ASTM E2058 使用火焰蔓延仪 (FPA) 测量材料可燃性的标准测试方法

美国材料与试验协会 (ASTM) 标准“ASTM E2058 使用火焰蔓延仪 (FPA) 测量材料可燃性的标准测试方法”量化了材料可燃性，该特性与材料通过火焰蔓延仪支持火势蔓延的趋势有关。量化的材料可燃性特性包括点火时间、化学和对流热释放速率、质量损失速率以及有效燃烧热。

本标准定义了以下可以单独和独立执行的测试方法：

• 点火试验，确定水平样品的点火时间值；
• 燃烧试验，用于确定水平样品燃烧产生的化学热释放速率和燃烧热
• 火势蔓延测试用于确定垂直样品燃烧产生的化学热释放率。

火灾蔓延装置的独特特征包括：

• 钨石英外部隔离加热器可向测试样品提供高达 110 kW/m2 的辐射通量。
• 要求在指定的空气混合物中燃烧或向上蔓延火势，该混合物由高达 40% 的富氧空气、脱氧空气、纯氮气或气体灭火剂混合物组成。
• 能够测量 0,305 米高度的垂直测试样本中火焰向上蔓延时的热释放速率和废气流量。

火灾蔓延仪用于评估材料和产品的可燃性。它还用于获取这些材料和产品在特定惰性或氧化环境中对特定热通量的瞬态响应，以及获取火灾产物（二氧化碳、一氧化碳以及（如果需要）气态碳氢化合物）生成速率的实验室测量值，以供消防安全工程使用。

样品的点燃是通过相对于样品表面的确定位置处的引燃火焰来实现的。

垂直样本的火焰蔓延测试不适用于加热时熔化到足以形成液池的材料。

这些测试方法是现有电缆火焰蔓延测试标准、洁净室材料可燃性测试标准以及传送带认证标准的组成部分。供应商之所以使用这些测试方法，是因为这些测试方法的火灾测试响应结果与实际火灾蔓延测试中的火灾行为高度相关。

已经对含有多种聚合物成分和结构的材料和产品进行了点火、燃烧或火势蔓延测试方法或其组合。

火势蔓延测试方法与此处列出的 ASTM 标准中的测试方法不同，它对垂直测试样品在正常空气、富氧空气或含氧空气中向上蔓延和燃烧过程中的化学热释放速率进行实验室测量。其他标准中的测试方法，例如 ASTN E1321 测试方法（用于测量材料上水平/水平或向下火焰蔓延时的燃烧情况）以及 ASTM E906、ASTM E1354 和 ASTM E1623 测试方法（用于测量完全燃烧材料的热释放速率），通常使用外部辐射通量而不是燃烧材料本身产生的火焰来表征火灾行为。

这些测试方法并非常规质量控制测试，旨在评估材料的特定可燃性。待分析的材料包括从最终用途产品或最终用途产品中使用的各种组件中采集的样品。实验室程序的结果可为火灾蔓延和增长模型、风险分析研究、建筑和产品设计以及材料研发提供参考。

了解材料在火灾中的行为对于消防安全研究和材料测试至关重要。用于此目的的最先进工具之一是火焰蔓延仪。该仪器符合 ASTM E2058 标准。

该方法使研究人员能够在受控条件下测量点火行为、热释放速率、质量损失、烟雾产生和气体释放。它对于评估建筑、交通运输、电子设备和消费品中使用的材料特别有用。

火势蔓延仪是一种台式火灾测试设备，旨在模拟小样本材料的真实火灾场景。它能够提供材料在受控热流和外部火焰作用下的行为的定量数据。该设备是一种多功能量热仪，采用耗氧量热法，根据燃烧过程中消耗的氧气量计算热释放速率。ASTM E2058 定义了有效使用火势蔓延仪所需的程序、仪器、校准和分析。

本标准的主要目标是：

• 以可控且可重复的方式测量材料可燃性
• 支持耐火材料及制品发展
• 为火灾建模、法规遵从和比较风险评估提供数据

该标准的主要应用包括测试用于制造以下产品的材料：

• 飞机和航天器内部
• 公共交通
• 电子设备和电缆
• 建筑隔热和墙面覆盖物
• 软垫家具

这些测试中使用的火蔓延装置的关键部件是：

• 锥形加热器：提供均匀的辐射热流。
• 火花或引燃点火源：引发燃烧。
• 质量平衡：连续记录燃烧过程中的质量损失。
• 排气系统：捕获燃烧气体以供分析。
• 气体分析仪：测量氧气、二氧化碳和一氧化碳，以计算放热速率。
• 光学传感器：监测烟雾密度（可选）。

测试过程简单遵循以下步骤：

• 样品制备：对小而扁平的样品（通常为 100 毫米 x 100 毫米）进行调节和安装。
• 暴露：使用锥形加热器将样品暴露在预定的热通量下。
• 点火：当样品达到点火温度时，引火火焰或火花会点燃样品。
• 燃烧监测：
  • 测量热释放率、质量损失、气体排放量和烟雾产生量。
  • 在整个测试过程中（通常为 10-30 分钟）会连续记录数据。
• 测试后分析：检查残留物和炭化物，并比较不同材料的性能。

与垂直火焰测试等简单的火灾测试不同，火焰蔓延装置提供了全面的燃烧行为，非常适合：

• 材料比较与开发
• 预测火灾模型
• 工程防火设计
• 满足监管或行业特定的可燃性标准

这种方法在航空或公共交通材料等实际防火测试成本过高或规模过大的情况下特别有价值。

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