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相較于傳統(tǒng)的小型試驗方法存在的試驗操作環(huán)境與真實火災相差較大，試驗獲得的數(shù)據(jù)只能用于一定試驗條件下材料間燃燒性能的相對比較，不能作為評價材料在真實火災中行為依據(jù)的問題。新一代實驗室阻燃性能試驗儀器，逐漸向著試驗環(huán)境同火災材料的真實燃燒環(huán)境接近，所得試驗數(shù)據(jù)能夠評價材料在火災中的燃燒行為的方向發(fā)展。

目前，實驗室材料燃燒性能和阻燃性能的評價方法主要有四種：

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

隨著阻燃科學與技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了各種新的測試手段，上述四種方法是目前實驗室對阻燃材料燃燒行為進行評估的主要手段，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)測定值受外界因素影響小，與大型實驗結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點被應用于很多領(lǐng)域的研究，并且錐形量熱儀是公認的測量材料對火反應特性或燃燒特性的比較好的技術(shù)手段。

錐形量熱儀（Cone Calorimeter，簡稱CONE）是火災科學研究領(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，以評價材料或制品的燃燒行為，而且其測得的數(shù)據(jù)還是性能化火災設(shè)計和火災模型化重要的數(shù)據(jù)來源。此外，通過CONE測試還能在一定程度上預測材料或制品在大尺寸試驗中的燃燒行為和燃燒性能。

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

對于CONE測試法，目前我國執(zhí)行的是GB/T 16172-2007 《建筑材料熱釋放速率試驗方法》，此標準等同采用ISO 5660-1：2002，而目前國外執(zhí)行的有效國際標準為ISO 5660-1：2015 《對火反應試驗—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（動態(tài)測量）》，新版國際標準與我國采用的GB/T 16172標準存在一定的差異。

當然，錐形量熱儀(CONE)在高校及科研中應用非常廣泛，能夠測試的標準非常多，并不是僅限于GB/T 16172-2007/ISO 5660-1：2015，不同國家和行業(yè)均有相應的測試標準，下面列出部分經(jīng)常提及的相關(guān)標準以供參考。

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是較好的測試方法，即材料燃燒釋放熱量總是和燃燒過程耗氧量成正比，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。

只要能測定出材料在燃燒時消耗的氧量，就可以獲得熱釋放速率(具體計算方法可參照GB/T 16172 標準中給出的公式)。不同熱輻射強度下的熱釋放速率(HRR)是CONE 給出的重要的參數(shù)之一，同時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100kw/m2，可使用電動閥可調(diào)整高度，遠距離控制錐形加熱器的位置，用于測試水平或垂直方向的試樣。
• 溫度控制器。熱流量可通過3個k型熱電偶和3項(PID)的溫度控制器控制，可以使用ConeCalc軟件設(shè)置測試期間的10步溫度剖面圖，等速加熱或分步控制熱流量。
• 電動控制隔熱板。可通過7英寸觸摸屏或ConeCalc軟件自動/手動控制拆分快門機構(gòu)，保護樣品在測試前不暴露在熱的輻射下，確保初始質(zhì)量測量的穩(wěn)定性和操作人員的安全。
• 火花點火。10kV火花點火器，可自動定位與控制，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50mm，水平和垂直擺放。
• 測壓元件。安裝在一個獨立的工作臺上，避免了來自主機上排氣扇所產(chǎn)生振動的影響。0.01g高分辨率，量程可達5.0kg或8.2kg。
• 玻璃防護屏。覆蓋尺寸600mm×600mm,可收縮式的4面耐熱玻璃防護屏為燃燒模塊提供了一個自由的氣流條件，并且為每個角度觀察提供了清楚的視野。并且可以手動或電子控制耐熱玻璃防護屏的升降。
• 排氣系統(tǒng)。采用不銹鋼制造，使用壽命長。包含大引擎蓋，氣體樣品取樣針，排風扇和孔板流量測試器。正常運行為24升/秒。
• 氣體采樣。包括微粒過濾器、冷凍冷阱、泵、干燥筒和流量控制器。
• 煙霧遮蔽。用激光系統(tǒng)測量，使用硅光電二極管，和一個0.5 mW氦氖激光器，主要及備用光電探測器。同時備有定位支架和0.3、0.8中性密度濾波器進行校準。
• 校準爐。校準儀器測試出的熱釋放率，使用99.5%純度的甲烷。
• 熱流計。用ConeCalc軟件自動設(shè)置樣品表面的輻射水平。
• 觸摸屏。帶有火花點火器定位、火模隔熱控制、加熱器高度調(diào)節(jié)、排風機控制和測試控制，7”的觸摸控制器與主機的計算機控制相鄰設(shè)計。
• 固定氣體分析控制臺 (iCone Classic)或移動氣體分析架(iCone mini)。通過手動閥門和流量計控制和測量進入分析器的氣體流量。
• 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
• ConeCalc軟件。操作語言包括英語、法語、德語、西班牙語和日語。用戶界面基于Windows操作系統(tǒng)，帶易于使用的按鈕操作，標準Windows數(shù)據(jù)輸入方法，下拉選項，點擊選中，以及開關(guān)。

錐形量熱儀的

優(yōu)點，就是能夠在實驗中測得多個與材料燃燒性能相關(guān)的數(shù)據(jù)，一些數(shù)據(jù)對阻燃研究和材料評價至關(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。

上面我們詳細介紹了錐形量熱儀（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)就可確定基本化學熱數(shù)值，預測材料防火性能。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，典型可重復性為±5%。

微型量熱儀數(shù)據(jù)和防火測試數(shù)據(jù) (錐形量熱儀, OSU 熱釋放速率測定儀), 可燃性測試(LOI 高溫氧指數(shù)儀, UL94 水平/垂直燃燒儀) 以及燃燒測試 (氧彈量熱儀) 相關(guān)聯(lián)，因此被視為確定和預測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定塑料和其他固體材料可燃特性的標準試驗方法）》。我國根據(jù)ASTM D7309使用翻譯法修改編寫了商檢行業(yè)標準SN/T 4879-2017《聚合物及其復合材料燃燒性能試驗方法 微型量熱法》，標準中進行了少量調(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程中涉及的氧氣消耗，并且由這些測量確定熱釋放速率。總的來說，MCC是小型的錐量，但數(shù)據(jù)上不如錐量定量、詳細。

• 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)就可以得到測試結(jié)果
• 自動控制溫度和氣體流速
• 樣品尺寸（1-50mg）
• 過溫保護裝置
• 可拆卸的設(shè)備后蓋，便于后期的部件維護，如燃料電池

錐形量熱儀是基于“耗氧原理”的新一代燃燒試驗儀器，其最大的特點是以強制外加熱輻射模式來研究物質(zhì)的燃燒行為，并以時間為維度，即時地記錄物質(zhì)在燃燒過程中釋放熱、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)的燃燒過程，并以此考察物質(zhì)在特定外場環(huán)境下的燃燒性能，進而剖析其內(nèi)在的燃燒特性。就試驗規(guī)模而言，錐形量熱法仍歸屬于小型實驗的范疇，但因為錐形量熱儀獨特的強制燃燒設(shè)計，可以有效模擬現(xiàn)實火災的燃燒情景，其測試結(jié)果可與傳統(tǒng)大型燃燒試驗的結(jié)論形成比對。

錐形量熱儀和微型量熱儀在各行業(yè)研究中的應用主要可以概括為3方面，并以此為基礎(chǔ)應用于各個行業(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)的標準和試驗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被大量標準引用以材料的阻燃性能，如GB/Z 5169.32-2013《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗 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》等。

電線電纜的阻燃問題一直是業(yè)內(nèi)廣為關(guān)注的焦點。為模擬線纜的實際燃燒過程，電線電纜的燃燒試驗普遍具有試驗種類多、規(guī)模大、成本高的特點，且通常要結(jié)合多項試驗結(jié)果才能對其阻燃的有效性進行綜合判定，而電纜料多采用極限氧指數(shù)來定量評估其阻燃性能。電線電纜的燃燒過程遠較氧指數(shù)實驗復雜，二者的結(jié)果并不具有對應性。

錐形量熱儀可以同時滿足線纜成品與電纜料的測試需求，為二者試驗結(jié)論間的類比提供了基礎(chǔ)。如歐洲標準EN 50399“著著火條件下電纜的通用試驗，火焰蔓延試驗中測量熱釋放量和冒煙量－測試儀器、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)來研究成束電纜燃燒過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4類不同護套材料電纜的8種電纜樣品進行燃燒性能分析研究。

軌道客車使用復合材料已經(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，地鐵和高鐵要求嚴格的材料防火性能，同時也是錐形量熱儀的重要應用領(lǐng)域之一。

在國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)生火災時不易逃生，其材料的防火性能特別受到關(guān)注。

美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）監(jiān)管在美國運營的飛機，但其指導方針在被全球采用。在美國聯(lián)邦航空局飛機材料防火測試手冊中詳細介紹了客機所用材料的防火測試。FTT微型量熱儀就是與FAA共同研發(fā)，且微型量熱儀的測試數(shù)據(jù)與FAA測試標準中ASTM E906 OSU 熱釋放速率測定儀的數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，且試驗成本較低。

塑料是火災中常見的著火材料，錐形量熱儀被普遍用于對幾種常用塑料的燃燒裂解行為進行了研究，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塑料燃燒裂解行為的影響。探討了火災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價包裝材料、農(nóng)作物、小商品等火災危險性。近幾年來，還有學者把錐形量熱儀用于熱塑性高分子材料的燃燒過程模擬與分析和研究金屬、鋼結(jié)構(gòu)等材料的燃燒性能，是推進阻燃材料研發(fā)的重要試驗設(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建筑火災的發(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，通過測試各種裝修及家具材料(如壁紙、PVC復合板、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)，比較材料的火災安全性能，對材料的安全使用和建筑火災預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種樹葉為例評價比較一維和三維燃燒性；進行蘇北防火林帶8種主要樹種抗火能力的分析；測試ASD阻燃劑對落葉松材阻燃性能的影響；進行竹材發(fā)泡板熱解和燃燒特性測試等。