高温试验箱测试防火隔离带材料性能

一、实验目的

二、实验材料与设备

1. 实验材料：

• 防火隔离带材料样本：选取多种不同类型、不同生产厂家的防火隔离带材料，如矿物纤维类、陶瓷纤维类、复合型（包含多种防火隔热材料组合）等，每种材料准备足够数量且规格统一的样品，样品尺寸根据高温试验箱的内部空间以及测试标准要求确定（例如尺寸可为长 300mm、宽 300mm、厚 50mm 的长方体形状），确保各样本表面平整、无明显缺陷，以保证实验的一致性和可比性。

• 引火材料：选用易于点燃且燃烧稳定的材料作为引火物，如酒精棉球、木条等，用于在实验中引发模拟火焰，使防火隔离带材料承受高温考验。

2. 实验设备：

• 称重设备（电子天平）：精确到 0.1g，用于在实验前后称量防火隔离带材料样本的重量，通过对比重量变化来判断材料在高温下是否有质量损失（如材料成分分解、挥发等情况导致），为分析材料的稳定性提供依据。

• 火焰检测设备（如火焰探测器）：能够实时监测火焰的传播情况，判断火焰是否突破防火隔离带材料，以此评估材料阻止火焰蔓延的能力。

• 计时器：精确到秒，用于记录实验过程中的时间参数，如升温时间、材料在高温下维持稳定状态的时间、火焰蔓延时间等，确保实验过程各阶段时间控制准确以及后续数据分析的完整性。

• 热电偶温度计：精度高（可精确到 ±1℃），能够耐受高温环境，用于测量防火隔离带材料不同位置在高温作用下的实时温度变化，通过在材料表面及内部不同深度（如距离表面 10mm、20mm、30mm 处等）布置热电偶，准确获取温度分布情况，以此评估材料的隔热性能。

• 红外热像仪：用于非接触式地实时监测材料表面的温度分布情况，通过热成像直观呈现材料在高温下温度场的变化以及是否有局部过热等现象，辅助分析材料的热传递特性和整体隔热效果。

• 高温试验箱：具备精确的温度控制功能，能够快速升温至设定的高温值，高温度可达到模拟火灾现场高温环境所需的温度范围（一般要求能达到 800℃ - 1200℃甚至更高），且温度均匀性良好（在设定高温值的 ±5% 以内），同时箱内具备观察窗口以及相应的温度监测传感器，方便实时观察材料在高温下的状态变化并准确记录温度数据，可配备数据采集系统，对整个实验过程中的温度、时间等参数进行记录存储。

• 测温设备：

• 其他辅助设备：

三、实验步骤

1. 实验前准备

• 将选取的各种防火隔离带材料样本进行编号标记，记录其初始外观特征（如颜色、质地、表面平整度等）、尺寸大小以及初始重量（使用电子天平准确称量）等信息，并存档作为后续对比分析的基础资料。

• 根据高温试验箱内部空间和测试要求，合理设计安装热电偶温度计在防火隔离带材料样本上的位置，确保能准确测量到材料不同关键部位的温度变化，同时将材料样本平稳放置在高温试验箱内的合适位置，保证材料四周与试验箱内壁有一定的安全距离（例如距离内壁不小于 100mm），避免因热传导异常影响实验结果以及对试验箱造成损坏。

2. 设定高温条件与升温程序
   依据常见火灾现场的高温情况以及相关防火材料测试标准，设定不同的高温等级和升温程序，构建模拟高温环境，例如：

• 等级一（模拟一般森林地表火高温环境）：设定目标高温为 800℃，升温速率设定为每分钟 10℃，从常温（约 25℃）开始升温，直至达到目标温度后，维持该高温状态 60 分钟，观察材料在这一阶段的性能表现。

• 等级二（模拟森林树冠火高温环境）：将目标高温设定为 1000℃，升温速率调整为每分钟 15℃，同样从常温开始升温，达到目标温度后保持稳定 90 分钟，模拟更为剧烈的火灾高温场景对材料进行测试。

• 等级三（模拟森林火灾高温环境）：目标高温设定为 1200℃，升温速率设定为每分钟 20℃，升温至目标温度后维持高温状态 120 分钟，考察材料在高温长时间作用下的各项性能指标。

3. 引发模拟火焰与实验过程监测

• 在高温试验箱内的防火隔离带材料样本一侧放置适量的引火材料（如将酒精棉球均匀分布在材料一侧边缘，或摆放数根木条靠在材料边上），在升温达到设定目标温度并维持稳定后，通过远程点火装置（如通过试验箱预留的操作孔，使用电子点火器点燃引火材料）点燃引火材料，引发模拟火焰，使防火隔离带材料开始承受火焰高温的考验。

• 在整个实验过程中，利用高温试验箱自带的数据采集系统以及外接的测温设备（热电偶温度计、红外热像仪），实时监测并记录试验箱内的环境温度、防火隔离带材料不同位置的温度变化情况；同时，借助火焰检测设备密切关注火焰的传播状态，观察火焰是否能够穿透防火隔离带材料，以及材料表面、侧面是否有明火蔓延等情况，并通过计时器记录火焰蔓延时间（若有火焰突破材料）、材料在高温及火焰作用下出现明显变形、损坏等现象的时间节点。

4. 实验结束与数据整理
   当达到各高温等级对应的维持时间后，关闭引火装置（若火焰未自行熄灭），停止高温试验箱的加热功能，让试验箱自然降温，待温度降至安全范围（如低于 50℃）后，打开试验箱取出防火隔离带材料样本。再次观察并记录材料的外观特征变化（如是否有开裂、熔化、炭化等情况，记录变化的程度和范围），使用电子天平称量材料的终重量，对比初始重量计算重量损失率（重量损失率 =（初始重量 - 终重量）/ 初始重量 × 100%），整理收集到的所有实验数据（包括温度数据、火焰蔓延情况、外观变化、重量损失率等），为后续的数据分析做好准备。

四、数据分析与结果评估

1. 数据分析方法

• 对于温度数据，绘制不同高温等级下防火隔离带材料各测量位置（表面及内部不同深度）随时间变化的温度曲线，直观展示材料内部的热传递过程以及隔热效果，通过对比不同材料在相同高温条件下的温度曲线，分析其隔热性能的差异。同时，结合红外热像仪拍摄的热成像图片，分析材料表面温度场的均匀性和稳定性，进一步评估隔热性能。

• 根据火焰检测设备记录的火焰蔓延情况以及对应的时间数据，判断不同防火隔离带材料阻止火焰蔓延的能力，若火焰在长时间内（如超过设定的考核时间标准）未能突破材料，则表明该材料在相应高温环境下具有良好的阻燃性能；通过统计分析火焰突破不同材料的平均时间等数据，对比不同材料的阻燃效果差异。

• 分析材料在实验前后的外观变化情况以及重量损失率数据，采用描述性统计方法，直观呈现材料在高温作用下的结构稳定性和成分变化情况，若材料外观变化较小、重量损失率低，则说明该材料在高温下结构和成分相对稳定，耐温性能较好。

2. 结果评估指标

• 隔热性能：通过分析材料内部温度变化曲线、表面温度场分布以及不同深度的温度差异等数据，评估防火隔离带材料在不同高温环境下对热量传递的阻隔能力，以材料背火面（远离火焰一侧）的温度上升速率、高温度值等作为具体衡量指标，若背火面温度上升缓慢且终温度较低，则表明材料隔热性能优良，能够有效阻挡火灾高温向另一侧传递。

• 阻燃性能：依据火焰检测记录判断火焰是否突破材料以及火焰蔓延时间等情况，确定防火隔离带材料阻止火焰蔓延的效果，若材料能在规定的高温和时间条件下，始终阻止火焰通过，保持自身不燃或者使火焰在材料表面快速熄灭，即证明其具有良好的阻燃性能，可有效发挥防火隔离带的隔离作用。

• 结构稳定性与耐温性：结合材料外观变化（如有无开裂、熔化等）和重量损失率数据，评估材料在高温环境下的结构完整性和成分稳定性，若材料在高温后保持较好的结构形态，重量损失在合理范围内（例如一般要求重量损失率不超过 10%），则说明该材料具有较高的结构稳定性和耐温性能，能够适应火灾现场的高温考验。

五、实验注意事项

1. 高温试验箱在使用前必须进行严格的校准和调试，确保温度控制精度、升温速率以及温度均匀性等指标符合实验要求，避免因设备误差影响实验结果的准确性。

2. 在安装和布置热电偶温度计等测温设备时，要严格按照操作规范进行，确保测温点位置准确且设备连接牢固，防止在实验过程中因设备松动、移位等情况导致温度测量不准确或出现安全隐患。

3. 进行引火操作以及整个实验过程中，要确保操作人员的安全，严格遵守安全操作规程，通过远程控制等方式操作点火装置，避免近距离接触高温和火焰，防止烧伤、烫伤等安全事故发生。

4. 对于收集到的实验数据要及时进行整理备份，防止数据丢失或损坏，同时在数据分析过程中要严谨认真，遵循科学的统计分析方法，确保结果评估的可靠性。

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