軌道車輛表面材料火焰?zhèn)鞑y試方法分析介紹

李俊紅 徐文野 張術(shù)

DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2016.07.052

摘 要：該文對多個軌道車輛防火標(biāo)準(zhǔn)中引用的火焰?zhèn)鞑y試方法，包括ISO 5658-2，BS476-7，DIN 54837， ASTM E162及鋪地材料類測試，結(jié)合一些相關(guān)的燃燒理論，做出分析介紹，并得出了它們的不同點。

關(guān)鍵詞：軌道車輛 火焰?zhèn)鞑?測試方法

中圖分類號：TS07 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）03（a）-0052-02

軌道交通事業(yè)是當(dāng)今社會最重要的運輸手段之一，特別是我國正處在高速發(fā)展的時期，隨著列車的提速，高架、隧道、地下等特殊運行線路的發(fā)展，相應(yīng)的車輛安全性能要求也在不斷提高。軌道交通的運行安全始終放在首要地位，而火災(zāi)隱患和脫軌傾覆隱患是影響車輛運行的主要危險源，防火對于車輛安全運行至關(guān)重要。近年來，我國對于軌道交通車輛的防火要求日趨重視，引入多種國際上常用的防火標(biāo)準(zhǔn)，同時也有國內(nèi)自行制定的標(biāo)準(zhǔn)，這雖豐富和滿足了多種情況的使用需求，但同時也造成了國內(nèi)多種車輛防火標(biāo)準(zhǔn)并存使用的復(fù)雜情況，給很多標(biāo)準(zhǔn)的使用者帶來了困擾。

該文對各國標(biāo)準(zhǔn)中車輛表面材料的火焰?zhèn)鞑y試方法，結(jié)合一些相關(guān)的燃燒理論，進行一些簡單的介紹。

1 火焰?zhèn)鞑?/p>

材料支持火焰?zhèn)鞑サ哪芰κ怯绊懟馂?zāi)危險性的重要因素，它會擴大燃燒區(qū)域和影響燃燒熱量的釋放?；鹧?zhèn)鞑タ煽醋鞑牧衔匆疾糠值囊妓俣群鸵阎鸩糠殖掷m(xù)燃燒速度相互競爭的結(jié)果，火焰?zhèn)鞑ニ俾剩╒）定義為固體熱解前沿的加熱長度L與引燃時間tig之比[1]，即V=L/tig。

固體材料表面的火焰?zhèn)鞑ビ袃煞N形式，即順風(fēng)傳播和逆風(fēng)傳播。逆風(fēng)傳播是指火焰?zhèn)鞑サ姆较蚺c空氣流動方向相反，而順風(fēng)傳播時兩者方向相同。火場的空氣流動通常由燃燒過程引起，順風(fēng)傳播包括火焰在垂直表面的向上傳播或在天花板上的輻射傳播，逆風(fēng)傳播包括火焰在垂直表面的向下或側(cè)向傳播以及火焰在地板面上的輻射傳播。逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑ミ^程是由火焰到固體的熱傳遞過程和氣相化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)兩者相互作用來控制，而順風(fēng)火焰?zhèn)鞑ビ苫鹧娴讲牧媳砻鏌崃呀馇把氐臒醾鬟f控制，由于順風(fēng)火焰?zhèn)鞑ビ欣跓崃康膫鬟f并加大材料表面暴露面積，所以通常比逆風(fēng)傳播速率大得多。

1.1 非鋪地材料的火焰?zhèn)鞑?/p>

歐盟標(biāo)準(zhǔn)引用的測試方法標(biāo)準(zhǔn)ISO 5658-2[2]，及英國標(biāo)準(zhǔn)中的BS 476-7[3]都是典型的垂直面?zhèn)认蚧鹧鎮(zhèn)鞑y試方法，分別見圖1和圖2。二者的測試形式類似，都是樣品垂直放置，在靠近樣品的一端有作為熱源的輻射板，與樣品表面形成固定的夾角。輻射板的功率固定，試樣按照安裝位置要求就位后，其表面暴露于輻射熱流中，熱通量的大小隨試樣長度方向而改變，從而在被測樣品表面形成有梯度變化的輻射場。樣品受到熱輻射的作用，并施加一個小的誘導(dǎo)火焰，從靠近熱源一端點燃，向另一端側(cè)向蔓延發(fā)展，屬于側(cè)向的逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑ィ跇悠芬贾笆懿牧宵c燃控制，引燃之后受熱板輻射熱量及自身燃燒的傳熱過程與固相的分解反應(yīng)速度控制，這與樣品的密度、導(dǎo)熱性、比熱容和樣品表面形態(tài)都有關(guān)系。

兩種測試方法也存在不同點，如輻射板與樣品表面的夾角及對樣品表面的輻射強度，樣品的尺寸，在相應(yīng)車輛標(biāo)準(zhǔn)中的考量指標(biāo)等。ISO 5658-2測試結(jié)果考量的是樣品表面縱軸上火焰發(fā)展前沿對應(yīng)的熱板輻射強度，即臨界輻射通量，而BS 476-7是根據(jù)規(guī)定時間點及最終的火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x來評定材料的火焰?zhèn)鞑サ燃墶?/p>

德國標(biāo)準(zhǔn)引用DIN 54837[4]，同時測定燃燒性能、產(chǎn)煙性能及滴落物狀況，見圖3。

樣品垂直安裝，并從其底部施加火焰，樣品被點燃后主要沿垂直方向向上發(fā)展，屬于典型的順風(fēng)傳播。該測試使用明火作為熱源而非輻射板，引燃之初主要是靠外部火源的加熱，當(dāng)火焰向上發(fā)展而遠離引燃火源后，主要靠樣品自身燃燒提供的熱量維持。測試結(jié)束后測量樣品的損毀長度用以劃分易燃性級別。

美國標(biāo)準(zhǔn)采用ASTM E162[5]測試標(biāo)準(zhǔn)，見圖4，樣品與垂直方向傾斜30°放置，暴露面面向垂直放置的輻射板，且樣品上端靠近該熱源，從樣品上端至下輻射場呈梯度變化。樣品從上部被引燃并向下傳播，屬于向下的逆風(fēng)傳播，維持燃燒的熱量多來自于輻射板。記錄火焰發(fā)展到間隔為3-in的每個刻度的時間，同時該測試也包含對燃燒產(chǎn)生的熱的測量。

1.2 鋪地材料的火焰?zhèn)鞑?/p>

對于鋪地材料類產(chǎn)品的燃燒性能測試，各國機車標(biāo)準(zhǔn)引用的測試方法雖版本不同，如歐盟標(biāo)準(zhǔn)、英國標(biāo)準(zhǔn)引用ISO 9239-1，德國標(biāo)準(zhǔn)引用DIN 4102-14，美國標(biāo)準(zhǔn)引用ASTM E 648，但這些標(biāo)準(zhǔn)的方法和設(shè)備是基本相同的，都使用鋪地材料熱輻射源試驗裝置，見圖5。

樣品水平安裝，一端的上方設(shè)置輻射板，其表面與水平成30°夾角，對樣品提供有梯度的輻射場，用于評定鋪地材料在逆風(fēng)條件和外加熱輻射條件下的火焰?zhèn)鞑デ闆r，測試的形式與ISO 5658-2，BS 476-7類似，但樣品水平放置，用以模擬鋪地材料的實際使用情況，輻射熱通量在樣品表面的分布也各不相同。測試結(jié)果也是考量臨界輻射通量。

以上方法測定火焰?zhèn)鞑バ阅?，但結(jié)果并非使用火焰?zhèn)鞑ニ俾时硎?，而是通過特定時間內(nèi)火焰前沿發(fā)展的范圍或者損毀范圍等來表示，或許考慮整個過程中火焰?zhèn)鞑グl(fā)展的速度變化較大，用平均的“速率”并無多大的實際意義。

不同試驗方法得到的試驗結(jié)果通常很少一致，也無法相互比較，因為即使樣品為同一材質(zhì)，但形狀尺寸，相對位置不同以及試驗點火源的強度、類型、作用方向、位置和時間等不同，都可能產(chǎn)生不同的測試結(jié)果。而不同的材料，其被引燃的難易程度，燃燒釋放的熱量，樣品的暴露程度、可燃部分的量都是影響火焰?zhèn)鞑サ囊蛩亍?/p>

2 結(jié)語

通過以上對各火焰?zhèn)鞑y試方法及相關(guān)理論的分析介紹，可以得出多種不同點。

（1）從火焰?zhèn)鞑バ问絹碚f，ISO 5658-2，BS476-7屬于垂直面?zhèn)认蚰骘L(fēng)火焰?zhèn)鞑ィ籇IN 54837為垂直面向上的順風(fēng)火焰?zhèn)鞑?；ASTM E162為垂直面向下的逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑?；鋪地材料類測試為水平面上的逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

（2）從火源的類型、強度、作用方向、位置和時間來說，DIN 54837為明火火源，其他方法均為輻射熱源，但這些方法中的輻射強度，在樣品表面的輻射熱通量分布，位置等各不相同。

（3）從樣品的相對位置來說，鋪地材料類測試樣品水平放置，ASTM E162為傾斜放置，其余為垂直放置。樣品的尺寸根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求各自不同。

（4）從測試結(jié)果考量方式來說，ISO 5658-2，鋪地材料類測試的結(jié)果表示為火焰前沿對應(yīng)的輻射通量即臨界輻射通量，DIN 54837為根據(jù)損毀長度劃分的等級，ASTM E162為火焰前沿發(fā)展到指定位置的時間并結(jié)合燃燒釋放熱的綜合計算結(jié)果。

所以各標(biāo)準(zhǔn)測試的結(jié)果并不能相互比較，僅表示在其特定測試條件下的火焰?zhèn)鞑バ阅堋?/p>

參考文獻

[1] 杜建科，舒中俊，朱惠軍.材料燃燒性能與試驗方法[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2013.