阻燃材料学 第5章 材料阻燃性能测试方法和标准(1)

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第四节 释热性的测定
⑥ 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； ⑦ CO及C02生成量； ⑧ 成炭率； ⑨ 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 。
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表5-5 以隧道测得的某些材料的FSI值
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第三节 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。
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表5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16
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表5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16
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表5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16
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表5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16
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图5-10 锥形量热仪工作原理示意图
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第四节 释热性的测定
图5-11 实验室小型锥形量热仪的外观
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第四节 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10cm×10cm，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。
阻燃材料学
第五章 材料阻燃性能测试方法和标准
第一节 阻燃性能测试方法的一般问题 第二节 点燃性和可燃性的测定
第三节 火焰传播速率的测定
第四节 释热性的测定 第五节 生烟性的测定
第六节 燃烧产物腐蚀性的测定
第七节 燃烧产物毒性测定
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第五章 阻燃性能测试方法和标准
第三节 火焰传播速率的测定
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第三节 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。
表5-8 一些材料的最大比光密度和比光密度达到D16
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第四节 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： ① 光学法，测定烟密度(明燃及阴燃)； ② 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，但其结果是以其他有关烟量的参数表示。
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第三节 火焰传播速率的测定
1，2-热电偶
3-辐射板 4-试样
5-辐射板燃气源
6-鼓风机
图5-9
辐射板法的测定装置原理图
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第三节 火焰传播速率的测定
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第三节 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400mm×400mm，成45°角放 置，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400mm×400mm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。
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第四节 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(0.89m×0.46m×0.20m)、电加热 辐射板(0.35m×0.46m，辐射面积为0.25m×0.25m)及点燃装 置(见图5-12)。试验时，试样(15cm×15cm)垂直放置，与辐 射板的距离可为0～0.18m，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、N0x、HCN及HBr)及氧耗量。
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图5-6 以OSU释热仪测定的一些材料的释热特征
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图5-6 以OSU释热仪测定的一些材料的释热特征
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图5-6 以OSU释热仪测定的一些材料的释热特征
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图5-6 以OSU释热仪测定的一些材料的释热特征
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表5-7
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第四节 释热性的测定
1-试样 2-火焰 3-空气分布器 4-辐射扳 5-烟检测器
图5-12
OSU 量热仪
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第四节 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58列出一些材料的生烟性能。
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第四节 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。
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第五章 阻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
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第四节 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。
一、隧道法
二、辐射板法
三、其他方法
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第三节 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。
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第三节 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PSI＜25的材料，FSI＝25～100的材料只能用于防火要 求不甚严格的场所，而FSI＞100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。
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第四节 释热性的测定
由锥形量热仪测得阻燃参数有： ① 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。 ② 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被引燃。 ③ 燃烧热效应(有效燃烧热EHC、总释热量THR)。 ④ 质量损失速率(MLR)。 ⑤ 生烟性(比消光面积SEA，烟参数SP＝SEA· PHRR)。
以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性
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表5-7
以锥形量热仪测得的某些材料的释热特性
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第四节 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13．1MJ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。
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第三节 火焰传播速率的测定
图5-8
隧道法装置示意图
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第三节 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46cm×15cm ×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30cm×46cm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。由辐射板法 测得的材料的FSI值也是介于0~200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。
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第四节 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。
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第四节 释热性的测定
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