橡膠燃燒性能試驗(yàn)機(jī)/水平垂直燃燒機(jī)

1、范圍

橡膠燃燒性能試驗(yàn)機(jī)/水平垂直燃燒機(jī)本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下測(cè)定橡膠燃燒性能的兩種方法：氧指數(shù)法（方法A）和垂直燃燒法（方法B）。

橡膠燃燒性能試驗(yàn)機(jī)/水平垂直燃燒機(jī)本標(biāo)準(zhǔn)適用于在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下評(píng)定橡膠材料的燃燒性能及阻燃性能，不適用于評(píng)定實(shí)際使用條件下橡膠材料的著火危險(xiǎn)性。

2、規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的新版本、凡是不注日期的引用文件，其新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

GB/T 2941—2006  橡膠物理試驗(yàn)方法試樣制備和調(diào)節(jié)通用程序（ISO 23529：2004，IDT）

GB/T3863 工業(yè)用氧

GB/T3864 工業(yè)氮

HG/T3095 橡膠火焰試驗(yàn)術(shù)語

3、術(shù)語和定義

HG/T 3095確立的以及下列術(shù)語和定義適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

3.1

氧指數(shù) oxygen index

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，在23℃±2℃的氧和氮混合氣流中，維持橡膠材料燃燒的低氧濃度（用體積分?jǐn)?shù)表示）。

4、方法A—氧指數(shù)法

4.1  試驗(yàn)原理

試樣垂直地支撐在一個(gè)透明的燃燒筒內(nèi)，燃燒筒內(nèi)有向上流動(dòng)的氧和氮的混合氣體，點(diǎn)燃試樣的上端，然后觀察燃燒現(xiàn)象并與規(guī)定的限度值比較燃燒持續(xù)時(shí)間或燃燒長(zhǎng)度。通過在不同的氧濃度中試驗(yàn)，可測(cè)得維持材料燃燒的低氧濃度，試驗(yàn)的試樣中要有50%超過規(guī)定的燃燒持續(xù)時(shí)間或燃燒長(zhǎng)度。

4.2  試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置見圖1。

4.2.1  燃燒筒：一只能直立于底座之上的耐熱透明玻璃筒，其內(nèi)徑為75mm，總高度為450mm，以保證筒內(nèi)的氣流速度為40mm/s±10mm/s筒內(nèi)底座上裝有試樣支架，并有引入氧氮混合氣體的導(dǎo)管，試樣支架的下部應(yīng)裝一片金屬網(wǎng)。燃燒筒底部應(yīng)填充直徑為3mm～5mm的玻璃球，填充高度80mm～100mm。

注：也可以采用其他尺寸的燃燒筒，但燃燒筒尺寸不同所得出的氧指數(shù)的值可能會(huì)有差異，宜在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

4.2.2  試樣支架：在燃燒筒軸心位置豎直地夾持試樣的夾子。

4.2.3  氣源：氧氣應(yīng)符合GB/T 3863的要求；氮?dú)鈶?yīng)符合GB/T 3864的要求。

4.2.4  氣體測(cè)量和控制系統(tǒng)：由壓力表、調(diào)節(jié)閥、轉(zhuǎn)子流量計(jì)（氧、氮轉(zhuǎn)子流量計(jì)的小刻度為0.05L/min）等組成。

1——點(diǎn)火器； 10——氧氣流量計(jì)；

2——燃燒筒； 11——氧氣調(diào)節(jié)閥；

3——試樣； 12——氧氣壓力表；

4——金屬網(wǎng)； 13——混合氣體流量計(jì)；

5——試樣支架； 14——氧氮混合器；

6——玻璃球； 15——氮?dú)饬髁坑?jì)；

7——底座； 16——氮?dú)庹{(diào)節(jié)閥；

8——混合氣體調(diào)節(jié)閥； 17——氮?dú)鈮毫Ρ怼?/span>

9——混合氣體壓力表；

圖1  試驗(yàn)裝置示意圖

4.2.5  點(diǎn)火器：一根伸入燃燒筒內(nèi)點(diǎn)燃試樣的管子，其噴嘴直徑為2mm±1mm。燃?xì)饪筛鶕?jù)情況選用丙烷、丁烷、液化石油氣、天然氣等。燃燒時(shí)從噴嘴垂直向下噴出的火焰長(zhǎng)度為16mm±4mm。

4.2.6  計(jì)時(shí)器：小刻度值為0.1s的秒表或其他相當(dāng)?shù)挠?jì)時(shí)裝置。

4.2.7  測(cè)長(zhǎng)量具：小刻度值為1mm不銹鋼直尺。

4.2.8  通風(fēng)系統(tǒng)：為排除試驗(yàn)中產(chǎn)生的煙霧和有害氣體，試驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行，但試驗(yàn)過程中不能開抽風(fēng)機(jī)，以免影響燃燒筒內(nèi)的氣流速度。

4.3  試樣

4.3.1  試樣尺寸為長(zhǎng)80mm～150mm，寬6.5mm±0.5mm，厚3mm±0.25mm。

4.3.2  試樣的制備和調(diào)節(jié)應(yīng)按GB/T 2941—2006的要求進(jìn)行。

4.3.3  為了便于測(cè)量試樣的燃燒長(zhǎng)度，在距試樣點(diǎn)火端50mm處作一標(biāo)記。

4.3.4  對(duì)已知氧指數(shù)值相差在±2范圍內(nèi)的橡膠材料，應(yīng)準(zhǔn)備15個(gè)試樣；對(duì)未知氧指數(shù)或具有不穩(wěn)定燃燒特性的橡膠材料，準(zhǔn)備15個(gè)～30個(gè)試樣。

4.4  試驗(yàn)步驟

4.4.1  檢查試驗(yàn)裝置，確保完好。燃燒筒應(yīng)安放垂直在筒*的試樣支架上垂直夾好試樣，試樣頂端距離筒口至少100mm。

4.4.2  根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或試樣在空氣中燃燒的情況，估計(jì)開始試驗(yàn)時(shí)的氧濃度。試樣在空氣中迅速燃燒，氧濃度（體積分?jǐn)?shù)）估計(jì)為18%；在空氣中緩慢或不穩(wěn)定燃燒，估計(jì)為21%；在空氣中不著火，至少估計(jì)為25%。氧濃度的計(jì)算公式見附錄A。

4.4.3 按4.4.2確定氧濃度后，調(diào)好氧氮混合氣體流量（氧氣和氮?dú)饬髁繀⒁姼戒汢），并讓其在燃燒筒中至少流動(dòng)30s，以除去燃燒筒中的空氣。每個(gè)試樣試驗(yàn)前都應(yīng)重復(fù)此過程，以保證燃燒筒中的氣流量在試驗(yàn)的點(diǎn)火和燃燒過程中不發(fā)生變化。在點(diǎn)火和燃燒過程中，不應(yīng)改變氣流速度和氧氮?dú)怏w濃度。

4.4.4  點(diǎn)燃點(diǎn)火器，將火焰調(diào)到規(guī)定的長(zhǎng)度，把點(diǎn)火器噴嘴伸入燃燒筒內(nèi)。讓火焰充分接觸試樣頂端表面，但不能與側(cè)面接觸。施加火焰時(shí)間不超過30s，其間每隔5s移開點(diǎn)火器觀察一次，看試樣是否被點(diǎn)燃。如果試樣整個(gè)頂端面都燃燒起來，就認(rèn)為試樣已被點(diǎn)燃，立即開始計(jì)時(shí)，或測(cè)量燃燒長(zhǎng)度。

4.4.5  燃燒特性按下面要求評(píng)定：

4.4.5.1  若試樣燃燒時(shí)間不到180s或燃燒不到50mm標(biāo)記處火焰自熄，記作特征“0”，并記錄此時(shí)的燃燒時(shí)間和燃燒長(zhǎng)度。

4.4.5.2  若試樣燃燒時(shí)間超過180s或燃燒超過50mm標(biāo)記處，記作特征“×”，并將試樣熄滅。

4.4.5.3  如有熔滴、結(jié)炭、不穩(wěn)定燃燒、陰燃等現(xiàn)象，也作為燃燒特征加以記錄。

4.4.6  為繼續(xù)試驗(yàn)需要選擇下一個(gè)氧濃度。應(yīng)按這樣的原則來選擇氧濃度：若得到“0”特征，應(yīng)增加氧濃度；若得到“×”特征，應(yīng)降低氧濃度。

4.4.7  用適當(dāng)?shù)募?jí)差改變氧濃度，重復(fù)4.4.4～4.4.6的操作，直到有一對(duì)“0”和“×”特征的氧濃度相差小于或等于1。這兩個(gè)相反的特征不一定是連續(xù)出現(xiàn)的（參見附錄C中C.1），“0”特征的氧濃度不一定bi“×”特征的低。用這一對(duì)特征中“0”的相應(yīng)氧濃度作為初始氧濃度。

4.4.8  用由4.4.7得到的初始氧濃度，重復(fù)4.4.4～4.4.6的操作，試驗(yàn)1個(gè)試樣，記錄所用的氧濃度和特征作為*個(gè)結(jié)果。

4.4.9  取氧濃度級(jí)差d=0.2%重復(fù)4.4.4～4.4.6的操作，直到得出與*個(gè)結(jié)果相反的特征為止。記錄這些特征和相應(yīng)的氧濃度。

4.4.10  保持d=0.2%，重復(fù)4.4.4～4.4.6的操作，再試驗(yàn)4個(gè)試樣，記錄每個(gè)試樣所用的氧濃度及其特征，并用于后1個(gè)試樣的氧濃度為終氧濃度c_f。將這4個(gè)特征和4.4.9中得到的后1個(gè)待征排列到一起，以便確定k值。

4.4.11  計(jì)算后6個(gè)試樣所用的氧濃度（包括c_f）的估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差（見4.5.3），如果下列關(guān)系成立：

的操作，到條件滿足為止。

4.5  結(jié)果的計(jì)算

4.5.1  氧指數(shù)(OI)

氧指數(shù)(OI)的計(jì)算見公式(1:

OI = c_f + kd………………………………（1）

式中：

OI——用體積分?jǐn)?shù)表示的氧指數(shù)，計(jì)算中保留兩位小數(shù)，報(bào)告中只保留一位小數(shù)；

c_f——用體積分?jǐn)?shù)表示的終氧濃度，保留一位小數(shù)；

k—一系數(shù)，確定方法見4.5.2；

d——用體積分?jǐn)?shù)表示的氧濃度級(jí)差，保留一位小數(shù)。

4.5.2   k值的確定

k值及其正負(fù)號(hào)取決于試樣的特征，可按下述方法從表1中確定。

4.5.2.1  若按4.4.8試驗(yàn)得到“0”特征，那么*個(gè)相反的特征（見4.4.9）應(yīng)為“×”。從表1*列中每行的后4個(gè)特征排列里，找到與4.4.10得到的特征排列*相同的那一行。再根據(jù)4.4.8和4.4.9得到的“0”特征的個(gè)數(shù)，從(a)中找到個(gè)數(shù)與之相同的那一列。行列交叉處即為所求k值。

4.5.2.2  若按4.4.8試驗(yàn)得到“×”特征，那么*個(gè)相反的特征應(yīng)為“0”，從表1內(nèi)第六列中每行的后4個(gè)特征排列里，找到與4.4.10得到的特征排列*相同的那一行。再根據(jù)4.4.8和4.4.9得到的“×”特征的個(gè)數(shù)，從(b)行中找到個(gè)數(shù)與之相同的那一列。行列交叉處即為所求k值。此時(shí)的k值應(yīng)改變符號(hào)，即查正得負(fù)，查負(fù)得正。

表1  k值確定表

4.5.3  氧濃度標(biāo)準(zhǔn)差

4.6  試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容：

a）本標(biāo)準(zhǔn)號(hào)及方法A；

b）樣品名稱或代號(hào)；

c）試樣的尺寸；

d）氧指數(shù)；

e）試樣燃燒長(zhǎng)度；

f）熔滴、不穩(wěn)定燃燒、陰燃等現(xiàn)象；

g）燃?xì)夥N類；

h）試驗(yàn)室溫度及濕度；

i）試驗(yàn)日期及試驗(yàn)審核人員。

5、方法B——垂直燃燒法

5.1  試驗(yàn)原理

試樣垂直夾持在支架上，其下端在規(guī)定的火焰中燃燒一定時(shí)間，然后移開火焰，并開始測(cè)量后試樣有焰燃燒和無焰燃燒的時(shí)間等燃燒行為，來評(píng)定試樣的燃燒性能等級(jí)。

5.2    試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置見圖2。

圖2    試驗(yàn)裝置示意圖

5.2.1  本生燈：管長(zhǎng)80mm～100mm，內(nèi)徑9.5mm±0.5mm。

5.2.2  試樣支架：配有試樣夾持器，能調(diào)節(jié)試樣的垂直高度。

5.2.3  計(jì)時(shí)器：小刻度值為0.1s的秒表或其他相當(dāng)?shù)挠?jì)時(shí)裝置。

5.2.4  測(cè)長(zhǎng)量具：小刻度值為1mm不銹鋼直尺。

5.2.5  燃?xì)猓汗I(yè)級(jí)甲烷。可采用熱值約為37MJ/m³的其他燃?xì)?，如天然氣、液化石油氣、煤氣等。如有?zhēng)議時(shí)應(yīng)采用工業(yè)級(jí)甲烷。

5.2.6  科研脫脂棉：要求干燥清潔，棉層（未經(jīng)壓縮）尺寸約為50mm×50mm×6mm。

5.2.7  通風(fēng)裝置：試驗(yàn)應(yīng)在通風(fēng)柜內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)過程中不能排風(fēng)。

5.3  試樣

5.3.1  試樣長(zhǎng)130mm±5mm，寬13.0mm±0.5mm，厚3.0mm±0.25mm。

注：試樣厚度可采用其他尺寸，但試驗(yàn)結(jié)果不能與標(biāo)準(zhǔn)試樣的試驗(yàn)結(jié)果相比較，并在試驗(yàn)報(bào)告中注明。

5.3.2  5個(gè)試樣為一組。

5.3.3  試樣的制備和調(diào)節(jié)應(yīng)符合GB/T 2941—2006的規(guī)定。

5.4  試驗(yàn)步驟

5.4.1  夾持器夾住試樣上端約6mm處，并保持垂直。試樣下端距脫脂棉的距離為300mm±10mm。

5.4.2  旋緊燈管，開啟燃?xì)忾y，在遠(yuǎn)離試樣處點(diǎn)燃本生燈。調(diào)節(jié)燃?xì)忾y使之產(chǎn)生高度約為20mm的黃色火焰，再調(diào)節(jié)空氣流量使之成為高度為20mm±1mm的藍(lán)色火焰。

5.4.3  將火焰對(duì)著試樣下端中心部位，燈口與試樣下端保持間隔10mm±1mm，施加火焰10s±0.5s，將本生燈移到150mm以外，移燈同時(shí)啟動(dòng)秒表，記錄有焰燃燒時(shí)間t_1，i，如果試樣燃燒時(shí)有熔融或燃燒滴落物，應(yīng)將本生燈傾斜45°，但仍保證試樣下端與傾斜的本生燈口之間的距離為10mm±1mm。傾斜形式見圖3。

注：為了便于燈口與試樣下端的間隔保持10mm±1mm，可選用帶有尺度*的本生燈，參見附錄D。

圖3  本生燈傾斜示意

5.4.4  當(dāng)試樣有焰燃燒的火焰熄滅，立即再次施加火焰，10s±0.5s后移去本生燈，記錄試樣的有焰燃燒時(shí)間t_2，i，和無焰燃燒時(shí)間t_a，i。

5.4.5重復(fù)5.4.1～5.4.4，試驗(yàn)一組試樣。

5.5  結(jié)果的計(jì)算

5.5.1  一組試樣有焰燃燒時(shí)間的計(jì)算：

式中：

t_f——一組試樣有焰燃燒時(shí)間，單位為秒(s)；

t_1，i——單個(gè)試樣*次施加火焰后的有焰燃燒時(shí)間，單位為秒(s)；

t_2，i——單個(gè)試樣第二次施加火焰后的有焰燃燒時(shí)間，單位為秒(s)；

i——試樣序號(hào)，i=1～5。

5.5.2  單個(gè)試樣第二次施加火焰后有焰燃燒時(shí)間與無焰燃燒時(shí)間之和的計(jì)算：

t_a = t_z,i + t_g,i…………………………（4）

式中：

t_a——單個(gè)試樣第二次施加火焰后有焰燃燒時(shí)間與無焰燃燒時(shí)間之和，單位為秒(s)；

t_z,i——單個(gè)試樣第二次施加火焰后的有焰燃燒時(shí)間，單位為秒(s)；

t_g,i——單個(gè)試樣第二次施加火焰后的無焰燃燒時(shí)間，單位為秒(s)；

i——試樣序號(hào)，i=1～5。

5.6  結(jié)果評(píng)定

5.6.1  橡膠材料的垂直燃燒性能等級(jí)分為FV-0，F(xiàn)V-1和FV-2三級(jí)，見表2。

表2  橡膠材料垂直燃燒性能等級(jí)判別

5.6.2  試驗(yàn)結(jié)果與表2對(duì)照，確定橡膠材料的垂直燃燒性能等級(jí)。

5.6.3  如果一組試樣中有一個(gè)不符合表2相應(yīng)的等級(jí)要求，應(yīng)再取一組試樣進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，復(fù)驗(yàn)的試樣均應(yīng)符合表2等級(jí)的要求；如果復(fù)驗(yàn)的試樣中仍有一個(gè)試樣不符合表2中相應(yīng)等級(jí)要求，則應(yīng)以兩組中數(shù)字大的等級(jí)作為該橡膠材料的垂直燃燒性能等級(jí)。

5.6.4  如果試驗(yàn)結(jié)果超出FV-2級(jí)的要求，則不應(yīng)用本方法評(píng)定。