李俊紅 徐文野 張術(shù)

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

摘 要：該文對(duì)多個(gè)軌道車輛防火標(biāo)準(zhǔn)中引用的火焰?zhèn)鞑y(cè)試方法，包括ISO 5658-2，BS476-7，DIN 54837， ASTM E162及鋪地材料類測(cè)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(diǎn)。

關(guān)鍵詞：軌道車輛 火焰?zhèn)鞑?測(cè)試方法

中圖分類號(hào)：TS07 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）03（a）-0052-02

軌道交通事業(yè)是當(dāng)今社會(huì)最重要的運(yùn)輸手段之一，特別是我國(guó)正處在高速發(fā)展的時(shí)期，隨著列車的提速，高架、隧道、地下等特殊運(yùn)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(yùn)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(yùn)行的主要危險(xiǎn)源，防火對(duì)于車輛安全運(yùn)行至關(guān)重要。近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于軌道交通車輛的防火要求日趨重視，引入多種國(guó)際上常用的防火標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也有國(guó)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(shí)也造成了國(guó)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(lái)了困擾。

該文對(duì)各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中車輛表面材料的火焰?zhèn)鞑y(cè)試方法，結(jié)合一些相關(guān)的燃燒理論，進(jìn)行一些簡(jiǎn)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(xiǎn)性的重要因素，它會(huì)擴(kuò)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(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，火焰?zhèn)鞑ニ俾剩╒）定義為固體熱解前沿的加熱長(zhǎng)度L與引燃時(shí)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(dòng)方向相反，而順風(fēng)傳播時(shí)兩者方向相同?；饒?chǎng)的空氣流動(dòng)通常由燃燒過(guò)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^(guò)程是由火焰到固體的熱傳遞過(guò)程和氣相化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)兩者相互作用來(lái)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(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)ISO 5658-2[2]，及英國(guó)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(cè)試方法，分別見圖1和圖2。二者的測(cè)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(zhǎng)度方向而改變，從而在被測(cè)樣品表面形成有梯度變化的輻射場(chǎng)。樣品受到熱輻射的作用，并施加一個(gè)小的誘導(dǎo)火焰，從靠近熱源一端點(diǎn)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?，在樣品引燃之前受材料點(diǎn)燃控制，引燃之后受熱板輻射熱量及自身燃燒的傳熱過(guò)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(cè)試方法也存在不同點(diǎn)，如輻射板與樣品表面的夾角及對(duì)樣品表面的輻射強(qiáng)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(cè)試結(jié)果考量的是樣品表面縱軸上火焰發(fā)展前沿對(duì)應(yīng)的熱板輻射強(qiáng)度，即臨界輻射通量，而BS 476-7是根據(jù)規(guī)定時(shí)間點(diǎn)及最終的火焰?zhèn)鞑ゾ嚯x來(lái)評(píng)定材料的火焰?zhèn)鞑サ燃?jí)。

德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)引用DIN 54837[4]，同時(shí)測(cè)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(diǎn)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(cè)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(yuǎn)離引燃火源后，主要靠樣品自身燃燒提供的熱量維持。測(cè)試結(jié)束后測(cè)量樣品的損毀長(zhǎng)度用以劃分易燃性級(jí)別。

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)采用ASTM E162[5]測(cè)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(chǎng)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(lái)自于輻射板。記錄火焰發(fā)展到間隔為3-in的每個(gè)刻度的時(shí)間，同時(shí)該測(cè)試也包含對(duì)燃燒產(chǎn)生的熱的測(cè)量。

1.2 鋪地材料的火焰?zhèn)鞑?/p>

對(duì)于鋪地材料類產(chǎn)品的燃燒性能測(cè)試，各國(guó)機(jī)車標(biāo)準(zhǔn)引用的測(cè)試方法雖版本不同，如歐盟標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)引用ISO 9239-1，德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)引用DIN 4102-14，美國(guó)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(yàn)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(duì)樣品提供有梯度的輻射場(chǎng)，用于評(píng)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(cè)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(shí)際使用情況，輻射熱通量在樣品表面的分布也各不相同。測(cè)試結(jié)果也是考量臨界輻射通量。

以上方法測(cè)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(guò)特定時(shí)間內(nèi)火焰前沿發(fā)展的范圍或者損毀范圍等來(lái)表示，或許考慮整個(gè)過(guò)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(wú)多大的實(shí)際意義。

不同試驗(yàn)方法得到的試驗(yàn)結(jié)果通常很少一致，也無(wú)法相互比較，因?yàn)榧词箻悠窞橥徊馁|(zhì)，但形狀尺寸，相對(duì)位置不同以及試驗(yàn)點(diǎn)火源的強(qiáng)度、類型、作用方向、位置和時(shí)間等不同，都可能產(chǎn)生不同的測(cè)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(yǔ)

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

（1）從火焰?zhèn)鞑バ问絹?lái)說(shuō)，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)鞑ィ籄STM E162為垂直面向下的逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑?；鋪地材料類測(cè)試為水平面上的逆風(fēng)火焰?zhèn)鞑ァ?/p>

（2）從火源的類型、強(qiáng)度、作用方向、位置和時(shí)間來(lái)說(shuō)，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(qiáng)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(duì)位置來(lái)說(shuō)，鋪地材料類測(cè)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(cè)試結(jié)果考量方式來(lái)說(shuō)，ISO 5658-2，鋪地材料類測(cè)試的結(jié)果表示為火焰前沿對(duì)應(yīng)的輻射通量即臨界輻射通量，DIN 54837為根據(jù)損毀長(zhǎng)度劃分的等級(jí)，ASTM E162為火焰前沿發(fā)展到指定位置的時(shí)間并結(jié)合燃燒釋放熱的綜合計(jì)算結(jié)果。

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

參考文獻(xiàn)

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