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0 前言

作為一種用途廣泛的新型建材，鋁塑板被廣泛運用于各種場所的外墻、帷幕墻板、室內墻壁、天花板等。隨著應用場景的不斷擴展，國家對其安全性的要求不斷加強，尤其體現在防火性能上。根據相關標準的要求，用于高層建筑的幕墻鋁塑板和內墻裝飾用鋁塑板，其燃燒性能等級甚至需要達到A級[1]。

根據GB 8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》中的要求，燃燒熱值是評定是否達到A級材料的重要條件[2]。因此，本文對鋁塑板中高分子熱熔膜進行了燃燒熱值測定，其數值是利用在絕熱容器中的燃燒溫升計算得出，為保證燃燒熱值測定的嚴謹性，對其進行了不確定度評定。

1 實驗

1.1 實驗依據和方法

1）評定依據：JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。

2）測量方法：GB8624-2012《建筑材料及制品燃燒性能分級》；GB/T14402-2007《建筑材料及制品的燃燒性能燃燒熱值的測定》。

3）環(huán)境條件：溫度（23±2）℃，相對濕度（50±5）%，安放地點無熱輻射熱源，無空氣對流。

4）試驗儀器：IKAC6000全能氧彈量熱儀。

5）被測對象：高分子熱熔膜。

6）測量過程：樣品制備，為得到可信度高的熱值數據，選取有代表性的樣品，任意截取各不小于50g的5個樣塊，為保證均勻性，測試前需將高分子膜裁剪到足夠細碎。

在檢測前，需要利用具有標準熱值的苯甲酸對儀器熱容進行標定，以5次標定結果的平均值作為儀器熱容，參與樣品熱值的測定。

對于高熱值的高分子材料，無需加入助燃物就可充分燃燒。具體實驗流程如下：在坩堝中稱量約0.5g高分子膜，利用標準熱值的棉線連接點火裝置與試樣，之后將試樣裝入氧彈中，在氧氣中充分燃燒，記錄溫度變化，計算被測樣品的熱值，并以5次實驗的算數平均值作為檢測結果。

1.2 建立數學模型

根據氧彈量熱儀檢定規(guī)程和檢測方法，建立高分子膜熱值測定的數學模型，公式如下：

式中：

Q-高分子膜的燃燒熱值，J/g；

E-熱量體系的熱容量，J/K；

ΔT-量熱體系溫升，K；

q1-點火能量，J；

q2-棉線熱值，J/根；

m-高分子膜的質量，g；

根據公式（1）導出方差公式及各輸入量的偏導數（靈敏系數）如下：

各輸入量的偏導數為：

依據JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》對測量過程中影響熱值數據的因素進行分析，測量不確定度主要包括：A類不確定度，測量重復性引起的不確定度分量；B類不確定度，有量熱體系熱容量引入的不確定度、溫升測量偏差引入的不確定度、樣品稱量引入的不確定度、棉線熱值和點火能量引入的不確定度以及環(huán)境因素、測試人員引入的不確定度[3]。

2 燃燒熱值不確定度評定

通過對量熱體系不確定度分析，依次對各個不確定度分量進行計算，由于測量前需要先對量熱儀熱容量進行標定，因此先對熱容量進行不確定度評定。

2.1 熱容量不確定度的評定

使用具有標準熱值的苯甲酸對量熱體系的熱容量進行標定：

式中：

E-量熱體系的熱容量，J/K；

ΔTs-量熱體系溫升，K；

ms-標準物質苯甲酸的熱值，J/g；

qs-標準物質苯甲酸的質量，g；

q1-點火能量，J；

q2-棉線熱值，J/根。

由標定熱容量過程可知，量熱體系熱容量的不確定度包括：A類不確定度，主要為標定時對熱容量的測量重復性；B類不確定度，有苯甲酸標準熱值的不確定度、苯甲酸稱量過程的不確定度、標定時溫差測量的不確定度、點火能量不確定度、棉線熱值不確定度以及內筒中裝水量測量不確定度。

2.1.1 標準物質苯甲酸熱值引入的標準不確定度

苯甲酸標準物質證書中給出了苯甲酸的熱值為26458J/g，對應熱值的相對擴展不確定度為0.1%（包含因子k=2），由此計算出苯甲酸熱值的標準不確定度：

2.1.2 苯甲酸稱量引入的標準不確定度

校準證書標示了分析天平的最大允許誤差為±0.1mg，按均勻分布，包含因子k=，苯甲酸稱量的標準不確定度：

2.1.3 棉線熱值引入的標準不確定度

利用標準熱值的棉線引燃苯甲酸樣品。本實驗所用棉線已事先經過裁剪，其熱值為50J/根，每次使用一根；根據經驗，每根棉線的誤差不超過2J，按照均勻分布，取k=，由此計算出每根棉線的標準不確定度：

2.1.4 點火能量引入的標準不確定度

實驗中點火能量的誤差為±1J，按均勻分布，取k=，得出點火能量的標準不確定度：

2.1.5 量熱體系溫差測量的不確定度

量熱儀中溫差測量的分辨率為0.0001K，按均勻分布，取k=，其標準不確定度：

根據標定過程中的數學模型導出方差公式，各輸入量之間不相關，得出的方差公式為：

將上述數據代入公式（4）中，得：

u1（E）=4.06J/K

2.1.6 氧彈內筒中裝水量測量引入的不確定度

實驗流程要求，內筒中需要裝入10ml去離子水，所用量筒的精確度為0.2ml，25℃環(huán)境中水的密度為ρ=0.997g/cm3，比熱為C=4.2J/（g·K），由此得出內筒水稱量的不確定度：

u2（E）=0.2×0.997×4.2=0.84J/K

2.1.7 熱容量重復性測量引起的不確定度

將5次標定出的熱容量數值代入貝塞爾公式：

由于u1（E）、u2（E）、u3（E）三個熱容量不確定度分量互不相關，合成熱容量標準不確定度：

表1 量熱體系熱容量標定實驗數據

2.2 高分子膜稱量引入的標準不確定度

校準證書中標示了分析天平的最大允許誤差為±0.1mg，按均勻分布，包含因子k=，得出高分子膜稱量的標準不確定：

2.3 各輸入量引入的高分子膜熱值不確定度計算

根據GB/T 14402-2007中對測量次數的規(guī)定，另外為保證不確定度評定的準確性，對樣品進行了5次重復性熱值測量，具體數據如表2所示。

由表2中的數據和前述對各輸入量不確定度的計算，將具體數值代入公式（2），求得各輸入量引入的不確定度：u1（Q）=29.32J/K

2.4 高分子膜熱值重復性測量引起的不確定度

將5次測得的高分子膜熱值導入貝塞爾公式，得出不確定度分量：

2.5 高分子膜熱值測量實驗環(huán)境和檢測人員引起的不確定度

本次實驗在標準的控溫控濕實驗室中完成，量熱儀周圍沒有其他熱輻射儀器，在測試時除必要的實驗流程外，室內無多余人員進出擾動，因此可以避免實驗室環(huán)境對檢測結果的影響，其引入的不確定度可忽略不計。

實驗檢測人員均經專門的上崗培訓，熟悉相關的檢測標準和試驗流程，對相關產品具有一定的測試經驗；操作時嚴格按照操作規(guī)程，使用符合要求的稱量儀器，因此檢測人員引入的不確定度很小，可忽略不計。

2.6 合成標準不確定度

表3中標示的不確定度分量互不相關，因此得出合成標準不確定度：

2.7 擴展不確定度

擴展不確定度為合成標準不確定度與所選用的包含因子乘積，包含因子取k＝2時區(qū)間（σ－U，σ＋U）的包含概率為95.45%。

U＝k·u（Q）=2×0.042MJ/kg=0.084MJ/kg

3 結果和討論

1）對各個不確定度分量進行分析可知，影響不確定度的主要因素為測量重復性和量熱系統(tǒng)熱容兩個不確定度分量，為減少熱容量對數值的影響，實驗時應按時對儀器進行維護，盡量避免不必要的精確度缺失，另外在樣品制備時，應保證樣品均勻，且具有代表性。

2）通過以上對高分子膜進行的熱值測量及不確定度評定，得出高分子膜熱值為45.194MJ/kg，當擴展因子k=2時，其擴展不確定度為0.084MJ/kg，數值與傳統(tǒng)烯烴類高分子燃燒熱值相吻合，得出的擴展不確定度數值較低，證明了在當前條件下測定高分子膜熱值具有較高的準確性。