锥形量热仪检测_ISO 5660 热释放速率

Name: 锥形量热仪
Brand: 诺研技术
Price: 600 CNY
Availability: InStock

项目介绍

样品要求

测试步骤

常见问题

典型案例

项目介绍

基本原理

锥形量热仪（Cone Calorimeter）是基于氧消耗原理（Oxygen Consumption Principle）测量材料燃烧热释放速率的精密火灾测试仪器。根据 Huggett 发现，大多数材料每消耗 1 kg 氧气约释放 13.1 MJ 热量，通过精确测量燃烧产物中的氧气浓度和排气流量，即可实时计算热释放速率（HRR）。FTT i-Cone 采用锥形电加热器（Cone Heater）提供可控热辐射（10～100 kW/m²），配合精密氧分析仪、激光烟密度测量系统和 CO/CO₂ 红外气体分析模块，实现对材料燃烧行为的全面表征——包括热释放速率、总释放热、有效燃烧热、烟释放速率、总烟释放量、CO/CO₂ 产率及质量损失率等关键参数。设备严格遵循 ISO 5660-1 和 ASTM E1354 标准，是建筑材料、交通工具内饰、电子元器件阻燃性能评估的行业标准仪器。

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设备参数范围

参数项目	参数范围/指标
仪器名称	锥形量热仪（氧消耗型热释放速率测试仪）
产品型号	FTT i-Cone Calorimeter（Vouch 系统）
生产厂家	Fire Testing Technology（FTT，英国）
热流密度范围	10～100 kW/m²（标准工况：25 / 35 / 50 / 75 kW/m²）
热流精度	±2%（稳态），锥形加热器倾角 8° 均匀辐射
排气流量	24 L/s（标准），12～40 L/s 可调
氧分析仪	顺磁法氧分析仪，量程 0～25%，精度 ±0.01% O₂
烟密度测量	激光消光法（He-Ne 激光，波长 632.8 nm），范围 0～100% 消光
气体分析	CO/CO₂ 红外分析模块（NDIR），CO 量程 0～1%，CO₂ 量程 0～10%
样品点燃	火花点火器（Spark Igniter），10 kV 高频脉冲
样品尺寸（固体）	100 × 100 mm，厚度 3～50 mm（标准 3～6 mm）
样品量（粉末）	≥ 20 g（平铺于 100×100 mm 样品盘内）
数据采集	HRR / THR / SPR / TSR / MLR / CO / CO₂ / 残留质量，每秒 1 组
执行标准	ISO 5660-1、ASTM E1354、GB/T 16172

典型应用场景

▎建筑材料

外墙保温材料（EPS/XPS/岩棉/聚氨酯）的燃烧等级评价，参照 GB 8624 分级标准
室内装饰材料（壁纸/地毯/窗帘/地板）的 HRR 和烟密度测试，符合 GB/T 16172 要求
结构材料（木结构/钢结构防火涂料）的耐火性能和热释放特性评估

▎交通内饰材料

汽车内饰件（座椅面料/仪表板/顶棚）阻燃性能验证，符合 FMVSS 302 / GB 8410 要求
轨道交通车辆内饰材料（地板/座椅/墙板）的 ISO 5660-1 热释放和烟密度测试
飞机内饰材料（座椅垫/隔音棉/壁板）的 FAR 25.853 和 BSS 7238 烟密度测试

▎电子电器

电子元器件封装材料、PCB 基材的阻燃等级评估（UL 94 V-0 / V-1 对应的锥形量热数据）
电线电缆护套材料的热释放和烟释放特性，用于电缆燃烧性能分级（GB 31247）
家用电器外壳塑料的阻燃筛选和热危害潜力对比

▎高分子与复合材料

阻燃改性塑料（PP/PE/PA/PC/ABS）的阻燃剂配方筛选——HRR峰值降低 vs 烟密度权衡
纤维增强复合材料（CFRP/GFRP）在航空/风电场景的燃烧行为和热释放特性
膨胀型防火涂料的炭层膨胀倍率、成炭率与热释放抑制效果的关联分析

样品要求

样品类型	推荐尺寸	具体要求	注意事项
固体板材/薄膜	100×100 mm, 厚 3～6 mm	表面平整无划痕；提供材料名称和密度	含水率 > 5% 需干燥处理后再测试
粉末/颗粒物料	≥ 20 g（100×100 mm 盘平铺）	提供样品目数和含水率；粉末 ≤ 200 目	热稳定性差的粉末需在 N₂ 保护下测试
泡沫/多孔材料	100×100 mm, 厚 10～50 mm	提供密度和开孔/闭孔信息	切割时避免压缩孔壁结构
多层复合材料	100×100 mm, 总厚 ≤ 50 mm	标明各层材料和厚度顺序	铝箔包裹侧面防止层间缝隙吸热
防火涂料/涂层	涂覆于 100×100 mm 钢板或木板基材	提供干膜厚度（μm）和涂覆工艺参数	基材材质影响热传导，需在报告中标注

测试步骤

步骤 1：样品制备与称量

· 固体样品切割至 100×100 mm，厚度 3～50 mm，实测精确尺寸并记录；粉末样品称取 ≥20 g 平铺于标准样品盘

· 在 (23±2)°C、相对湿度 (50±5)% 条件下恒温恒湿处理至少 24 小时

· 使用铝箔包裹试样背面及侧面，仅暴露顶面受热，确保热流均匀和一维热传导

步骤 2：设备校准与参数设置

· 启动 i-Cone 系统预热 30 分钟，检查顺磁氧分析仪零点（氮气校零）和量程（空气 20.95% O₂）

· 设置目标热流密度（标准 35 / 50 / 75 kW/m² 三档），使用 Schmidt-Boelter 热流计校准锥形加热器

· 配置采集参数：排气流量 24 L/s、采样间隔 1 s、数据保存路径、点燃判定阈值（≤ 150 mm 火焰持续 ≥ 10 s）

步骤 3：上机测试与实时监控

· 将样品放置在称重平台上，启动火花点火器，同时开启数据采集

· 实时观察 HRR 曲线、排气 O₂ 浓度、烟密度和温度信号，确认曲线形态正常

· 火焰熄灭后继续采集直到 HRR 降至 0 或达到预设测试时长（典型 600～1800 s）

步骤 4：数据后处理与报告

· i-Cone 软件自动计算 HRR/THR/SPR/TSR/MLR/EHC/残留量等参数

· 输出 HRR 曲线图、烟释放曲线图、点燃时间（TTI）和临界热流（CHF）

· 导出测试报告（含曲线、关键参数表、残骸照片、标准对比判定），格式支持 CSV/PDF/Excel

常见问题

Q1:这台锥形量热仪能覆盖哪些测试条件范围？

A1:热辐射功率典型 0~100 kW/m²，常用 25、35、50 kW/m² 三档；配火花点火与无焰热解两种模式。排气流量典型 0~50 g/s，氧分析 0~25%，可测 CO/CO₂ 生成。样品标准尺寸 100 mm×100 mm，厚度一般不超过 50 mm，可评估不同厚度对点燃时间的影响。

Q2:能输出哪些数据，软件如何导出？

A2:核心输出包括点燃时间 TTI、热释放速率峰值与平均值 HRR、总热释放量 THR、有效燃烧热 EHC、质量损失速率 MLR、烟生成速率 SPR 与总烟产量 TSP，以及 CO/CO₂ 产率。软件按时间序列出曲线，可导出 CSV 与图片，原始数据可回溯复核。

Q3:结果怎么读，几个指标之间如何取舍？

A3:TTI 反映点燃难易，HRR 峰值反映火势强度，THR 反映总体释热贡献，SPR/TSP 反映烟气危害。材料选型时通常先看 TTI 与 HRR 峰值，再看 THR 与烟参数；同一材料不同辐射功率下结论可能不同，比较时须保持功率、厚度、通风条件一致。

Q4:最少需要多少样品，尺寸怎么准备？

A4:单次测试需 100 mm×100 mm 试样，常规建议提供 3~5 块同批次样，用于平行与异常复测。泡沫、织物等可加铝箔托盘约束；膨胀型材料需预留膨胀空间。样品应在标准环境（23±2℃、50±5%RH）平衡至恒重后送测。

Q5:与氧指数、UL-94 相比该怎么选？

A5:氧指数给出维持燃烧的最低氧浓度，UL-94 给出小火焰下的燃烧等级，二者偏筛选与分级；锥形量热仪给出定量热释放与烟数据，更接近真实火灾场景，适合研发比对与防火设计输入。常做法是先做氧指数/UL-94 筛选，再用锥形量热仪对候选配方定量验证。

Q6:哪些样品不适合直接测试？

A6:剧烈膨胀、熔滴严重或爆炸性燃烧的样品需加装托盘或降低辐射功率；含水率高、易挥发的样品应先干燥或密封；厚度超过 50 mm 的构件需裁切取样，结果仅代表取样部位。含卤素样品燃烧产物需按实验室废气处理流程执行。

Q7:测试周期和报告形式是怎样的？

A7:常规 3~5 个工作日，含样品平衡与制样；多功率点或平行样数量增加时顺延。报告含测试条件、曲线图、特征数据表与结论说明，可按客户指定标准执行；异常数据（如中途熄火、数据漂移）会标注并安排复测，复测不额外计费。

典型案例

案例 1：EPE 泡沫阻燃改性配方筛选

【背景】

某包装材料厂商开发阻燃型 EPE（聚乙烯发泡）泡沫，在纯 EPE 中添加不同比例膨胀型阻燃剂（IFR：APP/PER/MEL 体系），需通过锥形量热测试评估阻燃效率并确定最优配方。

【测试条件】

测试设备：FTT i-Cone Calorimeter
测试标准：ISO 5660-1，热流密度 50 kW/m²
样品规格：100×100 mm，厚度 25 mm，配方含 0%/10%/15%/20% IFR
平行样：每组 3 个，恒温恒湿处理 24 小时

【分析结果】

纯 EPE 的 PHRR 达 412 kW/m²，TTI=12 s，残留几乎为零。20% IFR 配方 PHRR 降至 186 kW/m²（降幅 55%），TTI 延长至 28 s，残留量 18.3%，HRR 曲线由单峰转为双峰（炭层形成→炭层保护→缓慢释放）。15% IFR 配方 PHRR=247 kW/m²，成本与性能平衡最优。

【结论】

锥形量热测试有效量化了不同 IFR 添加量的阻燃效果，HRR 曲线形态变化揭示了膨胀炭层的保护机制。推荐 15% IFR 为量产配方，PHRR 降幅 40%，成本增幅可控。

案例 2：建筑外墙保温材料燃烧性能分级

【背景】

某建筑保温材料厂商需对 XPS（挤塑聚苯乙烯）和 PU（聚氨酯硬泡）两款保温板进行燃烧性能分级，用于 GB 8624 B 级认证申请。

【测试条件】

测试设备：FTT i-Cone Calorimeter
测试标准：GB/T 16172（等同 ISO 5660-1），热流密度 50 kW/m²
样品规格：100×100 mm，XPS 厚 50 mm / PU 厚 40 mm
分级依据：GB 8624 B 级要求 PHRR ≤ 250 kW/m²，THR ≤ 15 MJ/m²

【分析结果】

XPS 板：PHRR=387 kW/m²，THR=28.6 MJ/m²，TTI=8 s，FIGRA=48.4 W/s→未达 B 级。PU 板：PHRR=203 kW/m²，THR=11.2 MJ/m²，TTI=22 s，FIGRA=9.2 W/s→符合 B 级要求。PU 板 HRR 曲线呈典型双峰（炭层保护），XPS 熔融滴落严重、HRR 快速上升。

【结论】

PU 硬泡因自身聚氨酯结构的成炭特性天然满足 GB 8624 B 级要求，XPS 需添加阻燃剂或采用石墨改性（石墨 XPS）才能通过 B 级认证。为厂商提供了明确的材料选型和认证路径。

案例 3：电缆护套材料阻燃性能对比

【背景】

某电缆制造商在开发低烟无卤（LSZH）阻燃电缆护套料，需对比三种候选配方的热释放和烟释放特性，确认最优配方。

【测试条件】

测试设备：FTT i-Cone Calorimeter
测试标准：ISO 5660-1，热流密度 35 kW/m²（模拟电缆火灾初期辐射水平）
样品规格：100×100 mm，厚度 3 mm（模压成片）
配方类型：配方 A（传统阻燃剂/低烟差）、配方 B（新型无卤阻燃/中烟）、配方 C（纳米增强无卤/低烟）

【分析结果】

配方 A：PHRR=312 kW/m²，TSR=1420 m²/m²，残留 12%。配方 B：PHRR=198 kW/m²，TSR=780 m²/m²，残留 28%。配方 C：PHRR=156 kW/m²，TSR=420 m²/m²，残留 41%，HRR 曲线出现平缓平台（纳米增强炭层稳定保护）。

【结论】

配方 C 在 PHRR 和 TSR 两项核心指标上均表现最优，残留量最高说明纳米增强炭层结构致密。推荐配方 C 作为量产配方，同时满足低烟无卤（LSZH）的烟密度要求。