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　　1、錐形量熱儀概述
　　
　　表征材料燃燒性能的試驗(yàn)方法較多，如氧指數(shù)(LOI)法、UL標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)方法，試驗(yàn)操作環(huán)境與真實(shí)火災(zāi)相差較大，試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)也只能用于一定試驗(yàn)條件下材料間燃燒性能的相對比較，不能作為評價(jià)材料在真實(shí)火災(zāi)中行為的依據(jù)。
　　
　　目前，被*為是測量材料對火反應(yīng)特性或燃燒特性的技術(shù)手段是錐形量熱儀(CONE)，它可以實(shí)現(xiàn)多種火災(zāi)相關(guān)參數(shù)的測量。它的燃燒環(huán)境極相似于真實(shí)的燃燒環(huán)境，其試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒測試結(jié)果之間存在很好的相關(guān)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(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院于1982年研制的，經(jīng)過20多年的不斷改進(jìn)和*，錐形量熱儀已經(jīng)成為研究材料燃燒性能zui重要的實(shí)驗(yàn)儀器之一，已被多個(gè)國家、地區(qū)及標(biāo)準(zhǔn)組織應(yīng)用于建筑材料、高分子材料、復(fù)合材料、木材制品以及電纜等領(lǐng)域。
　　
　　錐形量熱儀(CONE)是采用氧消耗原理設(shè)計(jì)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(diǎn)燃時(shí)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(shí)的燃燒環(huán)境，其試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒試驗(yàn)結(jié)果之間存在很好的相關(guān)性，能夠表征出材料的燃燒性能，在評價(jià)材料、材料設(shè)計(jì)和火災(zāi)預(yù)防等方面具有重要的參考價(jià)值。
　　
　　經(jīng)不斷研制和改進(jìn)，CONE現(xiàn)在已成為研究火災(zāi)和評定材料燃燒性能的理想試驗(yàn)儀器。標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)及美國、英國等國家已制定出應(yīng)用CONE測定各種材料燃燒性能參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)，另外一些國家和地區(qū)，如瑞典等也正在積極地制定相應(yīng)的使用標(biāo)準(zhǔn)。以CONE為試驗(yàn)儀器，我國已參照ISO非等效地制定了有關(guān)燃燒標(biāo)準(zhǔn)。但由于眾多方面的原因，此標(biāo)準(zhǔn)并沒有真正在我國得到推廣應(yīng)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(zāi)預(yù)防等領(lǐng)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(biāo)準(zhǔn)，可以完成各種氧氣摩爾分?jǐn)?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(diǎn)燃時(shí)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(gè)試樣上同時(shí)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(shí)、易于控制的條件下得到，能夠在不同時(shí)間、地點(diǎn)重復(fù)操作，因此，可作為文獻(xiàn)參考數(shù)據(jù)備用，為進(jìn)一步研究材料的燃燒過程提供文獻(xiàn)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(shè)計(jì)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(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)全過程可進(jìn)行溫度測量，這樣對放熱裝置來講，實(shí)驗(yàn)裝置的建立比較容易，并且實(shí)驗(yàn)期間可以隨時(shí)觀察到燃燒時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)中樣品燃燒產(chǎn)生的煙會盡可能地被收集進(jìn)入護(hù)罩內(nèi)，所以實(shí)驗(yàn)誤差較小。
　　
　　3、錐形量熱儀的測試指標(biāo)
　　
　　3.1熱釋放速率(HRR)
　　
　　HRR是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料被點(diǎn)燃后，單位面積的熱量釋放速率。HRR是表征火災(zāi)強(qiáng)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(shí)的zui大熱釋放程度。HRR和pkHHR越大，財(cái)材料的燒燒放熱量越大，形成的火災(zāi)危害性就越大。
　　
　　3.2總釋放熱(Total Heat Release，簡稱THR)
　　
　　THR是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，材料從點(diǎn)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(jià)材料的燃燒性和阻燃性，對火災(zāi)研究具有更為客觀、全面的指導(dǎo)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(shí)間的變化率，它反應(yīng)了材料在一定火強(qiáng)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(shí)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(shí)刻t時(shí)，所測得熱釋放速率與質(zhì)量損失速率之比，它反應(yīng)了揮發(fā)性氣體在氣相火焰中的燃燒程度，對分析阻燃機(jī)理很有幫助。
　　
　　3.6點(diǎn)燃時(shí)間(Time toIgnition，簡稱TTI)
　　
　　TTI是評價(jià)材料耐火性能的一個(gè)重要參數(shù)(單位：s)，它是指在預(yù)置的入射熱流強(qiáng)度下，從材料表面受熱到表面持續(xù)出現(xiàn)燃燒時(shí)所用的時(shí)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(shí)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(shè)備收集分析。
　　
　　4、錐形量熱儀應(yīng)用
　　
　　4.1評價(jià)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(zāi)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(zāi)危險(xiǎn)性的分析。
　　
　　4.2評價(jià)阻燃材料的性能
　　
　　阻燃科學(xué)與技術(shù)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(zāi)中的燃燒行為非常復(fù)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(fù)性好等特點(diǎn)，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(diǎn)，難以與材料在真實(shí)火情中的燃燒行為相關(guān)聯(lián)，有時(shí)對同一種材料的評估，采用不同的實(shí)驗(yàn)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(yàn)結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點(diǎn)，對材料阻燃效果的評價(jià)更真實(shí)，同時(shí)對材料阻燃機(jī)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(jī)理、為材料燃燒危險(xiǎn)等級劃分、研究和評價(jià)煙和毒氣的釋放、評價(jià)產(chǎn)品和材料的燃燒性和阻燃性。
　　
　　4.3進(jìn)行火災(zāi)模型化研究
　　
　　發(fā)明CONE的初衷就是為了進(jìn)行火災(zāi)模型設(shè)計(jì)，通過CONE可測定出火災(zāi)中zui能表征危害性的性能參數(shù)HRR，從而進(jìn)行火災(zāi)模型設(shè)計(jì)。值得注意的是，在測試過程中，火災(zāi)模型設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)(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(biāo)準(zhǔn)(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(shí)驗(yàn)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(bǔ)充其它儀器到同一試驗(yàn)箱，成為完整規(guī)格儀器。這個(gè)靈活特性是錐形量熱儀諸多優(yōu)點(diǎn)中的一個(gè)。
　　
　　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(gè)K類熱電偶和3期PID溫度控制器對溫度進(jìn)行調(diào)控
　　
　　4.開合關(guān)閉機(jī)制-在測試前保護(hù)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(shí)間在測試開始前進(jìn)行系統(tǒng)檢測。對于易燃的樣品，如果沒有開合關(guān)閉機(jī)制，很容易燃燒過早。這個(gè)額外時(shí)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(yīng)變儀測壓元件測試，精度可達(dá)0.01g。裝有迅捷電子稱重部件，機(jī)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(diǎn)火-10kV火花點(diǎn)火器，裝有安全?；鹧b置。點(diǎn)火器通過連接到關(guān)閉機(jī)制的杠桿進(jìn)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(fēng)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(biāo)準(zhǔn)
　　
　　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(shí)備有定位支架和0.3，0.8中性密度過濾器用于校準(zhǔn)
　　
　　12.熱流計(jì)-用于設(shè)定對樣品表面的輻射水平
　　
　　13.燃燒器校正-校準(zhǔn)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(jìn)行120單端測量或者48雙端測量。掃描率可達(dá)250頻道/秒，帶115k波特RS232和PCIGPIB界面。所有讀數(shù)都自動記錄時(shí)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(biāo)準(zhǔn)Windows數(shù)據(jù)輸入方式，下拉選項(xiàng)，點(diǎn)擊選中，以及開關(guān)。能夠：
　　
　　1).顯示儀器狀態(tài)。
　　
　　2).校準(zhǔn)儀器和儲存校準(zhǔn)結(jié)果。
　　
　　3).收集測試數(shù)據(jù)。
　　
　　4).計(jì)算所需參數(shù)。
　　
　　5).按標(biāo)準(zhǔn)要求方式顯示結(jié)果。
　　
　　6).多個(gè)測試取平均數(shù)值。
　　
　　7).數(shù)據(jù)輸入至FDMS(火災(zāi)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng))-多數(shù)歐洲和美國實(shí)驗(yàn)室都適用該系統(tǒng)格式，進(jìn)8.行實(shí)驗(yàn)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(bǔ)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(hù)門-保護(hù)操作員不吸入有毒樣品產(chǎn)生的煙氣。正常空氣可從底部進(jìn)入，用于正常測試區(qū)排風(fēng)和測試區(qū)進(jìn)氣。鋼板擋住后面，排風(fēng)罩擋住頂部，測試門擋住底部，保護(hù)門剛好擋住zui后一面。　　更多實(shí)驗(yàn)室檢測儀器：標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)(香港)有限公司！