阻燃材料學(xué)材料阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)01課件

2022/11/1阻燃材料學(xué)

第五章材料阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定第三節(jié)火焰?zhèn)鞑ニ俾实臏y(cè)定第四節(jié)釋熱性的測(cè)定第五節(jié)生煙性的測(cè)定第六節(jié)燃燒產(chǎn)物腐蝕性的測(cè)定第七節(jié)燃燒產(chǎn)物毒性測(cè)定2022/10/23阻燃材料學(xué)第五章材料阻燃性能測(cè)試方2022/11/1第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題一、復(fù)雜性和相對(duì)性二、局限性三、國(guó)際化四、新測(cè)試方法2022/10/23第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

一、復(fù)雜性和相對(duì)性

測(cè)定材料的阻燃性能是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)橛绊懖牧先紵囊蛩睾芏?，且彼此制約。隨著這些因素的變化，同一材料在火災(zāi)中的行為不同，因而測(cè)得的材料阻燃性能也常有差異。

影響因素有：點(diǎn)火源的形式、施加火源的時(shí)間、火源的強(qiáng)度、材料與火源的位置、通風(fēng)情況、材料的形狀和厚度、材料的性能和應(yīng)用環(huán)境等。在這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，要想準(zhǔn)確而客觀地測(cè)定有關(guān)材料阻燃性能的所有參數(shù)，還要分別求得各個(gè)因素對(duì)材料燃燒的主要影響，幾乎是不可能的。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題為了試驗(yàn)結(jié)果的可比性，人們必須建立測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)定測(cè)試條件。所以現(xiàn)在國(guó)際上有很多材料(特別是塑料)阻燃性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其中不少是針對(duì)專(zhuān)門(mén)行業(yè)的，如建材、電子-電氣、運(yùn)輸(包括公路、鐵路及航空)、礦山、家具、紡織品、泡沫體等。不過(guò)，其中為國(guó)際上普通采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則為數(shù)要少，而且常有某一個(gè)國(guó)家甚至某些個(gè)別工廠，對(duì)用于不同領(lǐng)域的塑料采用不同的標(biāo)準(zhǔn)。但問(wèn)題是，測(cè)定同一阻燃參數(shù)的幾個(gè)方法，有時(shí)也缺乏科學(xué)的相關(guān)性。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題目前，單是在美國(guó)就有100多種測(cè)定材料阻燃參數(shù)的方法，而且其它國(guó)家還有一些與美國(guó)不同的方法，有時(shí)將它們的測(cè)定結(jié)果相互比較是相當(dāng)困難的。所以，有些在某個(gè)國(guó)家能夠接受的阻燃材料，在其它國(guó)家可能不被采用。應(yīng)當(dāng)注意的是，阻燃不是一個(gè)絕對(duì)的概念，在標(biāo)稱(chēng)材料的某一阻燃性能時(shí)，一定要具體說(shuō)明采用的測(cè)試方法和測(cè)試條件，而且為了正確使用阻燃高驟物，人們必須了解使用現(xiàn)有的阻燃測(cè)試方法來(lái)評(píng)價(jià)高聚物的阻燃性是不全面的和不完全客觀的，所以現(xiàn)代越來(lái)越多地采用那些可以測(cè)定材料阻燃基本性能，然后據(jù)此能夠轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型和(或)物理模型的測(cè)試方法。

2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題二、局限性1、小型試驗(yàn)及其局限性：

現(xiàn)行的大多數(shù)評(píng)價(jià)材料阻燃性能的測(cè)試方法，大都是小型試驗(yàn)(benchscale)。

小型試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果只能用來(lái)在試驗(yàn)條件下相對(duì)比較不同材料的阻燃性，而不能用來(lái)全面衡量材料在真實(shí)火災(zāi)中的實(shí)際行為。這種小型測(cè)定法仍然為各國(guó)普遍采用和用于工業(yè)產(chǎn)品阻燃性能的評(píng)價(jià)，并被國(guó)際和一些國(guó)家組織頒發(fā)為標(biāo)準(zhǔn)。

2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2、大型試驗(yàn)及其局限性：

為了獲得材料在實(shí)際火災(zāi)中的真實(shí)行為或接近真實(shí)的行為，一些國(guó)家已經(jīng)或正在建立大型試驗(yàn)，特別是模擬真正火災(zāi)的大型試驗(yàn)，并建立計(jì)算機(jī)模型。

大型試驗(yàn)費(fèi)時(shí)很多，耗資巨大，非一般實(shí)驗(yàn)室力所能及。另外，有些大型試驗(yàn)，目前也還是經(jīng)驗(yàn)性的，并不總能得出令人滿(mǎn)意的結(jié)果?，F(xiàn)在，人們還在通過(guò)多種物理和數(shù)學(xué)模型，以期能由一些小型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)推測(cè)材料在真實(shí)火災(zāi)中的行為。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

三、國(guó)際化隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，需要統(tǒng)一各國(guó)的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，以消除貿(mào)易壁壘。因?yàn)閱我粐?guó)家的產(chǎn)品和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不利于產(chǎn)品在各國(guó)間的流通。所以，在科學(xué)的基礎(chǔ)上制訂國(guó)際阻燃標(biāo)準(zhǔn)來(lái)代替現(xiàn)存的多個(gè)阻燃標(biāo)準(zhǔn)十分必要。在1991年，北歐就提出了統(tǒng)一建材(壁紙、天花板襯里)阻燃性能方法的研究規(guī)劃，并以錐形量熱儀(ISO5660)和大型燃燒試驗(yàn)(ISO9705)兩者的測(cè)試結(jié)果來(lái)劃分壁紙和天花板襯里材料的阻燃級(jí)別，還建立了一個(gè)由錐形量熱儀測(cè)定結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)ISO9705大型燃燒試驗(yàn)時(shí)火勢(shì)成長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題最近，歐共體各國(guó)還在討論一種適用于建樹(shù)的以ISO9705法為基礎(chǔ)的阻燃測(cè)試方案，提出采用材料發(fā)生爆燃的時(shí)間、釋熱速率、生煙速率及其他阻燃參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)材料的阻燃性，且已測(cè)試過(guò)約30種建材產(chǎn)品，雖還存在一些問(wèn)題，但正逐漸為各國(guó)所接受。此外，一些歐洲國(guó)家還制訂了共同接受的評(píng)價(jià)和測(cè)試家具及床上用品阻燃性的法規(guī)，這類(lèi)法規(guī)的著重點(diǎn)是限制上述材料燃燒時(shí)對(duì)人的危害，即應(yīng)控制材料燃燒時(shí)的釋熱速率、生煙量及有毒氣體生成量，而這些參數(shù)可采用家具量熱儀及錐形量熱儀測(cè)得。他們還建立了3種不同的數(shù)字模型，用來(lái)由錐形量熱儀的測(cè)試結(jié)果預(yù)測(cè)家具的燃燒情況。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題電子-電氣產(chǎn)品阻燃測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化更迫切。以前，這類(lèi)產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)有些是各國(guó)獨(dú)立制訂，有一些是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在這類(lèi)產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化進(jìn)程中，首先統(tǒng)一的就是計(jì)算機(jī)和辦公室設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，如IEC60950?，F(xiàn)在，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也被用于通訊設(shè)備。其次，要統(tǒng)一的是家用電器產(chǎn)品，它們應(yīng)采用什么樣的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，更是一個(gè)值得重視的問(wèn)題。當(dāng)人們由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)步入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化進(jìn)程中將會(huì)改變對(duì)材料、對(duì)產(chǎn)品的一些持殊要求，但不一定會(huì)提高或降低它們的阻燃性能。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

四、新測(cè)試方法由于火災(zāi)模型的迅速發(fā)展，需要建立一些新的特殊測(cè)試方法，如錐形量熱儀法、釋熱量熱儀法等。利用這些方法，可以測(cè)定材料很多與火災(zāi)發(fā)展有關(guān)的參數(shù)。如釋熱速率、臨界熱流量、表面輻照損失的熱響應(yīng)參數(shù)、氣化熱、火焰極限熱流量、燃燒熱、腐蝕系數(shù)、火焰?zhèn)鞑ハ禂?shù)、火焰淬滅指數(shù)、燃燒產(chǎn)物等。其中，釋熱速率被認(rèn)為是最重要的火災(zāi)參數(shù)，但至今人們不甚明了釋熱速率與材料物理—化學(xué)性能間的定量關(guān)系，只是建立了幾個(gè)相關(guān)模型，可一般地描述材料引燃溫度、引燃時(shí)間、氣化熱、質(zhì)量損失速率及釋熱速率與熱力學(xué)及材料傳輸性能的關(guān)系。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定一、點(diǎn)燃溫度的測(cè)定二、極限氧指數(shù)的測(cè)定三、可燃性的測(cè)定（UL94可燃性試驗(yàn)）2022/10/23第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

材料的點(diǎn)燃性是與點(diǎn)火源有關(guān)的，它表征材料引發(fā)火災(zāi)的概率。沒(méi)有點(diǎn)燃，就不可能發(fā)生火災(zāi)。材料被點(diǎn)燃不一定是由直接點(diǎn)火源引發(fā)，還存在一些間接的點(diǎn)燃材料的因素。

材料的可燃性是指材料進(jìn)行有焰燃燒的能力。在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能進(jìn)行有焰燃燒的材料，稱(chēng)為可燃材料?，F(xiàn)在采用的材料可燃性測(cè)定方法是基于將特定火焰施加于材料所產(chǎn)生的結(jié)果。所用火焰的類(lèi)型、大小、施加于試祥的時(shí)間以及試樣的尺寸、形狀及放置方向等，在不同的試驗(yàn)中有所不同，均在測(cè)試方法或標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的規(guī)定。測(cè)試方法大多是根據(jù)工業(yè)材料或產(chǎn)品的需要制定的。近年來(lái)，國(guó)際組織正在考慮將這些方法或標(biāo)準(zhǔn)更加合理化和國(guó)際化。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定材2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

一、點(diǎn)燃溫度的測(cè)定

點(diǎn)燃溫度定義為在規(guī)定試驗(yàn)條件下，塑料分解放出可燃?xì)怏w，經(jīng)外界火焰點(diǎn)燃并維持燃燒一定時(shí)間的最低溫度。ISO871、ASTMD1929及GB6410都是測(cè)定塑料點(diǎn)燃溫度的標(biāo)準(zhǔn)方法。實(shí)際上測(cè)定的是塑料的閃燃溫度和自燃溫度。

閃燃溫度是高聚物分解形成的可燃性氣體可被火焰或火花引燃的溫度，它通常高于起始分解溫度。

自燃溫度是高聚物本身的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致其自燃的溫度，它一般高于閃燃溫度(也有例外)。一些高聚物的閃燃溫度及自燃溫度如表5-1。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定一2022/11/1表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫度/℃

2022/10/23表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫2022/11/1表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫度/℃2022/10/23表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定ISO871采用一種熱空氣點(diǎn)燃爐(Setchkin儀)測(cè)定塑料的點(diǎn)燃溫度。測(cè)定時(shí)，將粒狀試祥(或1．9cmx1．9cm方片)置于爐內(nèi)，再往爐中以定速通入高溫空氣，然后立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，并點(diǎn)燃引火源。若試祥在5min內(nèi)點(diǎn)燃，則降低空氣溫度，更換試樣，重新測(cè)試。相反，若試樣在5min內(nèi)仍不點(diǎn)燃，則提高空氣溫度，重新測(cè)試。記錄發(fā)生閃光的最低空氣溫度，即試樣最低閃燃溫度。試樣的自燃溫度可采用與上述相類(lèi)似的方法測(cè)定，但無(wú)需點(diǎn)火源。記錄試樣燃燒的最低溫度，即最低自燃溫度。除記錄試樣點(diǎn)燃溫度外，還應(yīng)記錄所觀察到的各種現(xiàn)象，如熔融、起泡和生煙等。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定I2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

二、極限氧指數(shù)的測(cè)定

極限氧指數(shù)(LOI)定義為在規(guī)定條件下，試樣在氮、氧混合氣體中，維持平衡燃燒所需的最低氧濃度(體積分?jǐn)?shù))。

1、理論基礎(chǔ)

聚合物的氧指數(shù)與其燃燒時(shí)的成炭率、比燃燒焓及元素組成等因素有關(guān)，計(jì)算方法有：

(1)按成炭率計(jì)算

1974年，P.W.VsnKrevelen在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了不含鹵高聚物L(fēng)OI與成炭率的線(xiàn)性關(guān)系式(5-1)。LOI=(17.5+0.4CR)/100(5-1)式中，CR為高聚物加熱至850℃時(shí)的成炭率，單位為%。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定二2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定高聚物的CR具有基團(tuán)加和性，是分子中各基團(tuán)對(duì)成炭率貢獻(xiàn)的總和，如式(5-2)。CR=∑(CFT)i×1200/M(5-2)式中：M—高聚物結(jié)構(gòu)單元的摩爾質(zhì)量，g/mol；CFT—每摩爾結(jié)構(gòu)單元的成炭量與碳的摩爾質(zhì)量(12g/mol)之比，即每摩爾結(jié)構(gòu)單元成炭量中所含碳的物質(zhì)的量，mol。高聚物中不同基團(tuán)的CFT值可在專(zhuān)門(mén)的手冊(cè)中查得。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定高2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(2)按比燃燒焓計(jì)算很多高聚物的燃燒焓、氧化焓及起始分解溫度與它們的L0I數(shù)間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是一些高聚物的LOI的倒數(shù)與它們的燃燒焓及氧化焓比值之間具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。LOI可按式(5-3)計(jì)算。LOI=-8×103/Δghb=-8×103M/ΔmHb

（5-3）式中：Δghb—高聚物比燃燒焓，J/g；ΔmHb—高聚物一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的摩爾燃燒焓，J/mol；M—高聚物一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的摩爾質(zhì)量，g/mol。式(5-3)對(duì)C/O值或C/N值(物質(zhì)的量)小于6的高聚物不適用。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

ΔmHb可根據(jù)完全燃燒產(chǎn)物(CO2及H2O)的生成焓及被燃燒高聚物的生成焓求得，也可根據(jù)高聚物完全燃燒需氧量按式(5-4)計(jì)算。ΔmHb=-4.35×105mO(5-4)式中，mO為高聚物1mol結(jié)構(gòu)單元完全燃燒需氧量，單位為mol/mol。合并式(5-3)及式(5-4)，可得式(5-5)。LOI=-1.84×10-2M/mO(5-5)Δghb值越小(即燃燒時(shí)放出的熱量越大，因Δghb為負(fù)值)或mO值越大的高聚物，其LOI值越低。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定Δ2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(3)按元素組成估算高聚物中的氧含量降低和鹵素含量增高，均可提高材料的LOI。如，聚己內(nèi)酯與尼龍6相比，只是前者中的一個(gè)氧原子被后者中的一個(gè)-NH所取代，但尼龍6的LOI比聚己內(nèi)酯高2~4%。起重要作用的還是組成中各元素的相對(duì)含量，如H/C、F/C、Cl/C等的物質(zhì)的量比，較小的H/C值和較大的F/C和Cl/C值(即較小的CP值)，可賦予物質(zhì)較大的LOI。對(duì)大多數(shù)高聚物來(lái)說(shuō)，用式(11-6)估算的LOI值與實(shí)測(cè)LOI值相當(dāng)接近(見(jiàn)表5-3)。CP≥1時(shí)，LOI≈0.175CP≤1時(shí)，L0I≈0.60-0.425CP(5-6)CP值可按式(5-7)計(jì)算。

CP＝H/C-0.65(F/C)1/3-1.1(Cl/C)1/3(5-7)2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(32022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)值比較

2022/10/23表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)2022/11/1表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)值比較

2022/10/23表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

2、實(shí)際測(cè)定

ISO4589、ASTMD2863及GB2406都規(guī)定了測(cè)定LOI的標(biāo)準(zhǔn)方法。測(cè)定塑料氧指數(shù)的設(shè)備是氧指數(shù)儀(見(jiàn)圖5-1)。

氧指數(shù)儀組成：包括一玻璃燃燒筒、試祥夾及流量和測(cè)量控制系統(tǒng)。燃燒筒底部填充一層玻璃珠用以平衡氣流，其上有一金屬網(wǎng)，用以承接試樣燃燒時(shí)的滴落物。

測(cè)試：將試樣垂直地裝于試樣夾上，從燃燒筒底部通入氧、氮混合氣，用點(diǎn)火器從上端點(diǎn)燃試祥，改變混合氣中氧濃度，直至火焰前沿恰好達(dá)到試樣的標(biāo)線(xiàn)為止。由此氧濃度計(jì)算材料氧指數(shù)，以3次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值為測(cè)定值。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定22022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

3、影響氧指數(shù)的因素

氧指數(shù)的測(cè)定結(jié)果受氣體流速、試樣厚度、氣體壓強(qiáng)、點(diǎn)火位置、試祥夾持方式、溫度等一系列因素的影響。測(cè)定應(yīng)在嚴(yán)格規(guī)定的條件下進(jìn)行，結(jié)果才會(huì)具有良好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是溫度與氧指數(shù)的關(guān)系，溫度升高，材料的氧指數(shù)下降，測(cè)定不同溫度下材料的氧指數(shù)，有助于理解材料的燃燒機(jī)理和分子結(jié)構(gòu)。幾種聚合物的氧指數(shù)隨溫度變化的情況見(jiàn)圖5-2。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定32022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-1氧指數(shù)測(cè)定儀

1-試樣；2-夾具；3-金屬絲網(wǎng)；4-銅底盤(pán)；5-柱內(nèi)玻璃珠；6-支架；7-點(diǎn)火器；8-三通管；9-截止閥；10-支持器內(nèi)小孔；11-壓力表；12-精密壓力調(diào)節(jié)器；13-過(guò)濾器；14-針形閥；15-轉(zhuǎn)子流量計(jì)。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-12022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-2幾種聚合物氧指數(shù)與溫度的關(guān)系酚醛樹(shù)脂聚[雙(苯氧基)磷氯烯]阻燃PAII阻燃PP2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-22022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

三、可燃性的測(cè)定(UL94可燃性試驗(yàn))

塑料可燃性是指按一定位置放置的塑料被施加火焰后的燃燒行為。ANSI/UL94標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上廣泛采用的測(cè)定塑料可燃性的方法，可用來(lái)初步評(píng)價(jià)被測(cè)塑料是否適合于某一特定的應(yīng)用場(chǎng)所。UL94可燃性試驗(yàn)包括下述4個(gè)測(cè)試方法：①94HB水平燃燒試驗(yàn)；②94V-0，94V-1及94V-2的垂直燃燒試驗(yàn)；③94-5V垂直燃燒試驗(yàn)；④94VTM-0、94VTM-1及94VTM-2垂直燃燒試驗(yàn)。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定三2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

（1）UL94HB水平燃燒試驗(yàn)

UL94HB水平燃燒試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖5-3。圖5-3水平燃燒試驗(yàn)(UL94HB)裝置示意圖a為25.4mm；b為76.2mm；c為25.4mm；d為9.5mm。A為鐵絲；B為試祥。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定（12022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

試樣制備：試樣大小為130mmx13mm，分別在25mm和100mm處標(biāo)上刻度線(xiàn)。

試驗(yàn)方法：將試樣夾在環(huán)形夾里，點(diǎn)燃燃燒器，產(chǎn)生25mm高的藍(lán)色火焰。從試樣的邊緣到6.4mm處受火焰灼燒30s，燃燒時(shí)不改變?nèi)紵魑恢谩０言嚇訌娜紵魈幰崎_(kāi)。若不到30s試樣就燃燒到25mm標(biāo)記處，則撤去火焰。若撤走火焰后，試樣仍繼續(xù)燃燒，則測(cè)定火焰前沿到25mm標(biāo)記處(從試樣自由端算起)所需時(shí)間，計(jì)算燃燒速率。每個(gè)樣品應(yīng)測(cè)定5個(gè)試祥，并取最大的燃燒速率或燃燒長(zhǎng)度作為材料評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)厚為3～13mm的試樣，如燃燒速率不大于38mm/min；或?qū)裥∮?mm試樣，燃燒速率不大于76mm/min；或試樣燃燒100mm前，火即熄滅，則該塑料可劃歸UL94HB級(jí)。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定試2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(2)UL94V-0、V-1及V-2垂直燃燒試驗(yàn)垂直燃燒試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖5-4。A為脫脂棉B為試樣

圖5-4垂直燃燒試驗(yàn)(UL94)裝置示意圖2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(2)UL94V-0、V-1及V-2垂直燃燒試驗(yàn)垂直燃燒試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖5-4。測(cè)定時(shí)，將本生燈置于垂直放置的試樣(130mmx13mm)下端，點(diǎn)火10s(藍(lán)色火焰高85mm)，然后移走火源，記錄試樣有焰燃燒時(shí)間；如試樣在移走火源后30s內(nèi)自熄，則重新點(diǎn)燃試樣10s，記錄火源移走后試樣有焰燃燒和無(wú)焰燃燒的續(xù)燃時(shí)間，同時(shí)觀察是否產(chǎn)生有焰熔滴和熔滴是否引燃脫脂棉。按表5-4所列條件評(píng)價(jià)材料的阻燃級(jí)別。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(2022/11/1表5-4UL94V-0、V-1及V-2垂直燃燒測(cè)定判別指標(biāo)

2022/10/23表5-4UL94V-0、V-1及V2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(3)UL94-5V的垂直燃燒試驗(yàn)圖5-5垂直燃燒試驗(yàn)(UL945V)裝置示意圖a為焰心高；b為火焰高；A為試樣2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定試樣可為130mmx13mm的長(zhǎng)條。測(cè)試時(shí)，使燃燒器上的管子與垂直方向成20°角。點(diǎn)燃燃燒器，調(diào)節(jié)火焰高度，使總高度為127mm，火焰內(nèi)藍(lán)色焰心高度為38mm。把火焰置于試樣下端邊角上，令火焰與垂直方向成20°角。這樣，藍(lán)色焰心的尖端便可與試樣接觸。試樣在火焰下燃燒5s，然后將火焰移走5s。重復(fù)4次，觀察并記錄試樣著火和發(fā)光時(shí)間、試樣燃燒長(zhǎng)度、試樣的滴流現(xiàn)象和形變等。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定試2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

（4）中強(qiáng)火焰下塑料可燃性的測(cè)定中強(qiáng)火焰下塑料可燃性的測(cè)定是對(duì)被測(cè)試樣施以中等強(qiáng)度(500W)及長(zhǎng)125mm的火焰，以比較各種塑料在這種情況下的相對(duì)燃燒行為和它們?cè)谌紵^(guò)程中(燃燼)的阻燃性。其試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖5-6。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定（42022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-6中強(qiáng)火焰下塑料可燃性的測(cè)定裝置示意圖A為試祥；B為火焰；C為棉花2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-62022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定該試驗(yàn)所用火焰強(qiáng)度約為UL94垂直燃燒試驗(yàn)(V-0、V-1及V-2)的10倍，試驗(yàn)采用甲烷氣為點(diǎn)燃源，也可采用丙烷或丁烷。所用試件為125mm×13mm×3mm的垂直條形樣。試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試樣施加火焰5次，每次維持時(shí)間5s，每次移走火焰5s。與UL垂直燃燒試驗(yàn)相同，試樣下也置有脫脂棉，以測(cè)知塑料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熔滴是否可將棉花引燃。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定該2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

（5）灼熱絲試驗(yàn)IEC695-2-1采用的灼熱絲試驗(yàn)儀示于圖5-7。1-試樣2-試樣臺(tái)3-加力裝置4-灼熱針

圖5-7灼熱絲試驗(yàn)儀示意圖2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定（52022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定試驗(yàn)時(shí)，將一加熱至550～960℃的灼熱絲，以1N的力推至靠緊試件，并維持30s，然后觀察試佯的變化。GB5196.4也規(guī)定了灼熱絲試驗(yàn)法。IEC695-2-2-0為熱絲線(xiàn)圈點(diǎn)燃試驗(yàn)，可用于固體絕緣電氣材料，目的是比較以電熱線(xiàn)圈點(diǎn)燃不同試樣所需時(shí)間。此法所用試樣大小為：125mmx13mmx3mm以電熱線(xiàn)圈環(huán)繞試樣，兩線(xiàn)圈間距為6.35mm，功率為0.26W/mm。記錄點(diǎn)燃試樣所需時(shí)間。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定試2022/11/1阻燃材料學(xué)

第五章（一）完2022/10/23阻燃材料學(xué)第五章（一）完2022/11/1阻燃材料學(xué)

第五章材料阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定第三節(jié)火焰?zhèn)鞑ニ俾实臏y(cè)定第四節(jié)釋熱性的測(cè)定第五節(jié)生煙性的測(cè)定第六節(jié)燃燒產(chǎn)物腐蝕性的測(cè)定第七節(jié)燃燒產(chǎn)物毒性測(cè)定2022/10/23阻燃材料學(xué)第五章材料阻燃性能測(cè)試方2022/11/1第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)

第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題一、復(fù)雜性和相對(duì)性二、局限性三、國(guó)際化四、新測(cè)試方法2022/10/23第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

一、復(fù)雜性和相對(duì)性

測(cè)定材料的阻燃性能是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)橛绊懖牧先紵囊蛩睾芏?，且彼此制約。隨著這些因素的變化，同一材料在火災(zāi)中的行為不同，因而測(cè)得的材料阻燃性能也常有差異。

影響因素有：點(diǎn)火源的形式、施加火源的時(shí)間、火源的強(qiáng)度、材料與火源的位置、通風(fēng)情況、材料的形狀和厚度、材料的性能和應(yīng)用環(huán)境等。在這樣一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，要想準(zhǔn)確而客觀地測(cè)定有關(guān)材料阻燃性能的所有參數(shù)，還要分別求得各個(gè)因素對(duì)材料燃燒的主要影響，幾乎是不可能的。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題為了試驗(yàn)結(jié)果的可比性，人們必須建立測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格規(guī)定測(cè)試條件。所以現(xiàn)在國(guó)際上有很多材料(特別是塑料)阻燃性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其中不少是針對(duì)專(zhuān)門(mén)行業(yè)的，如建材、電子-電氣、運(yùn)輸(包括公路、鐵路及航空)、礦山、家具、紡織品、泡沫體等。不過(guò)，其中為國(guó)際上普通采用的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則為數(shù)要少，而且常有某一個(gè)國(guó)家甚至某些個(gè)別工廠，對(duì)用于不同領(lǐng)域的塑料采用不同的標(biāo)準(zhǔn)。但問(wèn)題是，測(cè)定同一阻燃參數(shù)的幾個(gè)方法，有時(shí)也缺乏科學(xué)的相關(guān)性。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題目前，單是在美國(guó)就有100多種測(cè)定材料阻燃參數(shù)的方法，而且其它國(guó)家還有一些與美國(guó)不同的方法，有時(shí)將它們的測(cè)定結(jié)果相互比較是相當(dāng)困難的。所以，有些在某個(gè)國(guó)家能夠接受的阻燃材料，在其它國(guó)家可能不被采用。應(yīng)當(dāng)注意的是，阻燃不是一個(gè)絕對(duì)的概念，在標(biāo)稱(chēng)材料的某一阻燃性能時(shí)，一定要具體說(shuō)明采用的測(cè)試方法和測(cè)試條件，而且為了正確使用阻燃高驟物，人們必須了解使用現(xiàn)有的阻燃測(cè)試方法來(lái)評(píng)價(jià)高聚物的阻燃性是不全面的和不完全客觀的，所以現(xiàn)代越來(lái)越多地采用那些可以測(cè)定材料阻燃基本性能，然后據(jù)此能夠轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型和(或)物理模型的測(cè)試方法。

2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題二、局限性1、小型試驗(yàn)及其局限性：

現(xiàn)行的大多數(shù)評(píng)價(jià)材料阻燃性能的測(cè)試方法，大都是小型試驗(yàn)(benchscale)。

小型試驗(yàn)的試驗(yàn)結(jié)果只能用來(lái)在試驗(yàn)條件下相對(duì)比較不同材料的阻燃性，而不能用來(lái)全面衡量材料在真實(shí)火災(zāi)中的實(shí)際行為。這種小型測(cè)定法仍然為各國(guó)普遍采用和用于工業(yè)產(chǎn)品阻燃性能的評(píng)價(jià)，并被國(guó)際和一些國(guó)家組織頒發(fā)為標(biāo)準(zhǔn)。

2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2、大型試驗(yàn)及其局限性：

為了獲得材料在實(shí)際火災(zāi)中的真實(shí)行為或接近真實(shí)的行為，一些國(guó)家已經(jīng)或正在建立大型試驗(yàn)，特別是模擬真正火災(zāi)的大型試驗(yàn)，并建立計(jì)算機(jī)模型。

大型試驗(yàn)費(fèi)時(shí)很多，耗資巨大，非一般實(shí)驗(yàn)室力所能及。另外，有些大型試驗(yàn)，目前也還是經(jīng)驗(yàn)性的，并不總能得出令人滿(mǎn)意的結(jié)果?，F(xiàn)在，人們還在通過(guò)多種物理和數(shù)學(xué)模型，以期能由一些小型試驗(yàn)結(jié)果來(lái)推測(cè)材料在真實(shí)火災(zāi)中的行為。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

三、國(guó)際化隨著經(jīng)濟(jì)的全球化，需要統(tǒng)一各國(guó)的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，以消除貿(mào)易壁壘。因?yàn)閱我粐?guó)家的產(chǎn)品和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)不利于產(chǎn)品在各國(guó)間的流通。所以，在科學(xué)的基礎(chǔ)上制訂國(guó)際阻燃標(biāo)準(zhǔn)來(lái)代替現(xiàn)存的多個(gè)阻燃標(biāo)準(zhǔn)十分必要。在1991年，北歐就提出了統(tǒng)一建材(壁紙、天花板襯里)阻燃性能方法的研究規(guī)劃，并以錐形量熱儀(ISO5660)和大型燃燒試驗(yàn)(ISO9705)兩者的測(cè)試結(jié)果來(lái)劃分壁紙和天花板襯里材料的阻燃級(jí)別，還建立了一個(gè)由錐形量熱儀測(cè)定結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)ISO9705大型燃燒試驗(yàn)時(shí)火勢(shì)成長(zhǎng)的數(shù)學(xué)模型。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題最近，歐共體各國(guó)還在討論一種適用于建樹(shù)的以ISO9705法為基礎(chǔ)的阻燃測(cè)試方案，提出采用材料發(fā)生爆燃的時(shí)間、釋熱速率、生煙速率及其他阻燃參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)材料的阻燃性，且已測(cè)試過(guò)約30種建材產(chǎn)品，雖還存在一些問(wèn)題，但正逐漸為各國(guó)所接受。此外，一些歐洲國(guó)家還制訂了共同接受的評(píng)價(jià)和測(cè)試家具及床上用品阻燃性的法規(guī)，這類(lèi)法規(guī)的著重點(diǎn)是限制上述材料燃燒時(shí)對(duì)人的危害，即應(yīng)控制材料燃燒時(shí)的釋熱速率、生煙量及有毒氣體生成量，而這些參數(shù)可采用家具量熱儀及錐形量熱儀測(cè)得。他們還建立了3種不同的數(shù)字模型，用來(lái)由錐形量熱儀的測(cè)試結(jié)果預(yù)測(cè)家具的燃燒情況。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題電子-電氣產(chǎn)品阻燃測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化更迫切。以前，這類(lèi)產(chǎn)品的安全標(biāo)準(zhǔn)有些是各國(guó)獨(dú)立制訂，有一些是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。在這類(lèi)產(chǎn)品測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)際化進(jìn)程中，首先統(tǒng)一的就是計(jì)算機(jī)和辦公室設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，如IEC60950。現(xiàn)在，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也被用于通訊設(shè)備。其次，要統(tǒng)一的是家用電器產(chǎn)品，它們應(yīng)采用什么樣的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，更是一個(gè)值得重視的問(wèn)題。當(dāng)人們由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)步入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化進(jìn)程中將會(huì)改變對(duì)材料、對(duì)產(chǎn)品的一些持殊要求，但不一定會(huì)提高或降低它們的阻燃性能。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題

四、新測(cè)試方法由于火災(zāi)模型的迅速發(fā)展，需要建立一些新的特殊測(cè)試方法，如錐形量熱儀法、釋熱量熱儀法等。利用這些方法，可以測(cè)定材料很多與火災(zāi)發(fā)展有關(guān)的參數(shù)。如釋熱速率、臨界熱流量、表面輻照損失的熱響應(yīng)參數(shù)、氣化熱、火焰極限熱流量、燃燒熱、腐蝕系數(shù)、火焰?zhèn)鞑ハ禂?shù)、火焰淬滅指數(shù)、燃燒產(chǎn)物等。其中，釋熱速率被認(rèn)為是最重要的火災(zāi)參數(shù)，但至今人們不甚明了釋熱速率與材料物理—化學(xué)性能間的定量關(guān)系，只是建立了幾個(gè)相關(guān)模型，可一般地描述材料引燃溫度、引燃時(shí)間、氣化熱、質(zhì)量損失速率及釋熱速率與熱力學(xué)及材料傳輸性能的關(guān)系。2022/10/23第一節(jié)阻燃性能測(cè)試方法的一般問(wèn)題2022/11/1第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定一、點(diǎn)燃溫度的測(cè)定二、極限氧指數(shù)的測(cè)定三、可燃性的測(cè)定（UL94可燃性試驗(yàn)）2022/10/23第五章阻燃性能測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)第二節(jié)2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

材料的點(diǎn)燃性是與點(diǎn)火源有關(guān)的，它表征材料引發(fā)火災(zāi)的概率。沒(méi)有點(diǎn)燃，就不可能發(fā)生火災(zāi)。材料被點(diǎn)燃不一定是由直接點(diǎn)火源引發(fā)，還存在一些間接的點(diǎn)燃材料的因素。

材料的可燃性是指材料進(jìn)行有焰燃燒的能力。在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，能進(jìn)行有焰燃燒的材料，稱(chēng)為可燃材料?，F(xiàn)在采用的材料可燃性測(cè)定方法是基于將特定火焰施加于材料所產(chǎn)生的結(jié)果。所用火焰的類(lèi)型、大小、施加于試祥的時(shí)間以及試樣的尺寸、形狀及放置方向等，在不同的試驗(yàn)中有所不同，均在測(cè)試方法或標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)的規(guī)定。測(cè)試方法大多是根據(jù)工業(yè)材料或產(chǎn)品的需要制定的。近年來(lái)，國(guó)際組織正在考慮將這些方法或標(biāo)準(zhǔn)更加合理化和國(guó)際化。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定材2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

一、點(diǎn)燃溫度的測(cè)定

點(diǎn)燃溫度定義為在規(guī)定試驗(yàn)條件下，塑料分解放出可燃?xì)怏w，經(jīng)外界火焰點(diǎn)燃并維持燃燒一定時(shí)間的最低溫度。ISO871、ASTMD1929及GB6410都是測(cè)定塑料點(diǎn)燃溫度的標(biāo)準(zhǔn)方法。實(shí)際上測(cè)定的是塑料的閃燃溫度和自燃溫度。

閃燃溫度是高聚物分解形成的可燃性氣體可被火焰或火花引燃的溫度，它通常高于起始分解溫度。

自燃溫度是高聚物本身的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致其自燃的溫度，它一般高于閃燃溫度(也有例外)。一些高聚物的閃燃溫度及自燃溫度如表5-1。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定一2022/11/1表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫度/℃

2022/10/23表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫2022/11/1表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫度/℃2022/10/23表5-1一些聚合物的閃燃溫度及自燃溫2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定ISO871采用一種熱空氣點(diǎn)燃爐(Setchkin儀)測(cè)定塑料的點(diǎn)燃溫度。測(cè)定時(shí)，將粒狀試祥(或1．9cmx1．9cm方片)置于爐內(nèi)，再往爐中以定速通入高溫空氣，然后立即開(kāi)始計(jì)時(shí)，并點(diǎn)燃引火源。若試祥在5min內(nèi)點(diǎn)燃，則降低空氣溫度，更換試樣，重新測(cè)試。相反，若試樣在5min內(nèi)仍不點(diǎn)燃，則提高空氣溫度，重新測(cè)試。記錄發(fā)生閃光的最低空氣溫度，即試樣最低閃燃溫度。試樣的自燃溫度可采用與上述相類(lèi)似的方法測(cè)定，但無(wú)需點(diǎn)火源。記錄試樣燃燒的最低溫度，即最低自燃溫度。除記錄試樣點(diǎn)燃溫度外，還應(yīng)記錄所觀察到的各種現(xiàn)象，如熔融、起泡和生煙等。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定I2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

二、極限氧指數(shù)的測(cè)定

極限氧指數(shù)(LOI)定義為在規(guī)定條件下，試樣在氮、氧混合氣體中，維持平衡燃燒所需的最低氧濃度(體積分?jǐn)?shù))。

1、理論基礎(chǔ)

聚合物的氧指數(shù)與其燃燒時(shí)的成炭率、比燃燒焓及元素組成等因素有關(guān)，計(jì)算方法有：

(1)按成炭率計(jì)算

1974年，P.W.VsnKrevelen在大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，提出了不含鹵高聚物L(fēng)OI與成炭率的線(xiàn)性關(guān)系式(5-1)。LOI=(17.5+0.4CR)/100(5-1)式中，CR為高聚物加熱至850℃時(shí)的成炭率，單位為%。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定二2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定高聚物的CR具有基團(tuán)加和性，是分子中各基團(tuán)對(duì)成炭率貢獻(xiàn)的總和，如式(5-2)。CR=∑(CFT)i×1200/M(5-2)式中：M—高聚物結(jié)構(gòu)單元的摩爾質(zhì)量，g/mol；CFT—每摩爾結(jié)構(gòu)單元的成炭量與碳的摩爾質(zhì)量(12g/mol)之比，即每摩爾結(jié)構(gòu)單元成炭量中所含碳的物質(zhì)的量，mol。高聚物中不同基團(tuán)的CFT值可在專(zhuān)門(mén)的手冊(cè)中查得。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定高2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(2)按比燃燒焓計(jì)算很多高聚物的燃燒焓、氧化焓及起始分解溫度與它們的L0I數(shù)間存在一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，特別是一些高聚物的LOI的倒數(shù)與它們的燃燒焓及氧化焓比值之間具有較好的線(xiàn)性關(guān)系。LOI可按式(5-3)計(jì)算。LOI=-8×103/Δghb=-8×103M/ΔmHb

（5-3）式中：Δghb—高聚物比燃燒焓，J/g；ΔmHb—高聚物一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的摩爾燃燒焓，J/mol；M—高聚物一個(gè)結(jié)構(gòu)單元的摩爾質(zhì)量，g/mol。式(5-3)對(duì)C/O值或C/N值(物質(zhì)的量)小于6的高聚物不適用。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

ΔmHb可根據(jù)完全燃燒產(chǎn)物(CO2及H2O)的生成焓及被燃燒高聚物的生成焓求得，也可根據(jù)高聚物完全燃燒需氧量按式(5-4)計(jì)算。ΔmHb=-4.35×105mO(5-4)式中，mO為高聚物1mol結(jié)構(gòu)單元完全燃燒需氧量，單位為mol/mol。合并式(5-3)及式(5-4)，可得式(5-5)。LOI=-1.84×10-2M/mO(5-5)Δghb值越小(即燃燒時(shí)放出的熱量越大，因Δghb為負(fù)值)或mO值越大的高聚物，其LOI值越低。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定Δ2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

(3)按元素組成估算高聚物中的氧含量降低和鹵素含量增高，均可提高材料的LOI。如，聚己內(nèi)酯與尼龍6相比，只是前者中的一個(gè)氧原子被后者中的一個(gè)-NH所取代，但尼龍6的LOI比聚己內(nèi)酯高2~4%。起重要作用的還是組成中各元素的相對(duì)含量，如H/C、F/C、Cl/C等的物質(zhì)的量比，較小的H/C值和較大的F/C和Cl/C值(即較小的CP值)，可賦予物質(zhì)較大的LOI。對(duì)大多數(shù)高聚物來(lái)說(shuō)，用式(11-6)估算的LOI值與實(shí)測(cè)LOI值相當(dāng)接近(見(jiàn)表5-3)。CP≥1時(shí)，LOI≈0.175CP≤1時(shí)，L0I≈0.60-0.425CP(5-6)CP值可按式(5-7)計(jì)算。

CP＝H/C-0.65(F/C)1/3-1.1(Cl/C)1/3(5-7)2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定(32022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%）

2022/10/23表5-2一些高聚物的氧指數(shù)（單位：%2022/11/1表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)值比較

2022/10/23表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)2022/11/1表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)值比較

2022/10/23表5-3一些聚合物氧指數(shù)的計(jì)算值及實(shí)驗(yàn)2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

2、實(shí)際測(cè)定

ISO4589、ASTMD2863及GB2406都規(guī)定了測(cè)定LOI的標(biāo)準(zhǔn)方法。測(cè)定塑料氧指數(shù)的設(shè)備是氧指數(shù)儀(見(jiàn)圖5-1)。

氧指數(shù)儀組成：包括一玻璃燃燒筒、試祥夾及流量和測(cè)量控制系統(tǒng)。燃燒筒底部填充一層玻璃珠用以平衡氣流，其上有一金屬網(wǎng)，用以承接試樣燃燒時(shí)的滴落物。

測(cè)試：將試樣垂直地裝于試樣夾上，從燃燒筒底部通入氧、氮混合氣，用點(diǎn)火器從上端點(diǎn)燃試祥，改變混合氣中氧濃度，直至火焰前沿恰好達(dá)到試樣的標(biāo)線(xiàn)為止。由此氧濃度計(jì)算材料氧指數(shù)，以3次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值為測(cè)定值。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定22022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

3、影響氧指數(shù)的因素

氧指數(shù)的測(cè)定結(jié)果受氣體流速、試樣厚度、氣體壓強(qiáng)、點(diǎn)火位置、試祥夾持方式、溫度等一系列因素的影響。測(cè)定應(yīng)在嚴(yán)格規(guī)定的條件下進(jìn)行，結(jié)果才會(huì)具有良好的重現(xiàn)性和準(zhǔn)確度。應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是溫度與氧指數(shù)的關(guān)系，溫度升高，材料的氧指數(shù)下降，測(cè)定不同溫度下材料的氧指數(shù)，有助于理解材料的燃燒機(jī)理和分子結(jié)構(gòu)。幾種聚合物的氧指數(shù)隨溫度變化的情況見(jiàn)圖5-2。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定32022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-1氧指數(shù)測(cè)定儀

1-試樣；2-夾具；3-金屬絲網(wǎng)；4-銅底盤(pán)；5-柱內(nèi)玻璃珠；6-支架；7-點(diǎn)火器；8-三通管；9-截止閥；10-支持器內(nèi)小孔；11-壓力表；12-精密壓力調(diào)節(jié)器；13-過(guò)濾器；14-針形閥；15-轉(zhuǎn)子流量計(jì)。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-12022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-2幾種聚合物氧指數(shù)與溫度的關(guān)系酚醛樹(shù)脂聚[雙(苯氧基)磷氯烯]阻燃PAII阻燃PP2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定圖5-22022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

三、可燃性的測(cè)定(UL94可燃性試驗(yàn))

塑料可燃性是指按一定位置放置的塑料被施加火焰后的燃燒行為。ANSI/UL94標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上廣泛采用的測(cè)定塑料可燃性的方法，可用來(lái)初步評(píng)價(jià)被測(cè)塑料是否適合于某一特定的應(yīng)用場(chǎng)所。UL94可燃性試驗(yàn)包括下述4個(gè)測(cè)試方法：①94HB水平燃燒試驗(yàn)；②94V-0，94V-1及94V-2的垂直燃燒試驗(yàn)；③94-5V垂直燃燒試驗(yàn)；④94VTM-0、94VTM-1及94VTM-2垂直燃燒試驗(yàn)。2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定三2022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

（1）UL94HB水平燃燒試驗(yàn)

UL94HB水平燃燒試驗(yàn)裝置示意圖見(jiàn)圖5-3。圖5-3水平燃燒試驗(yàn)(UL94HB)裝置示意圖a為25.4mm；b為76.2mm；c為25.4mm；d為9.5mm。A為鐵絲；B為試祥。

2022/10/23第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定（12022/11/1第二節(jié)點(diǎn)燃性和可燃性的測(cè)定

試樣制備：試樣大小為130mmx13mm，分別在25mm和100mm處標(biāo)上刻度線(xiàn)。

試驗(yàn)方法：將試樣夾在環(huán)形夾里，點(diǎn)燃燃燒器，產(chǎn)生25mm高的藍(lán)色火焰。從試樣的邊緣到6.4mm處受火焰灼燒30s，燃燒時(shí)不改變?nèi)紵魑恢?。把試樣從燃燒器處移開(kāi)。若不到30s試樣就燃燒到25mm標(biāo)記處，則撤去火焰。若撤走火焰后，試樣仍繼續(xù)燃燒，則測(cè)定火焰前沿到25mm標(biāo)記處(從試樣自由端算起)所需時(shí)間，計(jì)算燃燒速率。每個(gè)樣品應(yīng)測(cè)定5個(gè)試祥，并取最大的燃燒速率或燃燒長(zhǎng)度作為材料評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)厚為3～13mm的試樣，