复合材料拉挤型材阻燃试验规范

复合材料拉挤型材阻燃试验规范1范围本规范规定了纤维增强复合材料拉挤型材阻燃性能试验的术语定义、试验原理、试样制备、试验设备、试验步骤、数据处理及试验报告要求。本规范适用于以玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维等为增强体，以不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、环氧树脂等为基体，通过拉挤成型工艺制备的各类型材产品，包括但不限于建筑用门窗型材、轨道交通内饰型材、电气绝缘型材、新能源装备结构型材的阻燃性能分级与性能验证。其他成型工艺制备的复合材料型材可参照本规范执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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/T2918塑料试样状态调节和试验的标准环境GB/T8323.2塑料烟生成第2部分：单室法测定烟密度试验方法GB/T2408塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法GB/T14402建筑材料及制品的燃烧性能燃烧热值的测定GB/T20284建筑材料或制品的单体燃烧试验GB/T5454纺织品燃烧性能试验氧指数法TB/T3139铁道车辆内装材料及制品阻燃性能及烟毒性能IEC60332-1-2着火条件下电缆和光缆的试验第1-2部分：垂直火焰蔓延试验1kW预混合火焰程序3术语和定义3.1拉挤型材指将连续纤维及其织物经树脂基体浸渍后，在牵引机的拉力作用下，通过加热模具固化成型，具有恒定截面的线性复合材料制品。3.2极限氧指数在规定的试验条件下，试样在氧、氮混合气流中维持稳定燃烧所需的最低氧浓度，以体积百分数表示。3.3水平燃烧速率试样在水平放置条件下，暴露于规定火焰源后，单位时间内火焰沿试样表面蔓延的线性距离，单位为mm/min。3.4垂直燃烧级别根据试样垂直放置时的有焰燃烧时间、无焰燃烧时间、滴落物引燃脱脂棉情况划分的阻燃性能等级，分为V-0、V-1、V-2三个等级。3.5烟密度等级在规定的试验条件下，材料燃烧产生的烟对光线的遮蔽程度，通过透光率的变化计算得到的无量纲数值。3.6热释放速率峰值在单体燃烧试验中，试样燃烧过程中单位面积释放热量的最大值，单位为kW/m²。3.7火焰蔓延高度在垂直火焰蔓延试验中，火焰沿试样表面向上传播的最大距离，单位为mm。4试样制备4.1取样要求试样应从同一批次、相同生产工艺的合格拉挤型材产品中截取，取样位置应避开型材的拼接部位、加强筋端部及表面有明显缺陷的区域。对于截面尺寸大于150mm的型材，应在型材的不同功能区域分别取样，包括平面区域、转角区域、加强筋区域，每个区域取样数量不少于3组。若型材表面带有涂层、覆膜或其他功能性面层，试样应保留完整的面层结构，不得在试验前去除。4.2试样尺寸根据不同试验项目的要求，试样尺寸应符合以下规定：氧指数试验：试样长度为（150±5）mm，宽度为（10±0.5）mm，厚度为型材实际厚度，当厚度超过10mm时，应从非受力面加工至（10±0.5）mm，加工面应光滑无毛刺。每组试样数量不少于15个。水平燃烧试验：试样长度为（125±5）mm，宽度为（13±0.5）mm，厚度为型材实际厚度，最大厚度不超过13mm。每组试样数量不少于5个。垂直燃烧试验：试样长度为（125±5）mm，宽度为（13±0.5）mm，厚度为型材实际厚度，最大厚度不超过13mm。每组试样数量不少于5个。烟密度试验：试样为边长（75±0.5）mm的正方形，厚度为型材实际厚度，最大厚度不超过25mm。每组试样数量不少于3个。单体燃烧试验：试样尺寸为（1000±5）mm×（190±5）mm，厚度为型材实际厚度，试样数量为2块，分别用于长边和短边测试。垂直火焰蔓延试验：试样长度为（1000±10）mm，宽度为（100±5）mm，厚度为型材实际厚度，每组试样数量不少于3个。4.3试样状态调节所有试样在试验前应按照GB/T2918的规定，在温度（23±2）℃、相对湿度（50±5）%的环境中状态调节至少24h，直至试样质量变化率小于0.1%。对于吸水率大于0.5%的树脂基复合材料，状态调节时间应延长至48h。状态调节后的试样应在1h内完成试验，避免环境温湿度变化影响试验结果。4.4试样标记每个试样应在距点火端至少50mm的位置进行永久性标记，标记内容包括试样编号、取样位置、批次号，标记不得影响试样的燃烧性能。对于带有方向特性的拉挤型材，应明确标记纤维的轴向方向，试验时纤维轴向应与火焰蔓延方向一致。5试验设备5.1氧指数试验仪由燃烧筒、试样夹、气体流量控制系统、点火器组成。燃烧筒高度为（450±50）mm，内径为（75±5）mm，内部可均匀混合氧气和氮气。气体流量控制系统精度不低于±0.1L/min，点火器火焰长度可调节，顶端为内径（1±0.1）mm的喷嘴，喷出的丙烷火焰长度为（15±5）mm。仪器应配备氧浓度传感器，测量精度不低于±0.1%。5.2水平垂直燃烧试验仪由试验箱、试样夹具、火焰源、计时装置组成。试验箱内部容积不小于0.5m³，配备排风系统，可在试验结束后快速排出烟气。火焰源为甲烷气体燃烧器，喷嘴内径为（0.9±0.1）mm，火焰高度可调节为（20±2）mm，温度校准点（距喷嘴顶端10mm处）温度应达到（900±20）℃。计时装置精度不低于0.1s，配备滴落物接收盘，可放置厚度约6mm的脱脂棉。5.3烟密度试验箱单室结构，内部容积为（0.5±0.05）m³，配备光测量系统，光源为色温（2856±50）K的白炽灯，光电接收器响应波长范围为400~700nm，透光率测量精度不低于±1%。试验箱内配备辐射热源，热流密度可在（0~50）kW/m²范围内调节，精度不低于±1kW/m²。箱内温度传感器测量范围为0~1000℃，精度不低于±2℃。5.4单体燃烧试验装置由燃烧试验室、废气收集系统、测量系统组成。燃烧试验室内部尺寸为（3000±100）mm×（3000±100）mm×（2400±100）mm，废气收集系统的排气流量可在（0.5~1.5）m³/s范围内调节，精度不低于±0.05m³/s。测量系统包括热流传感器、烟气分析仪、温度传感器，热释放速率测量精度不低于±5%，烟气中CO、CO₂浓度测量精度不低于±1%。5.5垂直火焰蔓延试验装置由试验支架、点火源、火焰高度测量系统组成。试验支架可固定长度1000mm的试样，点火源为丙烷预混火焰，功率为（1±0.1）kW，火焰高度为（170±10）mm。火焰高度测量系统配备精度不低于1mm的刻度尺，或采用高精度图像识别系统自动记录火焰蔓延的最大高度。6试验步骤6.1氧指数试验将状态调节后的试样垂直固定在氧指数试验仪的试样夹上，试样顶端距燃烧筒上口至少100mm。根据材料预期的氧浓度范围，调节氧气和氮气的混合比例，使总流量保持在（10±0.5）L/min，预混气体流动30s以排空燃烧筒内的空气。采用顶端点火方式，将点火器火焰置于试样顶端，点燃试样后移开点火器，同时开始计时，观察试样燃烧行为。若试样燃烧时间超过180s，或火焰前沿超过标记线（距点火端100mm处），则判定为“燃烧”，需适当降低氧浓度；若试样在180s内自行熄灭，且燃烧长度小于100mm，则判定为“熄灭”，需适当提高氧浓度。通过升降法确定临界氧浓度，每次氧浓度调整步长为0.2%，至少获得5个“燃烧”数据点和5个“熄灭”数据点，计算极限氧指数。6.2水平燃烧试验将试样水平固定在试验夹具上，试样纵向呈水平状态，横向与水平面呈45°角，试样点火端伸出夹具（6±1）mm，距滴落物接收盘的高度为（10±2）mm。调节火焰高度为（20±2）mm，将火焰以45°角施加到试样自由端的底边，使火焰覆盖试样端部的宽度和厚度，施加火焰时间为30s，然后缓慢移开火焰，同时开始计时。记录火焰从第一标记线（距点火端25mm）蔓延到第二标记线（距点火端100mm）的时间，计算燃烧速率。若火焰在到达第二标记线前自行熄灭，记录火焰熄灭位置和燃烧时间。6.3垂直燃烧试验将试样垂直固定在夹具上，试样下端距脱脂棉表面的高度为（300±10）mm。调节火焰高度为（20±2）mm，将火焰施加到试样下端中心位置，火焰顶端接触试样表面的深度为（10±1）mm，施加火焰时间为10s，然后以不超过300mm/s的速度移开火焰，同时记录有焰燃烧时间t1。当试样的有焰燃烧熄灭后，立即将火焰再次施加到试样下端，施加火焰时间仍为10s，移开火焰后记录有焰燃烧时间t2和无焰燃烧时间t3。观察试验过程中是否有滴落物产生，滴落物是否引燃下方的脱脂棉。6.4烟密度试验将试样安装在烟密度试验箱的试样支架上，试验面朝向辐射热源，热流密度设置为（25±0.5）kW/m²。关闭试验箱门，启动测量系统，记录初始透光率。点燃点火源，施加火焰到试样表面，试验持续时间为20min，每隔15s记录一次透光率数据。试验结束后，启动排风系统排出烟气，根据记录的透光率数据计算烟密度等级。对于燃烧过程中出现熔融滴落的试样，应在试样下方放置金属接料盘，避免滴落物损坏试验箱底部。6.5单体燃烧试验将试样安装在试验架的L型固定装置上，长边沿垂直方向放置，短边沿水平方向放置，点火源位于试样夹角处。启动排风系统，调节排气流量为（0.8±0.05）m³/s，待系统稳定后点燃点火源，试验持续时间为30min。试验过程中实时记录热释放速率、烟生成速率、CO和CO₂浓度、烟气温度等参数，记录热释放速率峰值、总热释放量、烟生成总量等关键指标。6.6垂直火焰蔓延试验将试样垂直固定在试验支架上，试样下端距点火器喷嘴的距离为（10±1）mm。启动点火源，调节火焰高度为（170±10）mm，施加火焰时间为30min，或直至火焰蔓延至试样顶端。试验过程中记录火焰蔓延的最大高度、有焰燃烧持续时间、是否产生连续滴落物。若火焰在施加过程中熄灭，允许重新点火，但重新点火次数不得超过2次。7数据处理与结果判定7.1极限氧指数计算极限氧指数LOI按以下公式计算：LOI=c_f+k×d其中，c_f为最后一组“熄灭”对应的氧浓度（%），k为升降法计算得到的系数，d为氧浓度调整步长（%）。试验结果取3组平行试样的算术平均值，保留1位小数，平行试样的测试偏差不得超过0.5%，否则需重新试验。7.2水平燃烧速率计算燃烧速率v按以下公式计算：v=60×L/t其中，L为火焰蔓延的距离（mm），t为蔓延L距离所用的时间（s）。若火焰未到达第二标记线，记录为“自熄”，并注明燃烧长度。水平燃烧性能根据燃烧速率分为HB级（燃烧速率≤40mm/min）、HB40级（燃烧速率≤40mm/min）、HB75级（燃烧速率≤75mm/min）。7.3垂直燃烧级别判定根据每组5个试样的测试结果，按以下规则判定垂直燃烧级别：V-0级：每个试样的t1和t2均不超过10s，5个试样的t1+t2总和不超过50s，每个试样的t3不超过30s，无滴落物引燃脱脂棉现象。V-1级：每个试样的t1和t2均不超过30s，5个试样的t1+t2总和不超过250s，每个试样的t3不超过60s，无滴落物引燃脱脂棉现象。V-2级：每个试样的t1和t2均不超过30s，5个试样的t1+t2总和不超过250s，每个试样的t3不超过60s，允许有滴落物引燃脱脂棉现象。若有一个试样不符合对应级别的要求，需另取5个试样进行复试，复试全部符合要求则判定为该级别。7.4烟密度等级计算烟密度等级SDR按以下公式计算：SDR=100×(1-τ_min/τ₀)其中，τ_min为试验过程中的最小透光率（%），τ₀为初始透光率（%）。对于轨道交通用拉挤型材，烟密度等级应不大于75；建筑用外墙型材烟密度等级应不大于30。7.5单体燃烧性能分级根据热释放速率峰值（pHRR）和总热释放量（THR₆₀₀），将单体燃烧性能分为A2、B、C、D四个等级：A2级：pHRR≤30kW/m²，THR₆₀₀≤4.0MJ/m²B级：pHRR≤150kW/m²，THR₆₀₀≤7.5MJ/m²C级：pHRR≤200kW/m²，THR₆₀₀≤15MJ/m²D级：pHRR≤300kW/m²，THR₆₀₀≤20MJ/m²7.6试验结果修约所有测试数据按GB/T8170的规定进行修约，极限氧指数保留1位小数，燃烧速率保留整数位，烟密度等级保留整数位，热释放速率保留1位小数。8试验报告试验报告应至少包含以下内容：a)本规范编号及试验项目名称；b)委托单位名称、生产单位名称、产品型号规格、批次号；c)试样的基本信息，包括增强体类型、树脂基体类型、厚度、表面处理情况、取样位置；d)试验环境条件，包括温度、相对湿度、大气压；e)试验设备型号、校准有效期；f)每个试样的原始测试数据及平行试样的平均值；g)试验结果及对应的阻燃性能等级；h)试验过程中出现的异常现象，如试样熔融滴落、剧烈冒烟、爆裂等情况；i)试验人员、试验日期、报告签发人。试验报告一式三份，委托单位、试验单位各留存一份，存档一份，报告有效期为1年。9