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垂直燃烧实验原理及操作步骤、垂直燃烧试验仪实验因素

阅读次数：4495 发布时间：2017/6/14 17:50:32

　　　　垂直燃烧实验原理及操作步骤、垂直燃烧试验仪实验因素

　　在橡胶性能实验方法中，具有代表性、历史悠久、应用广泛的燃烧性能实验方法为垂直燃烧法。这种方法属于橡胶表面火焰传播实验法。橡胶垂直燃烧实验的方法标准很多。按热源不同，可分为炽热棒和本生灯两类。在本生灯法中，又有小能量（火焰高度20~25mm）和中能量（火焰高度约125mm）两种。
    这里主要介绍用本生灯小火焰进行的橡胶垂直实验方法，即GB/T 13488 《橡胶燃烧性能实验方法——垂直燃烧法》。
　　上海皆准仪器设备有限公司，生产供应水平垂直燃烧试验仪、漏电起痕试验仪、灼热丝试验仪。
【实验原理】
    垂直燃烧法是在一定的条件下，评定垂直夹持的橡胶小试样受小火焰作用后燃烧性能等级的方法。使用与阻燃橡胶材料的质量控制和配方实验。不适用于评定实际使用条件下橡胶材料的着火危险性。垂直燃烧法的原理的将试样垂直夹持在支架上，其下端在规定的火焰中燃烧一定时间，通过测量移开火焰后试样后试样有焰燃烧和无焰燃烧的时间，等燃烧行为来评定试样的燃烧性能等级。
（1）有焰燃烧在规定的实验条件下，移开点火源后，材料火焰(即发光的气相燃烧)持续的燃烧。
（2）有焰燃烧时间在规定的实验条件下，移开点火源后，材料持续有焰燃烧的时间。
（3）无焰燃烧在规定的实验条件下，移开点火源后，当有焰燃烧终止或无火焰产生时，材料保持辉光的燃烧。
（4）无焰燃烧时间在规定的实验条件下，当有焰燃烧终止或移开点火源后，材料持续无焰燃烧的时间。
（5）线性燃烧速度在规定的实验条件下，单位时间内，燃烧前沿在试样表面长度方向上传播（蔓延）的距离。
【实验装置和材料】
本生灯：管长80~100mm，内径（9.5±0.5）mm。
试样支架：配有试样夹，能调节试样的垂直高度。
计时器：秒表或其他相应的计时装置。
量具：不锈钢直尺，*小分度值不大于1mm。
燃气：工业级甲烷。可采用热值约为37MJ/m³的其他燃烧气，如天然气、液化石油气、煤气等。如有争议时必须采用工业级甲烷。
医用脱脂棉：要求干燥清洁，棉层（未经压缩）尺寸约为50mm×50mm×6mm。
通风装置：实验应在通风橱内进行。实验过程中不能排风。
【试样】
试样长为（130±3）mm，宽为（13.0±0.3）mm，厚为（3.0±0.2）mm。
注：试样厚度可采用其他尺寸，但实验结果不能与标准试样的实验结果相比较，并在实验报告中注明。
        5个试样为一组。
【实验步骤】
（1）将试样置于夹持器上，并保持垂直。试样下端距铺置的脱脂棉约300mm。
（2）旋紧灯管，开启燃气阀，在远离试样处点燃本生灯，调节燃气阀使之产生高度约为20mm的黄色火焰，再调节空气流量使之成为高度为（20±1）mm的蓝色火焰。
（3）将火焰对着试样下端中心部分，灯口与试样下端保持间隔10mm，施加火焰10s，将本生灯移到15mm以外，移灯同时气动秒表，记录有焰燃烧时间。如果试样燃烧时间有熔融或燃烧滴落物，应将本生灯倾斜45°，但仍保证试样下端与倾斜的本生灯口之间的距离为10mm。倾斜形式见图17-2.
（4）当试样有焰燃烧的火焰熄灭，立即再次施加火焰，10s后移去本生灯，记录试样的有焰燃烧时间和无焰燃烧的时间。
（5）重复第2步至第5步，实验一组试样。
上海皆准仪器设备有限公司，生产供应水平垂直燃烧试验仪、漏电起痕试验仪、灼热丝试验仪。

【影响因素】
（1）试样厚度试样厚度对其燃烧速度有明显影响。当试样厚度小于3mm时，其燃烧速度随厚度的增加而急剧减小；当试样厚度达到3mm后，燃烧速度随厚度的变化就比较小了。这一当面是由于在加热阶段，把试样加热至分解温度所需要的时间与其质量（或厚度）基本成正比。另一方面，试样的着火、燃烧和传播主要发生在表面上，厚度越小的试样，单位质量具有的表面积就越大。（详细咨询：上海皆准仪器设备有限公司）
         同样的的厚度变化，对不同材料燃烧速度的影响程度也有很大差别。对于比热容和热导率较小、又没有熔滴行为的材料，如PMMA，影响较小；反之，对比热容和热导率较大又有熔滴的PE，影响就较大。
        试样厚度对垂直燃烧实验结果也有很大影响。在同样条件下，试样越薄，其总的有焰燃烧时间越长；反之，试样越厚，其总的有焰燃烧时间越短。当试样厚度相差较大时，其实验结果甚至相差一、两个级别。厚度小于3mm的试样，燃烧时易出现卷曲和崩断现象，从而影响了实验的稳定性和重复性。
       由于上述原因，标准中对试样厚度作了严格规定，并且明确指出：厚度不同的试样，其实验结果不能相互比较。
（2）试样密度的影响    从前述的材料燃烧过程分析可知，在相同的实验条件下。对垂直燃烧实验来说，试样的燃烧时间也受到其密度的影响。因此，标准规定，密度不同的试样，其实验结果不能相互比较。
（3）各向异性材料不同方向的影响   由于材料在成型过程中受力及取向不同而产生各向异性。各向异性材料的不同方向对试样的垂直燃烧性能有着一定的影响。因此标准规定，方向不同的试样，其实验结果不可相互比较，并要求在实验报告中对与试样尺寸有关的各向异性的方向加以说明。
（4）试样状态调节条件的影响   试样的状态调节条件对材料的垂直燃烧性能有着不同程度的影响。一般来说，温度高些、湿度小些，其总的有焰燃烧时间（垂直法）相对要大一些。这与前面提到的高聚物燃烧过程分析是一致的。对于不同类型的材料，状态调节条件对‘纯’塑料试样，影响较小；而对层压材料和泡沫材料影响程度则相对大些。
     在标准中还规定了另外一种状态调节条件，即把试样在（70±10）°C温度下老化处理（168±2）h,然后放在干燥器中，在室温下至少冷却4h。这是有些材料，如泡沫塑料、层压材料等，其燃烧性能会随存放时间而变化的缘故。
     为了避免气候条件对实验结果带来的影响，我国标准对试样进行状态调节和实验环境都作了相关规定。
（5）气体种类的的影响    燃料气体种类不同，“其所含热值也不相同。在ISO 1210-1992中除规定使用工业级甲烷气作为燃料气体外，还指出‘其它含热值约37MJ/m³的混合气，也可提供相似的结果”。从文献查出只有天然气符合此要求。
        实验数据表明，无论使用天然气、液化石油气、煤气或其他燃料气体，只要本生灯规格、火焰高度与颜色以及点火时间都符合标准规定，实验结果都基本相同。这是因为燃气火焰只作为加热的热源，只要能将试样点燃部分加热到其分解温度以上，就能使橡胶材料着火燃烧，由于绝大多数橡胶的分解温度都在200~450°C，上述燃料气体火焰施焰30s提供的热量已经足够。橡胶材料被点燃后，因为绝大多数橡胶燃烧时火焰温度都高达2000°C左右，所以之后的行为主义取决于橡胶材料的燃烧净热是否为正值，因此，我国标准规定也可采用天然气，液化石油气、煤气等可燃气体，但仲裁实验必须采用工业级甲烷气。
( 6 ) 火焰高度和火焰颜色的影响    火焰高度不同对橡胶材料的垂直燃烧实验结果有较大影响。对于不同的橡胶材料，其影响程度也有一定的差别。
       从理论上讲，火焰颜色不同，其温度有一定差别；蓝色火焰时燃烧完全，温度较高；反之，带有黄色顶部的火焰，温度要相对低些。但从实验结果来看，火焰颜色不同对垂直燃烧实验结果的影响并不明显。为避免不必要的争议并与标准统一，中也同样规定火焰颜色应调成蓝色。
（7）点火时间长短的影响　　对垂直法，点火时间太短，试样不易点燃；而点火时间长了，对多数材料的测试结果有很大影响。因此标准对两次施焰的都严格地规定为１０ｓ。
（８）熔融或燃烧着的滴落物的影响　　实践证明，橡胶材料燃烧时熔融滴落物与燃烧着的碎块常常是火灾蔓延和扩大的重要原因。试样如有带火的滴落物落下，就会在金属网上继续燃烧，使试样再次受到加热和点燃。对于垂直燃烧法，则在试样下方约３００ｍｍ处铺放了干燥的医用脱脂棉薄层，只要试样有滴落物引燃脱脂棉，尽管其有焰或无焰燃烧时间只达到ＦＶ－１级，甚至ＦＶ－０级，也要被判定为ＦＶ－２级。
（９）设备、仪器的的影响　　进行燃烧实验，维持燃烧的氧气充足与否十分重要。为避免氧气不足或通风不当对实验结果的影响，标准对通风柜或通风橱的尺寸、结构及排风装置的使用方法都作了细致的规定。另外，本生灯的结构和灯管口径、特别是计时装置的精度对实验结果有很大影响，标准对此也作了严格的规定。
（１０）操作人员主观因素的影响　　垂直燃烧实验杯认为是主观性很强的实验。只要稍不留意，那么，用同样设备，对相同试样相同操作，也会对产生一定变差，甚至会得到不同的可燃性级别。因此，实验时严格按操作规定操作，观察要特别认真仔细。
上海皆准仪器设备有限公司，生产供应水平垂直燃烧试验仪图１
上海皆准仪器设备有限公司　漏电起痕试验仪　图２

上海皆准仪器设备有限公司　灼热丝试验仪图３