPS/OMMT复合材料中央表面固定一热电偶，所测的温度变化如图3所示。
T e m p e r a t u r e /o C Time/sT e m p e r a t u r e /o c Time/s（a ）HIPS （b ） HIPS/OMMT图3材料在锥形量热仪燃烧模式下燃烧的温度曲线Fig.3The temperature curve of composites burning in Cone Calorimeter如图3所示，其中a、b 分别为纯的HIPS 和含有5%OMMT 的HIPS/OMMT 材料样品表面在锥形量热仪试验下的温度曲线。
由曲线可以看出，材料表面受到来自锥形加热器的高辐射迅速升温，由曲线的斜率可以看出温度上升速度很快。
试验过程中纯HIPS 加热40秒时被点燃（a 中A 点），样品在锥形量热仪的高辐射和火焰的辐射下剧烈燃烧发生熔融。
热电偶所测的温度为表层熔体区域的温度，随着熔融的进行温度不断升高，全部熔融后熔体温度450℃左右。
随着聚合物的不断裂解，熔融体减少，熔融体液面高度降低，热电偶离开熔融体接触到火焰（a 中B 点），所测的温度为裂解气体表层火焰的温度，因此温度曲线继续上升。
HIPS/OMMT 材料在锥形加热器的强辐射下迅速升温，材料表面不发生熔融，受到锥形加热器和火焰的两方面的辐射作用，表面温度最高能达到700℃左右。
从图3中曲线b 还可以看出材料在37秒被点燃（b 中A 点），材料在700℃左右的温度环境中所处的时间较长，达到350秒以上，直到燃烧结束，温度缓慢下降。
材料高温度场中长时间燃烧，有利于聚合物充分燃烧分解。
由以上温度的分析可以看出，在锥形量热仪燃烧模式下，材料受到的辐射强度是非常大的，温度高且持续时间长。
不成炭的熔融聚合物材料快速裂解直到最终全部分解，成炭复合材料表面温度能达到800℃，温度很高，并且材料所处高温的时间比较长，在这种燃烧模式下相对传统方法更接近于真实的火灾。
3.3材料结构及对燃烧性能的影响成炭聚合物和不成炭聚合物在锥形量热仪试验下有不同的对火反应特征[3]，如图4所示，不成炭的HIPS 在剧烈的燃烧之后没有残留物生成，而HIPS/OMMT 复合材料燃烧后生成的大量的炭渣。