全面解析建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法-煙密度箱
全面解析建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗方法-煙密度箱
1、范圍：本標準規定了建筑材料燃燒或分解的煙密度試驗裝置、試驗步驟和試驗結果的計算及試驗報告的具體要求。
本標準規定了測量建筑材料在燃燒或分解的試驗條件下的靜態產煙量的試驗方法。本試驗方法是在標準試驗條件下，通過測試試驗煙箱中光通量的損失來進行煙密度測試。本試驗設備可以在試驗期間觀察到火焰和煙氣等現象。
本標準被用來測量和描述在可控制的實驗室條件下材料、制品、組件對熱和火焰的反應，但不能夠用來描述和評價材料、制品或組件在真實火災條件下的火災毒性和危險性。當考慮到與特定的終使用時火災危險性評價相關的所有因素時，測試的結果可以用做火災危險性評估的參數。
2、規范性引用文件：
下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的版本。凡是不注日期的引用文件，其版本適用于本標準。
GB/T 2918-1998 塑料試樣狀態調節和試驗的標準環境（idt ISO 291：1997）
3、試驗方法：
3.1 本試驗方法的目的是確定在燃燒和分解條件下建筑材料可能釋放煙的程度。其原理是通過測量材料燃燒產生的煙氣中固體塵埃對光的反射而造成光通量的損失來評價煙密度大小。
3.2 試驗時，將試樣直接暴露于火焰中，產生的煙氣被收集在試驗煙箱里。試驗時，調節燃氣丙烷壓力為276kPa，將25mm×25mm×6mm的試樣放置在試驗煙箱（圖1）中的金屬支撐網上，用丙烷燃燒器直接點燃試樣。試驗煙箱尺寸為300mm×300mm×790mm，裝有光源、光電池和儀表來測量光束水平穿過300mm光路后光的吸收率。除了距煙箱底部25mm高處的通風口，煙箱在4min的試驗期內是關閉的。
3.3 試驗過程中得到光吸收數據隨時間變化的曲線，典型的圖形如圖2所示。兩個指標被用來劃分材料的等級：大煙密度值和煙密度等級。
3.4 試驗程序的有效性在于在特定條件下用一種簡單、直接、有效的方式測量產生的煙氣數量的能力。易燃材料產生煙的程度受材料的數量、形狀、濕度、通風、溫度和供氧量的顯著影響。
4、試驗裝置：
煙箱的構造如圖1。
4.1 煙箱
4.1.1 煙箱由一個裝有耐熱玻璃門的300mm×300mm×790mm大小的防銹蝕的金屬板構成。煙箱固定在尺寸為350mm×400mm×57mm的基座上，基座上設有控制器。煙箱內部應有保護金屬免受腐蝕的表面處理。
4.1.2 煙箱除了在底部四周有25mm×230mm的開口外其余部分應被密封。一個1700L/min的排風機被安裝在煙箱的一邊，排風機的進風口與煙箱內部連通，排風口與通風櫥相連。如果煙箱處于集煙罩下，可以不必連接到通風櫥。
4.1.3 在煙箱門的左右兩側距底座480mm高的居中位置處，各有一開口直徑為70mm的不漏煙的玻璃圓窗，在這些位置和煙箱外部，安裝有相應的光學設備和附加控制裝置。
4.1.4 在煙箱背部安裝有一塊可更換的白色塑料板，它位于距底座480mm煙箱背面板的居中處，高90mm、寬150mm，透過它可以看見一個照亮的白底紅字的逃生標志“EXIT”字樣。白色背景可以方便觀察到材料的火焰、煙氣和燃燒特性。通過觀察安全出口標志有利于找到能見度和測試值之間的關系。
4.2 樣品支架
樣品放在一個邊長為64mm的正方形框槽上，正方形是由6mm×6mm×0.9mm不銹鋼網格構成，正方形支架位于底座上方220mm處并與煙箱各邊等距離。鋼絲格網位于不銹鋼框槽內，不銹鋼框槽通過固定于煙箱右邊的一根鋼桿手柄支撐。安裝在同樣的鋼桿手柄上，在樣品支架的下方76mm處有一個類似的不銹鋼框槽，它支撐著一個正方形的石棉板，石棉板可以收集試驗期間樣品的滴落物。通過轉動樣品支架的鋼桿，可使燃燒的樣品落在下方盛有少量水的盤子中而熄滅掉。
4.3 點火系統
4.3.1 樣品應該由工作壓力為276kPa的點火器產生的丙烷火焰來點燃。燃氣應與空氣混合，當燃氣從直徑為0.13mm的孔通過時，利用丙烷文氏管的作用推動空氣并一起通入點火器。點火器應按照圖3所示的剖面圖裝配。點火器必須設計能提供足夠的外部空氣。
注1：工業等級不小于85%，總熱值為23000 cal/L的丙烷氣滿足要求。
注2：因為孔的測量結果與供氣壓力是成比例的，所以必須注意孔是燃氣外出的wei一方式。
4.3.2 樣品下方的點火器應能夠快速調整位置以便點火器的軸線落在底座上方一個8mm點上，點火器在煙箱背面角落向對角延伸并與底座呈45°向上傾斜。點火器的出口應離煙箱背面的參考點260 mm。
4.3.3 煙箱外部的管道至少150mm，應能夠將空氣導入點火器。
4.3.4 丙烷壓力應當是可調的，是自動調節。丙烷壓力應通過壓力表顯示出來。
4.4 光電系統
4.4.1 用光源、一個帶屏障層的光電池和一個溫度補償計來測量光束穿過300mm的煙氣層后的百分比。光束路徑沿水平方向傳播，如圖4。
44.2 光源安裝在煙箱左壁凸出去的一個光源盒內，位于底座上方480mm高的地方。光源為燈絲密集型儀表燈泡，工作電壓為5.8V。光源是一個球形反射體，其電源由一個可調電壓變壓器提供。一個焦距為(60～65)mm的透鏡將光束聚焦在儀器右壁的光電池上。
4.4.3 另一個裝有光度計的盒子安裝在煙箱的右邊。帶屏障層光電池應有標準光譜響應。光電池前面應設置圓形網格箱用來保護電池免受散光照射。網格應為暗黑拋光的，并且開口的深度至少為寬度的兩倍。光電池感應產生的電流以光的吸收率顯示在儀表上。光電池隨著溫度的增加線性減少，因此應做出補償。光電池工作溫度不高于50℃。
4.4.4 儀表應該有兩個量程。可通過切換儀表到它靈敏度的十分之一來改變量程。當煙累積到能吸收90%的光束時，應快速轉換使儀表的靈敏度降低到基本值。要達到這一點，儀表的刻度應是從90%到100%，而不是0到100%。
4.5 記時裝置
采用時間間隔為15s的鐘表。計時器應與點火器設備連接起來，當點火器移到試驗位置時應開始記時。
4.6 求積儀器
采用適合的求積儀或計算機軟件等其他合適的方式來計算光吸收率曲線下方的面積。
5、試驗樣品：
5.1 標準的樣品是(25.4±0.3)mm×(25.4±0.3)mm×(6.2±0.3)mm，也可以采用其他厚度，但它們的厚度應該和煙密度值一起在報告中說明。試驗可以采用厚度小于6.2mm的材料進行試驗，也可按照其通常實際使用厚度或者直接疊加到厚度大約6.2mm。同樣，試驗可以采用厚度大于6.2mm的材料進行試驗，也可按照其通常實際使用厚度或將材料加工到厚度6.2mm。試樣大厚度為25mm，當材料厚度大于25mm時，需根據實際使用情況確定受火面，并在切割時保留受火面。
5.2 每組試驗樣品為3塊，試樣的加工可采用機械切磨的方式，要求試樣表面平整，無飛邊、毛刺。
6、狀態調節：
6.1 狀態調節：試驗前需將試樣置于滿足GB/T 2918—1998中規定的環境條件中至少40h以上。
6.2 試驗條件：如果沒有特別其他條件，試驗應在(23±2)℃和相對濕度為(50±5)%的標準實驗室條件下進行。
6.3 試驗應在集煙罩下進行，并有一個觀察試驗的窗戶。試驗時應注意對試驗人員的保護。
7、標準步驟：
7.1 打開光源、安全出口標志、排風機的電源。
7.2 打開丙烷氣,點燃點火器，調整丙烷壓力到276kPa，并立即點燃點火器。
7.3 設置溫度補償。
7.4 調整光源使光吸收率為0%。
7.5 將樣品水平放置在支架上，使得點火器就位以后火焰正好在樣品的下方。
7.6 將計時器調到零點。
7.7 關閉排風機，關閉煙箱門，立即將點火器移至樣品下，開啟計時器。
7.8 如果在集煙罩下，應關閉排煙風機和集煙罩門。
7.9 以15s的間隔記錄光吸收率，記錄4min。
7.10 記錄試驗期間的觀察現象。包括樣品出現火焰的時間，火焰熄滅時間，樣品燒盡的時間，安全出口標志由于煙氣累積而變模糊的時間，一般的和不尋常的燃燒特性，如熔化、滴落、起泡、成炭。
7.11 試驗完成以后，打開排風機排出煙箱的煙氣。如在集煙罩內，應在打開集煙罩門以前立即打開排煙風機排盡煙氣。
7.12 打開煙箱門，用清潔劑和水清除掉光度計、安全出口標志和玻璃門上的燃燒沉積物。去掉篩子上的殘留物或者更換一個篩子進行下一個試驗。
7.13 按上述步驟進行三次試驗。
7.14 在每次試驗開始的時候，或者一天至少一次用經計量的光吸收率為50%的濾光片對儀表進行校準，用不透光的遮光板來校準100%吸收率。也可制作多個不同光吸收率的標準濾光片來對儀表進行校準，如25%、50%、75%等。校準時，光通量的顯示值同標準濾光片的標定值之差三次平均值應小于3%（值）。
8、特殊程序：
8.1 對于大量滴落的材料，應當在煙箱中引人第二個燃燒器或輔助燃燒器（丙烷氣體供給相互獨立）。圖5列出了輔助燃燒器的各個組成部分。
8.2 以不銹鋼收集盤替代石棉板（圖1中的1B）收集盤。收集盤呈錐形，從而可在其底部收集到滴落物（見圖5中的11）。
8.3 輔助燃燒器應當與標準燃燒器同時被點燃。輔助燃燒器應當在138kPa的條件下運行，并且其火焰位置應在收集盤的中心。
9、可選擇程序：
9.1 光電池的輸出結果與時間的函數關系使用特定的圖形記錄器記錄下來。
9.2 采用高靈敏度的傳感器等設備能夠細分超過0.1%變化的煙密度。
10、數據處理：
10.1 對每組三個樣品每隔15s的光吸收數據求平均值，并將平均值與時間的關系繪制到網格紙上。圖2就是這樣的曲線。
10.2 以曲線的高點作為大煙密度。
10.3 曲線與其下方坐標軸所圍的面積為總的產煙量，煙密度等級代表了(0～4)min內的總產煙量。測量曲線與時間軸所圍面積，然后除以曲線圖的總面積，即(0～~4)min內，(0～100)%的光吸收總面積，再乘以100，定義為試樣的煙密度等級。
舉例說明：在圖2顯示的光吸收與時間關系圖中，用縱坐標10mm代表10%光吸收，橫坐標10mm代表0.25min。4min的圖形總面積是16000mm2，曲線面積是12610mm2，因此，煙密度等級計算如下：
煙密度等級(SDR) = 12610/16000×100=78.8。
11、試驗報告：
試驗報告中應包含如下信息：
a）材料名稱；
b）樣品尺寸；
c）每次試驗中，每隔15s的光吸收率讀數和平均值；
d）繪制光吸收率與時間關系的曲線圖；
e）光吸光率中的大煙密度；
f）光吸收與時間曲線下方的面積百分比（煙密度等級）；
g）材料特性觀測結果；
h）安全出口標記可見性觀測結果；
i）不同于測試方法說明書中的任何操作細節；
j）試驗室環境、試驗日期和試驗人員。
1 樣品支架：
A——不銹鋼網格；B——石棉板；C——調節把手；D——滅火盤。
2 點火器：
A——燃燒器；B——丙烷罐；C——氣體開關閥；D——壓力調整旋鈕；E——壓力指示器；F——燃燒器的定位把手。
3 箱體（無門）：
A——門絞鏈；B——出煙孔；C——排風機；D——風機控制器。
4 光電系統：
A——安全標志；B——測量系統（B1——光源和轉換器；B2——光電池和網格；B3——光吸收指示儀表；B4——溫度補償；B5——光電池溫度監測器；B6——量程轉換）。
5 計時器：
A——計時器。
建材煙密度測試儀圖1 煙箱示意圖
建材煙密度測試儀圖2 某試樣的試驗曲線
建材煙密度測試儀圖3 燃燒器分解圖
建材煙密度測試儀圖4 煙密度試驗箱內光電系統
1——低壓丙烷氣調節閥； 8——90°擠壓彎銅管；
2——氣瓶； 9——滑套；
3——混氣管； 10——燃燒器頭（同標準燃燒器一樣）；
4——鋁制托架； 11——收集盤；
5——可彎曲的銅管； 12——鋁制安裝板；
6——銅管； 13——90°固定法蘭；
7—45°擠壓彎銅管； 14——銅管。
建材煙密度測試儀圖5 輔助燃燒器。摘自：北京鑫生卓銳科技有限公司技術服務部。
