燃烧性能的测试.

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1 燃烧性能的测试

2 高聚物的燃烧性能 1 闪点和燃点 闪点（flash point） ：在规定的试验条件下，液体（固体）被加热到它们的蒸气与空气的混合气发生闪火的最低温度。 闪点在实际生产中的意义： 物质的闪点越低，发生燃烧的危险性越大。 闪点是保证安全的指标，油品预热时温度不许达到闪点，一般不超过闪点的2/3。 （1）闪点是生产厂房、储存物品仓库的火灾危险性分类的重要依据； （2）闪点是甲、乙、丙类危险液体分类的依据；并以此分类为依据规定了厂房和库房的耐火等级、层数、占地面积、安全疏散、防火间距、防爆设置等； （3）以甲、乙、丙类液体的分类为依据规定了液体储罐、可燃和助燃气体储罐、堆场的布置和防火间距等。

3 燃点：是指在规定的试验条件下，液体或固体能发生持续燃烧的最低温度。一切液体的燃点都高于闪点。
自燃点：是指在规定的条件下，可燃物质产生自燃的最低温度。 可燃物质发生自燃的主要方式是： （1）氧化发热；（2）分解放热； （3）聚合放热；（4）吸附放热； （5）发酵放热；（6）活性物质遇水； （7）可燃物与强氧化剂的混合。

4 闪点、燃点测定装置

5 氧指数： 是指在规定条件下，固体材料在氧、氮混合气流中，维持平稳燃烧所需的最低氧含量。 氧指数高表示材料不易燃烧，氧指数低表示材料容易燃烧，一般认为 氧指数＜22属于易燃材料， 氧指数在22-27之间属可燃材料， 氧指数＞27 属难燃材料。

6 2.燃烧性能试验方法 最具代表性、历史最悠久、应用最广泛的方法为水平、垂直燃烧法。这两种方法都属于塑料表面火焰传播试验方法。按热源不同，可分为炽热棒和本生灯两类。在本生灯法中，又有小能量(火焰高度20一25mm)和中能量(火焰高度约125mm)两种。 本节介绍用本生灯小火焰进行的塑料水平、垂直试验方法，即ISO l210一1992《塑料--水平和垂直试样与小火焰点火源接触时燃烧性能的测定》。该方法我国已等效采用制订了国家标准。

7 (1)定义 2.1 水平、垂直燃烧法 (ii)有焰燃烧时间 在规定的试验条件下，移开点火源后,材料持续有焰燃烧的时间。
2.1 水平、垂直燃烧法 (1)定义 (i)有焰燃烧 在规定的试验条件下,移开点火源后，材料火焰(即发光的气相燃烧)持续的燃烧。 (ii)有焰燃烧时间 在规定的试验条件下，移开点火源后,材料持续有焰燃烧的时间。 (iii)无焰燃烧 在规定的试验条件下、移开点火源后,当有焰燃烧终止或无火焰产生时,材料保持辉光的燃烧。 (iv)无焰燃烧时间 在规定的试验条件下,当有焰燃烧终止或移开点火源后,材料持续无焰燃烧的时间。 (v)线性燃烧速度 在规定的试验条件下,单位时间内，燃烧前沿在试样表面长度方向上传播(蔓延)的距离。

8 2.1 水平、垂直燃烧法 1. 定义 (vi)自撑材料 在规定的试验条件下,具有一 定刚性、当水平地夹持住试样一端时,其自由端基本不下垂的材料。 (vii)非自撑材料 即柔软性材料,在规定的试验条件下,水平地夹持住试样一端时,其自由端下垂,甚至碰到试样下方10mm处水平放置的金属网的材料。

9 2.1 水平、垂直燃烧法 2. 方法原理 水平或垂直地夹住试样一端，对试样自由端施加规定的气体火焰,通过测量线性燃烧速度(水平法)或有焰燃烧及无焰燃烧时间(垂直法)等来评价试样的燃烧性能。

10 2.1 水平、垂直燃烧法 3.方法要点 (i)试样 在特殊情况下,也可使用其他厚度，但最大厚度不应超过13mm。 试样尺寸：
2.1 水平、垂直燃烧法 3.方法要点 (i)试样 试样尺寸： 长125mm；宽13.0mm±0.3mm;厚3.0mm±0.2mm 在特殊情况下,也可使用其他厚度，但最大厚度不应超过13mm。 试样数量：水平法每组三根试样；垂直法每组五根试样。如有特殊要求时，应按需要增加试样数量。 试样制备:可由板材或最终产品切割而成,也可经压制、模塑、注塑等方法制成。试样表面应清洁、平整、光滑、并应没有影响其燃烧行为的缺陷，如气泡、裂纹、飞边和毛刺等。试样还应根据标准要求进行状态调节或老化处理。

11 3. 方法要点 2.1 水平、垂直燃烧法 (ii)设备和材料 试验热源所用的燃料气体为工业级甲烷气，也可采用天然气、液化石油气等。
2.1 水平、垂直燃烧法 3. 方法要点 (ii)设备和材料 为了安全,试验应在密闭且装有排风系统的通风橱或通风柜中进行.在试验过程中关闭排风系统，试验完毕立即启动排烟,以排除燃烧时产生的有毒烟气。 试验热源所用的燃料气体为工业级甲烷气，也可采用天然气、液化石油气等。 所用的本生灯、计时装置、测量尺、测厚仪及状态调节设备等，也都应符合标准规定。

12 3. 方法要点 2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 试样安装
2.1 水平、垂直燃烧法 3. 方法要点 (iii)水平法试验步骤 试样安装 在距试样点燃端25mm和100mm处，与试样长轴垂直,各划一条标线(称为第一标线、第二标线)。 用夹具夹紧试样远离第一标线的一端,使试样长轴呈水平方向,其横截面轴线与水平方向成45º角。将金属网水平地固定在试样下面，与试样最低的棱边相距10mm，金属网前缘与试样自由端对齐。 非自撑材料,应放置金属支承架支撑在试样下面。

13 3.方法要点 2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 点燃本生灯
2.1 水平、垂直燃烧法 3.方法要点 (iii)水平法试验步骤 点燃本生灯 在离试样约150mm的地方点燃本生灯，通过调节燃气流量和空气进口阀，使本生灯在灯管为竖直位置时产生20mm±2mm高的蓝色火焰。

14 2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 点燃试样并进行测定
2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 点燃试样并进行测定 将本生灯移到试样自由端较低的边上,向试样端部倾斜,与水平方向约成45º角,调整本生灯位置,使试样自由端的6mm±1mm长度承受火焰,共施焰30s，撤去本生灯。 若施焰时间不足30s,火焰前沿已到第一标线,应立即停止施焰。 停止施焰后。若试样继续燃烧(包括有焰和无焰燃烧)则记录燃烧前沿从第一标线到燃烧终止时的燃烧时间t和从第一标线到燃烧终止端的烧损长度L。若燃烧前沿越过第二标线，则记录从第一标线至第二标线间的燃烧所需时间t，此时烧损长度L记为75mm。 重复上述操作，共试验三根试样。

15 2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 结果计算及分级规定 每根试样的线性燃烧速度 (单位：mm/min)
2.1 水平、垂直燃烧法 (iii)水平法试验步骤 结果计算及分级规定 每根试样的线性燃烧速度 (单位：mm/min) 式中 L--烧损长度,mm; t--燃烧时间，s。 材料的燃烧性能分为下列四级(FH表示水平燃烧) FH—1 移开点火源后,火焰即灭或燃烧前沿未到25mm标线 FH—2 移开点火源后，燃烧前沿越过25mm标线，但未到100mm标线。应把烧损长度写入分级标志。如当L=70mm时，记为FH-2-70mm。 FH—3 移开点火源后.燃烧前沿越过100mm标线,对于厚度在3-13mm的试样，u＜40mm/min；厚度小于3mm的试样，u<75mm/min。把燃烧速度写进分级标志中,如FH-3-30mm/min FH—4 与FH-3级相同,且线性燃烧速度u大于上述规定值,也应把燃烧速度写进分级标志。如FH-4-60mm/min

16 2.1 水平、垂直燃烧法 (iv)垂直法试验步骤 试样安装
用支架上的夹具夹住试样上端6mm，使试样长轴保持铅直，并使试样下端距水平铺置的干燥医用脱脂棉层距离约为300mm。 撕薄的脱脂棉层尺寸为50mm×50mm，其最大未压缩厚度为6mm。示意图。 点燃本生灯 与水平法相同。 点燃试样并进行测定 将本生灯火焰对准试样下端面中心,并使本生灯管顶面中心与试样下端面距离保持为10mm，点燃试样10s。如果在点燃过程中试样长度或位置发生变化、应随之移动本生灯，保持上述距离为l0mm。

17 2.1 水平、垂直燃烧法 (iv)垂直法试验步骤 施火焰时，试样若有熔融物或燃烧物洒落（线状熔丝可忽略）, 应将本生灯在试样宽度方向侧倾45º角,并从试样下方后退,以防滴落物落入灯管中.同时保持试样剩余部分与本生灯管顶面中心距离仍为10mm。 对试样施加火焰10s后,本生灯立即撤离试样至少150mm,同时测定试样的有焰燃烧时间 t1。 试样有焰燃烧停止后，立即按上述方法再次对试样施焰10s(保持试样余下部分与本生灯口相距10mm)。施焰完毕，立即撤离本生灯，同时测定试样的有焰燃烧时间t2和无焰燃烧时间t3。 此外,还要记录是否有滴落物及滴落物是否引燃了脱脂棉,以及有无燃烧蔓延到夹具现象。 重复上述步骤．共测试五根试样。

18 垂直法结果计算及分级规定 分Fv-0、Fv-1和Fv-2三级 (Fv表示垂直燃烧)

19 例：电缆套管类塑料产品标准 水平法 B1级电线电缆套管类塑料(热塑性塑料) ：FH-1 B2级电线电缆套管类塑料(热塑性塑料) ：FH-2
垂直法 B1级电线电缆套管类塑料(热固性塑料) ：FV-0 B2级电线电缆套管类塑料(热固性塑料) ：FV-1

20 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 a. 试样厚度的影响 试样厚度<3mm时，随厚度的增加其燃烧速度急剧减小；
试样厚度对水平燃烧试验结果的影响 试样厚度<3mm时，随厚度的增加其燃烧速度急剧减小； 试样厚度>3mm以后，燃烧速度随厚度的变化比较小 同样的厚度变化，对不同材料的影响程度不同： 对比热容和热导率较小、又没有熔滴行为的材料如PMMA，影响较小； 对比热容和热导率较大又有熔滴的PE，影响就较大。 试样厚度对垂直燃烧试验结果的影响 试样越薄，总的有焰燃烧时间越长；当试样厚度相差较大时，试验结果甚至相差一、两个级别。 厚度小于3mm的试样，燃烧时易出现卷曲和崩断现象，影响了试验的稳定性与重复性。 所以，标准严格规定了试样厚度．并且明确指出：厚度不同的试样，试验结果不能相互比较。

21 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 b. 试样密度的影响
在相同试验条件下，试样密度增大,水平燃烧试验的燃烧速度减小；对垂直燃烧试验来说，试样的燃烧时间也受到密度的很大影响。标准规定，密度不同的试样，其试验结果不能相互比较。 c. 各向异性材料不同方向的影响 试验证明各向异性材料的不同方向对试样的水平、垂直燃烧性能有着一定的影响 标准规定，方向不同的试样，其试验结果不可相互比较，并要求在试验报告中对试样的各向异性的方向加以说明。

22 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 d.试样放置形式的影响
在水平法中,试样的长轴是呈水平方向放置的。而其横截面轴线与水平方向夹角不同时也会影响试样的试验结果。象PMMA一类燃烧时没有熔滴的材料，横向呈45º角放置燃烧速度最快,垂直的次之,水平的最慢。

23 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 e.试样状态调节条件的影响
一般地,温度高些、湿度小些,其平均燃烧速度(水平法)或总的有焰燃烧时间(垂直法)相对要大一些。 在标准中还规定了另外一种状态调节条件，即老化处理---试样在70.C±1℃温度下168h±2h，然后放在干燥器中，在室温下至少冷却4h。是否经过老化处理，对层压材料的垂直燃烧性能有显著的影响。

24 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 f. 燃料气体种类的影响 无论使用天然气、液化石油气、煤气或其他燃料气体，只要本生灯的规格、火焰高度与颜色以及点火时间都符合标准规定，试验结果都基本相同。我国标准规定也可采用上述可燃气体，但仲裁试验必须采用工业级甲烷气。 g.火焰高度和火焰颜色的影响 火焰高度不同对材料的水平和垂直燃烧试验结果有较大影响。对于不同的材料，其影响程度也有一定差别。 火焰颜色不同,其温度不同.标准规定为蓝色.

25 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 h. 点火时间的影响 水平法中多数试样着火时间3-5S最多10S, 施焰30S时间足够长,试验结果都基本相同. 垂直燃烧试验点火时间对结果影响大. 标准严格规定两次施焰时间都是10S 。 i.熔融或燃烧着的滴落物的影响 垂直燃烧试验,试样只要有滴落物引燃下方的脱脂棉,材料的燃烧级别就判定为FV-2级。

26 2.1 水平、垂直燃烧法 (v)主要影响因素 j. 设备仪器的影响 严格规定符合GB k.操作人员主观因素的影响 氧气充足,通风良好
---通风柜尺寸\结构\排风装置 本生灯\量具 k.操作人员主观因素的影响

27 2.2 氧指数测定 评价材料被点燃或开始燃烧的难易程度的指标之一. 测定聚合物刚好维持燃烧的最低氧的体积百分比浓度
2.2 氧指数测定 评价材料被点燃或开始燃烧的难易程度的指标之一. 测定聚合物刚好维持燃烧的最低氧的体积百分比浓度 GB/T 《塑料燃烧性能实验方法 氧指数法》 氧指数越高,越不易燃烧.例如: B1级电线电缆套管类塑料 （包括热塑性塑料和热固性塑料）： 氧指数≥32 B2级电线电缆套管类塑料 （包括热塑性塑料和热固性塑料）： 氧指数≥26 B1级管道隔热保温用泡沫塑料： 氧指数≥32 B2级管道隔热保温用泡沫塑料： 氧指数≥26

28 2.2 氧指数测定 氧指数 定义:在规定实验条件下，当试样在室温的氧氮混合气流中刚好维持火焰稳定燃烧状态时的氧气最小浓度，按体积百分比计。 氧指数<22.5 易燃; 氧指数>27难燃 1.氧指数测定方法原理: 将试样直立固定在燃烧筒内, 氧和氮的混合气流向上流动，点燃试样顶端, 观察试样燃烧长度并记时, 在不同的氧浓度下实验一级试样.测定刚好维持火焰状燃烧时的最低氧气浓度。

29 2.2 氧指数测定 2. 仪器---氧指数仪 燃烧筒: 耐热的玻璃管,内径至少75mm，高至少450mm .固定于可通过气体的基座 上,底部以玻璃珠充填80—100mm. 试样夹 氧气和氮气的供给系统:按GB规定的气和气瓶.压力≥1MPa 测量和控制气体流量的系统 点火器:火焰长16±4mm 计时器 烟灰、烟气和热量的排除装置

30 2.2 氧指数测定 3.试件 从试样上切割出足够数量的试件,通常每组为15个。试件尺寸见表.试件棱边应保持平滑.按GB规定进行状态调节.

31 2.2 氧指数测定 4.测试步骤 (1) 选择开始试验时的氧浓度值. 假如没有相关经验，可以在空气中点燃试件做试验，燃烧迅速者估计为18%左右;如燃烧困难或点不着火,则估计为25%或更高 (2)安装试样. 在燃烧筒中轴处垂直夹住试件,试件上端到筒顶的距离至少100mm ,试件下端高于底部配气装置顶端至少100mm. (3)调整仪器. 让调节好的气体流动30秒,调节流量阀，使流经燃烧筒的氧浓度值达到开始时设定的要求.在燃烧筒内气体流动速率为40±l0mm/s清洗燃烧筒 在0℃和101.3kpa条件下，气体的总流量(cm3/s)燃烧筒的面积(cm2)即得气体流动速率.

32 2.2 氧指数测定 (4) 点燃试样 试件的顶部全部点燃后,立即移走点火器,开始计时
2.2 氧指数测定 (4) 点燃试样 方法A(顶端点燃法) 火焰覆盖顶端整个表面,不能碰到棱边\侧面.火焰最长作用时间30S,若不能点燃,则增大氧浓度,直至30s内点燃. 试件的顶部全部点燃后,立即移走点火器,开始计时 方法B(扩散点燃法) 在试件上距点燃端10mm和60mm处划两条参考标记线. 点燃试件时,火焰施加顶端整个表面和直侧表面约6mm长. 火焰最长作用时间30S,每隔5s稍移开点火器观察,直至直侧表面稳定燃烧或可见燃烧部分前锋到达上标线.立即移走点火器,开始计时。

33 2.2 氧指数测定 (5)燃烧行为评价 若燃烧时间或燃烧长度不超过教材P228表9-6的值(或参考下表值); 即在达到规定要求之前,试件火焰熄灭。记录为O结果. 若燃烧时间或燃烧长度超过表中的值,记录为X,并记录燃烧特征.

34 2.2 氧指数测定 (6)逐次选择氧浓度 确定初始氧浓度值
2.2 氧指数测定 (6)逐次选择氧浓度 确定初始氧浓度值 若前一实验的结果为O，则需升高氧浓度;若前一实验的结果为X，则需降低氧浓度;(下列所有实验与此同) 采用任意合适的步长,选取氧浓度,重复燃烧实验,直到得到两次实验结果分别为O和X,且氧浓度相差≤1.0%. 将这1结果为O反应的氧浓度值记作初始氧浓度值 已经燃烧的试件如有足够长度，可以截去端头后再使用。

35 2.2 氧指数测定 (7)有效数据的获得 用C0浓度重复1次实验,记录C0值及反应(O或X).作为NL和NT系列的第1个值.
2.2 氧指数测定 (7)有效数据的获得 用C0浓度重复1次实验,记录C0值及反应(O或X).作为NL和NT系列的第1个值. NL系列: 以0.2%为步长,改变氧浓度,重复燃烧实验,直到实验结果不同于C0所得的反应为止.记录这些氧浓度值和反应.得到NL系列 NT系列: 继续以0.2%为步长,改变氧浓度再测4个试样,最后1次实验的氧浓度以Cf表示. 这4个结果和NL系列的最后1个值构成NT系列.

36 2.2 氧指数测定 5. 结果计算 (1)氧指数计算: OI=Cf+Kd (2) K值确定. Cf:NT系列最后1次实验的氧浓度值.
2.2 氧指数测定 5. 结果计算 (1)氧指数计算: OI=Cf+Kd Cf:NT系列最后1次实验的氧浓度值. K:系数,由书P229表9-7查出. d:步长0.2% (2) K值确定. ①如果用初始氧浓度Co再次试验的结果为“O”反应，则第一个相反的反应便是“×”反应。从表第一列中找出与NT系列最后5次试验结果一致的那一行，再根据NL系列的前几个反应中“O”反应的数目，查出所对应的栏，即得到所需的K值，其正负号与表中符号相同。 ② 如Co的试验结果为“×”反应，则第一个相反的反应便是“O”反应。从表第六列找出与NT系列最后5次结果一致的行，再按NL系列的前几个反应(即得到“×”反应的数目)查出所对应的栏，得到所需的K值，但此K的正负号与表中符号相反。

37 实验记录与结果计算举例

38 6. 影响氧指数试验结果的因素 影响氧指数试验结果的因素很多，除了材料自身的组成、结构及各种添加剂如填料、增塑剂、阻燃剂等的种类和含量对其氧指数有极大影响外，还受到试样的尺寸、气流速度、气体纯度、环境温度、燃烧筒筒体温度、燃气种类，点火方式等测试条件的很大影响。

39 实验记录与结果计算举例

40 6. 影响氧指数试验结果的因素 (1)燃烧筒内混合气体流速的影响
燃烧筒中混合气流的流速在一定范围改变(如流速为30mm/s至120mm/s时)对试验结果没有明显的影响，因为燃烧时火焰周围的气体流速远超过这个流速。但是，当混合气体中的氧浓度低于空气中的氧浓度(20.8)时，混合气流速的大小对氧指数测试结果还是有一些影响的。 我国标准规定燃烧简内混合气体流速为(40±10)mm/s.并且应加限流盖。

41 6. 影响氧指数试验结果的因素 (2)氧气、氮气纯度的影响 (3)点燃气体种类的影响 (4)点火器火焰方向和高度的影响
在测试时最好使用高纯度的O2和N2作为气源，并且使用压力不应低于1MPa。 (3)点燃气体种类的影响 可使用丁烷、石油液化气、煤气、天然气等可燃气体，但仲裁试验时，点燃气体必须使用未混有空气的丙烷。 (4)点火器火焰方向和高度的影响 不同方向时的火焰高度不同。当火焰高度在6mm左右时, 不易点燃试样,有时刚进入燃烧筒即灭，尤其在氧浓度较低时更为显著。当火焰高度为23mm左右时，对薄膜材料、壁纸及泡沫材料的点燃不易控制。因此GB规定，火焰高度为16±4mm。

42 6. 影响氧指数试验结果的因素 (6)无焰燃烧对测试结果的影响 (5)不同点燃方式对测试结果的影响 (7)环境温度对测试结果的影响
6. 影响氧指数试验结果的因素 (5)不同点燃方式对测试结果的影响 对不同型式试样，GB规定了两种点燃方法. 顶端点燃法适用于I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型试样，而扩散点燃法则适用于任何型式的试样。对比实验采用相同点燃方式. (6)无焰燃烧对测试结果的影响 应根据需要，报告无焰燃烧情况或包括无焰燃烧时的氧指数。 (7)环境温度对测试结果的影响 随着周围环境温度的增加，大多数材料的氧指数值都会下降。

43 6. 影响氧指数试验结果的因素 (8)燃烧筒温度对试验结果的影响 每次试验前，应使被“烤”热的燃烧筒恢复至常温，最好用两个燃烧筒交替使用。
6. 影响氧指数试验结果的因素 (8)燃烧筒温度对试验结果的影响 每次试验前，应使被“烤”热的燃烧筒恢复至常温，最好用两个燃烧筒交替使用。 (9)试样的尺寸、外观和制备方法对结果的影响 ①试样厚度的影响 与水平、垂直法相似，试样越薄,越易燃烧,测得的氧指数越低；反之,试样越厚,测得的氧指数越高。 ②试样长度的影响 试样太长．其顶端离燃烧筒顶部太近,易受外界大气成分影响,产生测量误差；试样太短时,又不便划标线和观察。 标准规定试样长度在70一150mm (Ⅳ型)，并规定应保证试样顶端低于燃烧筒顶端至少100mm。

44 7.简化氧指数试验方法—比较法简介 (1)适用条件 IS0／DIS 4589—1991中介绍了这种方法：当已经规定了某种材料氧指数的最小值，只需测定材料的氧指数是否保持在规定的最小值以上时，适用本方法。但在有争议时或需要知道材料的实际氧指数值时，还应按通用方法进行测定。

45 7.简化氧指数试验方法 —比较法简介 (2)试验步骤 (3)结果评价
7.简化氧指数试验方法 —比较法简介 (2)试验步骤 (i)开始试验时的氧浓度即为规定的该材料氧指数的最小值。其他如安装试样、调整仪器、点燃试样等都与通用方法规定的程序相同。 (ii)试验三根试样，按照教材P228表9-6中所列评价准则评价每根试样的燃烧行为。 (3)结果评价 如果试验的三根试样中,至少有两根的火焰在达到表中相应的判据以前熄灭(即应记录为“O”反应)，则记录该材料的氧指数不低于规定的最小值。在相反情况下，则记录该材料的氧指数低于规定值.

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