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垂直燃燒實驗原理及操作步驟、垂直燃燒試驗儀實驗因素

閱讀次數：6677 發布時間：2017/6/14 17:50:32

　　　　垂直燃燒實驗原理及操作步驟、垂直燃燒試驗儀實驗因素

　　在橡膠性能實驗方法中，具有代表性、歷史悠久、應用廣泛的燃燒性能實驗方法為垂直燃燒法。這種方法屬于橡膠表面火焰傳播實驗法。橡膠垂直燃燒實驗的方法標準很多。按熱源不同，可分為熾熱棒和本生燈兩類。在本生燈法中，又有小能量（火焰高度20~25mm）和中能量（火焰高度約125mm）兩種。
    這里主要介紹用本生燈小火焰進行的橡膠垂直實驗方法，即GB/T 13488 《橡膠燃燒性能實驗方法——垂直燃燒法》。
　　上海皆準儀器設備有限公司，生產供應水平垂直燃燒試驗儀、漏電起痕試驗儀、灼熱絲試驗儀。
【實驗原理】
    垂直燃燒法是在一定的條件下，評定垂直夾持的橡膠小試樣受小火焰作用后燃燒性能等級的方法。使用與阻燃橡膠材料的質量控制和配方實驗。不適用于評定實際使用條件下橡膠材料的著火危險性。垂直燃燒法的原理的將試樣垂直夾持在支架上，其下端在規定的火焰中燃燒一定時間，通過測量移開火焰后試樣后試樣有焰燃燒和無焰燃燒的時間，等燃燒行為來評定試樣的燃燒性能等級。
（1）有焰燃燒在規定的實驗條件下，移開點火源后，材料火焰(即發光的氣相燃燒)持續的燃燒。
（2）有焰燃燒時間在規定的實驗條件下，移開點火源后，材料持續有焰燃燒的時間。
（3）無焰燃燒在規定的實驗條件下，移開點火源后，當有焰燃燒終止或無火焰產生時，材料保持輝光的燃燒。
（4）無焰燃燒時間在規定的實驗條件下，當有焰燃燒終止或移開點火源后，材料持續無焰燃燒的時間。
（5）線性燃燒速度在規定的實驗條件下，單位時間內，燃燒前沿在試樣表面長度方向上傳播（蔓延）的距離。
【實驗裝置和材料】
本生燈：管長80~100mm，內徑（9.5±0.5）mm。
試樣支架：配有試樣夾，能調節試樣的垂直高度。
計時器：秒表或其他相應的計時裝置。
量具：不銹鋼直尺，*小分度值不大于1mm。
燃氣：工業級甲烷。可采用熱值約為37MJ/m³的其他燃燒氣，如天然氣、液化石油氣、煤氣等。如有爭議時必須采用工業級甲烷。
醫用脫脂棉：要求干燥清潔，棉層（未經壓縮）尺寸約為50mm×50mm×6mm。
通風裝置：實驗應在通風櫥內進行。實驗過程中不能排風。
【試樣】
試樣長為（130±3）mm，寬為（13.0±0.3）mm，厚為（3.0±0.2）mm。
注：試樣厚度可采用其他尺寸，但實驗結果不能與標準試樣的實驗結果相比較，并在實驗報告中注明。
        5個試樣為一組。
【實驗步驟】
（1）將試樣置于夾持器上，并保持垂直。試樣下端距鋪置的脫脂棉約300mm。
（2）旋緊燈管，開啟燃氣閥，在遠離試樣處點燃本生燈，調節燃氣閥使之產生高度約為20mm的黃色火焰，再調節空氣流量使之成為高度為（20±1）mm的藍色火焰。
（3）將火焰對著試樣下端中心部分，燈口與試樣下端保持間隔10mm，施加火焰10s，將本生燈移到15mm以外，移燈同時氣動秒表，記錄有焰燃燒時間。如果試樣燃燒時間有熔融或燃燒滴落物，應將本生燈傾斜45°，但仍保證試樣下端與傾斜的本生燈口之間的距離為10mm。傾斜形式見圖17-2.
（4）當試樣有焰燃燒的火焰熄滅，立即再次施加火焰，10s后移去本生燈，記錄試樣的有焰燃燒時間和無焰燃燒的時間。
（5）重復第2步至第5步，實驗一組試樣。
上海皆準儀器設備有限公司，生產供應水平垂直燃燒試驗儀、漏電起痕試驗儀、灼熱絲試驗儀。

【影響因素】
（1）試樣厚度試樣厚度對其燃燒速度有明顯影響。當試樣厚度小于3mm時，其燃燒速度隨厚度的增加而急劇減��；當試樣厚度達到3mm后，燃燒速度隨厚度的變化就比較小了。這一當面是由于在加熱階段，把試樣加熱至分解溫度所需要的時間與其質量（或厚度）基本成正比。另一方面，試樣的著火、燃燒和傳播主要發生在表面上，厚度越小的試樣，單位質量具有的表面積就越大。（詳細咨詢：上海皆準儀器設備有限公司）
         同樣的的厚度變化，對不同材料燃燒速度的影響程度也有很大差別。對于比熱容和熱導率較小、又沒有熔滴行為的材料，如PMMA，影響較��；反之，對比熱容和熱導率較大又有熔滴的PE，影響就較大。
        試樣厚度對垂直燃燒實驗結果也有很大影響。在同樣條件下，試樣越薄，其總的有焰燃燒時間越長；反之，試樣越厚，其總的有焰燃燒時間越短。當試樣厚度相差較大時，其實驗結果甚至相差一、兩個級別。厚度小于3mm的試樣，燃燒時易出現卷曲和崩斷現象，從而影響了實驗的穩定性和重復性。
       由于上述原因，標準中對試樣厚度作了嚴格規定，并且明確指出：厚度不同的試樣，其實驗結果不能相互比較。
（2）試樣密度的影響    從前述的材料燃燒過程分析可知，在相同的實驗條件下。對垂直燃燒實驗來說，試樣的燃燒時間也受到其密度的影響。因此，標準規定，密度不同的試樣，其實驗結果不能相互比較。
（3）各向異性材料不同方向的影響   由于材料在成型過程中受力及取向不同而產生各向異性。各向異性材料的不同方向對試樣的垂直燃燒性能有著一定的影響。因此標準規定，方向不同的試樣，其實驗結果不可相互比較，并要求在實驗報告中對與試樣尺寸有關的各向異性的方向加以說明。
（4）試樣狀態調節條件的影響   試樣的狀態調節條件對材料的垂直燃燒性能有著不同程度的影響。一般來說，溫度高些、濕度小些，其總的有焰燃燒時間（垂直法）相對要大一些。這與前面提到的高聚物燃燒過程分析是一致的。對于不同類型的材料，狀態調節條件對‘純’塑料試樣，影響較小；而對層壓材料和泡沫材料影響程度則相對大些。
     在標準中還規定了另外一種狀態調節條件，即把試樣在（70±10）°C溫度下老化處理（168±2）h,然后放在干燥器中，在室溫下至少冷卻4h。這是有些材料，如泡沫塑料、層壓材料等，其燃燒性能會隨存放時間而變化的緣故。
     為了避免氣候條件對實驗結果帶來的影響，我國標準對試樣進行狀態調節和實驗環境都作了相關規定。
（5）氣體種類的的影響    燃料氣體種類不同，“其所含熱值也不相同。在ISO 1210-1992中除規定使用工業級甲烷氣作為燃料氣體外，還指出‘其它含熱值約37MJ/m³的混合氣，也可提供相似的結果”。從文獻查出只有天然氣符合此要求。
        實驗數據表明，無論使用天然氣、液化石油氣、煤氣或其他燃料氣體，只要本生燈規格、火焰高度與顏色以及點火時間都符合標準規定，實驗結果都基本相同。這是因為燃氣火焰只作為加熱的熱源，只要能將試樣點燃部分加熱到其分解溫度以上，就能使橡膠材料著火燃燒，由于絕大多數橡膠的分解溫度都在200~450°C，上述燃料氣體火焰施焰30s提供的熱量已經足夠。橡膠材料被點燃后，因為絕大多數橡膠燃燒時火焰溫度都高達2000°C左右，所以之后的行為主義取決于橡膠材料的燃燒凈熱是否為正值，因此，我國標準規定也可采用天然氣，液化石油氣、煤氣等可燃氣體，但仲裁實驗必須采用工業級甲烷氣。
( 6 ) 火焰高度和火焰顏色的影響    火焰高度不同對橡膠材料的垂直燃燒實驗結果有較大影響。對于不同的橡膠材料，其影響程度也有一定的差別。
       從理論上講，火焰顏色不同，其溫度有一定差別；藍色火焰時燃燒完全，溫度較高；反之，帶有黃色頂部的火焰，溫度要相對低些。但從實驗結果來看，火焰顏色不同對垂直燃燒實驗結果的影響并不明顯。為避免不必要的爭議并與標準統一，中也同樣規定火焰顏色應調成藍色。
（7）點火時間長短的影響　　對垂直法，點火時間太短，試樣不易點燃；而點火時間長了，對多數材料的測試結果有很大影響。因此標準對兩次施焰的都嚴格地規定為１０ｓ。
（８）熔融或燃燒著的滴落物的影響　　實踐證明，橡膠材料燃燒時熔融滴落物與燃燒著的碎塊常常是火災蔓延和擴大的重要原因。試樣如有帶火的滴落物落下，就會在金屬網上繼續燃燒，使試樣再次受到加熱和點燃。對于垂直燃燒法，則在試樣下方約３００ｍｍ處鋪放了干燥的醫用脫脂棉薄層，只要試樣有滴落物引燃脫脂棉，盡管其有焰或無焰燃燒時間只達到ＦＶ－１級，甚至ＦＶ－０級，也要被判定為ＦＶ－２級。
（９）設備、儀器的的影響　　進行燃燒實驗，維持燃燒的氧氣充足與否十分重要。為避免氧氣不足或通風不當對實驗結果的影響，標準對通風柜或通風櫥的尺寸、結構及排風裝置的使用方法都作了細致的規定。另外，本生燈的結構和燈管口徑、特別是計時裝置的精度對實驗結果有很大影響，標準對此也作了嚴格的規定。
（１０）操作人員主觀因素的影響　　垂直燃燒實驗杯認為是主觀性很強的實驗。只要稍不留意，那么，用同樣設備，對相同試樣相同操作，也會對產生一定變差，甚至會得到不同的可燃性級別。因此，實驗時嚴格按操作規定操作，觀察要特別認真仔細。
上海皆準儀器設備有限公司，生產供應水平垂直燃燒試驗儀圖１
上海皆準儀器設備有限公司　漏電起痕試驗儀　圖２

上海皆準儀器設備有限公司　灼熱絲試驗儀圖３