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　　1、錐形量熱儀概述
　　
　　表征材料燃燒性能的試驗方法較多，如氧指數(shù)(LOI)法、UL標準中的水平燃燒、垂直燃燒法及NBS煙箱法等。它們多是傳統(tǒng)的小型試驗方法，試驗操作環(huán)境與真實火災相差較大，試驗獲得的數(shù)據(jù)也只能用于一定試驗條件下材料間燃燒性能的相對比較，不能作為評價材料在真實火災中行為的依據(jù)。
　　
　　目前，被*為是測量材料對火反應特性或燃燒特性的技術手段是錐形量熱儀(CONE)，它可以實現(xiàn)多種火災相關參數(shù)的測量。它的燃燒環(huán)境極相似于真實的燃燒環(huán)境，其試驗結(jié)果與大型燃燒測試結(jié)果之間存在很好的相關性，能夠表征出材料的燃燒性能，是新一代的聚合物材料燃燒性能測定儀。
　　
　　錐形量熱儀(CONE)是美國國家標準與技術研究院于1982年研制的，經(jīng)過20多年的不斷改進和*，錐形量熱儀已經(jīng)成為研究材料燃燒性能zui重要的實驗儀器之一，已被多個國家、地區(qū)及標準組織應用于建筑材料、高分子材料、復合材料、木材制品以及電纜等領域。
　　
　　錐形量熱儀(CONE)是采用氧消耗原理設計的測定材料燃燒放熱的儀器，可以完成材料的熱釋放速率、質(zhì)量損失速率、樣品點燃時間、CO和CO2生成率、比消光面積、煙灰質(zhì)量取樣、有效燃燒熱等參數(shù)的測量。CONE的燃燒環(huán)境極相似于真實的燃燒環(huán)境，其試驗結(jié)果與大型燃燒試驗結(jié)果之間存在很好的相關性，能夠表征出材料的燃燒性能，在評價材料、材料設計和火災預防等方面具有重要的參考價值。
　　
　　經(jīng)不斷研制和改進，CONE現(xiàn)在已成為研究火災和評定材料燃燒性能的理想試驗儀器。標準組織(ISO)及美國、英國等國家已制定出應用CONE測定各種材料燃燒性能參數(shù)的標準，另外一些國家和地區(qū)，如瑞典等也正在積極地制定相應的使用標準。以CONE為試驗儀器，我國已參照ISO非等效地制定了有關燃燒標準。但由于眾多方面的原因，此標準并沒有真正在我國得到推廣應用?？梢韵嘈?，隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展和對材料阻燃性能的需要，CONE必定會在我國的材料阻燃和火災預防等領域起到越來越重要的作用。
　　
　　2、錐形量熱儀原理
　　
　　2.1錐形量熱儀結(jié)構(gòu)
　　
　　錐形量熱儀的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。燃燒分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下部分組成：燃燒室、排氣及流量測試系統(tǒng)、氣體取樣及分析系統(tǒng)、煙氣測試系統(tǒng)、煙灰質(zhì)量取樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、氧氣濃度控制系統(tǒng)。錐形量熱儀主要遵循ISO5660和ASTME1354標準，可以完成各種氧氣摩爾分數(shù)條件下的下列參數(shù)的測試工作：①材料的熱釋放速率，kW/m2;②質(zhì)量損失速率，kg/sm2;③樣品點燃時間，s;④CO、CO2生成率，kg/kg;⑤比消光面積，m2/kg;⑥煙灰質(zhì)量取樣，kg/kg;⑦有效燃燒熱，mJ/kg。與其它的一些燃燒測試方式相比，上述參數(shù)可在一個試樣上同時連續(xù)地測出來，而且這些性能參數(shù)的測定是在穩(wěn)定、真實、易于控制的條件下得到，能夠在不同時間、地點重復操作，因此，可作為文獻參考數(shù)據(jù)備用，為進一步研究材料的燃燒過程提供文獻數(shù)據(jù)。
　　
　　2.2錐形量熱儀工作原理
　　
　　錐形量熱儀的工作原理是采用氧消耗原理設計的測定材料燃燒放熱的儀器，即大多數(shù)固體材料*燃燒每消耗一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基本相同(13.1mJ/kgO2±5%)。氧消耗法的優(yōu)點在于實驗全過程可進行溫度測量，這樣對放熱裝置來講，實驗裝置的建立比較容易，并且實驗期間可以隨時觀察到燃燒時發(fā)生的現(xiàn)象;實驗中樣品燃燒產(chǎn)生的煙會盡可能地被收集進入護罩內(nèi)，所以實驗誤差較小。
　　
　　3、錐形量熱儀的測試指標
　　
　　3.1熱釋放速率(HRR)
　　
　　HRR是指在預置的入射熱流強度下，材料被點燃后，單位面積的熱量釋放速率。HRR是表征火災強度的zui重要性能參數(shù)，單位為kW/m2;HRR的zui大值為熱釋放速率峰值(PeakofHHR，簡稱pkHRR)，pkHRR的大小表征了材料燃燒時的zui大熱釋放程度。HRR和pkHHR越大，財材料的燒燒放熱量越大，形成的火災危害性就越大。
　　
　　3.2總釋放熱(Total Heat Release，簡稱THR)
　　
　　THR是指在預置的入射熱流強度下，材料從點燃到火焰熄滅為止所釋放熱量的總和。將HRR與THR結(jié)合起來，可以更好地評價材料的燃燒性和阻燃性，對火災研究具有更為客觀、全面的指導作用。
　　
　　3.3質(zhì)量損失速率(Mass Loss Rate，簡稱MLR)
　　
　　MLR是指燃燒樣品在燃燒過程中質(zhì)量隨時間的變化率，它反應了材料在一定火強度下的熱裂解、揮發(fā)及燃燒程度。除質(zhì)量損失速率外，由CONE還可得到質(zhì)量損失曲線，從而獲取不同時刻下的殘余物質(zhì)量，便于直觀分析燃燒樣品的裂解行為。
　　
　　3.4煙生成速率(Smoke Produce Rate，簡稱SPR)
　　
　　SPR被定義為比消光面積與質(zhì)量損失速率之比，單位為m2/S。
　　
　　3.5有效燃燒熱(Effective Heat Combustion，簡稱EHC)
　　
　　EHC表示在某時刻t時，所測得熱釋放速率與質(zhì)量損失速率之比，它反應了揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度，對分析阻燃機理很有幫助。
　　
　　3.6點燃時間(Time toIgnition，簡稱TTI)
　　
　　TTI是評價材料耐火性能的一個重要參數(shù)(單位：s)，它是指在預置的入射熱流強度下，從材料表面受熱到表面持續(xù)出現(xiàn)燃燒時所用的時間。TTI可用來評估和比較材料的耐火性能。
　　
　　3.7煙毒性氣體輔助測試
　　
　　材料燃燒時放出多種氣體，其中含有CO，HCN，SO2，HCl，H2S等毒性氣體，毒性氣體對人體具有極大的危害作用，其成分及百分含量可通過錐形量熱儀中的附加設備收集分析。
　　
　　4、錐形量熱儀應用
　　
　　4.1評價材料的燃燒性能
　　
　　綜合HRR，pkHRR和TTI，我們可以定量地判斷出材料的燃燒危害性，包括室內(nèi)裝修材料燃燒性能分析、煤礦井下可燃物質(zhì)的燃燒特性和礦井火災煙氣的特性分析、包裝材料、農(nóng)作物、小商品、電線電纜等等火災危險性的分析。
　　
　　4.2評價阻燃材料的性能
　　
　　阻燃科學與技術的發(fā)展，對阻燃材料燃燒行為的評估、測試手段提出了越來越高的要求。由于阻燃材料在火災中的燃燒行為非常復雜，傳統(tǒng)的測試方法(氧指數(shù)法、垂直燃燒法、水平燃燒法)雖然具有操作簡單、快速、重復性好等特點，但普遍存在測試參數(shù)單一，測試結(jié)果不能定量化等缺點，難以與材料在真實火情中的燃燒行為相關聯(lián)，有時對同一種材料的評估，采用不同的實驗方法得到相互矛盾的結(jié)果。錐形量熱儀法由于具有參數(shù)測定值受外界影響小，與大型試驗結(jié)果相關性好等優(yōu)點，對材料阻燃效果的評價更真實，同時對材料阻燃機理的分析和研究也有極大的幫助。利用錐形量熱儀可以研究阻燃材料的阻燃機理、為材料燃燒危險等級劃分、研究和評價煙和毒氣的釋放、評價產(chǎn)品和材料的燃燒性和阻燃性。
　　
　　4.3進行火災模型化研究
　　
　　發(fā)明CONE的初衷就是為了進行火災模型設計，通過CONE可測定出火災中zui能表征危害性的性能參數(shù)HRR，從而進行火災模型設計。值得注意的是，在測試過程中，火災模型設計需要的其他性能，如毒性、煙等也和HRR一并測出。
　　
　　5、VTEC錐形量熱儀
　　
　　標準集團(香港)有限公司代理美國VTEC品牌錐形量熱儀。該錐形量熱儀可滿足所有現(xiàn)存標準(包括ISO5660，ASTME1354，ASTME1474，ASTME1740，ASTMF1550，ASTMD6113，NFPA264，CANULC135和BS476第15部分)，也可以部件形式購買，這樣實驗室如果需要特定測試，如熱釋放、質(zhì)量損失、煙霧生成等，可以先買所需部件，之后再逐漸補充其它儀器到同一試驗箱，成為完整規(guī)格儀器。這個靈活特性是錐形量熱儀諸多優(yōu)點中的一個。
　　
　　其完整系統(tǒng)包括：
　　
　　1.錐形加熱器-在截短的圓錐內(nèi)，230V，5000W，熱量輸出為100kW/m2
　　
　　2.測試水平或垂直樣品的裝置
　　
　　3.3個K類熱電偶和3期PID溫度控制器對溫度進行調(diào)控
　　
　　4.開合關閉機制-在測試前保護樣品區(qū)域，保證初期質(zhì)量測量穩(wěn)定，操作員可以有額外時間在測試開始前進行系統(tǒng)檢測。對于易燃的樣品，如果沒有開合關閉機制，很容易燃燒過早。這個額外時間對操作員非常重要
　　
　　5.樣品支架-樣品大小100mmx100mm，厚度不超過50mm，水平或垂直擺放
　　
　　6.測壓元件-質(zhì)量測量通過應變儀測壓元件測試，精度可達0.01g。裝有迅捷電子稱重部件，機械停止裝置可避免移動造成損害，給出穩(wěn)定結(jié)果，保證儀器長壽
　　
　　7.火花點火-10kV火花點火器，裝有安全?；鹧b置。點火器通過連接到關閉機制的杠桿進行自動定位
　　
　　8.排氣系統(tǒng)-不銹鋼制作，延長壽命。包括罩子，氣體樣品取樣針，排風扇(流量可調(diào)，0g/s至50g/s，精度至少為0.1g/s)，以及孔板流量測試器(熱電偶和差壓傳感器)。常見測試一般為24l/s
　　
　　9.氣體取樣-包括微粒過濾器，冷凍冷阱，泵，干燥筒，流量控制器
　　
　　10.氧氣分析-順磁氧分析器，0-25%之間，表現(xiàn)符合標準
　　
　　11.煙氣灰暗度-用激光系統(tǒng)測量，使用光電二極管，0.5mW氦氖激光，主要及備用光電探測器。同時備有定位支架和0.3，0.8中性密度過濾器用于校準
　　
　　12.熱流計-用于設定對樣品表面的輻射水平
　　
　　13.燃燒器校正-校準儀器測試出的熱釋放率，使用99.5%純度的甲烷
　　
　　14.數(shù)據(jù)獲取-安捷輪數(shù)據(jù)采集器/轉(zhuǎn)換器，帶3孔卡槽，61/2位數(shù)(22比特)內(nèi)部DMM，能進行120單端測量或者48雙端測量。掃描率可達250頻道/秒，帶115k波特RS232和PCIGPIB界面。所有讀數(shù)都自動記錄時間，存在穩(wěn)定的50000讀數(shù)內(nèi)存中
　　
　　15.錐形量熱儀軟件-操作語言包括英語、法語、德語、西班牙語和日語。用戶界面是windows操作系統(tǒng)，帶易于使用的按鈕操作，標準Windows數(shù)據(jù)輸入方式，下拉選項，點擊選中，以及開關。能夠：
　　
　　1).顯示儀器狀態(tài)。
　　
　　2).校準儀器和儲存校準結(jié)果。
　　
　　3).收集測試數(shù)據(jù)。
　　
　　4).計算所需參數(shù)。
　　
　　5).按標準要求方式顯示結(jié)果。
　　
　　6).多個測試取平均數(shù)值。
　　
　　7).數(shù)據(jù)輸入至FDMS(火災數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))-多數(shù)歐洲和美國實驗室都適用該系統(tǒng)格式，進8.行實驗室之間不同量熱儀數(shù)據(jù)分享。
　　
　　8).文件輸出為CSV(逗號分割文件)格式，能很快轉(zhuǎn)成電子表格。
　　
　　可選配置：
　　
　　1、二氧化碳和一氧化碳-可用NDIR氣體分析器。
　　
　　2、氯化氫-加熱補給線及氣體分析器。
　　
　　3、可控氣體附件-用于低氧樣品分析。
　　
　　4、質(zhì)量損失量熱儀。
　　
　　5、FTIR毒性測試儀。
　　
　　6、保護門-保護操作員不吸入有毒樣品產(chǎn)生的煙氣。正?？諝饪蓮牡撞窟M入，用于正常測試區(qū)排風和測試區(qū)進氣。鋼板擋住后面，排風罩擋住頂部，測試門擋住底部，保護門剛好擋住zui后一面。　　更多實驗室檢測儀器：標準集團(香港)有限公司！