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聚合物典型燃烧测试方法

    聚合物的燃烧性能可通过着火性、火焰传播速率和热释放量来表征。依据聚合物材料的最终使用方式采用相应的对火反应测试方法。目前,小型、中型甚至大型燃烧测试方法都在工业和科研中得到了广泛应用。


1.极限氧指数法(Limited Oxygen Index,LOI)

 

    用LOI来评价材料的燃烧性能最初是由美国学者Fenimore等于1966年提出的,后来美国材料与实验协会(ASTM)以此为基础,制定了标准ASTM D 2863,国际化标准组织也制定了相应的测试标准ISO 4589。LOI是指在规定条件下,试样在氧、氮混合气流中维持平稳燃烧时所需要的最低氧浓度。根据此定义及ISO 4589,LOI<21%被定义为可燃材料,loii>21%则被视为自熄材料,LOI越高,代表材料阻燃性能越好。 随着更复杂科学的测试方法问世,用LOI来衡量材料的燃烧性能已引起很多争论。但其

因数据重复性较好、实验方法和设备简单,至今仍作为对火测试中的重要方法使用。

 

2UL94 法

 

    UL94 法是由美国保险商实验室(Underwriters Laboratories)于1984(7]年开发的, 目前已成为国际上公认且被广泛采用的燃烧性能试验方法。最常用的是V-O、V-1、V-2级垂直燃烧试验。根据样品燃烧时问、熔滴是否引燃脱脂棉等试验结果,将材料分级,其中V-2级为最低阻燃级,V-O级为最高阻燃级。测定时,将本生灯置于放置试样(130 mmx13 mil1)的下端,点火1 0 s(蓝色火焰高8.5 mm)后移走火源,记录试样续燃时间和阴燃时间,同时观察是否产生有焰滴落和熔滴是否阴燃脱脂棉。


3.锥形量热仪法 (Cone Calorimeter,CONE)

 

    现代火灾科学研究表明,在火灾燃烧过程中,可燃物燃烧放出的热室最重要的火灾灾害因素。它不仅对火灾的发展起决定性的作用,而且还常常控制着其他许多火灾灾害因素的发生与发展。锥形量热仪是针对中等尺寸大小聚合物最有效的燃烧性能测试仪器。它采用氧消耗原理测量材料的热释放速率(heat release rate,HRR,所谓氧消耗原理就是:材料燃烧时每一单位的氧气所释放的热量基本上是一样的。锥形加热器在样品中央产生均匀的辐射流(10-100 kW/m )。实验过程将材料燃烧的所有产物收集起来并经过一个排气管道,气体经过充分混合后,进入气体取样系统,由气体分析仪测出其质量流量和组分, 运用氧消耗原理,就可以得到材料燃烧过程中的热释放速率(HRR)。HRR 对时间的积分就得到了热释放总量(total heat release,THR)。此外,从锥形量热仪测试也可以得出引燃时间(time to ignition,TTI)、质量损失率、烟气中CO和CO2含量以及烟释放速率(rate of smoke release,RSR)等等。

 

 

展望

 

    随着燃烧科学及消防工程的发展,人们对燃烧试验方法和技术的发展已形成共识,即最好的、最有用的实验方法应该是同真实火灾有较好的相关性,而且结果可以用于实际火灾模拟计算及可用于火灾安全工程设计的方法,这就是性能化对火反应试验方法。基于氧消耗原理设计的锥形量热仪已成为燃烧测试中必不可少的方法之一。目前,已有ISO 5660标准、ASTM1354标准以及英国、加拿大等国家相关标准,将锥形量热计法确定为进行材料燃烧性能测试的标准试验方法。我国也制定了GB 8624—2006 建筑材料及制品燃烧性能等级跟国际接轨。相信在不久的将来,基于氧消耗原理的全尺寸实验在火灾燃烧模拟中会发挥越来越重要的作用。


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