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锥形量热仪

操作使用说明书

适用于如下LISUN型号: LS-ISO5660

 

1. 设备基础认知

1.1 设备组装

1.1.1拆箱

共两个木箱,小木箱内含燃烧平台,其它所有的在大木箱。请全部小心拆开。

以下为主机:

锥形量热仪-图1
图1

以下为燃烧平台:

锥形量热仪-图2
图2

以下为气体分析柜:

锥形量热仪-图3
图3

以下为气泵:

锥形量热仪-图4
图22

1.1.2主机组装

主机下面轮子已经锁死,轮子顺时针旋转即松开:

锥形量热仪-图5
图4

此处放有装有配件的纸箱,可先将该后门打开,将配件箱取出:

锥形量热仪-图6
图5

光路的一端拆好了放在此处:

锥形量热仪-图7
图6

将其安装至如下位置即可:

锥形量热仪-图8
图7

将打包好的烟管及配件拆出:

锥形量热仪-图9
图8

锥形量热仪-图10
图9

安装在此处:

锥形量热仪-图11
图10

烟管的热电耦插头连接至“to 2”:

锥形量热仪-图12
图11

“to 1”处热电耦包装时有可能被拔下,将下图中热电耦插头重新连接至“to 1”:

锥形量热仪-图13
图12

烟管气体软管连接,标记为HIGH的软管连接至烟管低处金属管,标记为LOW的软管连接至烟管高处金属管:

锥形量热仪-图14
图13

锥形量热仪-图15
图14

锥形量热仪-图16
图15

试验过程中,烟管另一端会排出烟雾,请根据场地需要通畅连接至户外。

1.1.3燃烧平台组装

将此处的横梁拆下,然后将燃烧平台推入:

锥形量热仪-图17
图16

锥形量热仪-图18
图17

并将燃烧平台所有的线缆连接到主机,三个热电耦无需区分:

锥形量热仪-图19
图18

然后再将拆下的横梁装回。

1.1.4气体分析柜组装

直接将其移动至如下位置:

锥形量热仪-图20
图19

气体分析柜如下两根线:

锥形量热仪-图21
图20

连接至主机如下两个端子,一根为通讯线,一根为电源线:

锥形量热仪-图22
图21

1.1.5气泵组装

下图为气泵:

锥形量热仪-图23
图22

将其电源线和气管按标记连接至气体分析柜背面,见下图:

锥形量热仪-图24
图23

这样,主机的电源线就可以给整套系统所有设备供电,见下图:

锥形量热仪-图25
图24

1.2 设备组成与功能划分

1.2.1 核心模块

设备由标准气体分析柜、测试控制柜、燃烧测试平台、测量段四大核心模块组成,各模块功能明确且协同工作:

锥形量热仪-图26
图25

①标准气体分析柜:负责烟气采样、过滤、冷凝及组分分析。内部集成调压阀、舒茨冷凝器、取样泵等核心部件,取样管路采用 316 不锈钢材质以确保气体纯度。前端面板集成干燥剂、样气 / 标气选择阀、转子流量计及电源、取样泵等控制按钮;后端连接电源线与通讯线,可作为独立设备适配其他热释放测试系统。

②测试控制柜:承担电路集成、功能控制及数据显示功能。内置西门子 PLC 控制系统,实现数据采集与设备联动控制;配备 19 寸触控工业一体机及无线鼠标键盘,内置上位机控制软件。前端面板集成主控开关、急停按钮、调速旋钮、风机 / 加热 / 点火控制键等;后端预留燃气进气管、标准气体柜供电插座及通讯接口,侧面设燃烧测试柜控制航空插与热电偶快插接口。

③燃烧测试平台:为试样燃烧提供测试环境,集成加热辐射罩(含三支测温热电偶)、西门子称重系统、高压点火装置及大理石操作平台,可直接放置试样安装架并实现实时称重。

④测量段:包含集烟罩、排烟管、排烟风机、光路测试系统、取样系统、差压测试系统及温度测试系统等部件,可整体拆除,降低运输难度并提升维护效率。

1.2.2 关键组件

辐射锥:额定功率 5000W,热通量 0~100kW/m²,采用 PID 温度控制器(西门子 PLC 内部集成)调节,可水平或垂直放置;暴露试样表面中心 50×50mm 区域的辐照偏差≤±2%。

气体分析仪:包含顺磁性氧气分析仪、CO₂分析仪及 CO 分析仪。氧气分析仪测量范围 0-25%,T90<1.5s,零点漂移与测量值偏移均 < 0.5%/ 月,线性误差 < 当前量程 1%;CO₂分析仪范围 0-10%,漂移与噪音均 < 100ppm;CO 分析仪范围 0-1%,漂移与噪音均 < 20ppm。

称重系统:称量范围 0~3000g,显示精度 0.01g,测量精度 0.1g,可实时监测试样燃烧过程中的质量变化。

点火器:带安全切断装置的高压火花发生器,输出电压 10kV,可自动定位,点火针与喷嘴间距需调节至 3-5mm。

光路系统:含激光发射器、接收器及透光率校准组件,用于测量烟气透光率以计算发烟量,需定期进行 100%/0%/50% 透光率标定。

1.2.3 辅助系统

排气系统:由风机、集烟罩、进排气管道及孔板流量计组成。排烟风机流量范围 0~0.034m³/s,排气流量通过风机上方 350mm 处的锐缘孔板(内径 57mm±1mm)压差测量确定;环形取样器位于距集烟罩 685mm 的进气管道内,带 12 个小孔以均化气流组分。

冷却系统:含原厂便携式水冷却系统(热流计专用,无需外接自来水)与舒茨冷凝器(冷凝温度 0~5℃,配备蠕动泵自动排水),可有效控制设备及烟气温度。

数据采集软件:可记录氧分析仪、孔板流量计、热电偶等设备输出数据,自动计算热释放速率、质量损失速率等参数,并生成试验曲线与报告。

1.2.4 配件介绍

试样辅助配件:样品支架(适配 100mm×100mm×≤50mm 试样)、样品盒、厚度 0.025-0.04mm 的铝箔、厚度 13mm 且密度 65kg/㎡的耐火纤维层(1-2 层)、高度为23mm/25mm/35mm钢尺、气体三通。

标定配件:250g/50g/100g/200g 标准砝码(精度 ±0.1g)、0%/50%/100%透光率遮光片。

耗材配件:无水硫酸钙干燥剂、气体过滤芯等。

锥形量热仪-图27
图26

1.3 核心技术原理

1.3.1 耗氧原理核心

锥形量热仪的核心测试原理为耗氧原理:材料燃烧时消耗单位质量氧气所释放的热量基本恒定。根据 Hugget 1980 年的研究结论,建筑业与商业中常用的塑料及其他固体材料遵循此规律,其定值为 13.1MJ/kg±5%(ISO 5660-1-2015 确认此数值有效性)。

试验中,燃烧产生的烟气经集烟罩收集并在排气管充分混合后,通过孔板流量计测量质量流量,气体分析仪检测 O₂、CO₂、CO 浓度。通过计算燃烧过程中消耗的氧气质量,结合耗氧定值即可推导材料的热释放速率,公式简化为:

热释放速率(HRR)= 消耗氧气质量 × 13.1MJ/kg

1.3.2 关键参数测量逻辑

热释放速率(HRR):通过氧浓度变化与排气流量计算耗氧量,再结合耗氧定值推导,是评价材料燃烧强度的核心参数。

质量损失速率(MLR):由称重系统实时监测试样质量变化,除以试样面积及时间得到,反映材料燃烧过程中的失重快慢。

发烟量:通过光路系统测量烟气对激光的遮挡率,结合排气流量计算,表征材料燃烧产烟能力。

C – 系数:通过标定燃烧器(甲烷燃烧)校准系统响应,修正气体分析与流量测量的系统误差,确保 HRR 计算准确性。

1.4 引用标准与关键术语

1.4.1 核心标准

ISO 5660-1-2015:《建筑材料和制品的燃烧性能 第 1 部分:使用锥形量热仪测定热释放速率、发烟量和质量损失》。

GB/T 16172-2007:《建筑材料热释放速率试验方法》。

ISO 554:《调节和试验用标准环境》。

GB/T 2918:《塑料试样状态调节和试验的标准环境》。

ISO 13943:《消防安全》。

ISO/TR 14697:《建筑制品衬底的选择指南》。

1.4.2 基础术语

基本平面平整:试样表面不平整处与平面的偏差≤±1mm。

闪燃:试样表面或上方出现的火焰持续时间 < 1s 的燃烧现象。

引燃:试样表面或上方出现持续火焰的现象。

辐射照度:入射到试样表面某点面元的辐射通量与该面元面积的比值,单位 kW/m²。

持续燃烧:火焰持续时间 > 10s 的燃烧现象。

短暂燃烧:火焰持续时间 1s~10s 的燃烧现象。

C – 系数:用于修正系统响应偏差的标定常数,常规范围 0.038~0.045。

恒重:间隔 24h 的两次称量中,试样质量差≤试样质量的 0.1% 或 0.1g(取数值较大者)。

2. 试验前期准备

2.1 环境与设备前置检查

2.1.1 环境条件确认

依据 ISO 554 标准,试验环境需满足:温度:(23±2)℃;相对湿度:(50±5)%;环境洁净度:无明显粉尘、腐蚀性气体,避免气流直吹燃烧测试平台。

2.1.2 设备状态核查

排气系统:检查集烟罩、排烟管是否通畅,无杂物堵塞;启动风机,听运行声音是否正常,确认排烟功能正常。

管路密封性:若上次试验后拆卸过气体取样系统的分离器或过滤器,需进行泄漏检测:开启取样泵,以通入样品气的流量和压力(气瓶压力 < 0.2MPa)通入纯氮气,氧分析仪读数应接近零。

部件完整性:检查辐射锥、点火器、热电偶、热流计等关键部件是否完好,无变形、损坏或松动。

冷却系统:检查冷凝器水位正常,隔膜泵排水功能正常;便携式水冷却系统水量充足,无泄漏。

2.1.3 电源检查

必须使用至少 32A、无漏保、单相三线制电源,且设备外壳需可靠接地(接地电阻 < 4Ω),避免漏电或电磁干扰影响测试精度。

检查电源插座、线路无破损,连接牢固,确保设备供电稳定。

2.2 试剂与耗材准备

2.2.1 标气与试剂

名称

规格要求

用途

注意事项

纯氮气

纯度≥99.99%

气体分析仪零点标定、管路泄漏检测

储存于耐压钢瓶,使用时压力≤0.2MPa

甲烷气

纯度≥99.5%

热释放速率标定

易燃气体,远离火源,钢瓶压力调节至 0.15MPa

标准混合气

O₂:20.5%、CO₂:8.5%、CO:0.85%(平衡气 N₂)

气体分析仪高点标定

需在有效期内使用,避免阳光直射

无水硫酸钙

分析纯

干燥剂,用于气体脱水

变色后立即更换,确保气体分析仪稳定

2.2.2 试样辅助材料

铝箔:厚度 0.025-0.04mm,预先剪裁为略大于试样尺寸(需包覆底面及侧面,超出上表面 3mm)。

耐火纤维层:厚度 13mm,密度 65kg/㎡,需裁剪为与定位架匹配的尺寸,每次使用 1-2 层。

基材:与试样最终使用环境匹配的惰性材料(如硅酸钙板),厚度按需调整,确保试样总厚度≥6mm(针对厚度 < 6mm 的试样)。

清洁工具:无尘布、酒精(用于清洁试样表面油污或杂质)。

2.3 安全防护措施

2.3.1 个人防护

操作人员必须佩戴耐高温防护手套(接触辐射锥、试样安装架等高温部件时)、护目镜(防止试样熔融物或碎片喷溅)。

长发需束起,禁止穿着宽松衣物或佩戴饰品,避免卷入设备或接触高温部件。

2.3.2 风险预警

燃气泄漏检测:试验前用肥皂水涂抹甲烷气路接口,观察是否有气泡产生;若闻到燃气异味,立即关闭气瓶阀门,开启实验室门窗通风,禁止点火或操作电器开关,待异味消散后排查泄漏点。

高压警示:点火器输出电压为 10kV,试验中禁止触摸点火针及高压引线,避免触电;点火失败时需先关闭点火开关再检查。

高温警示:辐射锥工作时表面温度极高,禁止在无防护状态下接触;试验后需待设备冷却至室温(≤50℃)再进行清洁或维护。

排气警示:确保建筑排气系统排气能力充足,将燃烧产生的有毒有害气体(如 CO)及时排出室外,实验室需配备有毒气体检测仪。

3. 设备标定(调试核心流程)

3.1 气体分析仪标定(分析仪需提前 24 小时开机预热;首次开机或停机后再次开机需标定 1 次,设备常开则每周标定 1 次)

3.1.1 CO2零点与高点标定

氮气罐、混合气罐分别连接至气体三通,再由三通连接至‘标气口:

锥形量热仪-图28
图27

气体切换开关,切换至“标气”:

锥形量热仪-图29
图28

启动冷凝器:(注:气体分析仪标定时不需要开取样泵)

锥形量热仪-图30
图29

气体三通切换至氮气,打开氮气阀门,缓慢调节减压阀,使分析仪 “O₂” 与 “CO/CO₂” 转子流量计流量稳定在 800-900cc/min。

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图30

进入气体分析仪校准界面:

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图31

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图32

锥形量热仪-图34
图33

锥形量热仪-图35
图34

锥形量热仪-图36
图35

等待5分钟,读数稳定后,输入0,并点OK进行零点标定。

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图36

自动进入高点定标界面。将气体三通切换至混合气罐,缓慢调节减压阀,使分析仪 “O₂” 与 “CO/CO2” 转子流量计流量稳定在 800-900cc/min。等待5分钟,读数稳定后,根据所使用混合气体含量表,输入CO2含量,并点OK完成高点定标。

锥形量热仪-图38
图37

锥形量热仪-图39
图38

3.1.2 CO和O2零点与高点标定

参考3.1.1,同样的方法将CO和O2的零点与高点定标。

关闭标气阀门,用氮气吹扫管路 5min,结束标定。移除标气连接,将气体切换开关切换至“样气”。(注:气体切换开关切换至“样气后”才可将取样泵“Sampling Pump”打开。)

锥形量热仪-图40
图39

3.2 称重设备标定(每周一次)

打开测试控制柜电源及称重系统开关,进入“称重设备标定”界面。

锥形量热仪-图41
图40

锥形量热仪-图42
图41

根据提示,将 250g 标准砝码放置在称重平台中心,点击软件 “归零” 按钮,待显示 “0.00g” 后移除砝码。

锥形量热仪-图43
图42

锥形量热仪-图44
图43

依次进行梯度标定:

放置 50g 砝码,待读数稳定(波动≤0.01g),点击软件 “50g” 按钮;

添加100g 砝码,稳定后点击 “100g” 按钮;

添加200g 砝码,稳定后点击 “200g” 按钮;

添加第二个 200g 砝码(总 400g),稳定后点击 “第二次 200g” 按钮。

最后提示如下,称重设备标定结束,点击“Exit”退出,并移除所有砝码。

锥形量热仪-图45
图44

3.3 热释放速率标定(每月一次)

前置设置

启动风机,调节排气流量至(0.024±0.002)m³/s;

锥形量热仪-图46
图45

测试界面可观测时实排气流量:

锥形量热仪-图47
图46

锥形量热仪-图48
图47

取样泵与冷凝器依然为开启状态;

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图48

连接甲烷气钢瓶至设备背面燃烧测试平台的甲烷接口,调节压力至 0.15MPa。

锥形量热仪-图50
图49

锥形量热仪-图51
图50

标定执行

将标定燃烧器放置在辐射锥下端第二孔位,燃烧孔朝上,确保位置居中;

锥形量热仪-图52
图51

锥形量热仪-图53
图52

进入软件 “热释放速率标定” 界面,点击 “准备完成”,系统自动采集 1min 基线数据;

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图53

锥形量热仪-图55
图54

基线采集结束后,按下面板 “点火” 按钮,

锥形量热仪-图56
图55

然后立即将点火针移至置于燃烧器上端 5mm 处,待火焰点燃后,移开点火针。

锥形量热仪-图57
图56

稳定燃烧后,点击软件 “点火完成”;

锥形量热仪-图58
图57

系统持续记录 3min 数据,自动计算 C – 系数,正常范围为 0.038-0.045;

锥形量热仪-图59
图58

若 C – 系数超出范围,检查甲烷压力、排气流量是否正常,重新标定。

结束操作:关闭甲烷气瓶阀门,待燃烧器火焰熄灭后,关闭点火开关,移去燃烧器,吹扫甲烷管路 3min。

3.4 辐射锥热流标定(每月一次)

启动风机,调节排气流量至(0.024±0.002)m³/s,取样泵和冷凝器依然为开启状态。

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图59

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图60

进入软件 “辐射锥标定” 界面,

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图61

根据提示,按下“Heating”键,设置所需要的目标热流值(如 25kW/m²、50kW/m²),点击 “准备完成”。

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图62

锥形量热仪-图64
图63

放置热流计:

非膨胀材料测试:将热流计放置在辐射锥下端第一孔位;

膨胀材料测试:将热流计放置在第二孔位。

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图64

锥形量热仪-图66
图65

锥形量热仪-图67
图66

点击软件 “热流计放入” 按钮,系统通过 PID 调节自动升温至目标热流对应的温度。

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图67

待软件提示 “热流标定完成”(热流值波动≤±1kW/m²,持续 1min),记录对应温度值,自动保存至系统后台。

锥形量热仪-图69
图68

关闭加热开关,待热流计冷却至室温后取出,关闭风机与取样泵。

3.5光路系统(烟密度计)标定(每次测试前都可以做一次)

设备上电至少 30min,确保激光发射器与接收器信号稳定,进入软件 “光路标定” 界面。

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图69

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图70

入射光近光端透镜校准孔:

锥形量热仪-图72
图71

出射光远光端透镜校准孔:

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图72

从左至右分别为100%透光片、0%透光片、50%透光片。

锥形量热仪-图74
图73

100% 透光率标定:在光路无遮挡状态下,点击 “入射光 100%”“出射光 100%” 按钮,记录数据(可重复点击 3 次取平均值)。

0% 透光率标定:将 0% 透光遮光片分别放置在入射光与出射光校准孔,依次点击 “入射光 0%”“出射光 0%” 按钮,记录数据。

50% 透光率标定:更换 50% 透光遮光片,重复上述操作,点击 “入射光 50%”“出射光 50%” 按钮。

点击 “计算” 按钮,软件自动生成透光率修正系数,数值在 45-55 之间为正常,见下图;若超出范围,清洁遮光片及光路镜片后重新标定。

锥形量热仪-图75
图74

注:每次试验开始前需重新点击 “入射光 100%”“出射光 100%” 按钮校准。

4. 试样制备与安装

4.1 试样制备规范

4.1.1 试样要求

尺寸规格:100mm×100mm 的正方形,厚度≤50mm;暴露表面需齐平(偏差≤±1mm)。

数量要求:除非另有规定,每种辐射照度及暴露表面条件下需制备 3 个平行样,确保试样具有代表性。

厚度处理:厚度 < 6mm 的试样,需粘贴在基材上,使总厚度≥6mm,基材应不影响试样燃烧性能(如惰性材料)。

4.1.2 状态调节

依据 ISO 554 标准,将试样置于(23±2)℃、相对湿度(50±5)% 的环境中养护至恒重。

恒重判断:隔 24h 的两次称量中,质量差≤试样质量的 0.1% 或 0.1g(取较大者)。

特殊材料:聚酰胺等需长期养护的材料,依据 GB/T 2918 标准养护不少于 1 周,养护时间需在试验报告中注明。

4.1.3 称重归零

将样品盒、样品支架、铝箔等所有试验辅料放置在称重平台上,确保放置居中且稳定。

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图75

打开称重系统,进入测试界面,点击上位机软件 “称重归零” 按钮,待显示 “0.00g” 后移除辅料,准备试样称量与包覆。

锥形量热仪-图77
图76

4.2 试样包覆与组装

4.2.1 试样包覆

用无尘布蘸酒精清洁试样表面,去除油污或杂质,晾干后称量试样质量(精确至 0.01g)并记录。

取剪裁好的铝箔,光泽面朝向试样,将试样放置在铝箔中心。

包覆试样底面及侧面,确保铝箔与试样紧密贴合,剪掉多余铝箔,使铝箔超出试样上表面≤3mm(避免影响辐射照射)。

柔软试样处理:使用与试样厚度相同的模拟试样预制铝箔套,再将实际试样装入铝箔套中,确保包覆平整。

4.2.2 安装固定

将定位架倒置于大理石操作平台上,确保台面平整无杂物。

将包好铝箔的试样暴露表面向下放入定位架内,调整位置使试样居中。

在试样顶部铺设耐火纤维层(1-2 层),纤维层需超出定位架边缘,确保完全覆盖试样。

将试样安装架置于耐火纤维层顶部,缓慢装入定位架并轻轻压紧,避免试样移位。

用固定螺栓将定位架与试样安装架连接牢固,确保组装后无松动;组装完成后应看不到铝箔,否则需重新调整。

5. 试验核心操作

5.1 系统启动与参数设置

5.1.1 开机流程

打开标准气体分析柜电源,启动气体分析仪(提前 24h 预热完成)、取样泵、冷凝器(设定温度 4℃)。

打开测试控制柜总电源,启动风机,调节调速旋钮使排气流量稳定在(0.024±0.002)m³/s。

按下辐射锥加热按钮,调用已标定的热流值(如 25kW/m²),点击“Start heating”系统自动升温至目标温度。

锥形量热仪-图78
图77

5.1.2 参数调节

排气流量:通过孔板流量计两侧压差监测,实时调节风机调速旋钮,确保流量波动≤±0.001m³/s。

辐射锥距离:调节辐射锥高度,使下表面与试样上表面距离符合试验要求(通常为 25mm,可在软件中设置),偏差≤±1mm。

数据采集周期:标准设置为 3-5s;预计燃烧时间 < 5min 的试样,可缩短至 1s(需在软件中手动调整)。

试验时长:默认设置为 32min(含 30min 燃烧测试 + 2min 追加采集),可根据试样特性修改,但最短不低于 5min。

5.2 试验过程执行

5.2.1 放置样品,基线采集

在称重平台上放置隔热层(由带耐热纤维垫的空安装架充当),避免辐射热影响称重精度。

根据软件提示,加热完成后,放置样品,使用手柄将辐射屏蔽层移至样品上方,

锥形量热仪-图79
图78

点击 “开始基线采集”,持续采集 1min。

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图79

基线数据需满足:氧浓度接近 21%、热流值波动≤±1kW/m²、称重稳定,否则排查设备状态后重新采集。

5.2.3 点火与监控

基线采集完毕,根据提示,移开辐射屏蔽层,点击开始测试。

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图80

按下“Ignition”,1s内移动点火针于试样表面上方 5mm 处进行点火。样品引燃时可按下“Time”键以记录引燃时间,熄灭后再次按下“Time”键记录熄灭时间。如多次点燃,可多次按下记录。

密切观察试样燃烧状态,记录以下时间:

闪燃时间:火焰持续 < 1s 的出现时刻;

短暂燃烧时间:火焰持续 1-10s 的出现时刻;

引燃时间:火焰持续 > 10s 的出现时刻。

引燃后立即移开点火针;若火焰熄灭,15s 内重新将点火针移至样品上方,保持点火状态至试验结束,同时在软件中记录该异常情况。

试验过程中每 5min 记录一次试样外观变化(如熔化、膨胀、爆裂、滴落等),并实时监控数据曲线(热释放速率、质量损失等),若出现异常波动需标记原因。

5.3 试验终止与关机

5.3.1 终止条件

满足以下任一条件时,软件自动停止数据采集(也可手动终止,但需记录原因):

持续燃烧 32min 后(系统自动结束);

试样 30min 内未被引燃(需确认无热释放速率峰值);

氧浓度恢复至与试验前浓度相差0.01%的范围内,且持续 10min;

试样质量降至 0g(完全燃烧)。

注:无论何种情况,试验持续时间均不得少于 5min,否则数据无效。

5.3.2 关机顺序

点击软件 “结束试验”,保存试验数据并生成原始曲线。

关闭辐射锥加热开关,待辐射锥温度降至 200℃以下再进行后续操作。

移去试样安装架(若有残留熔融物,需冷却后清理),在称重平台上重新放置隔热层。

关闭点火器电源、光路系统、称重系统。

继续运行风机与取样泵 30min,吹扫管路内残留烟气,然后关闭风机与取样泵。

关闭冷凝器、气体分析仪,最后关闭标准气体分析柜与测试控制柜总电源。

清理试验平台,将试样残渣按危废规定处理。

6. 数据处理与报告

6.1 数据有效性判断

6.1.1 平行样核查

对 3 个平行样的 “引燃后 180s 内热释放速率平均值” 进行计算,若单个试样与平均值的偏差≤10%,则数据有效,取 3 个试样的算术平均值作为结果。

若偏差 > 10%,需另取 3 个试样重新试验,最终报告 6 个试样的算术平均值,并注明初始试样的异常情况。

6.1.2 异常排除

出现以下情况时,试验数据无效,需重新测试:

试样熔化溢出试样安装架,导致质量损失测量不准;

试样爆炸性剥落或过度膨胀,接触点火器或辐射锥下表面;

气体分析仪、称重系统等设备出现故障(如数据漂移超出标准);

试验过程中排气流量波动 >±0.002m³/s。

6.2 关键参数计算

6.2.1 热释放速率(HRR)

采用梯形积分法计算平均值与峰值:

积分初值确定:取最接近引燃时刻的热释放速率值,或最后一个负值后的首个读数。

180s 平均值计算(以 5s 采集周期为例)

求和初值后的 35 次采集值(共 180s);

计算 “初值的 1/2 + 第 36 次采集值的 1/2”;

总积分值 = 上述两项之和 ×5s,平均值 = 总积分值 ÷180s。

峰值:取引燃后热释放速率曲线中的最大值,精确至 0.1kW/m²。

6.2.2 质量损失相关参数

质量损失(ML):初始质量与试验后剩余质量的差值,单位 g/m²(质量损失除以试样面积)。

平均质量损失速率(MLR)

常规计算:质量损失 ÷(试验结束时间 – 引燃时间),单位 g/(m²・s);

特征计算:取质量损失 10%-90% 期间的数据,按上述公式计算。

6.2.3 其他参数

总热释放量(THR):对整个试验过程的热释放速率进行梯形积分,单位 MJ/m²。

C – 系数:取热释放速率标定中的计算值,保留 4 位小数。

发烟量:根据光路系统测得的透光率,结合排气流量计算,单位 m²/m²。

6.3 试验报告展示

6.3.1 基础信息

报告需包含以下核心内容:

实验室名称、地址及试验日期;

委托单位、制造商 / 供应商名称及地址;

试验者、试样商品名、标识码、组成及颜色;

试样规格:厚度(mm)、质量(g)、密度(kg/m³)(复合材料需注明各组分参数);

试验条件:辐射照度(kW/m²)、排气流量(m³/s)、C – 系数、试样安装方式;

平行样数量及有效性判断结果。

7. 日常维护与应急

7.1 日常维护流程

7.1.1 即时维护(每次试验后)

冷阱 / 冷凝器:排净内部凝结水,观察排水是否通畅,若有堵塞需用压缩空气吹扫。

干燥剂:检查标准气体分析柜内的无水硫酸钙,若由蓝色变为粉色,立即更换;更换时需关闭取样泵,避免空气进入管路。

试样残渣清理:用专用工具清理燃烧测试平台、集烟罩及排烟管内的残渣,禁止用水直接冲洗高温部件。

管路检查:检查气体取样管路是否有弯折或泄漏,接头处是否松动,若有需及时紧固或更换。

7.1.2 定期维护(每月一次)

设备标定复查:重新进行气体分析仪零点标定、称重设备标定及光路标定,确保精度符合要求。

管路排空:更换不同气体前,用氮气吹扫管路 5-10min,排空残留气体,避免混合反应。

电气系统检查:检查电源线、接地线是否完好,各按钮、开关是否灵敏,接触是否良好。

冷却系统维护:更换冷凝器冷却液(每年更换一次),检查便携式水冷却系统水位,补充蒸馏水(禁止用自来水)。

配件校准:送校标准砝码与遮光片,确保标定用配件精度达标。

7.2 常见故障处置

故障现象

可能原因

处置方法

点火器无高压点火

1. 高压引线松动或破损;2. 点火针与喷嘴间距不符(需 3-5mm);3. 点火器电源故障

1. 重新紧固或更换高压引线;2. 用卡尺调整间距至 3-5mm;3. 联系专业人员维修电源

气体分析仪数据漂移大

1. 干燥剂失效;2. 管路泄漏;3. 分析仪未预热充分

1. 更换无水硫酸钙;2. 进行氮气泄漏检测并紧固接头;3. 确保预热时间≥24h

称重数据不稳定

1. 称重平台有振动;2. 隔热层未放置或失效;3. 试样安装架松动

1. 排除环境振动源;2. 重新放置隔热层;3. 紧固安装架螺栓

热释放速率曲线异常(无峰值)

1. 辐射热流未达标;2. 排气流量偏差大;3. 试样未引燃

1. 重新标定辐射锥热流;2. 调节风机流量至标准范围;3. 检查点火器或增加辐射照度

冷凝器不制冷

1. 冷却液不足;2. 隔膜泵故障;3. 温度控制器失灵

1. 补充冷却液;2. 检查泵体电源与叶轮,更换损坏部件;3. 校准或更换温度控制器

7.3 安全应急措施

7.3.1 燃气泄漏应急

立即关闭甲烷气瓶总阀门,按下测试控制柜 “急停” 按钮,切断设备电源。

严禁开启任何火源(如打火机、酒精灯)及电器设备(如排风扇、照明),防止电火花引燃燃气。

打开实验室所有门窗,保持自然通风,加速燃气扩散;若泄漏量较大,立即撤离实验室并拨打消防电话。

待燃气异味消散后,用肥皂水排查泄漏点(重点检查气瓶接口、管路接头),更换损坏的密封圈或管路后,方可重新使用。

7.3.2 高温烫伤应急

若皮肤接触高温部件(如辐射锥、试样安装架),立即用流动的冷水冲洗烫伤部位 15-20min,降低皮肤温度。

若烫伤部位出现水泡,禁止自行挑破,用无菌纱布覆盖后及时就医。

若熔融物喷溅至眼睛,立即用洗眼器冲洗 10min(保持眼睑张开),避免揉搓眼睛,随后就医检查。

7.3.3 设备过载应急

若设备出现异常噪音、冒烟或异味,立即按下 “急停” 按钮,切断总电源。

待设备冷却后,检查电气系统(如线路、接触器、电机)是否过载损坏,禁止在未排查故障的情况下重新开机。

电气故障需由具备资质的电气从业人员维修,严禁自行拆解设备。