锥形量热仪在火灾研究中的应用

锥形量热仪被公认为是测量材料对火反应特性或燃烧特性的Z好技术手段，可测量多种火灾相关参数。它的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境，其试验结果与大型燃烧测试结果之间存在很好的相关性，能够表征出材料的燃烧性能，是新一代的聚合物材料燃烧性能测定仪。

本文为分析锥形量热仪在火灾研究中的应用情况，主要介绍了其结构和原理，并分析了锥形量热仪在材料的燃烧性能研究、阻燃材料性能的研究领域中的应用现状，表明锥形量热仪在室内装修材料、矿井火灾、塑料、木材等领域具有广阔的应用前景，Z后探讨了锥形量热仪未来发展方向。

锥形量热仪是美国国家标准与技术研究院于1982年研制的，经过20多年的不断改进和完善，锥形量热仪已经成为研究材料燃烧性能Z重要的实验仪器之一。

锥形量热仪是采用氧消耗原理设计的测定材料燃烧放热的仪器，可以完成材料的热释放速率、质量损失速率、样品点燃时闻、CO和CO2生成率、比消光面积、烟灰质量取样、有效燃烧热等参数的测量。锥形量热仪的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境，其试验结果与大型燃烧试验结果之间存在很好的相关性，能够表征出材料的燃烧性能。在评价材料、材料设计和火灾预防等方面具有重要的参考价值。

1、锥形量热仪的结构、功能、原理

锥形量热仪燃烧分析系统结构由以下部分组成：燃烧室、排气及流量测试系统、气体取样及分析系统、烟气测试系统、烟灰质量取样系统、数据采集及控制系统、氧气浓度控制系统。锥形量热仪主要遵循IS05660和ASTME1354标准，可以完成各种氧气摩尔分数条件下的下列参数的测试工作：①材料的热释放速率，kw，m2；②质量损失速率，kg/sm2；③样品点燃时间，s；④CO、C02生成率，kg/kg；⑤比消光面积，m2/kg；⑥烟灰质量取样，kg/kg；⑦有效燃烧热，mJ/kg。

与其它的一些燃烧测试方式相比，上述参数可在一个试样上同时连续地测出来，而且这些性能参数的测定是在稳定、真实、易于控制的条件下得到，能够在不同时间、地点重复操作，因此，可作为文献参考数据备用，为进一步研究材料的燃烧过程提供文献数据。

锥形量热仪的工作原理是采用氧消耗原理设计的测定材料燃烧放热的仪器，即大多数固体材料完全燃烧每消耗一单位质量的氧气所释放的热量基本相同。氧消耗法的优点在于实验全过程可进行温度测量，这样对放热装置来讲，实验装置的建立比较容易，并且实验期间可以随时观察到燃烧时发生的现象;实验中样品燃烧产生的烟会尽可能地被收集进入护罩内，所以实验误差较小。

2、利用锥形量热仪在火灾领域所开展的研究

锥形量热仪虽然属于小型尺寸的火灾试验设备，但它的一些试验结果可以用来预测材料在大尺寸试验和真实火灾情况下的着火性能。目前锥形量热仪已被多个国家、地区及国际标准组织应用于建筑材料、高分子材料、复合材料、木材制品以及电缆等领域。研究工作者利用锥形量热仪开展的研究主要表现在：材料的燃烧性能研究。

2.1研究材料的燃烧性能

2.1.1用于室内装修材料的研究

室内装修材料的使用越来越普遍，已成为重要的新型材料之一。室内装修材料的燃烧特性对建筑火灾的发生、发展、蔓延及危害后果有重要影响。不少研究者采用锥形量热仪，通过测试各种装修材料的燃烧特性和不同辐射条件下的各种参数，比较材料的火灾安全性能，对材料的安全使用和建筑火灾预防与控制具有重要意义。

2.1.2用于矿井火灾研究

矿井火灾是煤矿的重大灾害之一。矿井火灾不仅使矿井遭受巨大的物质损失，同时也是导致矿工伤亡的主要因素。ZG矿业大学安全工程实验室是Z早把锥形量热仪应用于矿井火灾领域研究的单位。目前，主要用于分析煤矿井下可燃物质的燃烧特性和矿井火灾烟气的特性。

(1)井下可燃物燃烧特性的研究。

随着煤矿生产的机械化和集中化程度的提高，以及支护条件的改善，煤矿中传统可燃物木材的使用量不断减少，而矿用输送带、电缆和风筒等聚合物的使用量却不断增多。

(2)矿井火灾烟气特性研究。

在井下巷道中一旦发生火灾都会产生大量的烟气，火灾中85%以上的死者是由于烟气的影响。利用锥形量热仪可以精确地测定矿井火灾烟气的成分、有害烟气的产生量、烟气浓度、烟气热量等特性参数，并对火灾烟气危害程度进行了综合地评价。

2.1.3用于其它方面的火灾研究

塑料是火灾中常见的着火材料。采用锥形量热仪对几种常用塑料的燃烧裂解行为进行了研究，分析比较了典型塑料材料在不同辐射功率下燃烧裂解的变化规律，以及不同阻燃体系对塑料燃烧裂解行为的影响。探讨了火灾条件下塑料燃烧裂解的原因，以及某些阻燃体系的阻燃作用。此外，锥形量热仪还可用于评价包装材料、农作物、小商品、电线电缆等火灾危险性。近几年来，还有学者把锥形量热仪用于热塑性高分子材料的燃烧过程模拟与分析。

由于火灾模型变得越来越复杂，防火保护工程师对锥形量热仪提供的数据越来越重视，锥形量热仪可得到与材料燃烧特性相关的许多数据：热释放曲线、烟和质量损失，同时还可以得到CO、CO2和其它气体的释放量，从而可建立材料燃烧特性的数据库。对于一般性的试验材料，应用锥形量热仪试验方法进行火性能测定具有较为理想的效果，特别是在聚合物材料燃烧性和阻燃性的研究以及火灾预防方面具有广阔的应用前景。