橡胶水平/垂直燃烧性能测定仪

GBT10707橡胶燃烧性能的测定

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1、范围

本标准规定了在实验室环境下测定橡胶燃烧性能的两种方法：氧指数法（方法A）和垂直燃烧法（方法B）。

本标准适用于在实验室环境下评定橡胶材料的燃烧性能及阻燃性能，不适用于评定实际使用条件下橡胶材料的着火危险性。

2、规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的新版本、凡是不注日期的引用文件，其新版本适用于本标准。

GB/T 2941—2006  橡胶物理试验方法试样制备和调节通用程序（ISO 23529：2004，IDT）

GB/T3863 工业用氧

GB/T3864 工业氮

HG/T3095 橡胶火焰试验术语

3、术语和定义

HG/T 3095确立的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

氧指数 oxygen index

在规定的试验条件下，在23℃±2℃的氧和氮混合气流中，维持橡胶材料燃烧的低氧浓度（用体积分数表示）。

4、方法A—氧指数法

4.1  试验原理

试样垂直地支撑在一个透明的燃烧筒内，燃烧筒内有向上流动的氧和氮的混合气体，点燃试样的上端，然后观察燃烧现象并与规定的限度值比较燃烧持续时间或燃烧长度。通过在不同的氧浓度中试验，可测得维持材料燃烧的低氧浓度，试验的试样中要有50%超过规定的燃烧持续时间或燃烧长度。

4.2  试验装置

试验装置见图1。

4.2.1  燃烧筒：一只能直立于底座之上的耐热透明玻璃筒，其内径为75mm，总高度为450mm，以保证筒内的气流速度为40mm/s±10mm/s筒内底座上装有试样支架，并有引入氧氮混合气体的导管，试样支架的下部应装一片金属网。燃烧筒底部应填充直径为3mm～5mm的玻璃球，填充高度80mm～100mm。

注：也可以采用其他尺寸的燃烧筒，但燃烧筒尺寸不同所得出的氧指数的值可能会有差异，宜在试验报告中注明。

4.2.2  试样支架：在燃烧筒轴心位置竖直地夹持试样的夹子。

4.2.3  气源：氧气应符合GB/T 3863的要求；氮气应符合GB/T 3864的要求。

4.2.4  气体测量和控制系统：由压力表、调节阀、转子流量计（氧、氮转子流量计的小刻度为0.05L/min）等组成。

1——点火器； 10——氧气流量计；

2——燃烧筒； 11——氧气调节阀；

3——试样； 12——氧气压力表；

4——金属网； 13——混合气体流量计；

5——试样支架； 14——氧氮混合器；

6——玻璃球； 15——氮气流量计；

7——底座； 16——氮气调节阀；

8——混合气体调节阀； 17——氮气压力表。

9——混合气体压力表；

图1  试验装置示意图

4.2.5  点火器：一根伸入燃烧筒内点燃试样的管子，其喷嘴直径为2mm±1mm。燃气可根据情况选用丙烷、丁烷、液化石油气、天然气等。燃烧时从喷嘴垂直向下喷出的火焰长度为16mm±4mm。

4.2.6  计时器：小刻度值为0.1s的秒表或其他相当的计时装置。

4.2.7  测长量具：小刻度值为1mm不锈钢直尺。

4.2.8  通风系统：为排除试验中产生的烟雾和有害气体，试验应在通风柜内进行，但试验过程中不能开抽风机，以免影响燃烧筒内的气流速度。

4.3  试样

4.3.1  试样尺寸为长80mm～150mm，宽6.5mm±0.5mm，厚3mm±0.25mm。

4.3.2  试样的制备和调节应按GB/T 2941—2006的要求进行。

4.3.3  为了便于测量试样的燃烧长度，在距试样点火端50mm处作一标记。

4.3.4  对已知氧指数值相差在±2范围内的橡胶材料，应准备15个试样；对未知氧指数或具有不稳定燃烧特性的橡胶材料，准备15个～30个试样。

4.4  试验步骤

4.4.1  检查试验装置，确保完好。燃烧筒应安放垂直在筒中央的试样支架上垂直夹好试样，试样顶端距离筒口至少100mm。

4.4.2  根据经验或试样在空气中燃烧的情况，估计开始试验时的氧浓度。试样在空气中迅速燃烧，氧浓度（体积分数）估计为18%；在空气中缓慢或不稳定燃烧，估计为21%；在空气中不着火，至少估计为25%。氧浓度的计算公式见附录A。

4.4.3 按4.4.2确定氧浓度后，调好氧氮混合气体流量（氧气和氮气流量参见附录B），并让其在燃烧筒中至少流动30s，以除去燃烧筒中的空气。每个试样试验前都应重复此过程，以保证燃烧筒中的气流量在试验的点火和燃烧过程中不发生变化。在点火和燃烧过程中，不应改变气流速度和氧氮气体浓度。

4.4.4  点燃点火器，将火焰调到规定的长度，把点火器喷嘴伸入燃烧筒内。让火焰充分接触试样顶端表面，但不能与侧面接触。施加火焰时间不超过30s，其间每隔5s移开点火器观察一次，看试样是否被点燃。如果试样整个顶端面都燃烧起来，就认为试样已被点燃，立即开始计时，或测量燃烧长度。

4.4.5  燃烧特性按下面要求评定：

4.4.5.1  若试样燃烧时间不到180s或燃烧不到50mm标记处火焰自熄，记作特征“0”，并记录此时的燃烧时间和燃烧长度。

4.4.5.2  若试样燃烧时间超过180s或燃烧超过50mm标记处，记作特征“×”，并将试样熄灭。

4.4.5.3  如有熔滴、结炭、不稳定燃烧、阴燃等现象，也作为燃烧特征加以记录。

4.4.6  为继续试验需要选择下一个氧浓度。应按这样的原则来选择氧浓度：若得到“0”特征，应增加氧浓度；若得到“×”特征，应降低氧浓度。

4.4.7  用适当的级差改变氧浓度，重复4.4.4～4.4.6的操作，直到有一对“0”和“×”特征的氧浓度相差小于或等于1。这两个相反的特征不一定是连续出现的（参见附录C中C.1），“0”特征的氧浓度不一定比“×”特征的低。用这一对特征中“0”的相应氧浓度作为初始氧浓度。

4.4.8  用由4.4.7得到的初始氧浓度，重复4.4.4～4.4.6的操作，试验1个试样，记录所用的氧浓度和特征作为*个结果。

4.4.9  取氧浓度级差d=0.2%重复4.4.4～4.4.6的操作，直到得出与*个结果相反的特征为止。记录这些特征和相应的氧浓度。

4.4.10  保持d=0.2%，重复4.4.4～4.4.6的操作，再试验4个试样，记录每个试样所用的氧浓度及其特征，并用于后1个试样的氧浓度为终氧浓度c_f。将这4个特征和4.4.9中得到的后1个待征排列到一起，以便确定k值。

4.4.11  计算后6个试样所用的氧浓度（包括c_f）的估计标准差（见4.5.3），如果下列关系成立：

的操作，到条件满足为止。

4.5  结果的计算

4.5.1  氧指数(OI)

氧指数(OI)的计算见公式(1:

OI = c_f + kd………………………………（1）

式中：

OI——用体积分数表示的氧指数，计算中保留两位小数，报告中只保留一位小数；

c_f——用体积分数表示的终氧浓度，保留一位小数；

k—一系数，确定方法见4.5.2；

d——用体积分数表示的氧浓度级差，保留一位小数。

4.5.2   k值的确定

k值及其正负号取决于试样的特征，可按下述方法从表1中确定。

4.5.2.1  若按4.4.8试验得到“0”特征，那么*个相反的特征（见4.4.9）应为“×”。从表1*列中每行的后4个特征排列里，找到与4.4.10得到的特征排列*相同的那一行。再根据4.4.8和4.4.9得到的“0”特征的个数，从(a)中找到个数与之相同的那一列。行列交叉处即为所求k值。

4.5.2.2  若按4.4.8试验得到“×”特征，那么*个相反的特征应为“0”，从表1内第六列中每行的后4个特征排列里，找到与4.4.10得到的特征排列*相同的那一行。再根据4.4.8和4.4.9得到的“×”特征的个数，从(b)行中找到个数与之相同的那一列。行列交叉处即为所求k值。此时的k值应改变符号，即查正得负，查负得正。

表1  k值确定表

4.5.3  氧浓度标准差

4.6  试验报告

试验报告应包括下列内容：

a）本标准号及方法A；

b）样品名称或代号；

c）试样的尺寸；

d）氧指数；

e）试样燃烧长度；

f）熔滴、不稳定燃烧、阴燃等现象；

g）燃气种类；

h）试验室温度及湿度；

i）试验日期及试验审核人员。

5、方法B——垂直燃烧法

5.1  试验原理

试样垂直夹持在支架上，其下端在规定的火焰中燃烧一定时间，然后移开火焰，并开始测量后试样有焰燃烧和无焰燃烧的时间等燃烧行为，来评定试样的燃烧性能等级。

5.2    试验装置

试验装置见图2。

图2    试验装置示意图

5.2.1  本生灯：管长80mm～100mm，内径9.5mm±0.5mm。

5.2.2  试样支架：配有试样夹持器，能调节试样的垂直高度。

5.2.3  计时器：小刻度值为0.1s的秒表或其他相当的计时装置。

5.2.4  测长量具：小刻度值为1mm不锈钢直尺。

5.2.5  燃气：工业级甲烷。可采用热值约为37MJ/m³的其他燃气，如天然气、液化石油气、煤气等。如有争议时应采用工业级甲烷。

5.2.6  医用脱脂棉：要求干燥清洁，棉层（未经压缩）尺寸约为50mm×50mm×6mm。

5.2.7  通风装置：试验应在通风柜内进行，试验过程中不能排风。

5.3  试样

5.3.1  试样长130mm±5mm，宽13.0mm±0.5mm，厚3.0mm±0.25mm。

注：试样厚度可采用其他尺寸，但试验结果不能与标准试样的试验结果相比较，并在试验报告中注明。

5.3.2  5个试样为一组。

5.3.3  试样的制备和调节应符合GB/T 2941—2006的规定。

5.4  试验步骤

5.4.1  夹持器夹住试样上端约6mm处，并保持垂直。试样下端距脱脂棉的距离为300mm±10mm。

5.4.2  旋紧灯管，开启燃气阀，在远离试样处点燃本生灯。调节燃气阀使之产生高度约为20mm的黄色火焰，再调节空气流量使之成为高度为20mm±1mm的蓝色火焰。

5.4.3  将火焰对着试样下端中心部位，灯口与试样下端保持间隔10mm±1mm，施加火焰10s±0.5s，将本生灯移到150mm以外，移灯同时启动秒表，记录有焰燃烧时间t_1，i，如果试样燃烧时有熔融或燃烧滴落物，应将本生灯倾斜45°，但仍保证试样下端与倾斜的本生灯口之间的距离为10mm±1mm。倾斜形式见图3。

注：为了便于灯口与试样下端的间隔保持10mm±1mm，可选用带有尺度*的本生灯，参见附录D。

图3  本生灯倾斜示意

5.4.4  当试样有焰燃烧的火焰熄灭，立即再次施加火焰，10s±0.5s后移去本生灯，记录试样的有焰燃烧时间t_2，i，和无焰燃烧时间t_a，i。

5.4.5重复5.4.1～5.4.4，试验一组试样。

5.5  结果的计算

5.5.1  一组试样有焰燃烧时间的计算：

式中：

t_f——一组试样有焰燃烧时间，单位为秒(s)；

t_1，i——单个试样*次施加火焰后的有焰燃烧时间，单位为秒(s)；

t_2，i——单个试样第二次施加火焰后的有焰燃烧时间，单位为秒(s)；

i——试样序号，i=1～5。

5.5.2  单个试样第二次施加火焰后有焰燃烧时间与无焰燃烧时间之和的计算：

t_a = t_z,i + t_g,i…………………………（4）

式中：

t_a——单个试样第二次施加火焰后有焰燃烧时间与无焰燃烧时间之和，单位为秒(s)；

t_z,i——单个试样第二次施加火焰后的有焰燃烧时间，单位为秒(s)；

t_g,i——单个试样第二次施加火焰后的无焰燃烧时间，单位为秒(s)；

i——试样序号，i=1～5。

5.6  结果评定

5.6.1  橡胶材料的垂直燃烧性能等级分为FV-0，FV-1和FV-2三级，见表2。

表2  橡胶材料垂直燃烧性能等级判别

5.6.2  试验结果与表2对照，确定橡胶材料的垂直燃烧性能等级。

5.6.3  如果一组试样中有一个不符合表2相应的等级要求，应再取一组试样进行复验，复验的试样均应符合表2等级的要求；如果复验的试样中仍有一个试样不符合表2中相应等级要求，则应以两组中数字大的等级作为该橡胶材料的垂直燃烧性能等级。

5.6.4  如果试验结果超出FV-2级的要求，则不应用本方法评定。

5.7  试验报告

试验报告应包括下列内容：

a）本标准号及试验方法B；

b）试样名称或代号；

c）试样厚度；

d）试验室温度及湿度；

e）燃气种类；

f）试样的垂直燃烧性能等级；

g）不稳定燃烧、熔滴物引燃脱脂棉及燃烧蔓延到夹具等现象；

h）试验日期及试验、审核人员。