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相較于傳統(tǒng)的小型試驗(yàn)方法存在的試驗(yàn)操作環(huán)境與真實(shí)火災(zāi)相差較大，試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)只能用于一定試驗(yàn)條件下材料間燃燒性能的相對(duì)比較，不能作為評(píng)價(jià)材料在真實(shí)火災(zāi)中行為依據(jù)的問(wèn)題。新一代實(shí)驗(yàn)室阻燃性能試驗(yàn)儀器，逐漸向著試驗(yàn)環(huán)境同火災(zāi)材料的真實(shí)燃燒環(huán)境接近，所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)能夠評(píng)價(jià)材料在火災(zāi)中的燃燒行為的方向發(fā)展。

目前，實(shí)驗(yàn)室材料燃燒性能和阻燃性能的評(píng)價(jià)方法主要有四種：

• 錐形量熱儀(CONE)
• 氧彈量熱儀
• 單體燃燒儀（SBI）
• 氧指數(shù)測(cè)定儀

隨著阻燃科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的測(cè)試手段，上述四種方法是目前實(shí)驗(yàn)室對(duì)阻燃材料燃燒行為進(jìn)行評(píng)估的主要手段，其中具有代表性的是錐形量熱儀。錐形量熱儀法由于具有參數(shù)測(cè)定值受外界因素影響小，與大型實(shí)驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于很多領(lǐng)域的研究，并且錐形量熱儀是公認(rèn)的測(cè)量材料對(duì)火反應(yīng)特性或燃燒特性的比較好的技術(shù)手段。

錐形量熱儀（Cone Calorimeter，簡(jiǎn)稱CONE）是火災(zāi)科學(xué)研究領(lǐng)域中重要的儀器設(shè)備之一。它不僅可以用于研究各類材料或制品的燃燒性能，以評(píng)價(jià)材料或制品的燃燒行為，而且其測(cè)得的數(shù)據(jù)還是性能化火災(zāi)設(shè)計(jì)和火災(zāi)模型化重要的數(shù)據(jù)來(lái)源。此外，通過(guò)CONE測(cè)試還能在一定程度上預(yù)測(cè)材料或制品在大尺寸試驗(yàn)中的燃燒行為和燃燒性能。

錐形量熱儀(CONE)是美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所(NIST)的 Babrauskas于 1982 年提出，主要用以解決當(dāng)時(shí)基于密閉空間內(nèi)焓損失測(cè)定方法的小型熱釋放測(cè)試的不足。由于設(shè)備錐形加熱器的形狀，故被稱為錐形量熱儀。

對(duì)于CONE測(cè)試法，目前我國(guó)執(zhí)行的是GB/T 16172-2007 《建筑材料熱釋放速率試驗(yàn)方法》，此標(biāo)準(zhǔn)等同采用ISO 5660-1：2002，而目前國(guó)外執(zhí)行的有效國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為ISO 5660-1：2015 《對(duì)火反應(yīng)試驗(yàn)—熱釋放、產(chǎn)煙量及質(zhì)量損失率,第1部分:熱釋放速率(錐形量熱儀法)和煙生成速率（動(dòng)態(tài)測(cè)量）》，新版國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)與我國(guó)采用的GB/T 16172標(biāo)準(zhǔn)存在一定的差異。

當(dāng)然，錐形量熱儀(CONE)在高校及科研中應(yīng)用非常廣泛，能夠測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)非常多，并不是僅限于GB/T 16172-2007/ISO 5660-1：2015，不同國(guó)家和行業(yè)均有相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，下面列出部分經(jīng)常提及的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以供參考。

錐形量熱儀以氧消耗原理為基礎(chǔ)，研究發(fā)現(xiàn)，基于耗氧量原理的量熱計(jì)是較好的測(cè)試方法，即材料燃燒釋放熱量總是和燃燒過(guò)程耗氧量成正比，每消耗1kg氧氣將釋放13.1MJ的熱量，且受燃料類型和是否發(fā)生完全燃燒影響很小。

只要能測(cè)定出材料在燃燒時(shí)消耗的氧量，就可以獲得熱釋放速率(具體計(jì)算方法可參照GB/T 16172 標(biāo)準(zhǔn)中給出的公式)。不同熱輻射強(qiáng)度下的熱釋放速率(HRR)是CONE 給出的重要的參數(shù)之一，同時(shí)還能給出其它許多參數(shù)。

• 圓錐形加熱器。5kW電熱元件，輸出熱量可達(dá)100kw/m2，可使用電動(dòng)閥可調(diào)整高度，遠(yuǎn)距離控制錐形加熱器的位置，用于測(cè)試水平或垂直方向的試樣。
• 溫度控制器。熱流量可通過(guò)3個(gè)k型熱電偶和3項(xiàng)(PID)的溫度控制器控制，可以使用ConeCalc軟件設(shè)置測(cè)試期間的10步溫度剖面圖，等速加熱或分步控制熱流量。
• 電動(dòng)控制隔熱板。可通過(guò)7英寸觸摸屏或ConeCalc軟件自動(dòng)/手動(dòng)控制拆分快門機(jī)構(gòu)，保護(hù)樣品在測(cè)試前不暴露在熱的輻射下，確保初始質(zhì)量測(cè)量的穩(wěn)定性和操作人員的安全。
• 火花點(diǎn)火。10kV火花點(diǎn)火器，可自動(dòng)定位與控制，配有安全切斷裝置。
• 試樣夾。不銹鋼制造，樣品大小100mm×100mm，厚度不超過(guò)50mm，水平和垂直擺放。
• 測(cè)壓元件。安裝在一個(gè)獨(dú)立的工作臺(tái)上，避免了來(lái)自主機(jī)上排氣扇所產(chǎn)生振動(dòng)的影響。0.01g高分辨率，量程可達(dá)5.0kg或8.2kg。
• 玻璃防護(hù)屏。覆蓋尺寸600mm×600mm,可收縮式的4面耐熱玻璃防護(hù)屏為燃燒模塊提供了一個(gè)自由的氣流條件，并且為每個(gè)角度觀察提供了清楚的視野。并且可以手動(dòng)或電子控制耐熱玻璃防護(hù)屏的升降。
• 排氣系統(tǒng)。采用不銹鋼制造，使用壽命長(zhǎng)。包含大引擎蓋，氣體樣品取樣針，排風(fēng)扇和孔板流量測(cè)試器。正常運(yùn)行為24升/秒。
• 氣體采樣。包括微粒過(guò)濾器、冷凍冷阱、泵、干燥筒和流量控制器。
• 煙霧遮蔽。用激光系統(tǒng)測(cè)量，使用硅光電二極管，和一個(gè)0.5 mW氦氖激光器，主要及備用光電探測(cè)器。同時(shí)備有定位支架和0.3、0.8中性密度濾波器進(jìn)行校準(zhǔn)。
• 校準(zhǔn)爐。校準(zhǔn)儀器測(cè)試出的熱釋放率，使用99.5%純度的甲烷。
• 熱流計(jì)。用ConeCalc軟件自動(dòng)設(shè)置樣品表面的輻射水平。
• 觸摸屏。帶有火花點(diǎn)火器定位、火模隔熱控制、加熱器高度調(diào)節(jié)、排風(fēng)機(jī)控制和測(cè)試控制，7”的觸摸控制器與主機(jī)的計(jì)算機(jī)控制相鄰設(shè)計(jì)。
• 固定氣體分析控制臺(tái) (iCone Classic)或移動(dòng)氣體分析架(iCone mini)。通過(guò)手動(dòng)閥門和流量計(jì)控制和測(cè)量進(jìn)入分析器的氣體流量。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
• ConeCalc軟件。操作語(yǔ)言包括英語(yǔ)、法語(yǔ)、德語(yǔ)、西班牙語(yǔ)和日語(yǔ)。用戶界面基于Windows操作系統(tǒng)，帶易于使用的按鈕操作，標(biāo)準(zhǔn)Windows數(shù)據(jù)輸入方法，下拉選項(xiàng)，點(diǎn)擊選中，以及開關(guān)。

錐形量熱儀的

優(yōu)點(diǎn)，就是能夠在實(shí)驗(yàn)中測(cè)得多個(gè)與材料燃燒性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，一些數(shù)據(jù)對(duì)阻燃研究和材料評(píng)價(jià)至關(guān)重要。那么CONE到底能夠獲得哪些參數(shù)，下面我們介紹一下。

上面我們?cè)敿?xì)介紹了錐形量熱儀（CONE），那么就不得不再介紹一下微型量熱儀（MCC）。

微型量熱儀通常在幾秒內(nèi)就可確定基本化學(xué)熱數(shù)值，預(yù)測(cè)材料防火性能。這一技術(shù)能用很小的樣品（1-50mg）迅速確定參數(shù)，如熱釋放速率系數(shù)（W/g）、燃燒熱量（J/g）、著火溫度（°C）等，典型可重復(fù)性為±5%。

微型量熱儀數(shù)據(jù)和防火測(cè)試數(shù)據(jù) (錐形量熱儀, OSU 熱釋放速率測(cè)定儀), 可燃性測(cè)試(LOI 高溫氧指數(shù)儀, UL94 水平/垂直燃燒儀) 以及燃燒測(cè)試 (氧彈量熱儀) 相關(guān)聯(lián)，因此被視為確定和預(yù)測(cè)材料防火性能的一種高效，低成本的工具。

關(guān)于微型量熱儀法，目前最常提及的是ASTM D7309 《Standard Test Method for Determining Flammability Characteristics of Plastics and Other Solid Materials Using Microscale Combustion Calorimetry（用微型燃燒量熱法測(cè)定塑料和其他固體材料可燃特性的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法）》。我國(guó)根據(jù)ASTM D7309使用翻譯法修改編寫了商檢行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SN/T 4879-2017《聚合物及其復(fù)合材料燃燒性能試驗(yàn)方法 微型量熱法》，標(biāo)準(zhǔn)中進(jìn)行了少量調(diào)整。

微型量熱儀同樣基于傳統(tǒng)的氧耗量量熱法。首先在熱解器中以恒定的升溫速率（通常1-5K/s）加熱樣品，并通過(guò)惰性氣體從熱解器中吹掃降解產(chǎn)物。將氣流與氧氣混合并在900℃下進(jìn)入燃燒室，在那里分解產(chǎn)物被完全氧化。燃燒氣體的氧氣濃度和流速用于確定燃燒過(guò)程中涉及的氧氣消耗，并且由這些測(cè)量確定熱釋放速率?？偟膩?lái)說(shuō)，MCC是小型的錐量，但數(shù)據(jù)上不如錐量定量、詳細(xì)。

• 雙向96-264VAC, 50-60Hz（不需要切換）
• 厭氧和有氧高溫分解
• 幾分鐘內(nèi)就可以得到測(cè)試結(jié)果
• 自動(dòng)控制溫度和氣體流速
• 樣品尺寸（1-50mg）
• 過(guò)溫保護(hù)裝置
• 可拆卸的設(shè)備后蓋，便于后期的部件維護(hù)，如燃料電池

錐形量熱儀是基于“耗氧原理”的新一代燃燒試驗(yàn)儀器，其最大的特點(diǎn)是以強(qiáng)制外加熱輻射模式來(lái)研究物質(zhì)的燃燒行為，并以時(shí)間為維度，即時(shí)地記錄物質(zhì)在燃燒過(guò)程中釋放熱、重量、氣氛等多方面的變化，可以在一定程度上較全面的定量描述物質(zhì)的燃燒過(guò)程，并以此考察物質(zhì)在特定外場(chǎng)環(huán)境下的燃燒性能，進(jìn)而剖析其內(nèi)在的燃燒特性。就試驗(yàn)規(guī)模而言，錐形量熱法仍歸屬于小型實(shí)驗(yàn)的范疇，但因?yàn)殄F形量熱儀獨(dú)特的強(qiáng)制燃燒設(shè)計(jì)，可以有效模擬現(xiàn)實(shí)火災(zāi)的燃燒情景，其測(cè)試結(jié)果可與傳統(tǒng)大型燃燒試驗(yàn)的結(jié)論形成比對(duì)。

錐形量熱儀和微型量熱儀在各行業(yè)研究中的應(yīng)用主要可以概括為3方面，并以此為基礎(chǔ)應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)：

建筑材料防火性能至關(guān)重要，與建筑材料阻燃性能相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法是目前涉及范圍較廣、發(fā)展較為完備的領(lǐng)域。與ISO 5660-1：2002等同的GB/T 16172-2007被大量標(biāo)準(zhǔn)引用以材料的阻燃性能，如GB/Z 5169.32-2013《電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn) 第32部分:熱釋放 絕緣液體的熱釋放》、GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級(jí)》等。

電線電纜的阻燃問(wèn)題一直是業(yè)內(nèi)廣為關(guān)注的焦點(diǎn)。為模擬線纜的實(shí)際燃燒過(guò)程，電線電纜的燃燒試驗(yàn)普遍具有試驗(yàn)種類多、規(guī)模大、成本高的特點(diǎn)，且通常要結(jié)合多項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果才能對(duì)其阻燃的有效性進(jìn)行綜合判定，而電纜料多采用極限氧指數(shù)來(lái)定量評(píng)估其阻燃性能。電線電纜的燃燒過(guò)程遠(yuǎn)較氧指數(shù)實(shí)驗(yàn)復(fù)雜，二者的結(jié)果并不具有對(duì)應(yīng)性。

錐形量熱儀可以同時(shí)滿足線纜成品與電纜料的測(cè)試需求，為二者試驗(yàn)結(jié)論間的類比提供了基礎(chǔ)。如歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 50399“著著火條件下電纜的通用試驗(yàn)，火焰蔓延試驗(yàn)中測(cè)量熱釋放量和冒煙量－測(cè)試儀器、程序和結(jié)果?！敝屑绰?lián)用錐形量熱儀的氧分析系統(tǒng)與煙霧分析系統(tǒng)來(lái)研究成束電纜燃燒過(guò)程中熱釋放與煙霧釋放速率。

此外，在《基于CONE和MCC的典型電纜燃燒性能研究》中，采用錐形量熱儀和微燃燒量熱儀對(duì)4類不同護(hù)套材料電纜的8種電纜樣品進(jìn)行燃燒性能分析研究。

軌道客車使用復(fù)合材料已經(jīng)有著幾十年的歷史，在車輛輕量化方面起到了重要的作用。隨著列車防火需求的提升，內(nèi)飾材料的安全性也逐步得到提高，地鐵和高鐵要求嚴(yán)格的材料防火性能，同時(shí)也是錐形量熱儀的重要應(yīng)用領(lǐng)域之一。

在國(guó)際海域航行的船舶都要遵循SOLAS（海上生命安全公約）的規(guī)定，船舶包括輪船、艦艇等等。由于船舶發(fā)生火災(zāi)時(shí)不易逃生，其材料的防火性能特別受到關(guān)注。

美國(guó)聯(lián)邦航空管理局（FAA）監(jiān)管在美國(guó)運(yùn)營(yíng)的飛機(jī)，但其指導(dǎo)方針在被全球采用。在美國(guó)聯(lián)邦航空局飛機(jī)材料防火測(cè)試手冊(cè)中詳細(xì)介紹了客機(jī)所用材料的防火測(cè)試。FTT微型量熱儀就是與FAA共同研發(fā)，且微型量熱儀的測(cè)試數(shù)據(jù)與FAA測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中ASTM E906 OSU 熱釋放速率測(cè)定儀的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，且試驗(yàn)成本較低。

塑料是火災(zāi)中常見的著火材料，錐形量熱儀被普遍用于對(duì)幾種常用塑料的燃燒裂解行為進(jìn)行了研究，分析比較典型塑料材料在不同輻射功率下燃燒裂解的變化規(guī)律，以及不同阻燃體系對(duì)塑料燃燒裂解行為的影響。探討了火災(zāi)條件下塑料燃燒裂解的原因，以及某些阻燃體系的阻燃作用。

此外，錐形量熱儀還可用于評(píng)價(jià)包裝材料、農(nóng)作物、小商品等火災(zāi)危險(xiǎn)性。近幾年來(lái)，還有學(xué)者把錐形量熱儀用于熱塑性高分子材料的燃燒過(guò)程模擬與分析和研究金屬、鋼結(jié)構(gòu)等材料的燃燒性能，是推進(jìn)阻燃材料研發(fā)的重要試驗(yàn)設(shè)備。

室內(nèi)裝修及家具材料的使用非常普遍，這些材料的燃燒特性對(duì)建筑火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展、蔓延及危害后果有重要影響。不少研究者采用錐形量熱儀，通過(guò)測(cè)試各種裝修及家具材料(如壁紙、PVC復(fù)合板、膠合板、室內(nèi)裝飾、裝修材料等)的燃燒特性和不同輻射條件下的各種參數(shù)，比較材料的火災(zāi)安全性能，對(duì)材料的安全使用和建筑火災(zāi)預(yù)防與控制具有重要意義。

木材是建筑、家具的主要原材料，同時(shí)被用于構(gòu)建防火帶、人工林等重要設(shè)施，其燃燒性能的研究與阻燃性能的改善一直是關(guān)注較多的領(lǐng)域。錐形量熱儀作為研究材料燃燒性能的優(yōu)質(zhì)方法，被大量應(yīng)用于木材阻燃性能的研究。如基于錐形量熱儀以南方7種樹葉為例評(píng)價(jià)比較一維和三維燃燒性；進(jìn)行蘇北防火林帶8種主要樹種抗火能力的分析；測(cè)試ASD阻燃劑對(duì)落葉松材阻燃性能的影響；進(jìn)行竹材發(fā)泡板熱解和燃燒特性測(cè)試等。