锥形量热仪数据的应用限制

HRR 曲线的日常解释主要是经验性的。然而,关于火灾行为的 HRR 方面的完整信息可从整个持续时间的完整 HRR 曲线中获得。只有整个 HRR 曲线才能充分代表受材料特性(成炭量、有效燃烧热等)、试样的影响(厚度、变形等)、物理和化学机制的影响所控制的火灾行为燃烧过程中(炭层增加和开裂、吸热反应、不同热解产物的释放、余辉等)。然而,出于实际原因,通常仅使用特征值来描述燃烧行为,例如平均 HRR 或最大 HRR (PHRR)。这些值不包含完整的信息,有时可能会产生误导。
锥形量热仪中的 PHRR 很大程度上取决于火灾场景(或测试设置)以及测试样本的固有火灾特性。为了获得可比较的结果,必须按照标准中的定义使用样品和样品架。这在下图中进行了说明,其中将锥形量热仪 HRR 曲线与使用改进的样品架的结果进行了比较。改进后的样品架允许热量从样品背面传导出去。因此,大的 PHRR 在非炭化材料的燃烧结束时消失(下图中 3 mm 厚的高冲击聚苯乙烯 (HIPS) 试样大约 100 秒),而在开始时残留形成材料的 PHRR 几乎不受影响图 10 中的 HRR 曲线(PP-g-MA/5 wt.% 粘土材料)。如上所述,这种差异由 PHRR 的不同来源解释。锥形量热仪中样品的 PHRR 显然不是“固有”材料特性。然而,“非固有”材料特性不是人工制品,对于真实火灾危险的评估可能是最重要的。实际上,最初选择锥形量热仪装置中样品背面的隔热材料来代表独立式材料应用,而 PHRR 可能是锥形量热法中使用最广泛的结果。

为了简化锥形量热仪数据的解释,引入了指数来评估火灾发展的危险,例如 FIGRA(火灾增长率 = HRR(t)/t 的最大商,通常等于 PHRR/到 PHRR 的时间)和MARHE(最大平均热排放率)。这些指数是从最大 HRR 推导出来的,这通常被认为是最重要的火灾隐患之一。它们用于监管目的,因此在相应的标准中进行了详细定义,例如用于单一燃烧项目测试 (SBI-GBT20284) 的 FIGRA 和相应的分类系统和用于锥形量热仪测试MARHE。然而,这些指数试图将相关信息集中在一个数字中,这显然过于简单化,甚至可能产生误导。需要注意的是,在某些情况下,例如闪燃样品或表现出强烈变形的样品,即使确定有意义的指标也是一个问题。在某种程度上,通过使用FIGRA的阈值或使用MARHE的平均值来解决这些问题。此外,这些指数对火灾行为的物理意义有限,并且仅基于锥形量热仪设置中的HRR。需要注意的是,发展中火灾的火焰蔓延受几个特性的控制,例如试样燃烧部分的热量释放、试样(厚度、方向等)、表面材料的可燃性、火场景(通风、气流等)、考虑火焰传播的方向(逆流、风助、水平、垂直等)等。显然,真正的火焰蔓延不能在锥形量热仪中测量,因此它不包含在任何火势增长指数中


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