锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用
锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用
1、锥形量热仪概述
表征材料燃烧性能的试验方法较多，如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法及NBS烟箱法等。它们多是传统的小型试验方法，试验操作环境与真实火灾相差较大，试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较，不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据。
目前，被公认为是测量材料对火反应特性或燃烧特性的最好技术手段是锥形量热仪（CONE），它可以实现多种火灾相关参数的测量。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。
锥形量热仪（CONE）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最重要的实验仪器之一，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。
锥形量热仪（CONE）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、样品点燃时间、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。CONE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。
经不断研制和改进，CONE现在已成为研究火灾和评定材料燃烧性能的理想试验仪器。国际标准组织(ISO)及美国、英国等国家已制定出应用CONE测定各种材料燃烧性能参数的标准，另外一些国家和地区，如瑞典等也正在积极地制定相应的使用标准。以CONE为试验仪器，我国已参照ISO非等效地制定了有关燃烧标准。但由于众多方面的原因，此标准并没有真正在我国得到推广应用。可以相信，随着我国工业的不断发展和对材料阻燃性能的需要，CONE必定会在我国的材料阻燃和火灾预防等领域起到越来越重要的作用。
2、锥形量热仪原理
2.1 锥形量热仪结构
锥形量热仪的结构原理如图所示。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ISO5660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：
② 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、CO2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。
2.2 锥形量热仪公搜在原理
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（13.1mJ/kgO2±5%）。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。
3、锥形量热仪的测试指标
3.1 热释放速率(HRR)
HRR是指在预置的入射热流强度下，材料被点燃后，单位面积的热量释放速率。HRR是表征火灾强度的最重要性能参数，单位为kW/m2;HRR的最大值为热释放速率峰值(PeakofHHR，简称pkHRR)，pkHRR的大小表征了材料燃烧时的最大热释放程度。HRR和pkHHR越大，财材料的烧烧放热量越大，形成的火灾危害性就越大。
3.2 总释放热(TotalHeatRelease，简称THR)
THR是指在预置的入射热流强度下，材料从点燃到火焰熄灭为止所释放热量的总和。将HRR与THR结合起来，可以更好地评价材料的燃烧性和阻燃性，对火灾研究具有更为客观、全面的指导作用。
3.3 质量损失速率(MassLossRate，简称MLR)
MLR是指燃烧样品在燃烧过程中质量随时间的变化率，它反应了材料在一定火强度下的热裂解、挥发及燃烧程度。除质量损失速率外，由CONE还可得到质量损失曲线，从而获取不同时刻下的残余物质量，便于直观分析燃烧样品的裂解行为。
3.4 烟生成速率(SmokeProduceRate，简称SPR)
SPR被定义为比消光面积与质量损失速率之比，单位为m2/S。
3.5 有效燃烧热(EffectiveHeatCombustion，简称EHC)
EHC表示在某时刻t时，所测得热释放速率与质量损失速率之比，它反应了挥发性气体在气相火焰中的燃烧程度，对分析阻燃机理很有帮助。
3.6 点燃时间(TimetoIgnition，简称TTI)
TTI是评价材料耐火性能的一个重要参数(单位：s)，它是指在预置的入射热流强度下，从材料表面受热到表面持续出现燃烧时所用的时间。TTI可用来评估和比较材料的耐火性能。
3.7 烟毒性气体辅助测试
材料燃烧时放出多种气体，其中含有CO，HCN，SO2，HCl，H2S等毒性气体，毒性气体对人体具有极大的危害作用，其成分及百分含量可通过锥形量热仪中的附加设备收集分析。
4、锥形量热仪应用
4.1 评价材料的燃烧性能
综合HRR，pkHRR和TTI，我们可以定量地判断出材料的燃烧危害性，包括室内装修材料燃烧性能分析、煤矿井下可燃物质的燃烧特性和矿井火灾烟气的特性分析、包装材料、农作物、小商品、电线电缆等等火灾危险性的分析。
4.2 评价阻燃材料的性能
阻燃科学与技术的发展，对阻燃材料燃烧行为的评估、测试手段提出了越来越高的要求。由于阻燃材料在火灾中的燃烧行为非常复杂，传统的测试方法（氧指数法、垂直燃烧法、水平燃烧法）虽然具有操作简单、快速、重复性好等特点，但普遍存在测试参数单一，测试结果不能定量化等缺点，难以与材料在真实火情中的燃烧行为相关联，有时对同一种材料的评估，采用不同的实验方法得到相互矛盾的结果。锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界影响小，与大型试验结果相关性好等优点，对材料阻燃效果的评价更真实，同时对材料阻燃机理的分析和研究也有极大的帮助。利用锥形量热仪可以研究阻燃材料的阻燃机理、为材料燃烧危险等级划分、研究和评价烟和毒气的释放、评价产品和材料的燃烧性和阻燃性。
4.3 进行火灾模型化研究
发明CONE的初衷就是为了进行火灾模型设计，通过CONE可测定出火灾中最能表征危害性的性能参数HRR，从而进行火灾模型设计。值得注意的是，在测试过程中，火灾模型设计需要的其他性能，如毒性、烟等也和HRR一并测出。
4.5 VTEC锥形量热仪
标准集团（香港）有限公司代理美国VTEC品牌锥形量热仪。该锥形量热仪可满足所有现存标准(包括ISO5660，ASTME1354，ASTME1474，ASTME1740，ASTMF1550，ASTMD6113，NFPA264，CANULC135和BS476第15部分)，也可以部件形式购买，这样实验室如果需要特定测试，如热释放、质量损失、烟雾生成等，可以先买所需部件，之后再逐渐补充其它仪器到同一试验箱，成为完整规格仪器。这个灵活特性是锥形量热仪诸多优点中的一个。
其完整系统包括：
1.锥形加热器-在截短的圆锥内，230V，5000W，热量输出为100kW/m2
2.测试水平或垂直样品的装置
3.3个K类热电偶和3期PID温度控制器对温度进行调控
4.开合关闭机制-在测试前保护样品区域，保证初期质量测量稳定，操作员可以有额外时间在测试开始前进行系统检测。对于易燃的样品，如果没有开合关闭机制，很容易燃烧过早。这个额外时间对操作员非常重要
5.样品支架-样品大小100mmx100mm，厚度不超过50mm，水平或垂直摆放
6.测压元件-质量测量通过应变仪测压元件测试，精度可达0.01g。装有迅捷电子称重部件，机械停止装置可避免移动造成损害，给出稳定结果，保证仪器长寿
7.火花点火-10kV火花点火器，装有安全停火装置。点火器通过连接到关闭机制的杠杆进行自动定位
8.排气系统-不锈钢制作，延长寿命。包括罩子，气体样品取样针，排风扇(流量可调，0g/s至50g/s，精度至少为0.1g/s)，以及孔板流量测试器(热电偶和差压传感器)。常见测试一般为24l/s
9.气体取样-包括微粒过滤器，冷冻冷阱，泵，干燥筒，流量控制器
10.氧气分析-顺磁氧分析器，0-25%之间，表现符合标准
11.烟气灰暗度-用激光系统测量，使用光电二极管，0.5mW氦氖激光，主要及备用光电探测器。同时备有定位支架和0.3，0.8中性密度过滤器用于校准
12.热流计-用于设定对样品表面的辐射水平
13.燃烧器校正-校准仪器测试出的热释放率，使用99.5%纯度的甲烷
14.数据获取-安捷轮数据采集器/转换器，带3孔卡槽，61/2位数(22比特)内部DMM，能进行120单端测量或者48双端测量。扫描率可达250频道/秒，带115k波特RS232和PCIGPIB界面。所有读数都自动记录时间，存在稳定的50000读数内存中
15.锥形量热仪软件-操作语言包括英语、法语、德语、西班牙语和日语。用户界面是windows操作系统，带易于使用的按钮操作，标准Windows数据输入方式，下拉选项，点击选中，以及开关。能够：
1). 显示仪器状态。
2). 校准仪器和储存校准结果。
3). 收集测试数据。
4). 计算所需参数。
5). 按标准要求方式显示结果。
6). 多个测试取平均数值。
7). 数据输入至FDMS(火灾数据管理系统)-多数欧洲和美国实验室都适用该系统格式，进8.行实验室之间不同量热仪数据分享。
8). 文件输出为CSV(逗号分割文件)格式，能很快转成电子表格。
可选配置：
1、二氧化碳和一氧化碳-可用NDIR气体分析器。
2、氯化氢-加热补给线及气体分析器。
3、可控气体附件-用于低氧样品分析。
4、质量损失量热仪。
5、FTIR毒性测试仪。
6、保护门-保护操作员不吸入有毒样品产生的烟气。正常空气可从底部进入，用于正常测试区排风和测试区进气。钢板挡住后面，排风罩挡住顶部，测试门挡住底部，保护门刚好挡住最后一面。
锥形量热仪操作步骤
仪器各部件及其对应的功能： 锥形加热炉－－－－加热并使样品燃烧，其上有3个温度传感器，精确测量温度 激光测量系统－－－－－分析烟道气密度（浓度） CO 、CO2、O2气体分析仪－－－－用于测量烟气中3种气体的浓度 LOADCELL －－－－－测量样品燃烧失重 FLUXMETER 量热计－－－－用于校验和设定锥形炉产生的热辐射热量 甲烷气－－－－－用来燃烧产生仪器常数 标准气体CO 、CO2混合气－－－－用于校正CO 、CO2分析仪 锥形量热仪操作步骤 一、系统开机 1.激光（Smoke ）、气体分析器（Analyser ）打开，试验前预热2小时以上，等待显示屏上预热标记消失，预热完毕。 2. 每次开机前打开排水龙头（位于数据采集器里面，需打开左后门，水平为关，垂直为开）排水，排水后即关闭。通常只有几滴。
3.依次打开抽风机开关，从右到左打开 ）、Ignition、 调节温度：点击“▼”进入预定温度设置； 通过“▲”、“▼”调节温度大小；最后按 “P”键确定所需温度。 4.打开数据采集器电源，然后打开电脑中 的ConeCalor5软件。（显示器显示 CONECALC为数据采集器已连接上PC）二、检查干燥器状态（蓝色部分要在三分之一以上），及时更换
三、设置管道中的排风流量 查看Status，验证是否连通。 点击进入Calibrations---DPT & Flow： 1.ZERO DPT：确认管道抽风机、取样泵（Pump）、排风机（开关位于墙上）处于关闭状 态，在软件窗口中点击Zero DPT按钮，压力显示为0Pa。 2.设置管道排风量为24L/s：根据提 示打开排风机和抽风机，调节抽风机 速率以达到要求的排风量。（观察电 脑上显示为24 L/s，上下浮动0.2L/s）
锥形量热仪燃烧测试实验方法
锥形量热仪燃烧测试实验方法 一、实验简介 应用锥形量热仪测试聚合物的阻燃性能是一种先进的测试技术。锥形量热仪对于燃烧中的聚合物材料具有多项测试功能, 如: 热释放速率( Heat ReleaseRate, HRR)、质量损失速率(M ass Loss Rates, M LR )、有效燃烧热，总生烟量( To ta l Smoke Production,TPS)、烟释放速率( Rate of Smoke Release, RSR) 等、参数在火灾安全工程与设计、材料阻燃性能研究、评价等方面应用广泛。因此, 实验测试技术和测试数据分析也非常重要, 如对ABS用几种不同成分的填料, 组合而成的几种聚合物材料燃烧测试数据的采集与分析, 就是在 充分了解、熟悉锥形量热仪的结构性能、工作原理的基础上, 在掌握了熟练的测试技术和操作步 骤的基础上, 对测试数据的成功与否, 有明确的认定。这样才能对材料的阻燃性能进行分析评定, 得出准确的结论, 尤其是在测试前对仪器的标定, 过滤材料的更换与过程检查, 除湿材料过程变化与更换等, 都是很重要的测试技术。 二、结构概述 锥形量热仪是典型的机电一体化组合设备, 其外形结构简单、紧凑, 但是功能原理、控制原理和操作要求却极其严格, 是多种行业知识的综合应用, 如图1所示。由图可知, 锥形量热仪的结构及原理涉及到机械、化工、通风、制冷、仪表、电气控制、流体力学、热力学、激光原理、计算机原理、计量检测等方面的知识, 涵盖面较广, 是非常典型的高新技术综合应用的精密测试仪器。 三、测试要点 3. 1 工作原理 锥形量热仪的主要工作原理是耗氧原理, 当样品件在锥形电加热器的热辐射下燃烧时, 火焰就会消耗 掉空气中一定浓度的的氧气, 并释放出一定的燃烧热值。通过大量的实验测试和计算研究认为, 绝大多数所测材料的耗氧燃烧热值接近13. 1 M J/kg这一平均值, 偏差约为5%。锥形量热法就是基于此点, 根据材料在
材料燃烧性能的锥形量热计实验
中国矿业大学安全工程学院 实验报告 课程名称：消防专业实验 实验名称：材料燃烧性能的锥形量热计实验姓名： 学号： 实验日期： 2011.3.6
实验1 材料燃烧性能的锥形量热计实验 本实验的理论依据为:“对于许多有机液体和气体，当其完全燃烧时，消耗单位质量的氧气所释放出的热量是一个常数,为13.1MJ/kgO2 ”。从而利用此原理，求出不同试件，不同情况下的各个参数，通过对数据结果进行分析，并以表格的形式展现出来，分析对比，得出结论。 本实验测定了不同的木材，分别在3okw/m2,50kw/m2的辐射强度下燃烧的各项参数数据，以及pvc在3okw/m2,50kw/m2的辐射强度下的实验。 一．下面是对木材HRR数据进行整理得出的图表： 图表1-1 通过图表可以看出，在该热辐射强度的条件下，我们可以发现： 1）在相同的条件下，无烤漆柞木的燃烧需要的热量高于其他木材，从表格中可以看出，大概在50s左右的时间，柞木开始放热。 2）每一种木材在燃烧的过程中，并非呈平缓上升或下降的状态，过程中都出现了多个峰值，其中在初期阶段，带烤漆松木热释放速率的峰值最高，HRR曲线较为最为陡峭，无烤漆柞木最低。 3）经过分析可得多次出现峰值的原因：起初因材料的热分解产生气体阻碍了木炭与氧气的接触，因此，开始为分解气体的燃烧，反应逐渐加快，热释放速率不断增加，直至出现第一峰值后热释放速率开始下降，后来
因分解产生的气体逐渐减少，开始转变为木炭的的有焰燃烧，固又会出现第二峰值，直至最后木炭燃烧殆尽...... 图表1-2 在辐射强度为30kw/m2的条件下，我们可以看出： 1）各木材在初期阶段，热释放速率的上升曲线较为陡峭，在下降阶段较为平缓，且带烤漆松木燃烧所需要的热量较少，其次为无烤漆桦木，带烤漆符合与无烤漆柞木。 2）在该条件的HRR曲线中，带烤漆松木最先达到最高值，且热释放速率皆大于其他木材。 下面是同种材料（以及pvc材料）在不同热辐射强度条件下HRR曲线的对比： 图表 2.2.1
锥形量热仪项目可行性研究报告
锥形量热仪项目 可行性研究报告 xxx公司
锥形量热仪项目可行性研究报告目录 第一章概况 第二章项目基本情况 第三章项目市场前景分析 第四章产品规划及建设规模 第五章项目建设地分析 第六章土建工程 第七章工艺可行性 第八章环境保护说明 第九章项目安全卫生 第十章建设及运营风险分析 第十一章项目节能方案 第十二章项目计划安排 第十三章投资方案分析 第十四章经济效益分析 第十五章招标方案 第十六章总结说明
第一章概况 一、项目承办单位基本情况 （一）公司名称 xxx公司 （二）公司简介 经过10余年的发展，公司拥有雄厚的技术实力，完善的加工制造手段，丰富的生产经营管理经验和可靠的产品质量保证体系，综合实力进一步增强。公司将继续提升供应链构建与管理、新技术新工艺新材料应用研发。 集团成立至今，始终坚持以人为本、质量第一、自主创新、持续改进，以 技术领先求发展的方针。 公司认真落实科学发展观，在国家产业政策、环境保护政策以及相关 行业规范的指导下，在各级政府的强力领导和相关部门的大力支持下，将 建设“资源节约型、环境友好型”企业，作为企业科学发展的永恒目标和 责无旁贷的社会责任；公司始终坚持“源头消减、过程控制、资源综合利 用和必要的未端治理”的清洁生产方针；以淘汰落后及节能、降耗、清洁 生产和资源的循环利用为重点；以强化能源基础管理、推进节能减排技术 改造及淘汰落后装备、深化能源循环利用为措施，紧紧依靠技术创新、管 理创新，突出节能技术、节能工艺的应用与开发，实现企业的可持续发展；以细化管理、对标挖潜、能源稽查、动态分析、指标考核为手段，全面推
动全员能源管理及全员节能的管理思想；在项目承办单位全体职工中树立“人人要节能，人人会节能”的节能理念，达到了以精细管理促节能，以 精细操作降能耗的目的；为切实加快相关行业的技术改造，提升产品科技 含量等方面做了一定的工作，提高了能源利用效率，增强了企业的市场竞 争力，从而有力地促进了项目承办单位的高速、高效、健康发展。 公司近年来的快速发展主要得益于企业对于产品和服务的前瞻性研发 布局。公司所属行业对产品和服务的定制化要求较高，公司技术与管理团 队专业和稳定，对行业和客户需求理解到位，以及公司不断加强研发投入，保证了产品研发目标的实施。未来，公司将坚持研发投入，稳定研发团队，加大研发人才引进与培养，保证公司在行业内的技术领先水平。 （三）公司经济效益分析 上一年度，xxx实业发展公司实现营业收入24687.48万元，同比增长16.35%（3469.61万元）。其中，主营业业务锥形量热仪生产及销售收入为20152.82万元，占营业总收入的81.63%。 根据初步统计测算，公司实现利润总额6236.99万元，较去年同期相 比增长672.11万元，增长率12.08%；实现净利润4677.74万元，较去年同期相比增长864.50万元，增长率22.67%。 上年度主要经济指标
锥形量热仪(CONE) 的构造
Standard International Group(HK) Limited 标准集团（香港）有限公司 Standard International Group(HK) Limited 锥形量热仪(CONE) 的构造 虽然市场上销售的锥形量热仪厂家不同，型号也各不相同，但大致的结构组成基本一致;锥形量热仪主要由燃烧室、载重台、氧分析仪、烟测量系统、通风装置及有关辅助设备等六部分组成。 一、燃烧室。截断锥形加热器、点火器、控制电路、挡风罩等构成了燃烧室。入射热流强度可根据不同的试验要求适当选择;样品放在燃烧平台上由点火器点燃,燃烧产物由通风系统排走。 二、氧分析仪。氧分析仪是CONE 的核心部分,它是一种高精度的气体分析仪(精确到10-4) ,由氧分析仪可精确检验燃烧时通气管道中氧的百分含量随时间的变化,进而由即时氧气浓度和氧耗原理测定出材料的燃烧放热情况。 三、载重台。载重台是测定样品质量变化的装置,它可以准确记录样品在燃烧过程中的质量变化情况。燃烧时,样品放置于载重台的支架上。 四、烟测量系统。在靠近燃烧室的通风管道中设有氦氖激光发射器、复杂的伪双电子束测量装置和热电偶等装置,以此可测定烟管道中烟的比消光面积(SEA) 。 五、通风系统。通风系统是指样品燃烧后,将燃烧产物由燃烧室排出到大气中的装置。通风装置的通风性能要根据试验要求进行调节,气体流速应限制在一定范围之内,否则将影响试验结果。 六、其它改进设备。根据不同需要,也可以添加其它分析装置,如进行燃烧产物成分分析时,可增加红外光谱分析装置;若测量样品中温度分布，须进行相应的热电偶或红外摄像装置改造。 七、辅助设备。辅助设备中含有微机处理器、入射热流强度测量仪、除去CO2 及H2O(气)的相应装置等。
锥形量热仪的特点解析
锥形量热仪的特点解读 锥形量热仪是一种用于在凝聚相的各种材料的小样品的火行为研究的现代装置。它被广泛应用于消防 安全工程领域。 它收集的数据有关的点火时间，质量损失，燃烧产物，热释放率和与它的燃烧性能相关联的其他参数。设备通常允许燃料样品暴露在其表面的不同的热通量。对于热释放速率的测量原理是基于HUGGETT的[ 1 ] 的原则，任何有机物质燃烧总热量的燃烧所需的氧气量直接相关。 它的名字来源于辐射加热器的锥形形状，在研究样品的表面产生几乎均匀的热通量，锥形量热仪是测 试领域中最重要的台式仪器。消防检测技术有限公司(FTT)在英国目前最大的锥形量热计的制造商。 消防安全： 锥形量热仪是一种有用的设备，在消防安全和分析服务。它能够学习小的材料样品(约100×100 mm×mm)，以确定其易燃性。从几个不同的标准模型的锥形量热仪的火灾特性的材料可以确定。名单上的各种测试标 准是以下所提供的UL防火安全工程部：ASTM E 1354 ASTM D 5485可以/ ulc-s135 ISO 5660-1 -美国271 不同型号的热量计可用于评估不同的方面的易燃材料。使用锥形量热计研究可用于产品安全，环境， 卫生服务。 在处理安全问题时，该设备是非常重要的。通过使用该设备，可以更容易地看到有多少不同的材料与 火灾反应。了解这些信息，可以很容易地保护那些与物质接触或工作的人。它是认识和理解重要的燃烧热，易燃，可燃性，热释放，并为许多材料产烟来维持一个安全的环境，所有这些都可以通过使用量热仪发现。锥形量热仪是一个实验设计，描绘真实世界的火灾。 使用锥形量热仪： 以前使用的锥形量热仪的许多装置被称为是非常错误的，并有几个实验误差。然而，研究改进的锥形 量热仪在1982。与其他任何设备，锥形量热仪测量系统引入的烟光和烟尘产量重量。在设计允许的设备的
锥形量热仪FTT和CONE型号差异分析
锥形量热仪FTT和CONE型号对比分析 一、CONE锥形量热议 锥形量热仪符合的标准: ASTM E 1354 、ASTM E 1740 、ASTM E 1550、ASTM D 5485 、ASTM D 6113、ISO 5660 Parts 1 and 2 、NFPA 271、NFPA 264 、CAN ULC 135 、BS 476 Part 15 锥形量热仪技术参数： 1、锥形量热仪采用分柜式设计方式，分析柜可移动，既可应用于锥形量热仪测试使用，也可连接大型热释放速率测试系统，符合ISO 5660、ASTM E1354、GB/T 16172 等现行国内外测试标准。 2、集成测试机体和19英寸分析柜，内嵌PC型17英寸触摸屏面板，用于整个控制和测试过程。 3、锥形加热器额定功率5000W，热输出量0～100 kW/m2，可水平或垂直放置 4、暴露试样表面的中心部位50X50mm的范围内，于中心处辐照偏差不超过±2% 5、样品盒可放置***大100mm x 100mm x 50mm的样品 6、样品称量范围 0～2000g；精度：0.1g 7、点火系统带有安全切断装置的高压火花发生器，自动定位 8、氧气分析顺磁性氧气分析器，浓度范围0～25％，氧分析仪应呈线性响应，在30m in内漂移不得大于士50x10-6OO2，T90时间小于12秒 9、无弥散红外线CO和CO2分析器 CO：0～1％；CO2：0～10％
10、烟密度分析使用激光系统测量烟雾密度，系统由光电二极管、0.5mW氦氖激光器、主图形检波器和辅助图形检波器组成 11、排气系统由风机、集烟罩、风机的进气与排气管道及孔板流量计等所组成。排风扇流量0～50g/s可调，精度0.1g/s 12、环形取样器应装在距集烟罩685 mm处的进气管道内,取样器上应有12个小孔以均化气流组份，小孔与气流方向相反以避免烟灰沉积。 13、排气流量应通过测量风机上方350 mm处的锐缘孔板两侧的压差来确定，锐缘孔板的内径为57mm±1mm。 14、气流的温度应由直径为1.0mm-1.6 mm封闭节点的恺装热电偶或直径为3mm的暴露节点的恺装热电偶来测量，热电偶应安装于测流孔板上方100 mm处。 15、气体取样系统包括环形取样器、取样泵、过滤器、冷阱、废气排泄、水分过滤器和co2过滤器。 16、冷阱: 0~5度，隔膜泵，流量率:33 l/min，真空度: 700 ㎜Hg，压力: 2.5 bar 17、控温仪应能在0-1000℃的范围内自动调节、控制温度，设定分辨力及控温精度均为士2度，且应带有热电偶的自动冷端补偿器。 18、应选用卡登型箔式(或热电堆式)热流计，设计量程0^100k W/m',辐射接收靶的直径为12.5 mm，表面覆有耐久的无光泽黑色涂层。辐射接收靶为水冷式。热流计的准确度为士3% ，重复性为士0.5%，附带可追溯至NIST的校准报告一份。 19、原厂配备便携式水冷却系统，当使用热流计时，用户无需外接自来水源和配备水管。 20、为了标定整个测试系统的响应，采用一个有方形开孔并且断面也为方形的
CONE(锥形量热仪)法在塑料燃烧性能综合评估中的应用研究
CONE（锥形量热仪）法在塑料燃烧性能综合 评估中的应用研究 【摘要】本文介绍了塑料的燃烧性能及其常规测试方法，新型测定聚合物燃烧热性能仪器——锥形量热仪在评定聚合物燃烧性能中的应用，并提出了全面对燃烧性能进行综合评估的新型方法，从而为塑料的正确选型提供了一定的依据 【关键词】塑料锥形量热仪层次分析法燃烧性能 综合评估聚氯乙烯高抗冲聚苯乙烯 1.前言 目前，塑料的应用领域已经遍及工农业生产和人民生活的各个领域。据统计，1999年全球五种主要热塑性塑料的总产量已近1.1亿吨[1]，而三大合成材料(塑料，合成纤维，合成橡胶)中塑料占2/3以上的比例。然而，作为一种高聚物，塑料燃烧迅速并释放出大量的热和有毒烟气，在火灾中暴露出较大的危害性，所以，对塑料的燃烧性能进行全面综合的评估以及正确选型就显得日益重要。 2．塑料的燃烧性能及其常用测定方法 2.1塑料的燃烧性能 塑料燃烧的主要过程可表示如下： 热源 (热量反馈)
图1 塑料燃烧过程示意图 通常塑料在火灾中的燃烧性能主要包括以下几个方面： ⑴引燃性 引燃性是指材料被引燃的难易程度，是燃烧的初始阶段。材料在热作用下被引燃时，是热流和时间共同作用的结果。 ⑵火焰传播性 火焰传播性是指火焰沿材料表面蔓延发展的程度。其决定因素关键是材料表面有可燃性气体产生，或在材料内部能形成可燃性气体但能逸至材料表面。火焰传播速度越大，则越易使火灾波及附近的可燃物而使火灾扩大。 ⑶释热性 由表1［2］中给出的几种塑料的燃烧热值可以看出，塑料燃烧通常能释放出大量的热。释热性影响着火灾环境温度和火灾传播速度，释热越大的物质，其危险性程度越高，反之越低。 名称 聚苯乙烯 聚乙烯聚氯乙稀 赛璐珞聚酰胺 酚醛树脂 燃烧热 40.18 45.88 18.05-28.0317.30 30.84 13.47 (KJ/g) 表1 几种常见塑料的燃烧热值 ⑷生烟性 烟气的生成不仅大大降低了火场的可见度，影响着人员疏散和救援工作的开展，而且烟气本身的窒息性直接威胁着人身安全。
锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用
锥形量热仪的使用原理、测试指标和应用 1、锥形量热仪概述 表征材料燃烧性能的试验方法较多，如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法及NBS烟箱法等。它们多是传统的小型试验方法，试验操作环境与真实火灾相差较大，试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较，不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据。 目前，被公认为是测量材料对火反应特性或燃烧特性的最好技术手段是锥形量热仪（CONE），它可以实现多种火灾相关参数的测量。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。 锥形量热仪（CONE）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最重要的实验仪器之一，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。 锥形量热仪（CONE）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、样品点燃时间、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。CONE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。 经不断研制和改进，CONE现在已成为研究火灾和评定材料燃烧性能的理想试验仪器。国际标准组织(ISO)及美国、英国等国家已制定出应用CONE测定各种材料燃烧性能参数的标准，另外一些国家和地区，如瑞典等也正在积极地制定相应的使用标准。以CONE为试验仪器，我国已参照ISO非等效地制定了有关燃烧标准。但由于众多方面的原因，此标准并没有真正在我国得到推广应用。可以相信，随着我国工业的不断发展和对材料阻燃性能的需要，CONE必定会在我国的材料阻燃和火灾预防等领域起到越来越重要的作用。 2、锥形量热仪原理
聚合物材料燃烧性和阻燃性锥形量热仪测试评价法
聚合物材料燃烧性和阻燃性锥形量热仪测试评价法 有机聚合物材料是一种新兴而广泛使用的材料,但由于其内在易燃性,使使用场所的火灾危险性大大增加。因此,如何正确评价其在实际火情条件下的燃烧与阻燃性能已成为一项迫在眉捷的首要问题。 锥形量热仪( CON E)是美国国家科学技术研究所( N IST)的Babra uskas于1982年提出的。它是以氧消耗原理为基础的新一代聚合物材料燃烧测定仪,氧消耗原理是指每消耗1 g的氧,材料在燃烧中所释放出的热量是13. 1 kJ(误差为5% 或更好) ,且受燃料类型和是否发生完全燃烧影响很小。只要能精确地测定出材料在燃烧时消耗的氧量就可以获得准确的热释放速率。不热辐射强度下的热释放速率( HRR )是CON E给出的最重要的参数之一,同时还能给出其它许多参数。它们可从不同角度评价聚合物材料的燃烧性和阻燃性。 不同于以往的传统实验室型评价方法(如: 极限氧指数LOI, NBS烟箱等) , CON E的实验结果与大型燃烧实验结果之间存在很好的相关性[2 ]。以往为了正确评价建筑材料、装饰材料和电线电缆等必须进行大型燃烧实验,浪费了大量的物力和财力。近年来,由于CON E的出现使评价工作大为改观。有利的促进了研究和评价工作的进展,并制定了相应的实验标准,如: ASTM E1354- 90 和90A 和ISODIS 5660 /90。CON E可望在评价聚合物材料燃烧性和阻燃性上代替或部分代替大型燃烧实验,并能进行阻燃机理及烟等方面的研究工作。 1、锥形量热仪 可模拟多种火情强度,测定聚合物材料的热释放速率等燃烧参数的CON E由六部分组成: ( 1)截断锥形加热器和有关控制电路; ( 2)通风橱和有关设备; ( 3)天平及试样架; ( 4)氧气和气体分析仪表; ( 5)烟测量系统; ( 6)有关的辅助设备。该仪器具有较宽的热辐射功率范围( 10 kW /m2～110 kW /m2)。锥形加热器可放置在试样的上方或与试样一起垂直放置,样品为100 mm× 100 mm,厚度不大于50 mm。高精度的氧分析仪是本仪器的核心部分,氧气的测量是在很窄的范围内( 18%～21% )进行的。用氦-氖激光束测定消光系数给
电池燃烧锥形量热仪
An experimental study on burning behaviors of18650lithium ion batteries using a cone calorimeter Yangyang Fu,Song Lu,Kaiyuan Li,Changchen Liu,Xudong Cheng,Heping Zhang* State Key Laboratory of Fire Science,University of Science and Technology of China,Hefei,Anhui230026,China h i g h l i g h t s Fire risks and behaviors of charged lithium ion batteries were investigated. The thermal runaway of charged lithium ion batteries was experimentally studied. The effects of state of charge on burning behaviors of LIBs were evaluated. The heat release rates of LIBs were experimentally measured. The internal generated oxygen accounts for up to13%of total heat release rate. a r t i c l e i n f o Article history: Received26May2014 Received in revised form 15August2014 Accepted7September2014 Available online16September2014 Keywords: Lithium ion battery Heat release rate Thermal runaway Thermal hazard Explosion a b s t r a c t Numerous of lithium ion battery?res and explosions enhance the need of precise risk assessments on batteries.In the current study,18650lithium ion batteries at different states of charge are tested using a cone calorimeter to study the burning behaviors under an incident heat?ux of50kW mà2.Several parameters are measured,including mass loss rate,time to ignition,time to explosion,heat release rate (HRR),the surface temperature and concentration of toxic gases.Although small quantities of oxygen are released from the lithium ion battery during burning,it is estimated that the energy,consuming oxygen released from the lithium ion battery,accounts for less than13%of total energy released by a fully charged lithium ion battery.The experimental results show that the peak HRR and concentration of toxic gases rise with the increasing the states of charge,whereas the time to ignition and time to explosion decrease.The test results of the fully charged lithium ion batteries at three different incident heat?uxes show that the peak HRR increases from6.2to9.1kW and the maximum surface temperature increases from662to934 C as the incident heat?ux increases from30to60kW mà2. ?2014Elsevier B.V.All rights reserved. 1.Introduction The lithium ion batteries(LIBs)have been widely used in elec-tronic products,vehicles and aerospace applications owing to their excellent features of high power capacity,stable voltage,long life cycle and low self-discharge[1,2].However,the LIBs?res and ex-plosions have occurred occasionally in the transportation because their thermal stability is sensitive to temperature,overcharging, extrusion and collision.For instance,the Asiana Airlines'B747 freighter crashed into the sea on July29,2011,killing two pilots,due to a cargo?re caused by LIBs[3].Therefore,to ensure the safety transportation of LIBs,it is worthwhile to study the burning be-haviors of LIBs. Previous researches have reported that the LIBs underwent thermal runaway reactions which lead to the combustion of or-ganics electrolyte and rupture under heating conditions[4,5].Jhu et al.[6]conducted a set of experiments in an adiabatic calorimeter and found that the charged LIBs were more hazardous than un-charged ones and the maximum surface temperature of the charged LIB could reach903 C.Roth et al.[7]showed that the thermal runaway reactions of LIBs were affected by the state of charge(SOC)using an accelerating rate calorimeter.Increasing SOC reduced the onset temperature of thermal runaway reactions and increased acceleration rate.Ribi e re et al.[8]demonstrated the?re-induced hazards of Li-ion polymer batteries using a Tewarson calorimeter.It was found that the HRR and toxic gases productions depended signi?cantly on the SOC.Golubkov et al.[9]concluded that the maximum surface temperature of LIBs with the format 18650was850 C as measured using a custom-designed test stand. The above researches have concentrated on the LIB burning *Corresponding author.Tel.:t8655163600572(of?ce). E-mail address:zhanghp@https://www.wendangku.net/doc/796086741.html,(H. Zhang). Contents lists available at ScienceDirect Journal of Power Sources journal ho mep age:https://www.wendangku.net/doc/796086741.html,/locate/jpo wsour https://www.wendangku.net/doc/796086741.html,/10.1016/j.jpowsour.2014.09.039 0378-7753/?2014Elsevier B.V.All rights reserved. Journal of Power Sources273(2015)216e222
锥形量热仪的主要参数和实验标准浅析
锥形量热仪的主要参数和实验标准浅析 一、符合标准： 符合：GB/T16172、ISO 5660-1和-2、ASTM E 1354 、ASTM E 1740 、ASTM E 1550、ASTM D 5485 、ASTM D 6113、NFPA 271、NFPA 264 、CAN ULC 135 、BS 476 二、适用范围： 通过燃烧产物气流中氧气浓度计算出的氧气消耗量以及燃烧产物燃烧时热释放速率，材料的热释放速率也是材料燃烧性能中最重要的参数,比较准确地测量材料燃烧过程中的热释放速率,对于预测火灾危害及 其阻燃防治处理极为重要。 三、主要性能参数： 1、辐射锥：加热功率5kw, 辐射强度：100kw/m2,配有三个热电偶测量温度。 2、辐射屏蔽层：不燃材料制成，总厚度不超过12mm; 3、辐射控制：辐射控制系统能适当调节，能保持辐射锥热热电偶的温度控制在预设值的±10℃； 4、称重设备：为进口的高精度电子天平，称量500g,分辨率0.01g； 5、试样安装架：不锈钢制成，为一个方形敞口盘，上端开口106mmx106mm，深度25mm，厚度2.4mm； 6、定位架：采用厚度为1.9mm不锈钢制成的方盒，方盒内边的尺寸111mm，高度54mm，用于试验面的开口为94mmx94mm
7、排气系统：由离心风机、集烟罩、风机的进气和排烟管道以及孔板流量计组成 8、气体取样装置：取样泵、烟尘过滤器、除湿冷阱、排空的旁路系数、水分过滤器、CO2过滤器。 9、点火器：采用电火花点火器进行外部点火。 10、点火器计时器：视值分辨率：0.1s, 计时误差：1s/1H 11、气体分析仪以及关键部件均为原装进口。 12、带64为高精度板卡、电脑和8.4寸液晶显示，带TCP/IP和RS-232多种通讯接口选择 13、氧气测量：采用顺磁式氧气测量 13．1测量范围：0-25% 14、信号输出：4-20mA； 15、响应时间T90:≤2S； 16、环境温度：0-45℃； 17、相对湿度：<90%（无凝结）； 18、线性度：<±0.1% O2； 19、零点漂移：0.05% O2（一周）； 20、重复性：<±0.02% O2； 21、二氧化碳（CO2）测量：为IR红外线测量 22、测量范围：0-10% 23、重复性：＜±1%
锥形量热仪试验燃烧模式特点的分析
锥形量热仪试验燃烧模式特点的分析 王继刚 高萍 滕彦 邓小波 于广和 孙玉泉 （山东省产品质量监督检验研究院 山东 济南 250033） [摘要]：采用熔融插层法制备了HIPS/OMMT复合材料，以纯HIPS和HIPS/OMMT纳米复合材料分别代表成炭聚合物和不成炭聚合物，在锥形量热仪试验下燃烧测试。分析了在锥形量热仪试验的点燃特征，火焰传播特征，温度变化特征以及聚合物裂解特征。通过锥形量热仪试验的特点的分析明确了不同结构的材料在锥形量热仪下的热响应特征是不同的，成炭聚合物在锥形量热仪燃烧模式下会表现出较好的阻燃性能。只有了解燃烧模式的特点才能更有效发展高效阻燃材料，这为阻燃材料的设计和研发开拓了新的思路。 [关键词]：锥形量热仪；燃烧模式；材料结构；阻燃性能 In this thesis, HIPS/OMMT composites (PLS) were prepared by the melt intercalation approach. HIPS and HIPS/OMMT represent the non-charing and charing materials, respectively. The cone calorimeter was used to assess the flammability of them. This study examines the burning modes of the cone calorimeter testing method. The burning test was experimentally analyzed in terms of burning mode based on burning environment, temperature field, flame propagation, heat transfer characteristics. Analysis showed that the response of material was diffent with diffent structure. By the cone calorimeter method，charing materials showed excellent flame retardant properties, in terms of peak HRR significantly reduced.Understanding the characteristics of combustion mode is important for us to develop efficient fire-retardant materials. Keyword: Cone Calorimeter，Burning Mode，material structure，flame retardancy 1前言 锥形量热仪法是由美国国家标准与技术研究院提出的一种用来测定材料释热速率的方法，该法可用于测定材料的引燃时间、热释放速率、质量损失速率、有效燃烧热、烟密度等参数。通过 上述参数,可研究小型阻燃试验结果与大型阻燃试验结果的关系,并能分析阻燃剂的性能和估计 阻燃材料在真试火灾中的危险程度，锥形量热仪试验越来越广泛的被应用到阻燃材料的测试和研 究中[1]。目前，对于材料阻燃性能的研究大多集中在材料学和化学角度，对火灾学方面的研究较 少。而材料的阻燃性能主要涉及到材料学和火灾科学两个方面的内容，应该从两个方面进行研究。 认识和掌握燃烧模式的特点以及不同材料的对火反应特征的不同，才能有效地发展高阻燃性能的 材料。本文从火灾学角度出发，选取成炭聚合物（HIPS/OMMT复合材料）和不成炭聚合物（HIPS）分别代表不同结构的材料，在锥形量热仪燃烧模式下对不同结构材料的对火反应特点进行了研 究，在此基础上详细分析了锥形量热仪试验燃烧模式的特点。 2实验部分 2. 1 原材料与仪器 蒙脱土(MMT),CEC:80mmol/100g,浙江丰虹粘土化工有限公司；十六烷基三甲基溴化铵,分析纯, 德国BASF 化工有限公司；高抗冲聚苯乙烯,镇江奇美PH-88。水浴装置,76211,上海标本模型厂；锥形量热仪,标准型,英国FTT 公司；双滚筒塑炼机,SK2160B,上海橡胶机械厂；25吨平板硫化机,XQLB2350×350,上海第一橡胶机械厂 2. 2 样品制备 2.2.1 有机蒙脱土(OMMT) 的制备 称取一定量MMT 置于四口烧瓶中(内有蒸馏水) ,在80℃恒温水浴中搅拌,将溶解的十六烷基三甲基溴
锥形量热仪的技术参数
锥形量热仪的技术参数 符合标准： ISO 5660, ASTM E 1354, ASTM E 1474, ASTM E 1740, ASTM F 1550, ASTM D 6113, NFPA 264, CAN ULC 135, BS 476 第15部分 适用范围： 锥形量热仪在防火测试领域是最重要的小型测试仪器。 产品详细： 评定材料和产品火灾特性时，热释放是核心测量参数。传统方法很难对热释放进行测量，近年研发的大型测试器(如家具)使用缺氧量热计技术，燃烧样品测试产生热量，使得测试热释放有了可能。 80年代早期，美国NIST员工(之前为NBS)决定研发实验室规模热释放测试仪，用以解决已有小型热释放测试的不足。当时的小型测试使用测定密闭空间内焓损失的方法。研发认定，缺氧量热计是最佳测试方法。这是根据经验观测而得，即材料燃烧释放热量总是和燃烧过程耗氧量成正比。这个仪器被称为锥形量热仪，名字来源于截短了的锥形加热器的形状，加热器用100 kW/m2 的热流辐射测试样品。 锥形量热仪可以部件形式购买，这样实验室如果需要特定测试，如热释放、质量损失、烟雾生成等，可以先买所需部件，之后再逐渐补充其它仪器到同一试验箱，成为完整规格仪器。这个灵活特性是锥形量热仪诸多优点中的一个。 完整系统包括： 1.锥形加热器-在截短的圆锥内，230V，5000W，热量输出为100 kW/m2 2.测试水平或垂直样品的装置 3.3个K类热电偶和3期PID温度控制器对温度进行调控 4.开合关闭机制-在测试前保护样品区域，保证初期质量测量稳定，操作员可以有额外时间在测试开始前进行系统检测。对于易燃的样品，如果没有开合关闭机制，很容易燃烧过早。这个额外时间对操作
锥形量热仪技术参数
锥形量热仪技术参数 1.全套设备应至少包括符合GB/T16172-2007、ISO5660-1/2/3/4-2002、ASTM E1354-2011等建筑材料热释放速率性能试验设备； 2.锥形量热仪包括试验装置、校准装置、烟密度测量装置、称重装置、气体分析柜装置、数据采集及标准测试软件组成； 3.辐射锥额定功率为5000W，由电加热管构成，内外锥壳内填充公称厚度为13mm、公称密度为1000kg/m3的耐热纤维； 4.辐射锥应能在试样表面提供高达100KW/m2的辐射照度，在暴露试样的正中部分50mm*50mm范围内，辐射照度应均匀，与中心辐射照度偏差不超过±2%； 5.点火电路采用一个不低于10KV的电火花点火器外部点火，火花塞的点火间隔为3±0.5mm，电火花点火位于试样中心13±2mm位置； 6.辐射锥装置安放于独立的控制柜上，表面为大理石台面，避免台面的磨损与划伤，该设计避免了风机震动，对于天平装置的干扰； 7.提供美国MEDTHERM GTW-10-32-485A水冷热流计校准，测量范围为0-100KW/M2，辐射接收靶为直径12.5mm的圆形，表面覆有无光泽黑色涂层，发射系数为0.96，并附带循环水冷却装置。 8.甲烷校准流量控制器，量程为0-20ml/min，精度不低于0.5%，在数字模式下的最大量程比可达1:187,5，反应灵敏，最低为200 msec； 9.烟密度测量装置由激光光源及硅光二极管接收装置组成； 10.氦氖激光光源，波长632.8nm，长时间稳定性：±2% 每8小时，噪音（RMS）: <0.5% (30Hz-10MHz)； 11.硅光二极管包含主探测器及辅助探测器，线性度》99.8%，不稳定度《0.1%； 12.排气系统由集烟罩、排气风机、孔板流量计、风机的进气及排气管道组成； 13.节流孔板内径为57±3mm，厚度1.6±0.3mm连接量程为0-500pa进口微差压传感器，可测量节流孔板前后压差； 14.微压差传感器精度RSS*( 恒温下) ±1.0%FS，非线性度±0.98%FS，迟滞0.1%FS，非重复性0.05%FS，量程为0-500pa； 15.称重装置量程为0-2000g，精度0.1g，内置称重传感器，测试中漂移量低于0.1g； 16.一体化预处理系统，包含隔膜泵、除水冷凝器、湿度报警器、精细过滤器以及蠕动泵装置； 17.一级过滤装置采用精细过滤器装置，滤芯过滤精度不低于0.5um； 18.★精密过滤器，过滤精度0.2um，包含湿度报警装置，当样气水分没有除尽，将自动报警，以免导致分析仪的损坏；