CN102928462A - 热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法 - Google Patents

热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法 Download PDF

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CN102928462A CN2012104301954A CN201210430195A CN102928462A CN 102928462 A CN102928462 A CN 102928462A CN 2012104301954 A CN2012104301954 A CN 2012104301954A CN 201210430195 A CN201210430195 A CN 201210430195A CN 102928462 A CN102928462 A CN 102928462A
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杨亮
庄爽
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Abstract

本发明涉及热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法，所述方法利用由辐射锥、热流计、高压脉冲电极和试样支撑平台构成的测试装置测定同一试样在不同辐射强度
Figure 752746DEST_PATH_IMAGE002
条件下获得的若干组实测数据，然后利用公式推导热辐射强度与引燃时间之间的函数关系，从而确定任意热辐射场强下试样的引燃时间，其优点：试样装置结构简单、操作容易，测定多组试样在特定外部热辐射强度下的引燃时间，通过简单数据处理确定两者之间的函数关系，获得了系列数据，提高了效率，回避了单次测定的偶然因素和试验误差，所得数据结果准确度高，试验所需样品数量大大减少，节约了试验成本，受试验环境、样品特性等因素影响较小，实际比对试验验证本方法与实测数据具有较高的一致性。

Description

热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法
技术领域
    本发明涉及板状材料引燃时间的试验和确定方法，特别涉及一种热辐射场中板状材料自身发生燃烧现象所需的引燃时间的确定方法，主要应用于板状材料抗引燃特性的分析和评价。
背景技术                          
引燃时间是表征材料自身阻燃性能的重要指标，引燃时间的长短表明了材料抵抗外界热辐射且不使自身发生燃烧的能力。在GB 20286-2006《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》多部强制性国家标准中都广泛使用到该指标。当前，对于引燃时间的确定，尚无专用成型设备，只能依靠单次试验进行，且存在以下缺点：
（1）部分大型设备具备测试引燃时间的功能，但往往投资较大，尤其是精度较高的进口设备更是价格昂贵，对于资金紧张或使用频率不高的使用单位来讲往往不愿购置。
（2）单次试验只能测得某一强度热辐射场下的试样引燃时间，效率较低，且无法获得系列数据。
（3）大型设备试验所需试样规格较大，某些条件不易获得。
随着阻燃板材大量应用于现代建筑中，国家对于室内外装修板材火灾危险性关注程度也在不断提高，对于热辐射场中板状材料引燃时间确定的需求会越来越多。为了为降低检测成本，提高试验效率、准确性和成功率，减少对昂贵进口设备的依赖，需要一种运用新的技术方法来弥补现有技术的不足。
发明内容
    本发明的目的就是针对当前试验测定热辐射场中板状材料引燃时间方法的不足，提出了一种引燃时间的确定方法。通过设计简单廉价的试验装置，获取基本数据，然后利用公式通过数据推导确定热辐射强度与引燃时间之间的函数关系。本方法提供了一种新的热辐射场中板状材料引燃时间的确定途径，该方法设计的装置结构简单，操作容易，试验成本低，结果准确度高，且能获得系列数据。
    本发明是通过这样的技术方案实现的，热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法，其特征在于，所述方法利用由辐射锥、热流计、高压脉冲电极和试样支撑平台构成的测试装置测定同一试样在不同辐射强度                                                
Figure 714031DEST_PATH_IMAGE001
条件下获得的若干组实测数据，然后利用公式推导热辐射强度与引燃时间之间的函数关系，从而确定任意热辐射场强下试样的引燃时间，所述方法包括如下次序步骤：
a)  试验前，调节辐射锥内部电加热管电流强度，将热流计探头4放置于试样支撑平台
6中央，由热流计的二次仪表显示实测热辐射强度，待热辐射强度达到
Figure 568855DEST_PATH_IMAGE001
并稳定后，移去热流计探头，将试样放置于试样支撑平台中央，迅速将高压脉冲电极移至试样之上，且使高压脉冲电极放电尖端高于试样上表面5mm，持续放电，同时用计时装置测定从放置试样时刻起至试样被引燃时刻所需的时间； 获得第一组实测数据，即热辐射强度
Figure 550191DEST_PATH_IMAGE002
下的引燃时间；
b)  重新设定一个热辐射强度值，重复步骤a）过程，获得第二组实测数据：
c)  反复重复步骤b）的过程，共获得N组实测数据；
d)  建立公式：物体所受热辐射强度
Figure 697456DEST_PATH_IMAGE001
,板状材料引燃时刻所受的临界热辐射强度
Figure 706869DEST_PATH_IMAGE004
，引燃时间之间存在如下关系 ：
    ————（1）  
   令 ，
Figure 959679DEST_PATH_IMAGE007
 ，式（1）可表示为：
   
Figure 651691DEST_PATH_IMAGE008
                       （2）
     式（1）中， 
Figure 575654DEST_PATH_IMAGE009
为圆周率；
Figure 99039DEST_PATH_IMAGE010
为试样的导热率；
Figure 466566DEST_PATH_IMAGE011
为试样的密度；
Figure 708192DEST_PATH_IMAGE012
为试样的热容量； 
    
Figure 173196DEST_PATH_IMAGE004
为试样开始燃烧时刻所受临界热辐射强度；
    
Figure 754350DEST_PATH_IMAGE013
为试样引燃温度；
为试样初始温度；
Figure 5389DEST_PATH_IMAGE015
为本发明设计测试系统的校正因子，对于胶合板、密度板这些常见板状试样取
Figure 21886DEST_PATH_IMAGE016
，以上参数皆为试样自身固有属性，因此当选定测试对象后
Figure 519864DEST_PATH_IMAGE017
可视作常量；
     由式（2）可知，
Figure 478461DEST_PATH_IMAGE018
与物体所受热辐射强度
Figure 429100DEST_PATH_IMAGE001
之间存在线性关系，
Figure 249288DEST_PATH_IMAGE019
为此线性关系式的斜率，而为其截距，确定
Figure 731271DEST_PATH_IMAGE017
值，即可确定此函数关系式，根据最小二乘法理论已知N组
Figure 169205DEST_PATH_IMAGE021
函数值，即可按式（3）计算
Figure 527506DEST_PATH_IMAGE023
、
Figure 75DEST_PATH_IMAGE025
值；
，
Figure 228636DEST_PATH_IMAGE027
 ————（3）
    其中，
Figure 390627DEST_PATH_IMAGE028
为
Figure 639075DEST_PATH_IMAGE029
数据组数，
Figure 923425DEST_PATH_IMAGE030
和为第
Figure 301634DEST_PATH_IMAGE033
次试验所获得的数据，
Figure 670167DEST_PATH_IMAGE033
=1、2、3……
Figure 859840DEST_PATH_IMAGE028
；
    试验时，由所述测试装置测定同一试样在N组不同热辐射强度条件下获得的引燃时间
Figure 263457DEST_PATH_IMAGE034
，依据式（3）计算值，即可建立
Figure 50333DEST_PATH_IMAGE035
和
Figure 437452DEST_PATH_IMAGE001
的线性函数关系，依据此函数关系即可获得任意热辐射场强度
Figure 997134DEST_PATH_IMAGE001
下试样的引燃时间
Figure 887730DEST_PATH_IMAGE034
。
本发明的优点：（1）本方法避免了使用大型设备的部分功能来测定热辐射场中板状试样的引燃时间，而是设计了结构简单、操作容易、经济效益良好的试样装置，测定多组试样在特定外部热辐射强度下的引燃时间，通过简单数据处理确定两者之间的函数关系，获得了系列数据，提高了效率。（2）本方法回避了单次测定的偶然因素和试验误差，所得数据结果准确度高，（3）试验所需样品数量大大减少，节约了试验成本。（4）本方法受试验环境、样品特性因素影响较小，实际比对试验验证本方法与实测数据具有较高的一致性。
附图说明
图1、测试装置示意图。
图中：1.辐射锥，2.热流计，3. 试样，4.热流计探头，5.高压脉冲电极，6.试样支撑平台。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：
如图1所示，测试装置由辐射锥1、热流计2、试样3、热流计探头4、高压脉冲电极5和试样支撑平台6构成。
辐射锥1由电加热管和合金锥套构成，将电加热管紧紧缠绕成圆锥台形状后装配在合金锥套中，通过调节电加热管加热电流强度来调节辐射锥下部的试样的受热平面辐射强度；通过热流计探头测量辐射强度，测量结果通过二次仪表显示；
  调节辐射锥1内部电加热管电流强度，将热流计探头4放置于试样支撑平台6中央，由热流计2的二次仪表显示实测热辐射强度，待热辐射强度达到
Figure 622467DEST_PATH_IMAGE001
并稳定后，移去热流计探头4，将试样3放置于试样支撑平台6中央，迅速将高压脉冲电极5移至试样3之上，且使放电尖端高于试样3上表面5mm，并持续放电，同时用计时装置测定放置试样时刻至试样被引燃所需时间，获得第一组实测数据，即热辐射强度
Figure 231303DEST_PATH_IMAGE002
下的引燃时间；重复该测定过程，即可获得N组试验数据。
本实施例中：选用胶合板（厚度5mm）样品进行了试验分析。将试样制成适当大小后放置于试样支撑平台上，调节辐射锥电流大小，通过热流计探头和二次仪表测定试样支撑平台处热辐射强度，当热辐射强度
Figure 602428DEST_PATH_IMAGE002
显示为12且稳定后，移开热流计探头，放入试样，同时使高压脉冲电极持续放电，并迅速启动秒表计时，待试样开始燃烧后立刻卡停秒表，记录引燃时间
Figure 604199DEST_PATH_IMAGE034
。
重新设定热辐射强度
Figure 502753DEST_PATH_IMAGE002
分别为19
Figure 367941DEST_PATH_IMAGE036
、23
Figure 444482DEST_PATH_IMAGE036
、27
Figure 27910DEST_PATH_IMAGE036
和31
Figure 464576DEST_PATH_IMAGE036
，即总试验次数
Figure 449850DEST_PATH_IMAGE037
，重复上述过程，共测得五组热辐射强度
Figure 697291DEST_PATH_IMAGE002
和引燃时间
Figure 768016DEST_PATH_IMAGE038
数据，如表1所示。
表1实测数据
Figure 999584DEST_PATH_IMAGE040
按式（3）计算可得
Figure 839364DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 257707DEST_PATH_IMAGE042
，则式（2）可表示为
Figure 550148DEST_PATH_IMAGE043
。
依据此式即可确定任意热辐射场强下的试样引燃时间。
为验证本方法的准确性，采用产自英国FTT公司的锥形量热仪对同一样品进行测定。记录如下
表2 锥形量热仪实测数据
试验次数 热辐射强度
Figure 594196DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 288483DEST_PATH_IMAGE036
 实测引燃时间
Figure 877727DEST_PATH_IMAGE034
，s		 依据本方法所得结果，s
1 50 2.6 2.2
2 60 1.7 1.5
3 70 1.3 1.1
可以看出，依据本发明确定的试样在热辐射场中的引燃时间与实测结果吻合较好，本发明所述方法具有较高的准确度。
根据上述说明，结合专业知识可在再现本发明。

Claims (1)

1.热辐射场中板状材料引燃时间的确定方法，其特征在于，所述方法利用由辐射锥（1）、热流计（2）、高压脉冲电极（5）和试样支撑平台（6）构成的测试装置测定同一试样在不同热辐射强度                                                
Figure 352878DEST_PATH_IMAGE001
条件下获得的若干组实测数据，然后利用公式推导热辐射强度与引燃时间之间的函数关系，从而确定任意热辐射场强下试样的引燃时间，所述方法包括如下次序步骤：
ａ)试验前，调节辐射锥（1）内部电加热管电流强度，将热流计探头(4)放置于试样支撑平台（6）中央，由热流计（2）的二次仪表显示实测热辐射强度，待热辐射强度达到
Figure 175341DEST_PATH_IMAGE001
并稳定后，移去热流计探头（4），将试样（3）放置于试样支撑平台（6）中央，迅速将高压脉冲电极（5）移至试样（3）之上，且使高压脉冲电极放电尖端高于试样（3）上表面5mm，持续放电，同时用计时装置测定从放置试样时刻起至试样被引燃时刻所需的时间； 获得第一组实测数据，即热辐射强度
Figure 255423DEST_PATH_IMAGE002
下的引燃时间
Figure 454323DEST_PATH_IMAGE003
；
ｂ)重新设定一个热辐射强度值，重复步骤a）过程，获得第二组实测数据：
ｃ)反复重复步骤b）的过程，共获得N组实测数据；
ｄ)建立公式：物体所受外部热辐射强度
Figure 497103DEST_PATH_IMAGE001
,板状材料引燃时刻所受的临界热辐射强度
Figure 552784DEST_PATH_IMAGE004
，引燃时间
Figure 307113DEST_PATH_IMAGE003
之间存在如下关系 ：
    ————（1）  
   令 
Figure 646139DEST_PATH_IMAGE006
，
Figure 810404DEST_PATH_IMAGE007
 ，式（1）可表示为：
   
Figure 114347DEST_PATH_IMAGE008
                       （2）
     式（1）中， 
为圆周率；
为试样的导热率；
Figure 945271DEST_PATH_IMAGE011
为试样的密度；
Figure 470930DEST_PATH_IMAGE012
为试样的热容量； 
    
Figure 815324DEST_PATH_IMAGE004
为试样开始燃烧时刻所受临界热辐射强度；
    
Figure 860772DEST_PATH_IMAGE013
为试样引燃温度；
Figure 632419DEST_PATH_IMAGE014
为试样初始温度；
Figure 645374DEST_PATH_IMAGE015
为本发明设计测试系统的校正因子，对于胶合板、密度板等常见板状试样取
Figure 527879DEST_PATH_IMAGE016
，以上参数皆为试样自身固有属性，因此当选定测试对象后
Figure 191948DEST_PATH_IMAGE017
可视作常量；
     由式（2）可知，
Figure 134496DEST_PATH_IMAGE018
与物体所受热辐射强度
Figure 634747DEST_PATH_IMAGE001
之间存在线性关系，为此线性关系式的斜率，而
Figure 340983DEST_PATH_IMAGE020
为其截距，确定
Figure 454433DEST_PATH_IMAGE017
值，即可确定此函数关系式，根据最小二乘法理论已知N组
Figure 441980DEST_PATH_IMAGE021
函数值，即可按式（3）计算
Figure 666288DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 304949DEST_PATH_IMAGE023
值；
Figure 323721DEST_PATH_IMAGE024
，
Figure 798564DEST_PATH_IMAGE025
 ————（3）
    其中，
Figure 826563DEST_PATH_IMAGE026
为
Figure 821195DEST_PATH_IMAGE027
数据组数，
Figure 276447DEST_PATH_IMAGE028
和
Figure 973008DEST_PATH_IMAGE029
为第
Figure 539118DEST_PATH_IMAGE030
次试验所获得的数据，
Figure 152371DEST_PATH_IMAGE030
=1、2、3……
Figure 778525DEST_PATH_IMAGE026
；
    试验时，由所述测试装置测定同一试样在N组不同热辐射强度
Figure 962381DEST_PATH_IMAGE001
条件下获得的引燃时间，依据式（3）计算
Figure 488357DEST_PATH_IMAGE017
值，即可建立
Figure 98462DEST_PATH_IMAGE032
和
Figure 707297DEST_PATH_IMAGE001
的线性函数关系，依据此函数关系即可获得任意热辐射场强度
Figure 677527DEST_PATH_IMAGE001
下试样的引燃时间
Figure 688209DEST_PATH_IMAGE031
。
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