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锥形量热仪的应用

2020.6.03

应用

阻燃科学与技术的发展,对阻燃材料燃烧行为的评估、测试手段提出了越来越高的要求。传统的测试方法(氧指数法、垂直燃烧法、水平燃烧法) 虽然具有操作简单、快速、重复性好等特点,仍在许多燃烧测试实验室中广泛使用,但这些方法普遍存在测试参数单一,测试结果不能定量化等缺点,难以与材料在真实火情中的燃烧行为相关联,有时对同一种材料的评估,采用不同的实验方法得到相互矛盾的结果。因此,随着阻燃科学与技术的迅速发展,出现了各种新的测试手段,其中最具有代表性的是锥形量热仪。

80年代早期,美国NIST员工(前身为NBS)决定研发实验室规模热释放测试仪,用以解决已有小型热释放测试的不足,当时的小型测试使用测定密闭空间内焓损失的方法,研发认定,基于耗氧量原理的量热计是最佳测试方法,即材料燃烧释放热量总是和燃烧过程耗氧量成正比。这个仪器被称为锥形量热仪,其名称来源于锥形加热器的形状。锥形量热仪(CONE) 是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物材料燃烧性能测定仪,由CONE 获得的可燃材料在火灾中的燃烧参数有多种,包括释热速率(HRR) 、总释放热( THR) 、有效燃烧热(EHC) 、点燃时间( TTI) 、烟及毒性参数和质量变化参数(MLR) 等。锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界因素影响小,与大型实验结果相关性好等优点被应用于很多领域的研究。

1、评价材料的燃烧性能

综合HRR,pkHRR和TTI,我们可以定量地判断出材料的燃烧危害性。HRR,pkHRR愈大,TTI愈小,材料潜在的火灾危害性就愈大;反之,材料的危害性就小。

2、评价阻燃机理

由EHC,HRR和SEA等性能参数可讨论材料在裂解过程中的气相阻燃、凝聚相阻燃情况若HRR下降,表明阻燃性提高,这也可由EHC降低和SEA增加得到;若气相燃烧不完全,说明阻燃剂在气相中起作用,属于气相阻燃机理。若EHC无大的变化,而平均HRR下降,说明MLR亦下降,这属于凝聚相阻燃。

3、进行火灾模型化研究

发明CONE 的初衷就是为了进行火灾模型设计,通过CONE可测定出火灾中最能表征危害性的性能参数HRR,从而进行火灾模型设计。值得注意的是,在测试过程中,火灾模型设计需要的其他性能,如毒性、烟等也和HRR一并测出。


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