锥形量热仪的工作原理及应用

　　目前,表征材料燃烧性能的试验方法较多,如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法及NBS烟箱法等。它们多是传统的小型试验方法,试验操作环境与真实火灾相差较大,试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较,不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据。为能客观地评价真实火灾中材料的燃烧性能,1982年Babrauskas等人开发设计了锥形量热仪(ConeCalorimeter,简称CONE )这一先进的试验仪器。CONE的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境,其试验结果与大型燃烧试验结果之间存在很好的相关性,能够表征出材料的燃烧性能,在评价材料、材料设计和火灾预防等方面具有重要的参考价值。

　　经不断研制和改进, CONE现在已成为研究火灾和评定材料燃烧性能的理想试验仪器。国际标准组织(ISO)及国、英国等国家已制定出应用CONE测定各种材料燃烧性能参数的标准,另外一些国家和地区,如瑞典等也正在积极地制定相应的使用标准。以CONE为试验仪器[1],我国已参照ISO非等效地制定了有关燃烧标准。但由于众多方面的原因,此标准并没有真正在我国得到推广应用。可以相信,随着我国工业的不断发展和对材料阻燃性能的需要,CONE必定会在我国的材料阻燃和火灾预防等领域起到越来越重要的作用。

　　1　锥形量热仪(CONE)的构造

　　CONE主要由燃烧室、载重台、氧分析仪、烟测量系统、通风装置及有关辅助设备等六部分组成,见图1。

　　1·1　燃烧室

　　截断锥形加热器、点火器、控制电路、挡风罩等构成了燃烧室。入射热流强度可根据不同的试验要求适当选择;样品放在燃烧平台上由点火器点燃,燃烧产物由通风系统排走。

　　1·2　氧分析仪

　　氧分析仪是CONE的核心部分,它是一种高精度的气体分析仪(精确到10-4),由氧分析仪可精确检验燃烧时通气管道中氧的的百分含量随时间的变化,进而由即时氧气浓度和氧耗原理测定出材料的燃烧放热情况。

　　1·3　载重台

　　载重台是测定样品质量变化的装置,它可以准确记录样品在燃烧过程中的质量变化情况。燃烧时,样品放置于载重台的支架上。

　　1·4　烟测量系统

　　在靠近燃烧室的通风管道中设有氦氖激光发射器、复杂的伪双电子束测量装置和热电偶等装置,以此可测定烟管道中烟的比消光面积(SEA)。

　　1·5　通风系统

　　通风系统是指样品燃烧后,将燃烧产物由燃烧室排出到大气中的装置。通风装置的通风性能要根据试验要求进行调节,气体流速应限制在一定范围之内,否则将影响试验结果。