GBT 42924.4-2023 塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定 第4部分：使用锥形腐蚀计的动态分解法（正式版）

塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定第4部分：使用锥形腐蚀计的动态分解法Part4:Dynamicdecompositionmethodusingaconicalradiantheater2023-08-06发布国家市场监督管理总局I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定本文件是GB/T42924《塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定》的第4部分。GB/T42924已经发布了以下部分：——第1部分：通用术语和应用；——第4部分：使用锥形腐蚀计的动态分解法。本文件等同采用ISO11907-4:1998《塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定第4部分：使用锥形请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国石油和化学工业联合会提出。本文件由全国塑料标准化技术委员会(SAC/TC15)归口。本文件起草单位：广州质量监督检测研究院、中蓝晨光成都检测技术有限公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、中广核俊尔(浙江)新材料有限公司、厦门市科力电子有限公司、福安市亚东电机有限公司、东莞市合标科技有限公司、吉林省产品质量监督检验院、浙江新力新材料股GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:1998烟雾腐蚀性是指材料或产品由于烟的腐蚀作用而导致的功能受损。这些腐蚀作用是评估火灾损害程度和损失的一个重要因素。本文件描述了一个动态测试程序，仅用于在受控实验室条件下，测量和描述材料(或产品、系统)对与燃烧流腐蚀性有关的法律规定依据的唯一来源。试验过程存在高温和燃烧产物，因此有烧伤、点燃衣物或其他物体、吸入燃烧产物的危险。在进行试验时，需佩戴护目镜和防护手套，未使用防护手套时，不要触摸锥形加热器和相关固定装置。采用设计合适的排气系统排出流经暴露室的燃烧产物，在试验结束时将收集的燃烧产物排放在集烟罩中。测试前，检查排气系统是否正常工作，确保燃烧产物排放到具有足够容量的建筑物排气系统中，对不能通过正常排气系统收集的燃烧产物应有相应的收集和通风措施。目前国内尚未有塑料领域相关的烟雾腐蚀性测定方法，因此有必要制定为后续相关研究工作提供技术支撑。GB/T42924旨在提供塑料燃烧流腐蚀性的测定方法，拟由两部分构成： 第1部分：通用术语和应用。目的在于为GB/T42924.4中燃烧流腐蚀性测试的适用性提供指导，介绍其他现有的试验方法和说明酸性、腐蚀性和毒性之间的差异。 第4部分：使用锥形腐蚀计的动态分解法。目的在于为使用者提供一种具体的燃烧流腐蚀性动态测试方法。l1塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定第4部分：使用锥形腐蚀计的动态分解法警告1避免误导本文件仅用于在受控实验室条件下测量和描述材料、产品、系统对热或火焰的响应特性，不应或单独用于描述或评估材料、产品、系统在实际条件下的火灾危险性，或作为与燃烧流腐蚀性有关的法规依据的唯一来源。2避免试验危险试验过程存在高温和燃烧产物，因此有烧伤、点燃衣物或其他物体、吸入燃烧产物的危险。在进行试验时，应佩戴护目镜和防护手套。未使用防护手套时，不应触摸锥形加热器和相关固定装置。采用设计合适的排气系统排出流经暴露室的燃烧产物。在试验结束时将收集的燃烧产物排放在集烟罩中。测试前，检查排气系统是否正常工作，应确保燃烧产物排放到具有足够容量的建筑物排气系统中。对不能通过正常排气系统收集的燃烧产物应有相应的收集和通风措施。1.1本文件描述了通过测量电极中金属损失来测定塑料材料或产品燃烧释放物的腐蚀作用的方法。1.3本文件提供的腐蚀结果是由尺寸不超过100mm×100mm的塑料材料或产品得出，该结果与实际火灾的相关性尚不明确。1.4该方法通过测量金属电路的电阻增大值来确定腐蚀程度。电阻增大与由于腐蚀造成金属损失，进而导致导电横截面积减小有关。1.5本文件适用于在受控条件下测量和描述材料和/或产品对热和火焰的响应，不适用于在实际着火条件下直接描述或评估材料的火灾危险或风险。由于它们与特定的最终用途有关，该试验的结果可用作评估火灾危险或风险的要素。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T16172—2007建筑材料热释放速率试验方法(ISO5660-1:2002,IDT)GB/T42924.1—2023塑料烟雾产生燃烧流腐蚀性的测定第1部分：通用术语和应用2GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:1998注：GB/T42924.1—2023被引用的内容与ISO11907-1:2019被引用的内容没有技术上的差异。3术语和定义GB/T42924.1—2023界定的以及下列术语和定义适用于本文件。金属在其环境中发生的反应，导致出现可测量的变化，甚至金属部件或整个系统的功能受损。注：在大多数情况下发生的反应是电化学的，但也可能是化学的(非电化学的)或物理的。由化学作用引起的物理和/或化学危害或功能受损。电极上金属的损失，表示为电极金属厚度的减小。腐蚀试验装置corrosiontestingdevice本文件中用于测量腐蚀的装置。腐蚀电极corrosiontarget在指定条件下，用于测量腐蚀危害程度的传感器。注：传感器可以是成品、组件或用于模拟他们的参考物质。辐照度(在表面上的一点)irradiance(atapointonasurface)入射到试样表面某点处的单元上的辐射通量除以该单元的面积。注：试样在点燃时也会被自身的火焰加热。电极暴露于燃烧产物的腔室。环境室environmentalchamber暴露于燃烧产物后，电极放置于高湿度和温度的腔室。持续火焰sustainedflaming试样表面或其上方出现持续时间超过10s的火焰。注：对于小于10s的火焰，火焰被认为是短暂或闪烁。燃烧流fireeffluent燃烧或热解产生的所有气体和/或气溶胶(包括悬浮颗粒)的总称。火灾模型firemodel包括设备、环境和试验程序的实验室过程，表征火灾的某个阶段。3GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:1998火灾场景firescenario对特定场所真实火灾或大规模的模拟试验，详细描述从起燃前到燃烧结束的一个或多个阶段(包括环境条件)的火灾情况。4符号下列符号适用于本文件。A₁:暴露于燃烧产物1h后腐蚀电极的电阻，单位为欧姆(Ω)。A₂₄:放置于环境室24h后腐蚀电极的电阻，单位为欧姆(Ω)。C:电极的腐蚀度，单位为纳米(nm)。C₁:暴露于燃烧产物1h后电极的腐蚀度，单位为纳米(nm)。C₄:放置于环境室24h后电极的腐蚀度，单位为纳米(nm)。m:最终试样质量，单位为克(g)。m;:初始试样质量，单位为克(g)。mo:总质量损失的70%,单位为克(g)。q,:燃烧产物的容积采样率，单位为立方米每秒(m³/s)。5原理5.1本文件通过测量电极中金属损失来测量塑料材料燃烧产物的腐蚀作用。腐蚀程度取决于标准电极上金属厚度的减小，与由导电横截面积减小造成电阻增加直接相关。所用的电极不一定代表预期的5.2试验分两步进行。第一步，将试样暴露于50kW/m²的推荐辐照度下，或与特定场景相关的最高不超过100kW/m²的其他热通量进行两次质量损失测试。火花点火器点燃可燃蒸汽，可燃物质损失由两次测试的平均质量损失确定。第二步，试样在与上述相同的辐照度下，所分解或燃烧的产物通过漏斗型口子引流，部分产物连续流进放置有腐蚀电极的暴露室，直到试样质量损失达到第一步测试结果的70%时停止流进。然后将电极暴露于燃烧产物1h,再取出并放置于特定温湿度的环境室中暴露24h,最终测量该腐蚀电极的腐蚀度。测量每个电极增加的电阻量，并且由增加的电阻计算电极上减小的金属厚度，这种厚度的减小被称为金属损失引起的腐蚀。5.3附录A和GB/T42924.1—2023给出了附加的试验指南。4腐蚀试验装置的示意图见图A.1,尺寸见图A.1～图A.8。GB/T16172—2007中规定的锥形量热仪，当配备有6.1.9规定的气体采样系统时，可用作腐蚀测试设备。加热器的加热元件由电加热棒组成，额定功率为5000W/240V,紧密缠绕成圆锥形状(见图A.2)。加热器由填充了密度约100kg/m³的耐火纤维材料的双层不锈钢锥体包裹。加热器能在试样表面产生100kW/m²的辐照度，在试样表面中心部位50mm×50mm范围内，辐照度应均匀，与中心处辐照度的偏差不超过±2%。加热器的辐照度通过温度控制器和三个外径为1.5mm～1.6mm的非暴露热节点的K型不锈钢铠装电偶进行控制，使其保持在预设水平上。也可用外径为3mm的暴露热节点的或外径为1mm的非暴露热节点的铠装热电偶。热电偶对称设置并与加热器元件接触，但不焊接(见图A.2)。每根热电温度控制器应能将加热元件温度稳定在±2℃以内，其温度输人范围为0℃~1000℃,分辨率为2℃,具有自动冷端补偿功能。控制器应配有安全防护功能，以便在热电偶线路中出现开路时，温度会降至接近其控制范围的下限。注：合适的温度控制器系统能在240V时切换高达25A的电流。该装置的分辨率应为2℃。排气系统由高温离心式排风机、集烟罩、风机进气、排气管和孔板流量计组孔板流量计由内径为57mm的锐缘孔组成，位于风机下游至少350mm的排气管处。排气系统的几何形状不是影响测试的关键因素。允许与图A.3中给出的建议尺寸略有偏差，如允许管道和孔板的内径略有不同(公差：±2mm)。风机应位于集烟罩下900mm～1200mm处，使流入测量孔的空气流混合均匀。称重传感器的精度为0.1g,测量范围至少为500g,机械皮重调节范围为3.5kg。带有锥形辐射电加热器的称重传感器的总体布置见图A.4。称重传感器应能连接到数据采集系统，系统以5s或更短的间隔显示试样质量。试样架组件由试样架、边框和固定销组成，见图A.5。试样架由厚度为2mm的不锈钢制成，外部尺寸为(111±2)mm×(111±2)mm×(24±2)mm。试样架的底部放置一层厚度至少为13mm的低密度(标称密度65kg/m³)耐火陶瓷纤维毯。边框由厚度为2mm的不锈钢制成，外部尺寸为(116±2)mm×(116±2)mm×(56±2)mm。框架顶部有一个8mm的唇缘，顶部开口尺寸为100mm×100mm。两个固定销的直径为(3±0.5)mm,长度为(130±3)mm,用于将试样锁定在边框中。5点火器是一个由10kV变压器供电，间隙为3mm的火花塞。变压器是专为火花点火使用而设计的，并具有隔离(未接地)次级，以最大限度地减少对数据传输线的干扰。火花塞的电极长度和位置应使火花隙位于试样中心上方13mm处。气体收集装置(见图A.6)由不锈钢制成的圆锥台，底面直径为(173±5)mm,顶面直径为(60±5)mm,高度为(97±5)mm。长度为(675±75)mm,外径为6.3mm的薄壁不锈钢管，用于从燃烧流中抽取气体试样。管的一端弯曲，其开口端朝上并远离试样表面，以避免烟灰沉积，开口端距离试样表面(255±10)mm,另一端连接到软管。带有漏斗的刚性管的布置见图A.6。加热装置(例如电加热带)应能保持刚性管的最低温度，并应能提供至少120℃的温度。外径为6.3mm,长为(255±10)mm的耐热管，用于刚性管与暴露室密封连接。体积为(0.0112±0.0005)m³,其中包含一个腐蚀电极支架和挡烟板(见图A.7)。腔室具有O形腐蚀电极支架(见图A.8)由耐腐蚀材料制成。能以7.5×10-5m³/s(4.5L/min)的速率抽取气体试样。用于使泵免受烟雾微粒的影响。按照泵制造商说明书选择合适的滤芯。6.2腐蚀电极和仪器由组装在非反应性基板上的两个相同材质的电路元件组成，应能与腐蚀测量仪器连接。一个电路元件是用于测量腐蚀的有源电路元件，另一个带保护涂层作为参比。在试验期间，电极的两个元件都暴露于燃烧产物中。典型腐蚀电极示意图见图A.9。腐蚀测量仪器包括一个改进后的开尔文电桥，用于测量腐蚀电极的电阻变化，其用于测量电极厚度6变化的分辨率不低于5nm。量程为0L/min～5L/min,分辨率为0.5L/min,精度为满量程读数的2%,也可使用具有相同功能的流量测量设备，以监测和维持试验采样部分的恒流。应维持温度为(23±2)℃和相对湿度为(75±5)%。7试样5个尺寸为100mm×100mm×6mm的试样。其他厚度可由相关方商定，但最大厚度不超过12mm。应从材料或最终产品的代表性样本上切割试样，按第11章进行制备。8状态调节除非有关各方另有商定，试样在温度为(23±2)℃和相对湿度为(50±5)%的条件下状态调节至少9仪器校准9.1加热器校准在每个试验日开始或改用新的辐照度时，使用热通量计测量辐照度，将温度控制器设置为50kW/m²的辐照度，或有关各方同意的另一种辐照度。锥形加热器至少运行10min,以确保控制器在所需设置值的士5%以内。在加热器启动期间或更换热通量时，在称重传感器上放置一个屏蔽罩，以避免称重传感器过热。在将热通量计插入校准位置之前，先拆下护罩。9.2称重传感器校准每个试验日用试样质量范围内的标准砝码校准称重传感器。9.3腐蚀仪器校准根据仪器说明书，在每个试验日校准腐蚀仪器。10.1准备工作在温度为(23±2)℃和相对湿度为(50±5)%的实验室条件下进行。10.2在预热期间和每个试验之间，将空的试样架(或其他护罩)放置到试样支撑架上，避免称重传感器过热。10.3打开锥形加热器、排气鼓风机和称重传感器的电源。注：不要每天都关闭称重传感器的电源。10.4排气流量为(0.024±0.002)m³/s。10.5按第9章规定进行校准。7GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:199810.7在泵按规定的流量正常运行时，检查采样系统是否有泄漏。直接关闭进入暴露室前的软管气流。如果流量计流量降至零，则系统是气密的。如果流量没有降至零，则系统内存在泄漏，找到泄漏的位11试样制备11.1对于片材或模塑试样，将试样切割成100mm×100mm的尺寸，用单层铝箔包裹试样。将边框放在包裹好的试样上，沿着边框顶部的开口边缘切割铝箱，露出试样。必要时，用耐火毯填充试样下方的边缘框架直至与固定销齐平。用固定销锁定组件，然后将组件放在底部试样架上。11.2对于管状试样，将其切割成长度为100mm的试样并放入试样架。每个试验所需的管状试样数量等于100除以外径。采用陶瓷胶黏剂密封两端，胶黏剂覆盖层中没有可见的气孔，且两端没有胶黏剂重叠。用单层铝箔包裹管状试样，将边框放在管状试样上，沿着边框顶部的开口边缘切割铝箔，露出试样。必要时，用耐火毯填充试样下方的边缘框架直至与固定销齐平。用固定销锁定组件，然后将组件放在底部试样架上。12试验步骤测量每个试样的初始质量，并计算5个试样的平均初始质量。每个试样的初始质量与平均值的差值应在10%以内。记录每个试样的初始质量。若试样膨胀或变形导致点火前接触到火花塞，或点火后接触到锥形加热器底部，试验时锥形加热器底部和试样上表面的间隔应调整为60mm。在这种情况下的加热器校准(见9.1),热通量计应位于锥形加热器底部下方60mm处。60mm间隔与25mm间隔测得的引燃时间没有可比性。12.3腐蚀试验前的质量损失测定12.3.2将装在试样架的试样(试样架最开始为室温状态)放置在称重传感器上，使用滑动高度调节装置(见图A.2)调节辐射加热器底部与边框顶部之间的距离为(25±1)mm。将火花塞移动到试样上方，然后打开火花电源，同时启动点火计时器、质量损失与时间记录系统，数据采集间隔不超过5s。12.3.3记录少于10s的火焰(闪燃或短暂火焰)出现时间和持续火焰出现时间。12.3.4收集质量损失数据，直到出现以下情况之一：a)1min内的平均质量损失已降至1.5g以下；12.3.5取下试样架。12.3.6对第二个试样重复12.3.212.3.7根据两次测量的质量损失数据，由公式(1)计算腐蚀试验用的70%的平均总质量损失值：mro=0.5[0.7(m;-mt)₁+0.7(m;-m;)₂]…………(1)8GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:1998其中下标1表示第一次测定，下标2表示第二次测定。12.4腐蚀气体采样试验12.4.1确定70%的平均总质量损失值后，进行3次腐蚀气体采样试验。12.4.3将刚性不锈钢管的最低温度设置为105℃。12.4.4记录腐蚀电极的初始电阻A。。12.4.5将腐蚀电极放在暴露室中。密封暴露室，按10.7检查是否有泄漏。12.4.6开始进行腐蚀试验的气体采样，并确保连续采样速率为(7.5×10-5)m³/s(4.5L/min)。12.4.7将装在试样架中的试样放在称重传感器上并开始采集数据，采集间隔不超过5s。将火花塞移12.4.8当试样失去其质量的70%(由12.3.7中所确定),或在试验已进行60min时，停止采样，记录采样时间taa12.4.9燃烧产物暴露：腐蚀时间为1h,如用夹子封住暴露室的进出口采样管，让燃烧产物与腐蚀电极12.4.10在集烟罩下打开并排空暴露室。12.4.11从暴露室中取出电极并记录电阻A₁。12.4.12试验后暴露：电极从暴露室中取出后10min内，放入温度为(23士2)℃和相对湿度为(75士5)%的环境室中调节24h。12.4.13取出电极并记录最终电阻Aza。12.4.14试验后，用清洁剂彻底清洁暴露室、腐蚀电极支架和挡板、O形密封圈和暴露于燃烧产物的其他组件。用蒸馏水冲洗组件，用异丙醇再次清洁。风干并组装组件以备下一次试验使用。每次试验13试验结果的有效性如果发生以下任何情况，相关试验数据无效。——采样点和暴露室气体出口之间发生泄漏，这可能导致气体稀释。——点火之前，试样充分膨胀而接触到火花塞，或燃烧期间膨胀到加热器底板的表面。——电极上形成了大量局部腐蚀。——参比电极的保护层因受到燃烧产物侵蚀而引起了视觉退化。——试样从试样架上滴落或掉落，影响试样受到的辐射加热。14.1计算试验暴露1h后和试验暴露24h后的电阻变化值。14.2根据电极和腐蚀仪器制造商规定的指南，计算1h试验暴露结束时(C₁)和试验后24h环境暴露结束时(C₄)金属损失对应的腐蚀值。15精密度因为尚未获得实验室间试验的数据，所以无法得知本试验方法的精密度。9试验报告应包括以下信息：a)本文件编号；b)试样识别码或编号；c)试样的组成或分类；d)试样尺寸和每个试样使用的产品数或产品件数；e)试样厚度(mm);f)初始试样质量(g);g)试验室温度(℃)和相对湿度(%);h)辐照度(kW/m²);i)腐蚀电极的完整信息；j)腐蚀电极的量程(测量范围)(nm);k)采样体积速率q,(m³/s);1)持续燃烧时间(s);m)质量损失记录表(g);n)70%的平均总质量损失(g);o)采样时间t₄(min);p)1h试验暴露结束时的变化值(Ω);q)试验后24h环境暴露结束时的变化值(Ω);r)1h试验暴露结束时计算的金属损失(nm);s)试验后24h环境暴露结束时计算的金属损失(nm);t)试验日期。GB/T42924.4—2023/ISO11907-4:1998(资料性)背景资料A.1简介提供本附录用于：a)了解该试验方法的发展；b)介绍气体采样装置各种特征的基本原理；c)介绍数据的使用。A.2腐蚀测量A.2.1已证实导电金属的腐蚀损失导致电阻增加是腐蚀损坏的一种特征。为了测量这种增加的电阻，利用具有一定电阻值的电极是可行的，在这些电极中，电阻随着金属腐蚀损失而增加。电阻的增加在本文件中表示为金属损失，假设金属沿着电路均匀地损失。A.2.2电极类型的选用取决于试样的用途和腐蚀范围。铜电极已被用于研究收集燃烧产物腐蚀性的数据。标称量程(测量范围)为250nm,已证实易被多种产品和材料的燃烧产物完全腐蚀(超出电极承受范围)。为了测量超过250nm的腐蚀，宜使用量程为4500nm的电极，作为250nm电极的补充或替代。若不确定哪种电极最合适，应分别评估每种电极的测量结果，而不应在材料或产品的报告中将这些材料引起的腐蚀受许多因素的影响，包括：a)燃烧产物的组成和浓度，这反过来又受燃烧过程中消耗的材料量的影响；b)暴露时间；c)电极上的凝结程度。这些因素在试验设计中很重要，电极需要暴露在燃烧产物中一段时间才能测量腐蚀。研究表明在特定实验室条件下暴露1h可达到试验目的。腐蚀产物的传输和衰减是重要的考虑因素。烟雾颗粒会沿着加热的不锈钢管和暴露室的壁沉温度和相对湿度等环境条件是促进腐蚀的重要因素，因此，试验后的电极最好在高湿度条件下进行暴露，以观察排空燃烧产物后环境对电极的影响。这也符合实际使用状态，因为实际的火灾通常用水来扑灭，所以火灾后环境通常处于高湿度状态。A.2.3本文件未规定使用的辐照度水平。应根据火灾场景和大规模试验的总热通量数据确定每种类型材料的辐照度水平。国际消防机构推荐使用25kW/m²和50kW/m²,因为这两个辐照度水平分别与低强度和高强度火焰一致。A.2.4本文件规定的试样尺寸，面积最大为100mm×100mm,厚度最大为12mm。在未研究清楚试样与实际产品腐蚀性能之间关系的情况下，不宜将由产品模型或产品一部分所得的腐蚀性能当作整个产品的腐蚀性能。A.2.5关于试验方法与实际火灾的相关性，尚未有研究的结果。A.3气体采样系统设计A.3.1气体采样系统的设计需要解决以下基本问题：a)采样点的位置；b)采样速率；d)气体采样程序。在漏斗小开口处采集燃烧产物，采样头朝气流下游方向。采样点位置的选择是为了避免腐蚀试验装置的排气气流稀释燃烧产物。燃烧产物通过漏斗型口子引流至采样点。质量采样速率与暴露室内空气质量的比值是气体采样系统的设计参数之一。这个比值称为系统的时间常数，对于本文件规定的气体采样系统，该常数约为150s。基于对各种塑料的试验分析，该采样程序要求采集燃烧产物至试样损失70%的总质量(两次测试的平均值)为止，这为气体采集提供了一个非常明确的终点，也防止了暴露室内燃烧产物的稀释。A.4数据的应用A.4.1腐蚀数据表示为金属损失。A.4.2在确定材料或产品对特定用途的适用性时，宜从本试验获得的腐蚀数据与其他燃烧试验数据一起使用，如火灾危险评估中的可燃性、热释放和烟雾1标引序号说明：1——连接至排风机；2——排气管；3——排气罩；4——气体采样收集装置；5——气体采样头；6——加热不锈钢管；7——环境空气排放；8——辐射锥形加热器；9——火花塞；10——