塑料阻燃性能测试方法和标准ppt课件.ppt

1 阻燃科学与技术 2 塑料阻燃性能测试方法和标准 现行的大多数评价材料阻燃性能的测试方法 大都是小型试验 benchscale 其试验结果不能用来全面衡量材料在真实火灾中的实际行为 而只能用来在试验条件下相对比较不同材料的阻燃性 且即使这种比较也是有一定局限的 这种小型测定法仍然为各国所普遍采用和用于工业产品阻燃性能的评价 并已为国际和一些国家组织颁发为标准 3 为了获得材料在实际火灾中的真实行为或接近真实的行为 一些国家已经或正在建立大型试验法 特别是模拟直正火灾的大型试验 并建立计算机模型 不过 这种大型试验费时很多 耗资巨大 非一般实验室力所能及 另外 有些大型试验 目前也还是经验性的 并不总能得出令人满意的结果 现在 人们还在通过多种物理和数学模型 以期能由一些小型试验结果来推测材料在真实火灾中的行为 但这肯定是一个比较复杂的问题 不过现正获得进展 4 塑料点燃性和可燃性的测定 材料的点燃性是与点火源有关的 它表征材料引发火灾的概率 材料的可燃性是指材料进行有焰燃烧的能力 在规定的试验条件下 能进行有焰燃烧的材料 归为可燃材料 塑料点燃温度的测定点燃温度 在规定试验条件下 塑料分解放出可燃气体 经外界火焰点燃并维持燃烧一定时间的最低温度 装置 Sketchkin仪材料 粒料或1 9cm 1 9cm的方片材 5 Sketchkin仪构造图 6 测试 在400 高温下 先调好空气流速 待空气温度恒定 降低试样盘位置 使之进入炉内 然后立即开始计时 并点燃引火源 若试样在5min内点燃 则降低空气温度 更换试样 重新测试 相反 若试样在5min内仍不点燃 则提高空气温度 重新测试 记录发生闪光的最低空气温度 即试样最低闪燃温度 试样自燃温度可采用与上述相类似的方法测定 但无需点火源 7 塑料极限氧指数的测定 LOI LimitedOxygenIndex 在规定条件下 试样在氮 氧混合气体中 维持平衡燃烧所需的最低氧浓度 体积百分含量 装置 氧指数仪 玻璃燃烧筒 试样夹 流量和测定控制系统 燃烧筒底部填充一层玻璃珠用以平衡气流 其上有一金属网 用以承接试样燃烧时的滴落物 8 1 试样2 夹具3 点火器4 金属丝网5 支架6 柱内玻璃珠7 铜底盘8 三通管9 截止阀10 支持器内小孔11 压力表12 精密压力调节器13 过滤器14 针形阀15 转子流量计 氧指数测定仪 9 测量 测试时 将试样垂直地装于试样夹上 从燃烧筒底部通入氧 氮混合气 以点火器从上端点燃试样 改变混合气中氧浓度 直至火焰前沿恰好达到试样的标线为止 由此计算材料氧指数 并以3次试验结果的算术平均值为测定值 10 塑料可燃性的测定 UL94可燃性试验 此法用于测定按一定位置放置的塑料被施加火焰后的行为 用以衡量塑料的可燃性 UL94可燃性测试是由美国保险业研究室开发的 它是广泛使用和经常引用的塑料可燃性测试方法之一 可用来初步评价被测塑料是否适合于某一特定的应用场所 UL94可燃性试验包括下述4个测试方法 1 材料分类为94HB的水平燃烧试验装置 测试炉 燃烧器 金属丝网试样 130mm 13mm 11 水平烧试验装置示意图 12 测定 点燃燃烧器 产生25mm高的蓝色火焰 从试样的边缘到6 4mm处受火焰灼烧30S 燃烧时不改变燃烧器位置 然后把试样从燃烧器处移开 若不到30s试样就燃烧到25mm标记处 则撤去火焰 若撤走火焰后 试样仍继续燃烧 则测定火焰前沿到25mm标记处 从试样自由端算起 所需时间 并计算燃烧速度 每个样品应测定5个试样 并取最大的燃烧速度或燃烧长度作为材料评定标准 对厚为3 13mm的试样 如燃烧速度不大于38mm min 或对厚小于3mm试样 燃烧速度不大于76mm min 或试样燃烧100mm前火即熄灭 则该塑料可划归94HB级 13 2 材料分类为94V 0 94V 1及94V 2的垂直燃烧试验试样 130mm 13mm测定 将本生灯置于垂直放置的试样下端 点火10s 蓝色火焰高8 5mm 然后移走火源 记录试样有焰燃烧时间 如试样在移走火源后30S内自熄 则重新点燃试样10s 记录火源移走后试样有焰燃烧和无焰燃烧的续燃时间 同时观察是否产生有焰溶滴和熔滴是否引燃脱脂棉 14 UL94V 0 V 1 V 2垂直燃烧测定判别指标 15 中国适用于塑料的垂直燃烧测定方法 GB4609 84 与UL94V 0 V 1 V 2级材料测定方法基本相同 GB4609 84垂直燃烧测定判别标准 16 塑料耐灼燃性的测定 ASTMD757 GB2407 80 用于在实验室条件下评定硬质塑料的耐灼燃性能 系令一炽热棒与被测塑料接触一定时间 然后观察材料的燃烧行为 装置 炽热棒试验仪炽热棒由碳化硅制成 其炽热部分直径8mm 长100mm 水平固定在陶瓷或石棉制成的绝缘板上 绝缘板可以沿与试样相垂直的水平轴转动 以使炽热棒便于离开或接触试件 炽热棒采用直流或交流电加热 稳定温度为 950 10 试样 125 5 mm 10 0 2 mm 4 0 2 mm 17 18 测定 试验前 首先在试样宽面距点火端25mm和100mm处各划一条标线 然后将炽热棒支架转离垂直位置 而把定位棒转到试验时炽热棒的位置 将试件水平固定于试样夹中 调整试样夹及立杆位置 以便使试样的长轴线垂直于定位棒 当试件端的中心线与棒接触后 再将定位棒转回原位 试验时 将炽热棒加热到 950 10 再转动支架使炽热棒与试件接触并开始计时 3min后将炽热棒转离 从开始计时起详细观察试件有无可见火焰 如果试件有焰燃烧 则记录火焰前沿从第一标线到第二标线所需的时间 并计算其燃烧速度 若火焰前沿未达到第二标线前就熄灭 记录燃烧长度 19 测定泡沫塑料可燃性的大型试验 CALTB133法 用于测定公共场所和具有高度危险场所的座椅沙发 聚氨酯泡沫塑料 阻燃性的大型燃烧试验 装置 燃烧试验室 3 66m 长 3 05m 宽 2 44m 高 门外装有排气罩 罩上接直径0 41m排气管和洗气管 排气管上装有热电偶温度计 流速计 烟雾计及燃烧气体取样器 在试验室天花板上也装有热电偶温度计及燃烧气体取样品 试样 聚氨酯泡沫塑料座椅沙发实物或座垫实物 20 测定 测定前 试件应在21 相对湿度低于55 下保持48h 试验时试件系平稳放置于室内一角的称量台上 以四方形丙烷点火器点燃试件80s 满足下述两组试验结果的材料可通过TB133试验 第一组 天花板下气体温度上升值 111 1 室中心1 22m高处气体温度上升值 27 8 室中心1 22m高处烟雾不透明度 75 室内气体中一氧化碳含量大于或等于0 1 的时间不超过5min 试件10min内燃烧失重 1 36kg 21 第二组 试件燃烧热释放率 80kw 试样10min内总散热量 25MJ 室中心1 22m高处烟雾不透明度 75 室内气体中一氧化碳含量大于或等于0 1 的时间不超过5min 22 23 塑料可燃性的其他的方法 1 灼热丝试验法 2 针焰试验法 3 电缆可燃性试验 24 塑料火焰传播速度的测定 火焰传播速度可用于衡量材料的火灾危险性 常用隧道法及辐射板法测定 隧道法 ASTME84 NFPA255 UL723 ULSteiner隧道法是目前应用最广泛的方法 所用设备为一长为7 62m 开口端横截面积为0 45m 0 30m的内衬耐火砖的钢槽 槽侧有窗口 火源为两个煤气灯 试样 7 62m 0 50m 厚度不限 25 隧道法装置示意图 26 测定 将试样置于钢槽顶下 并由内壁支撑 以在槽中形成一平顶 点燃试样 根据火焰通过窗口的时间估计火焰传播速度 同时通过测光表上光的衰减估计烟密度 其方法是以窗口距离对火焰通过窗口的时间作图 得到火焰传播速度曲线 以光吸收率对时间作图 得到光密度变化曲线 根据此两曲线下的面积与红橡木试样所得同类曲线下面积之比 红橡木的测定值人为地定为100 可分别计得火焰传播指数FSI和烟扩展指数 由UL723测定的材料的FSI值介于0到200之间 FSI值越小的材料 火灾危险性越小 高层建筑和楼道 应采用FSI 25的材料 FSI 25 100的材料只能用于防火要求不甚严格的场所 而FSI 100的材料不符合阻燃要求 27 辐射板法 ASTME162 辐射板法是实验室最广泛使用的火焰传播速度测定方法之一 虽然它不能作为评定建筑规范的基础 但能比较材料暴露在规定辐射热能下的表面燃烧性能 测试装置 由带有空气和煤气源的辐射面板 试样夹持器 引燃室 排气管 热电偶 带有抽风机的通风柜 辐射高温计 计时器和自动电位计记录仪所组成 试样 46cm 15cm 2 5cm 28 29 测定 测试前 试样必须在78 下干燥24h 然后在40 和50 相对湿度下 处理至平衡 试样固定在试样夹持器上 并与温度为688 大小为30cm 46cm的直立辐射面板成300角 用位于试样顶部的引燃源点燃试样 试样被点燃后 火焰沿辐射加热面向下传播 直至火焰传播至0 38m处或经15min后停止试验 测定火焰到达这一标记的时间 火焰每移动7 6cm 即记录一次时间 和烟道气的温度 再计算出火焰传播因子和放热因子 两者的乘积视为火焰传播指数FSI 由ASTM162测得的材料的FSI值也是介乎0到200之间 此外 辐射板法试验还要观察是否有熔滴产生 以及熔滴是否继续燃烧 30 塑料释热性的测定 锥形量热仪法 ISO5660 1 ASTME1354 锥形量热仪法是目前采用最广泛的测定塑料释热速度的方法 将试样置于加热器下部加热 因为加热器为圆锥形 故名锥形量热仪 它通过测定材料燃烧时所消耗的氧量来计算试件在不同外来辐射热作用下燃烧时所放出的热量 因为高聚物试件燃烧时 每消耗1kg氧气 将放出13 1MJ热量 试样 100mm 100mm 50mm 31 锥形量热仪 32 测试 加热器功率 25kW m2 35kW m2 50kW m2 75kW m2或100kW m2 测定时 试件与加热器的距离为25cm 点火器置于试件上部13cm处 废气鼓风机流量约为0 024m3 s 测试时 通过排气罩排出全部燃烧气体 由废气采样管收集废气试样 在气体分析器中分析其中的氧 一氧化碳和二氧化碳含量 33 锥形量热仪测定的主要参数有 点燃时间 热释放速率 总热释放量 有效燃烧热 质量损失速率 产烟速率 CO和CO2产率及浓度等 点燃时间点燃时间 TimetoIgnition 简称TTI 是指在设定的辐射强度下从材料表面受热到表面产生持续有焰燃烧所需要的时间 TTI可以用于评价和比较材料的耐火性能 TTI越长 表明材料在实验条件下越不易点燃 材料的阻燃性能就越好 但点燃时间不能单独用来评价材料的阻燃性能 特别是有些阻燃体系 如催化成炭体系 点燃时间往往提前 点燃时间相比未阻燃体系短 但实际阻燃性能要好于未阻燃体系 34 热释放速率热释放速率 HeatReleaseRate 简称HRR 是指材料被点燃后 单位面积试样释放热量的速率 单位为KW m2 锥形量热仪能给出材料燃烧过程中HRR随时间的动态变化 HRR的最大值称为热释放速率峰值 pkHRR 热释放速度被认为是测量火灾发展和传播最重要的参数 它提供了火灾尺寸的量度 因此HRR也被称为火强度 HRR或pkHRR越大 单位时间内燃烧反馈给材料表面的热量就越多 材料热解速度加快 挥发性可燃物生成量增多 从而加速了火焰的传播 因此HRR越大 材料在火灾中的危险性就越大 35 总释热量总热释放量 TotalHeatRelease 简称THR 是指材料在燃烧全程中所释放热量的总和 单位是MJ m2 THR越大 材料燃烧所释放出来的热量就越多 通常情况下火灾危险性就越大 将HRR与THR结合起来可对材料的阻燃性能给出更客观全面的评价 36 有效燃烧热有效燃烧热 EffectiveHeatofCombustion 简称EHC 是指在某一时刻测得的热释放量与质量损失量之比 单位是MJ kg EHC反映了材料热解产生的可燃性挥发物在气相火焰中的燃烧程度 EHC增大表明材料损失单位质量产生的可燃性挥发物在气相中燃烧产生的热量增多 燃烧更完全 EHC减小说明材料损失单位质量产生的可燃性挥发物少 或者可燃性挥发物在气相中燃烧不完全 通常气相阻燃机理由于挥发物燃烧不完全 EHC比未阻燃材料小 而凝聚相阻燃对气相燃烧的抑制作用较小 因而与未阻燃的材料相比 EHC基本相同 因此将HRR与EHC结合有助于研究阻燃机理的类型 37 烟比率烟比率 SmokeRate 简称SR 是烟道中尾气的瞬时消光系数k k L 1ln I0 I 单位m 1 I0 I分别表示入射光和透射光的强度 L代表穿过烟道的光路长度 单位m 烟比率SR随时间的变化则反映了烟道中 烟浓度 的变化 比消光面积比消光面积 SpecificExtinctionArea 简称SEA 表示实验条件下消耗单位质量的材料所产生的烟量 单位m2 kg 以面积计 SEA kv MLR k是消光系数 V是烟道中尾气的体积流速 单位m3 s MLR为质量损失速率 单位kg s 38 产烟速率产烟速率 SmokeProductionRate 简称SPR 表示实验条件下试样燃烧时产生烟量的速率 单位m2 s 以面积计 锥形量热仪可以给出材料燃烧过程中SPR随时间的动态变化 总烟释放量总烟释放量 TotalSmokeRelease 简称TSR 表示在实验条件下试样在燃烧全过程中所释放烟量的总和 39 质量损失速率质量损失速率 MassLossRate 简称MLR 表示在实验条件下试样在燃烧过程中质量的减小速率 单位g s MLR反映了材料在实验热辐射条件下热解反应的速度 残余物质量Mass残余物质量Mass 是实验过程中某一时刻试样的残余质量 单位g 当各个试样的厚度和密度相同或接近时 Mass可用于比较各个试样在高温燃烧时的热稳定性 40 CO浓度COVCO浓度COV 是尾气中CO的体积比 单位ppm COV随时间变化 反映了试样在实验条件下产生的尾气中CO浓度随时间的变化关系 CO中毒是火灾事故中导致人员伤亡的主要原因 CO是评价尾气毒性一个很重要的指标 COV越大 尾气的毒性越大 CO产率COYCO产率COY 表示消耗单位质量的材料所产生的CO的质量 单位kg kg 41 CO2浓度CO2VCO2浓度CO2V 是尾气中CO2的体积比 单位 CO2V随时间变化 反映了试样在实验条件下产生的尾气中CO2浓度随时间的变化关系 CO2产率CO2YCO2产率CO2Y 是消耗单位质量材料所产生的CO2的质量之比 单位kg kg 42 OSU量热仪法 ASTME906 原理 将试样暴露于空气流及外部辐射热流下 当试样被点燃时 释热量随时间改变 试样背面系以水冷或隔热 如以水冷却时 可根据水流的温升计算通过试样背面的释热量 试样 15cm 15cm测定 试样垂直放置 与辐射板的距离可为0 0 18m 最大热流量可为100KW m2 空气由入口以恒定流速通过机箱 记录空气入口和出口温度以及箱壁温度 仪器则事先用已知的气体火焰标定 根据每单位暴露表面的能量计算释热速度 OSU量热仪也可测定烟和有毒气体 如CO CO2 NOx HCN及HBr 及氧耗量 43 44 塑料生烟量的测定 根据测定原理 可将生烟量测定方法分为两类 一类是光学法 一类是质量法 前者测定烟密度 后者测定烟尘质量 另外 烟量测定可在静态或动态下进行 45 烟密度法 ASTME662 GB8323 67 装置 烟密度箱 辐射加热器 引燃器 光电测量仪表 记录仪 箱体尺寸 91cm 91cm 63cm 加热器产生的热流量为25kW m2 试样 7 6cm 7 6cm 2 5cm测定 试验时 令试样在箱内燃烧产生烟雾 并测定穿过烟雾的平行光束的透光率变化 再计算比光密度 即单位面积试样产生的烟扩散在单位容积烟箱单位光路长的烟密度 Ds A 试样暴露面积 mm2V 烟箱容积 mm3L 光路长 mmT 透光率 46 烟尘质量法装置 Arapahoe烟尘测试仪由从圆柱形燃烧室伸出的烟囱 设在烟囱顶部并与高容量真空系统相连的过滤器 位于燃烧室底部并与水平线成100角安装的小型本生灯和使试样以水平方向固定的试样固定器所组成 测定 将试样暴露在火焰中30S 也可根据材料的生烟量确定 一般以收集烟尘量10 40mg为宜 随即关掉本生灯 熄灭燃烧的试样 燃烧试样所生成的烟雾通过真空抽吸作用吸入烟卤 并收集在过滤纸表面 称出过滤纸质量即可确定沉积在过滤纸上烟雾细粒的质量 同时测定试样的总烧毁质量和炭的质量 以烟尘百分比 烟尘质量 总烧毁质量 或炭的百分比 炭质量 总烧毁质量 表征材料生烟量 47 48 塑料热裂解及燃烧产物腐蚀性的测定 有很多测定燃烧产物腐蚀性的方法 大多是在水平管式炉中燃烧试样 然后将燃烧产物溶于水中 再测定水溶液PH值或滴定其中的酸含量 以评价燃烧产物的腐蚀性 IEC法IEC754 1法 将0 5 1g材料置于水平炉中 以20 min速度升温至800 然后保持20min 此时空气以恒定的流速通过燃烧管 并将燃烧产物送入装有去离子水的鼓泡器中 再用硝酸银标准液滴定鼓泡器中的水溶液 以确定单位质量试样生成的氢卤酸量 g g 49 对卤素含量特别低或者是无卤的阻燃材料 采用IEC754 2方法 即将阻燃材料置入已加热至935 的炉中 试样量为1g 燃烧时间为30min 燃烧产物用鼓泡器中的水所吸收 再测定吸收液的PH值及导电性 以评价燃烧产物的腐蚀性 UTE法UTEC20 453法规定将阻燃材料试样在一封闭小室中燃烧 再测定放置于此室的铜丝或其他电气线路的电阻变化 以评估燃烧产物的腐蚀性 它能直接估测燃烧气态产物对实际电气元件的影响 50 ISO法 ISO11907 2 将600mg粒状阻燃材料试样在坩埚内用电阻法加热至800 燃烧产物密闭于一容积为20L的密闭室内 室内温度为50 相对湿度为65 室内置有腐蚀性检测仪 当检测仪的铜线路遭受燃烧产物的腐蚀时 电阻发生变化 此变化值即可表征燃烧产物的腐蚀程度 ASTM法 ASTMD5485 采用锥形量热仪测定阻燃材料燃烧产物的腐蚀性 将以锥形火焰燃烧试样所得产物通入容积为112L的小室中 室内安装有腐蚀检测器 它包括两个电气元件 其中一个被保护而不接触燃烧产物 另一个则暴露于燃烧产物中 两者构成桥式线路 当暴露元件被腐蚀后 线路电阻变化 此变化即反映燃烧产物的腐蚀性 51 塑料热裂解及燃烧产物毒性的测定 材料燃烧产物的毒性可用化学法 生理法及生物法测定 但最常用的是生物试验法 匹兹堡大学生物试验法基本原理 燃烧一定量的材料 并将大鼠置于燃烧气态产物中 再观察大鼠的受害情况 实验装置包括动物暴露室 燃烧炉及其他部件 如泵 流量计 过滤器 冰浴 重量敏感元件 程序装置及记录器 52 测定 试验开始前 4只大鼠均先在暴露室停留10min 此时应往暴露室鼓入新鲜空气 此举的目的是使大鼠适应暴露室的环境 第一次试验用试样量为10g 当试样失重达1 时 应记录此时温度 将暴露室与燃烧炉相连 并开始计算暴露时间 总暴露时间曾30min 以负压往暴露室吸入空气 流速为20L min 大鼠在暴露室中停留30min后 将其移出 检验其眼睛角膜的不透明度 记录大鼠死亡数 重复上述试验 但改变试样用