水平燃烧法测定塑料燃烧性能实验优化

1.实验目的

（1）掌握在水平自支撑条件下测量塑料试样燃烧性能的方法。

（2）理解该方法测试结果作为着火危险性判据的局限性。

2.实验原理

水平燃烧实验是水平夹住试样一端，对试样自由端施加规定的气体火焰，通过测量线性燃烧速度（水平法）或有焰熬烧及无焰搬烧时间（垂直法）等指标来评价试样的燃烧性能。水平燃烧实验与垂直燃烧实验并列反映试样水平放置时的燃烧性能。由于着火的意外性和多样性，水平燃烧实验方法只能作为比较使用。

水平燃烧法用于测定半硬质及硬质塑料小试样与小火焰接触时的相对燃烧特性，可以用来检测聚合物基复合材料试样的燃烧特性。

3.实验仪器和设备

燃烧箱或通风橱、实验夹、本生灯、秒表、游标卡尺、天然气／煤气／液化石油气、复合材料试样。

实验装置如图5-13所示，本生灯内径为9.5 mm，实验时本生灯向上倾斜45°，并有进退装置。实验用燃气为天然气、液化石油气或煤气。

图5-13　水平燃烧法实验装置示意图

复合材料试样尺寸为125 mm×13 mm×3 mm，也可采用厚度为2～13 mm的试样进行实验。但是相同厚度试样的实验结果才能比较。试样表面应平整、光滑，无气泡、飞边、毛刺等缺陷，每组测试5个试样。

4.实验步骤

1）试样准备

取阻燃和不阻燃玻璃纤维织物增强不饱和聚醛树脂手糊平板，按125 mm×13 mm×3 mm的尺寸加工试样，用铅笔标明序号，以免混淆。每种试样至少准备5片，将试样放入标准状态或干燥器中平衡至少24 h。

2）试样标注

在试样的宽面上距点火端25 mm和100 mm处分别画一条标线作为参照点。

3）试样固定

将试样一端固定在铁支架上，另一端悬臂。调整试样使其横截面轴线与水平面成45°，然后将试样移入通风橱中，实验时不开通风机，实验完毕后再抽风换气。试样下方放置一个水盘。

4）点火

在远离试样约450 mm处点着本生灯，当灯管在垂直位置时调节火焰长度为25 mm并呈蓝色，将灯倾斜45°，移近试样，将火焰内核的尖端放置在试样自由端下沿，使自由端约有6 mm试样受到火焰端部的作用，并开始用秒表计时，保证施加火焰的时间为30 s，在此期间不得移动本生灯位置。但在实验中若不到30 s时试样燃烧的火焰前沿已达到第一条标线处，此刻应立即停止施加火焰。

5）观察(www.xing528.com)

施加火焰30 s后立即移开本生灯，继续观察试样状态，并作如下观察记录：

①2 s内有无可见火焰；②如果试样继续燃烧，则记录火焰前沿从第一标线到第二标线所需的时间t。两标线间的距离除以时间t即为燃烧速度v（mm／min）；③如果火焰到达第二标线前熄灭，记录燃烧长度L S，即从第二标线到未燃部分的最短距离，精确到1 mm。④其他现象，如熔融、卷曲、结炭、滴落、滴落物是否燃烧等。

5.实验结果

（1）将观察到的现象、测得的燃烧时间和计算的燃烧速度等记录在表5-12中。

表5-12　水平燃烧法数据记录及计算

（2）比较厚度、密度、方向、放置形式、环境温度、湿度、熔融滴落物等对燃烧性能的影响。

（3）根据实验结果探讨改进实验的方法。

6.注意事项

按点燃后的燃烧行为，材料的燃烧性能可以分为四级（符号中的FH表示水平燃烧）：

（1）FH-1，即火源撤离后，火焰即灭或燃烧前沿未达25 mm标线。

（2）FH-2，即火源撤离后，燃烧前沿越过25 mm标线，但未达到100 mm标线。在此级中，应把烧损长度写进分级标志中。如当L S=60 mm时，记为FH-2-60 mm。

（3）FH-3，即火源撤离后，燃烧前沿越过100 mm标线，对于厚度为3～13 mm的试样，燃烧速度v≤40 mm／min；对于厚度小于3 mm的试样，燃烧速度v≤75 mm／min。在此级中，应把燃烧速度写到分级标志中。例如，FH-3v≤40 mm／min。

（4）FH-4，即除了线性燃烧速度大于上述规定值以外，其余都与FH-3相同，在此级中也要把燃烧速度写进分级标志中。例如，FH-4-60 mm／min。

以五个试样中数字最大的类别作为材料的评定结果，并报告最大的燃烧长度或燃烧速度。实验报告还应包括试样的制备方法、尺寸、预处理情况，以及其他实验现象，如熔融、卷曲、结炭、滴落、滴落物是否燃烧等。

7.思考题

（1）试说明复合材料试样的树脂含量、树脂固化度和试样形状等因素如何影响复合材料燃烧性能。

（2）为什么在国标中均注明“本标准仅适用于评定本标准规定条件下材料的燃烧性能，但不能评定实际使用条件下的着火危险性”？

（3）取5片相同材料的试样，不按规定状态燃烧，观察燃烧现象，从而判断规定的标准条件哪些重要，哪些次要。

（4）树脂基复合材料优良的阻燃性能取决于哪些因素？在实际应用中应如何提高它的阻燃性能？有的复合材料中掺有氯化物，在着火时放出有毒且呛人的气体，对消防人员救火很不利，请结合燃烧过程提出减少有害气体产生的复合材料阻燃设计方案。