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垂直燃燒實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟、垂直燃燒試驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)因素

閱讀次數(shù)：6675 發(fā)布時(shí)間：2017/6/14 17:50:32

　　　　垂直燃燒實(shí)驗(yàn)原理及操作步驟、垂直燃燒試驗(yàn)儀實(shí)驗(yàn)因素

　　在橡膠性能實(shí)驗(yàn)方法中，具有代表性、歷史悠久、應(yīng)用廣泛的燃燒性能實(shí)驗(yàn)方法為垂直燃燒法。這種方法屬于橡膠表面火焰?zhèn)鞑?shí)驗(yàn)法。橡膠垂直燃燒實(shí)驗(yàn)的方法標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行的橡膠垂直實(shí)驗(yàn)方法，即GB/T 13488 《橡膠燃燒性能實(shí)驗(yàn)方法——垂直燃燒法》。
　　上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司，生產(chǎn)供應(yīng)水平垂直燃燒試驗(yàn)儀、漏電起痕試驗(yàn)儀、灼熱絲試驗(yàn)儀。
【實(shí)驗(yàn)原理】
    垂直燃燒法是在一定的條件下，評(píng)定垂直夾持的橡膠小試樣受小火焰作用后燃燒性能等級(jí)的方法。使用與阻燃橡膠材料的質(zhì)量控制和配方實(shí)驗(yàn)。不適用于評(píng)定實(shí)際使用條件下橡膠材料的著火危險(xiǎn)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(guī)定的火焰中燃燒一定時(shí)間，通過測(cè)量移開火焰后試樣后試樣有焰燃燒和無(wú)焰燃燒的時(shí)間，等燃燒行為來(lái)評(píng)定試樣的燃燒性能等級(jí)。
（1）有焰燃燒在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，移開點(diǎn)火源后，材料火焰(即發(fā)光的氣相燃燒)持續(xù)的燃燒。
（2）有焰燃燒時(shí)間在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，移開點(diǎn)火源后，材料持續(xù)有焰燃燒的時(shí)間。
（3）無(wú)焰燃燒在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，移開點(diǎn)火源后，當(dāng)有焰燃燒終止或無(wú)火焰產(chǎn)生時(shí)，材料保持輝光的燃燒。
（4）無(wú)焰燃燒時(shí)間在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，當(dāng)有焰燃燒終止或移開點(diǎn)火源后，材料持續(xù)無(wú)焰燃燒的時(shí)間。
（5）線性燃燒速度在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)條件下，單位時(shí)間內(nèi)，燃燒前沿在試樣表面長(zhǎng)度方向上傳播（蔓延）的距離。
【實(shí)驗(yàn)裝置和材料】
本生燈：管長(zhǎng)80~100mm，內(nèi)徑（9.5±0.5）mm。
試樣支架：配有試樣夾，能調(diào)節(jié)試樣的垂直高度。
計(jì)時(shí)器：秒表或其他相應(yīng)的計(jì)時(shí)裝置。
量具：不銹鋼直尺，*小分度值不大于1mm。
燃?xì)猓汗I(yè)級(jí)甲烷�？刹捎脽嶂导s為37MJ/m³的其他燃燒氣，如天然氣、液化石油氣、煤氣等。如有爭(zhēng)議時(shí)必須采用工業(yè)級(jí)甲烷。
醫(yī)用脫脂棉：要求干燥清潔，棉層（未經(jīng)壓縮）尺寸約為50mm×50mm×6mm。
通風(fēng)裝置：實(shí)驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)過程中不能排風(fēng)。
【試樣】
試樣長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果不能與標(biāo)準(zhǔn)試樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中注明。
        5個(gè)試樣為一組。
【實(shí)驗(yàn)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?xì)忾y，在遠(yuǎn)離試樣處點(diǎn)燃本生燈，調(diào)節(jié)燃?xì)忾y使之產(chǎn)生高度約為20mm的黃色火焰，再調(diào)節(jié)空氣流量使之成為高度為（20±1）mm的藍(lán)色火焰。
（3）將火焰對(duì)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(shí)氣動(dòng)秒表，記錄有焰燃燒時(shí)間。如果試樣燃燒時(shí)間有熔融或燃燒滴落物，應(yīng)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(dāng)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(shí)間和無(wú)焰燃燒的時(shí)間。
（5）重復(fù)第2步至第5步，實(shí)驗(yàn)一組試樣。
上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司，生產(chǎn)供應(yīng)水平垂直燃燒試驗(yàn)儀、漏電起痕試驗(yàn)儀、灼熱絲試驗(yàn)儀。

【影響因素】
（1）試樣厚度試樣厚度對(duì)其燃燒速度有明顯影響。當(dāng)試樣厚度小于3mm時(shí)，其燃燒速度隨厚度的增加而急劇減��；當(dāng)試樣厚度達(dá)到3mm后，燃燒速度隨厚度的變化就比較小了。這一當(dāng)面是由于在加熱階段，把試樣加熱至分解溫度所需要的時(shí)間與其質(zhì)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(fā)生在表面上，厚度越小的試樣，單位質(zhì)量具有的表面積就越大。（詳細(xì)咨詢：上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司）
         同樣的的厚度變化，對(duì)不同材料燃燒速度的影響程度也有很大差別。對(duì)于比熱容和熱導(dǎo)率較小、又沒有熔滴行為的材料，如PMMA，影響較小；反之，對(duì)比熱容和熱導(dǎo)率較大又有熔滴的PE，影響就較大。
        試樣厚度對(duì)垂直燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)間越長(zhǎng)；反之，試樣越厚，其總的有焰燃燒時(shí)間越短。當(dāng)試樣厚度相差較大時(shí)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果甚至相差一、兩個(gè)級(jí)別。厚度小于3mm的試樣，燃燒時(shí)易出現(xiàn)卷曲和崩斷現(xiàn)象，從而影響了實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)定性和重復(fù)性。
       由于上述原因，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)試樣厚度作了嚴(yán)格規(guī)定，并且明確指出：厚度不同的試樣，其實(shí)驗(yàn)結(jié)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(shí)驗(yàn)條件下。對(duì)垂直燃燒實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，試樣的燃燒時(shí)間也受到其密度的影響。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，密度不同的試樣，其實(shí)驗(yàn)結(jié)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(chǎn)生各向異性。各向異性材料的不同方向?qū)υ嚇拥拇怪比紵阅苡兄欢ǖ挠绊�。因此�?biāo)準(zhǔn)規(guī)定，方向不同的試樣，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果不可相互比較，并要求在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)與試樣尺寸有關(guān)的各向異性的方向加以說(shuō)明。
（4）試樣狀態(tài)調(diào)節(jié)條件的影響   試樣的狀態(tài)調(diào)節(jié)條件對(duì)材料的垂直燃燒性能有著不同程度的影響。一般來(lái)說(shuō)，溫度高些、濕度小些，其總的有焰燃燒時(shí)間（垂直法）相對(duì)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(duì)于不同類型的材料，狀態(tài)調(diào)節(jié)條件對(duì)‘純’塑料試樣，影響較�。欢鴮�(duì)層壓材料和泡沫材料影響程度則相對(duì)大些。
     在標(biāo)準(zhǔn)中還規(guī)定了另外一種狀態(tài)調(diào)節(jié)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(huì)隨存放時(shí)間而變化的緣故。
     為了避免氣候條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試樣進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)和實(shí)驗(yàn)環(huán)境都作了相關(guān)規(guī)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(guī)定使用工業(yè)級(jí)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(jié)果”。從文獻(xiàn)查出只有天然氣符合此要求。
        實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，無(wú)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(guī)格、火焰高度與顏色以及點(diǎn)火時(shí)間都符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都基本相同。這是因?yàn)槿細(xì)饣鹧嬷蛔鳛榧訜岬臒嵩�，只要能將試樣點(diǎn)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(shù)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(jīng)足夠。橡膠材料被點(diǎn)燃后，因?yàn)榻^大多數(shù)橡膠燃燒時(shí)火焰溫度都高達(dá)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定也可采用天然氣，液化石油氣、煤氣等可燃?xì)怏w，但仲裁實(shí)驗(yàn)必須采用工業(yè)級(jí)甲烷氣。
( 6 ) 火焰高度和火焰顏色的影響    火焰高度不同對(duì)橡膠材料的垂直燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大影響。對(duì)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(lán)色火焰時(shí)燃燒完全，溫度較高；反之，帶有黃色頂部的火焰，溫度要相對(duì)低些。但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，火焰顏色不同對(duì)垂直燃燒實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響并不明顯。為避免不必要的爭(zhēng)議并與標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，中也同樣規(guī)定火焰顏色應(yīng)調(diào)成藍(lán)色。
（7）點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)短的影響　　對(duì)垂直法，點(diǎn)火時(shí)間太短，試樣不易點(diǎn)燃；而點(diǎn)火時(shí)間長(zhǎng)了，對(duì)多數(shù)材料的測(cè)試結(jié)果有很大影響。因此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩次施焰的都嚴(yán)格地規(guī)定為１０ｓ。
（８）熔融或燃燒著的滴落物的影響　　實(shí)踐證明，橡膠材料燃燒時(shí)熔融滴落物與燃燒著的碎塊常常是火災(zāi)蔓延和擴(kuò)大的重要原因。試樣如有帶火的滴落物落下，就會(huì)在金屬網(wǎng)上繼續(xù)燃燒，使試樣再次受到加熱和點(diǎn)燃。對(duì)于垂直燃燒法，則在試樣下方約３００ｍｍ處鋪放了干燥的醫(yī)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(wú)焰燃燒時(shí)間只達(dá)到ＦＶ－１級(jí)，甚至ＦＶ－０級(jí)，也要被判定為ＦＶ－２級(jí)。
（９）設(shè)備、儀器的的影響　　進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，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(fēng)不當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)通風(fēng)柜或通風(fēng)櫥的尺寸、結(jié)構(gòu)及排風(fēng)裝置的使用方法都作了細(xì)致的規(guī)定。另外，本生燈的結(jié)構(gòu)和燈管口徑、特別是計(jì)時(shí)裝置的精度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有很大影響，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此也作了嚴(yán)格的規(guī)定。
（１０）操作人員主觀因素的影響　　垂直燃燒實(shí)驗(yàn)杯認(rèn)為是主觀性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。只要稍不留意，那么，用同樣設(shè)備，對(duì)相同試樣相同操作，也會(huì)對(duì)產(chǎn)生一定變差，甚至?xí)玫讲煌目扇夹约?jí)別。因此，實(shí)驗(yàn)時(shí)嚴(yán)格按操作規(guī)定操作，觀察要特別認(rèn)真仔細(xì)。
上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司，生產(chǎn)供應(yīng)水平垂直燃燒試驗(yàn)儀圖１
上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司　漏電起痕試驗(yàn)儀　圖２

上海皆準(zhǔn)儀器設(shè)備有限公司　灼熱絲試驗(yàn)儀圖３