Изобретение конусного калориметра

Существует множество методов испытаний для оценки пожарной опасности материалов, таких как испытание небольшим источником пламени (ISO 11925-2), испытание по кислородному индексу (LOI) (ISO 4589-2, ASTM D2863), испытание на горизонтальную и вертикальную воспламеняемость (UL 94), испытание на дымовую плотность NBS (ISO 5659-2, ASTM E662). В основном это маломасштабные методы испытаний, которые тестируют определенное свойство материала, оценивают только характеристики материала в определенных условиях испытаний и не могут быть использованы в качестве основы для оценки поведения материала при реальном пожаре.

С момента своего изобретения в 1982 году конусный калориметр был признан испытательным прибором для комплексной оценки пожарной опасности материалов.

Он имеет преимущество в том, что является комплексным, простым и точным по сравнению с традиционными методами. Он может измерять не только скорость выделения тепла, но и плотность дыма, потерю массы, поведение при воспламенении и другие параметры в ходе испытания.

Кроме того, результаты, полученные в ходе испытания на конусном калориметре, хорошо коррелируют с крупномасштабными испытаниями на горение и поэтому широко используются для оценки воспламеняемости материалов и оценки развития пожара.

Соответствие стандартам

Конусный калориметр является одним из наиболее важных приборов для испытаний на пожар для изучения свойств горения материалов и используется многими странами, регионами и международными организациями по стандартизации в области строительных материалов, полимеров, композитных материалов, изделий из древесины и кабелей.

• ISO 5660-1

• ASTM E1354

• BS 476 Часть 15

• ULC-S135-04  

Принцип работы конусного калориметра

Выделение тепла

Принцип выделения тепла основан на том, что чистая теплота сгорания пропорциональна количеству кислорода, необходимому для горения, примерно 13,1 МДж тепла выделяется на килограмм потребленного кислорода. Образцы в испытании сжигаются в условиях окружающей среды, подвергаясь внешнему облучению в диапазоне от 0 до 100 кВт/м2, при этом измеряются концентрации кислорода и скорости потока выхлопных газов.

Выделение дыма

Принцип измерения дыма основан на том, что интенсивность света, проходящего через объем продуктов сгорания, является экспоненциально убывающей функцией расстояния. Задымление измеряется как доля интенсивности лазерного света, который проходит через дым в выхлопном канале. Эта доля используется для расчета коэффициента экстинкции в соответствии с законом Бугера. Образцы в испытании сжигаются в условиях окружающей среды, подвергаясь внешнему облучению в диапазоне от 0 до 100 кВт/м2, при этом измеряются задымление и скорость потока выхлопных газов.

Потеря массы

Образцы в испытании сжигаются над устройством для взвешивания, подвергаясь внешнему облучению в диапазоне от 0 до 100 кВт/м2, при этом измеряется скорость потери массы.

Отчеты

Данные испытаний могут быть рассчитаны для скорости выделения тепла на единицу площади поверхности или на килограмм материала, потерянного в ходе испытания, общего выделения тепла, скорости образования дыма на единицу площади поверхности или на килограмм материала, потерянного в ходе испытания, общего образования дыма, скорости потери массы и общей потери массы.

• Время до устойчивого горения и потухания, TTI, в секундах

• Скорость выделения тепла, HRR, в МДж/кг, кВт/м2

• Средняя скорость выделения тепла за первые 180 и 300 секунд, в кВт/м2

• Максимальная средняя скорость тепловыделения, MARHE, в кВт/м2.с

• Общее выделение тепла, THR, в МДж

• Потеря массы, в г/м2.с

• Скорость образования дыма, SPR, м2/м2

• Образование дыма, TSP, в м2

Аппарат конусного калориметра

• Конусный электрический нагреватель, излучающий мощность 100 кВт на квадратный метр.

• Устройство управления облучением и измеритель теплового потока.

• Хорошо теплоизолированный тензодатчик.

• Система выхлопных газов с датчиком измерения воздушного потока.

• Система отбора проб газов с фильтрующим устройством.

• Газоанализатор, включая анализатор концентрации O2, CO и CO2.

• Система измерения задымления.

• Система самокалибровки.

• Система сбора данных.

• Программное обеспечение.

Применение

Оценка свойств горения материала

Оценка пожарной опасности материала в соответствии с данными испытаний на конусном калориметре (например, HRR, Peak HRR, TTI, SPR и т. д.) и определение подходящих материалов для использования в различных областях.

Изучение механизма огнестойкости

Посредством повторных испытаний и сравнения данных испытаний можно оптимизировать состав материалов для получения материалов с лучшими огнестойкими свойствами.

Изучение модели пожара

Анализируя скорость выделения тепла, скорость выделения дыма из горящих материалов, анализ тенденций или подключаясь к среднемасштабной модели испытаний (ISO 9705), создавайте различные виды моделей пожара.

Резюме

Конусный калориметр предлагает метод оценки скорости выделения тепла и динамической скорости образования дыма образцов, подверженных заданным контролируемым уровням облучения с внешним воспламенителем. Это критически важный прибор для испытаний и исследований на пожар, которые являются более воспроизводимыми, более повторяемыми и более простыми в проведении.