材料阻燃性能试验方法

阻燃材料燃烧试验的目的在于评定它的燃烧特性，即是否容易着火、着火后是否延燃，以及是否冒烟和释放毒气等。本文主要介绍了材料阻燃性能的测试方法。

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火的燃烧效应

为了研究材料阻燃性能参数，可将火划分为３个阶段，即初起阶段、全盛阶段及衰减阶段。所有可燃材料大多是在火灾全盛阶段燃烧，一般很少有阻燃能力。

因此，在评估材料火危害性时，只需考虑从火初起至闪燃这一阶段，此阶段包括下述几个过程：点燃、火焰传播、释热和闪燃，它们所产生的效应称为火的一级效应。此外，这一阶段还会产生多种次级效应，即材料燃烧产生的烟、有毒及腐蚀性产物的危害。

这些火的一级效应和次级效应，涉及材料的主要阻燃参数，也是材料阻燃性能测试方法的具体内容。

图1 火的一级效应和次级效应

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阻燃材料试验分类

材料阻燃性能测试方法根据试件大小可分为：实验室试验、中型试验及大型试验。其中实验室试验和中型试验最为常用，这两类试验，通常根据被测物体的可燃性、点燃性、火焰传播、释热及生烟性、火灾气体的毒性及腐蚀性等，对引发火灾具有决定性影响的参量将试验分为6类：

01、可燃性试验

如极限氧指数：是要测定火是否易于引起；

02、火焰传播性试验

如隧道试验和辐射板试验：是要测定火是否易于蔓延和火传播速率；

03、释热性试验

如锥形量热仪和量热计试验：是要测定材料燃烧时的放热量及放热速率，以了解火的发展趋势及火对邻近地区的危险；

04、生烟性试验

如烟箱试验和烟尘质量试验：是要测定材料燃烧时的生烟量；

05、有毒及腐蚀性实验

如生物试验和化学分析法：要测定材料燃烧时火灾气体的毒性和腐蚀性，以了解材料对生物及设备的危害性；

06、耐火性试验

如电视整机或建筑部件耐火性试验：是为了了解某种材料构筑成的建筑物或建筑物的一部分（如墙、地板，天花板）或其他制品，在强热及火焰的作用下所能经受的时间，即它们在火中倒塌或破坏或燃尽所需的时间。

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阻燃参数及测试方法

阻燃性能测试方法依据不同材料（如建材、电缆、塑料、电子电气等）、不同行业（如飞机、家具、机车、船舰等）、不同的标准（如ISO、ASTM、UL、BS、EN、IEC、GB），在试验方法、试验要求上有所不同。所有阻燃性测试的方法在相应的标准内均有阐述，由于涉及的测试方法较多，本文仅就最重要的几个阻燃参数和常用的测试方法进行介绍。

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可燃性试验

可燃性是指材料进行有焰燃烧的能力。很多现在采用的材料可燃性的测定方法系基于将特定火焰施加于材料所产生的结果。所用火焰的类型、大小、施加于试样的时间以及试样的尺寸、形状及放置方向等，在不同的试验中可有所不同，且均在测试方法或标准中有详细的规定。

一、氧指数的测定方法

氧指数(OI)：（也称极限氧指数LOI）是指在规定条件下，试样在氮、氧混合气体中，维持平衡燃烧所需的最低氧浓度（体积百分含量）。该方法可以非常有效的判断材料在空气中与火焰接触时燃烧的难易程度，并且可以为材料的燃烧性能分级，因此得到了世界各国的重视。

标准规范：ISO 4589-2， ASTM D 2863, NES 714, GB/T 2406, GB/T 5454

1、氧指数法

测试主要采用氧指数仪，将试样垂直地固定在燃烧筒中，使氧、氮混合气流由下向上流过，点燃试样顶端，观察试样的燃烧情况。在不同氧浓度中试验一组试样，以测定刚好维持试样平稳燃烧时的最低氧浓度。

★ 测试设备：氧指数仪

FTT的氧指数仪是目前可燃物测试中，诸多精密质量控制测试中最经济的一种，用于支持燃烧所需的最低氧气量。已经成为橡塑工业和电缆生产中主要的产品质量控制仪器，并是若干军事和运输集团的指定使用仪器。

图2 FTT氧指数仪

产品特点：

新型顺磁氧含量分析仪，精确测试氧气的含量（<0.1%）

结构紧凑，可放在实验室通风罩中使用

一个单向阀调节控制氧气流量

可快速装载样品

数字显示测试过程中的氧气百分含量（无需计算）

数字显示进入测试柱内的混合气体温度

样品夹具可装载硬质和软质材料

缩短了气路使之快速响应

仪器设计紧凑

2、高温氧指数法

在氧指数测定中，还发展了高温氧指数法，此法是在燃烧筒上增加了可控加温装置，提高测试环境温度，故可测定材料在较高环境温度（最高可达400℃）下的氧指数，以用来评价材料在较高温度下的燃烧性。材料氧指数一般随环境温度升高而降低，高温氧指数能更好地表征材料的燃烧性。

标准规范：ISO 4589-3，NES 715

图3 几种聚合物氧指数与温度的关系

ａ-酚醛树脂；ｂ-聚［双（苯氧基）磷氮烯］；ｃ-阻燃PA11；ｄ-阻燃PP

★ 测试设备：高温氧指数仪

高温氧指数仪能够根据 ISO 4589 第3部分或者英国海军工程标准NES 715 确定高温氧指数。实现高温是通过调整预热气体水平以及设定玻璃炉壁温度实现。

图4 FTT高温氧指数仪

产品特点：

测试温度可达400℃

样品温度电子显示

管内和预热温度电子显示

透明辐射加热测试管

高效气体预热器

氧泵，在待测期间储存氧气和氮气

二、水平及垂直燃烧试验

在塑料阻燃性能试验方法中，水平及垂直燃烧试验最具代表性，且应用也最为广泛。本法测定塑料表面火焰传播性能，其原理系水平或垂直地夹住试样的一端，对试样自由端施加规定的点燃源，测定线性燃烧速率（水平法）或有焰燃烧及无焰燃烧时间（垂直法）等来评价试样的阻燃性能。

标准规范：UL94, ASTM D635, IEC 60695-11-10, IEC 60707, ISO 1210, ASTM D3801, ASTM D5048, IEC 60695-11-20, ISO 9772, ASTM D4804, ISO 9773, ASTM D4986, ASTM D5025, ASTM D 5207, ISO 10093, ISO 103351, GB/T 2408, GB/T 5169.17, GB/T 8332

在众多相关规范中，由美国保险业实验室制订的UL94被广泛应用于测定制造设备和器具的塑料可燃性（但不适用于建筑用途的材料），同时UL94的试验结果给出了材料的阻燃性分级，塑料阻燃等级....