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材料试验
轨道车辆用材料燃烧测试方法比较
发布时间:2021-10-26 浏览次数:7401 来源:欧美大地

各国车用材料防火方面的标准中,对于设备、试验方法等要求通常有所不同。本文对轨道车辆用材料阻燃性能测试方法进行了比较,以期为客户试验选择提供指导,为制定和完善我国阻燃性能测试方法提供参考。

01 轨道车辆用标准比较

国际防火标准主要有:

  • EN 45545《铁路应用-铁路车辆的防火保护》

  • DIN 5510《铁路车辆防火措施》

  • BS 6853《载客列车设计与构造防火通用规范》

  • NF F16-101《铁路车辆防火性能-材料的选择》

  • NFPA 130《有轨列车及铁路客运体系标准》

各国对列车所用材料的防火试验在内容、设备、方法等方面差异性较大,但总体可以根据测试对象的大小分为小尺寸燃烧试验和大尺寸燃烧试验。

02 小尺寸燃烧试验

小尺寸燃烧试验是参照相关标准的测试方法对规定尺寸的单一材料或复合材料样品进行试验,测试简单易实现,且操作成本不高,能有效地对比、筛选同类材料。

小尺寸燃烧试验主要关注材料的点燃性(主要以氧指数表征)、释热性(主要以锥形量热仪热释放率表征)、生烟性(主要以烟密度测试表征)、燃烧产物的毒性(以有毒气体成分浓度综合分析表征)、火焰蔓延性(主要以辐射板试验表征),分为一般火焰蔓延和专门针对地板材料的水平辐射蔓延)和易燃性(主要以小试件水平垂直燃烧测试表征)。本文不考虑电线电缆材料的测试。

03 测试方法与类型比较分析

氧指数测试

氧指数测试适用于表征均质固体材料、层压材料、泡沫材料、软片和薄膜材料等。各主要测试标准和测试试样要求对比见表1(文中所有表中的尺寸单位均为mm)。从表1可见,各标准中的设备要求基本一致,可通用检测。

车用材料防火标准测试,材料燃烧阻燃性能测试,火焰蔓延性,车用材料国际防火标准,EN 45545,DIN 5510,锥形量热仪,材料燃烧释热性测试

▲ 氧指数仪

表1

氧指数测试标准和测试试样要求对比

车用材料防火标准测试,材料燃烧阻燃性能测试,材料燃烧释热性测试


释热性测试

材料的燃烧释热性通常采用锥形量热仪测量,锥形量热仪按物质燃烧的氧耗原理。

锥形量热仪

iCone2+锥形量热仪

ISO5660和ASTM E1354中的测试原理一致,设备要求也基本一致,同一设备可兼顾满足2个标准。ASTM E1354中新增了临界点燃辐射通量测试,即在一定的暴露时间下,点燃样品所需的最小辐照通量,以kW/m2表示,步长可为2kW/m2或1 kW/m2,结果可表示为“在xx min的暴露时间下临界点燃辐射通量为31kW/m2或30~32kW/m2之间”。

表2

释热性测试标准主要差异

车用材料防火标准测试,材料燃烧释热性测试


生烟性测试

各烟密度测试标准和测试模式比较见表3。ISO5659-2-2017和ASTM E 662-2017中对烟箱的要求一致,但辐照装置不同,而ASTM D2843-2016BS 6853-1999附录D的要求完全不同,所以采用不同标准评估烟密度需采用不同设备。


表3

生烟性测试标准主要差异



烟毒性测试

检测燃烧产物毒性的试验方法有生物法和气体分析法两大类,目前更多采用气体分析法。气体分析法常用在线红外FTIR分析和吸收法收集气体进行浓度分析。在线红外FTIR分析各标准比较见表4,3个标准可采用同一设备开展试验。


▲ FTIR烟气分析仪

表4

在线红外FTIR烟毒性测试标准主要差异



吸收法烟毒性测试是将产生的烟气通过吸收液收集,然后分析吸收液中气体浓度,常用方法有分光光度计法、离子色谱法等。对于不容易被吸收的气体,比如CO2/CO,推荐采用非分光红外分析浓度,某些标准也规定直接采用比色管进行分析。各标准比较见表5。


表5

吸收法烟毒性测试标准主要差异



由于每种气体对人体危害不同,各国对于烟气毒性的综合评定也规定了计算的权重因子,各标准中对危害最小的CO2的权重分母规定为最大,而对于腐蚀性极大的HF均给出了最严格的要求。各标准中权重因子比较见表6。


表6

烟毒性评估气体权重比较



火焰蔓延性测试

火焰传播性能常以辐射板法测定。针对火焰沿材料表面的蔓延趋势,各标准规定了不同的样品及辐射板放置方式,且样品尺寸要求也不同。火焰蔓延性测试标准主要差异见表7。从表7可见,每种燃烧要求均不同,不同标准选用的设备也不同。


表7

火焰蔓延性测试标准主要差异



可燃性测试

可燃性测试是检验火焰直接接触样品材料时样品的着火、引燃、蔓延行为。通常样品可以水平或垂直放置,燃烧器可为喷灯、酒精灯,点燃时间也不同。表8对比了各种标准规定的小试样可燃性检验的方法,从中可以看出,GB/T 2408-2008、IEC 60695-11-10/Cor.1-2014、UL94-2017 Ⅴ级、GB/T10707-2008可以采用同一设备,但其他标准需要选用不同设备。


▲ ISO 11925-2单一火源耐火测试仪

表8

可燃性测试标准主要差异



04 总结

通过综合分析比较可以看出,各国防火标准关注的内容相似,但是,由于各国防火标准的表征方式和设备要求等不统一,给技术人员选用标准和试验室人员评估燃烧性能等带来了困难,因此亟待结合我国国情编制相应的防火标准,并实现防火标准的统一性。


//参考文献:谭帅霞, 于晓辉, 王进, 等. 轨道车辆用材料燃烧测试方法比较[J]. 铁道车辆, 2019, 57(1):18-22.

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