CN103487549B - 一种评价卷烟引燃倾向测试方法 - Google Patents

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Abstract

一种评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：是通过将点燃的卷烟放入玻璃装置，开启气泵，将燃烧产生的烟气从玻璃器皿中抽出，经过滤器过滤掉烟气中的水分和粒相物，经过流量计和气泵烟气被抽入氧气分析仪，分析卷烟燃烧过程中实时的氧气浓度，氧气浓度值输入计算机进行分析处理，通过计算卷烟点燃后耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向。相比现有的ISO12863“卷烟引燃倾向评价方法标准”的方法，本发明具有更好的理论支撑，可以从根本上反映卷烟引燃其他物体的可能性；测试效率更高，操作更为简便；通过高效的计算机软件可以直接统计出测试结果，便于保存和分析；减少了测试过程中滤纸耗材的使用，大大节省了测试成本。

Description

一种评价卷烟引燃倾向测试方法
技术领域
本发明涉及一种新的评价卷烟引燃倾向的测试方法。
背景技术
重大火灾的发生常常是由于点燃的卷烟掉在床上或者软垫家具上引起的。点燃的卷烟加热家具材料，并开始闷烧，随后就会转化为明火燃烧，从而发生火灾。为了减少火灾，美国最先开始了卷烟阻燃性的研究。进入21世纪，国际社会对低引燃倾向（LIP）卷烟的研究日益深入。2002年，美国材料与测试协会ASTM发布了用于测定卷烟引燃倾向的方法标准ASTM E2187。2010年，国际标准化组织颁布了基于ASTM E2187方法的国际标准ISO 12863。
根据ISO 12863“卷烟引燃倾向评价方法标准”，现有卷烟引燃倾向测试方法的原理是，将点燃的卷烟放置在由特定层数滤纸组成的基质表面，观察卷烟能否全长燃烧，重复40次构成一组数据，计算全长燃烧的卷烟支数占测试卷烟总数的百分比，称之为“全长燃烧比例”，以此来评价卷烟的引燃倾向。
ISO 12863中的方法实际上是对卷烟掉落至软垫家具上进行阴燃甚至引燃软垫家具状态的模拟。研究表明，该方法在实际测试中，操作步骤较为繁琐，容易受到人为因素的影响；每测试40支卷烟才能构成一项数据，测试效率很低；必须使用Whatman 2号滤纸，不仅造成了技术垄断，大大增加了测试费用，而且不同批次的滤纸存在一定的差异，对测试结果也会产生影响。
综上，ISO 12863卷烟引燃倾向测试方法采用对现实情况模拟的方法，缺乏理论支撑，且存在一定的缺陷和不足。本发明针对上述标准存在的问题，提出了一种新型的卷烟引燃倾向的测试方法，该方法具有理论依据，测试效率较高，操作简单。
发明内容
本发明的目的是针对现有测试方法存在的问题，设计一种新的评价卷烟引燃倾向测试方法，该新方法具有理论依据，能准确的反映卷烟的引燃倾向。
本方法的发明机理和依据在于：燃烧学中，材料的热释放量指它燃烧时放出的总热量，是材料火灾危险性的重要特征之一。热释放量越大的材料，越易引发材料闪燃，造成火灾的可能性也越高。耗氧燃烧热是指物质与氧气完全燃烧时消耗单位质量氧所产生的热量。大量有机物及聚合物的耗氧燃烧热均接近13.1KJ/g这一平均值，偏差大约5%。在实际火灾中，往往是多种材料同时燃烧，难于精确知道每种材料的组成及化学反应，而且存在不完全燃烧的影响。因此，利用耗氧燃烧热估算火灾中材料燃烧所释放的热能是比较方便的。按照此原理，只需要知道燃烧体系在燃烧前后含氧量的差值就可以由耗氧燃烧热计算材料燃烧释放的热能，且较容易用于开放体系中材料燃烧热的测量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：是通过将点燃的卷烟放入玻璃装置，开启气泵，将燃烧产生的烟气从玻璃装置中抽出，经过滤器过滤掉烟气中的水分和粒相物，经过流量计和气泵烟气被抽入氧气分析仪，分析卷烟燃烧过程中实时的氧气浓度，氧气浓度值输入计算机进行分析处理，通过计算卷烟点燃后耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向；
根据燃烧学原理，卷烟燃烧过程中的热释放量HR由式（1）、式（2）给出：
                               （1）
                                    （2）
式中：
OC  —— 卷烟燃烧过程中的耗氧量，单位为克（g）；
HR  —— 卷烟燃烧过程中的热释放量，单位为千焦（KJ）；
c0   —— 氧气分析仪记录的初始氧气浓度，单位为百分比（%）；
c(t)  —— 测量过程中，氧分析仪实时记录的氧气浓度，单位为百分比（%）；
tn   —— 卷烟从开始测试到停止测试的时间间隔，单位为秒（s）；
Q   —— 氧分析仪的气体抽吸总流量；
ρ   —— 氧气密度，为1.429 g/l。
所述玻璃装置底部设有进气口和卷烟夹持器放置口，玻璃装置顶部设有出气口，该出气口通过管路与过滤器连接。
当卷烟熄灭且气体浓度恢复为初始氧气浓度c0时，停止测试，记录测试时间为tn。
重复测试10支卷烟，取10次测定的平均值，用以表征卷烟的引燃倾向。
相比较现有ISO 12863的方法，本发明具有更好的理论支撑，可以从根本上反映卷烟引燃其他物体的可能性；测试效率更高，操作更为简便；通过高效的计算机软件可以直接统计出测试结果，便于保存和分析；减少了测试过程中滤纸耗材的使用，大大节省了测试成本。
附图说明
图1 为卷烟引燃倾向测试方法示意图；
图中：1.玻璃装置，2.进气口，3.出气口，4.卷烟夹持器，5.过滤器，6.流量计，7.气泵，8.氧气分析仪，9.计算机。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）作进一步描述。在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动和修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明包括玻璃装置1、过滤器5、气体流量计6、气泵7、氧气分析仪8，、计算机9，通过线路依次连接。
一、测试步骤
测试时，具体操作如下：
1、将装置的各个模块连接起来，在GB/T 16447规定的测试大气环境条件下进行测试。
2、采用精确度不小于0.02mm的测量工具，测定被测卷烟的烟支长度、滤嘴长度，测定结果修约至0.1mm。
3、记录玻璃装置1中的初始氧气浓度为c0（%）。
4、使用卷烟点燃装置点燃卷烟后，迅速将卷烟移至玻璃装置1中的卷烟夹持器4上，在转移过程中卷烟保持水平。
5、计算机9采集氧气分析仪8的数据，实时记录卷烟燃烧过程中的氧气浓度c(t)（%）。
6、当卷烟熄灭且气体浓度恢复为初始氧气浓度c0时，停止测试，记录测试时间为tn。
7、小心取出卷烟夹持器4，清理玻璃装置1中的烟灰。
8、根据前面公式（1）、（2），计算机9分析、计算、显示热释放量的测试结果，测试结果精确至0.001 KJ。
9、重复测试10支卷烟，取10次测定的平均值，用以表征卷烟的引燃倾向。
二、标定
由于卷烟个体差异较大，制备出标准样品的难度很大，因此应先行使用无水乙醇燃烧的热释放量对测试装置进行标定。公式（3）和公式（4）分别为乙醇完全燃烧和不完全燃烧时与氧气反应的化学方程式，根据公式可以计算出单位质量的乙醇消耗氧的体积。
                            （3）
                      （4）
根据上述化学方程式3和4，计算得出，完全燃烧时，每克乙醇消耗氧气1.46L；不完全燃烧时，每克乙醇消耗氧气1.217L。
使用0.5g的乙醇对装置进行标定，当测得耗氧量为0.609L至0.73L范围内时，即热释放量为11.391KJ至13.675KJ范围内时，认为装置是准确的。否则，需要检查测试瓶、气泵的抽吸流量及氧分析仪。
三、准确性测试
在同一实验室条件下，使用本发明的方法，对0.1g~0.5g无水乙醇进行测试，测试结果见表1。“最低参考值”是不完全燃烧时乙醇的热释放量；“最高参考值”是完全燃烧时乙醇的热释放量。从表中可以看出实际测得的乙醇热释放量在理论参考值范围内，表明本发明的方法可以准确地测试出卷烟的热释放量。
表1  无水乙醇热释放量的测试结果（单位：KJ）
组数 0.1g乙醇 0.2g乙醇 0.3g乙醇 0.4g乙醇 0.5g乙醇
1 2.574 5.371 7.930 10.337 12.934
2 2.510 5.159 8.012 10.446 12.863
3 2.561 5.296 7.984 10.719 13.022
4 2.537 5.393 8.153 10.689 13.426
5 2.694 5.296 8.007 10.513 13.532
6 2.707 5.090 7.975 10.813 13.655
7 2.332 5.303 7.993 10.723 13.549
8 2.406 5.410 7.645 10.695 11.508
9 2.372 5.243 7.838 10.760 11.983
10 2.450 5.474 7.771 10.801 12.846
平均值 2.514 5.304 7.931 10.650 12.932
标准偏差 0.127 0.117 0.144 0.161 0.704
变异系数 5.05% 2.20% 1.81% 1.51% 5.44%
最低参考值 2.278 4.556 6.835 9.113 11.391
最高参考值 2.735 5.470 8.205 10.940 13.675
四、样品卷烟热释放量的测试
采用本发明的方法，选取了10种样品卷烟进行测试，其中A、C、E、G、I为低引燃倾向卷烟，B、D、F、H、J为普通卷烟。每种样品测试10次，取热释放量的平均值，测量结果见表2。
表2  10种样品卷烟热释放量的测试结果（单位：KJ）
样品 热释放量KJ
A 5.50
B 7.46
C 4.19
D 6.66
E 6.80
F 7.23
G 3.95
H 6.88
I 6.73
J 7.80

Claims (4)

1.一种评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：是通过将点燃的卷烟放入玻璃装置，开启气泵，将燃烧产生的烟气从玻璃装置中抽出，经过滤器过滤掉烟气中的水分和粒相物，经过流量计和气泵烟气被抽入氧气分析仪，分析卷烟燃烧过程中实时的氧气浓度，氧气浓度值输入计算机进行分析处理，通过计算当卷烟熄灭且气体浓度恢复为初始氧气浓度c0时的耗氧量得出卷烟的热释放量，从而表征卷烟的引燃倾向；
根据燃烧学原理，卷烟燃烧过程中的热释放量HR由式（1）、式（2）给出：
                               （1）
                                    （2）
式中：
OC  —— 卷烟燃烧过程中的耗氧量，单位为克（g）；
HR  —— 卷烟燃烧过程中的热释放量，单位为千焦（KJ）；
c0   —— 氧气分析仪记录的初始氧气浓度，单位为百分比（%）；
c(t)  —— 测量过程中，氧分析仪实时记录的氧气浓度，单位为百分比（%）；
tn   —— 卷烟从开始测试到停止测试的时间间隔，单位为秒（s）；
Q   —— 氧分析仪的气体抽吸总流量；
ρ   —— 氧气密度，为1.429 g/l。
2.根据权利要求1所述的评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：所述玻璃装置底部设有进气口和卷烟夹持器放置口，玻璃装置顶部设有出气口，该出气口通过管路与过滤器连接。
3.根据权利要求1所述的评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：当卷烟熄灭且气体浓度恢复为初始氧气浓度c0时，停止测试，记录测试时间为tn。
4.根据权利要求1所述的评价卷烟引燃倾向测试方法，其特征在于：重复测试10支卷烟，取10次测定的平均值，用以表征卷烟的引燃倾向。
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