轨道车辆表面材料火焰传播测试方法分析介绍

李俊红 徐文野 张术

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

摘 要：该文对多个轨道车辆防火标准中引用的火焰传播测试方法，包括ISO 5658-2，BS476-7，DIN 54837， ASTM E162及铺地材料类测试，结合一些相关的燃烧理论，做出分析介绍，并得出了它们的不同点。

关键词：轨道车辆 火焰传播 测试方法

中图分类号：TS07 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0052-02

轨道交通事业是当今社会最重要的运输手段之一，特别是我国正处在高速发展的时期，随着列车的提速，高架、隧道、地下等特殊运行线路的发展，相应的车辆安全性能要求也在不断提高。轨道交通的运行安全始终放在首要地位，而火灾隐患和脱轨倾覆隐患是影响车辆运行的主要危险源，防火对于车辆安全运行至关重要。近年来，我国对于轨道交通车辆的防火要求日趋重视，引入多种国际上常用的防火标准，同时也有国内自行制定的标准，这虽丰富和满足了多种情况的使用需求，但同时也造成了国内多种车辆防火标准并存使用的复杂情况，给很多标准的使用者带来了困扰。

该文对各国标准中车辆表面材料的火焰传播测试方法，结合一些相关的燃烧理论，进行一些简单的介绍。

1 火焰传播

材料支持火焰传播的能力是影响火灾危险性的重要因素，它会扩大燃烧区域和影响燃烧热量的释放。火焰传播可看作材料未引燃部分的引燃速度和已着火部分持续燃烧速度相互竞争的结果，火焰传播速率（V）定义为固体热解前沿的加热长度L与引燃时间tig之比[1]，即V=L/tig。

固体材料表面的火焰传播有两种形式，即顺风传播和逆风传播。逆风传播是指火焰传播的方向与空气流动方向相反，而顺风传播时两者方向相同。火场的空气流动通常由燃烧过程引起，顺风传播包括火焰在垂直表面的向上传播或在天花板上的辐射传播，逆风传播包括火焰在垂直表面的向下或侧向传播以及火焰在地板面上的辐射传播。逆风火焰传播过程是由火焰到固体的热传递过程和气相化学反应动力学两者相互作用来控制，而顺风火焰传播由火焰到材料表面热裂解前沿的热传递控制，由于顺风火焰传播有利于热量的传递并加大材料表面暴露面积，所以通常比逆风传播速率大得多。

1.1 非铺地材料的火焰传播

欧盟标准引用的测试方法标准ISO 5658-2[2]，及英国标准中的BS 476-7[3]都是典型的垂直面侧向火焰传播测试方法，分别见图1和图2。二者的测试形式类似，都是样品垂直放置，在靠近样品的一端有作为热源的辐射板，与样品表面形成固定的夹角。辐射板的功率固定，试样按照安装位置要求就位后，其表面暴露于辐射热流中，热通量的大小随试样长度方向而改变，从而在被测样品表面形成有梯度变化的辐射场。样品受到热辐射的作用，并施加一个小的诱导火焰，从靠近热源一端点燃，向另一端侧向蔓延发展，属于侧向的逆风火焰传播，在样品引燃之前受材料点燃控制，引燃之后受热板辐射热量及自身燃烧的传热过程与固相的分解反应速度控制，这与样品的密度、导热性、比热容和样品表面形态都有关系。

两种测试方法也存在不同点，如辐射板与样品表面的夹角及对样品表面的辐射强度，样品的尺寸，在相应车辆标准中的考量指标等。ISO 5658-2测试结果考量的是样品表面纵轴上火焰发展前沿对应的热板辐射强度，即临界辐射通量，而BS 476-7是根据规定时间点及最终的火焰传播距离来评定材料的火焰传播等级。

德国标准引用DIN 54837[4]，同时测定燃烧性能、产烟性能及滴落物状况，见图3。

样品垂直安装，并从其底部施加火焰，样品被点燃后主要沿垂直方向向上发展，属于典型的顺风传播。该测试使用明火作为热源而非辐射板，引燃之初主要是靠外部火源的加热，当火焰向上发展而远离引燃火源后，主要靠样品自身燃烧提供的热量维持。测试结束后测量样品的损毁长度用以划分易燃性级别。

美国标准采用ASTM E162[5]测试标准，见图4，样品与垂直方向倾斜30°放置，暴露面面向垂直放置的辐射板，且样品上端靠近该热源，从样品上端至下辐射场呈梯度变化。样品从上部被引燃并向下传播，属于向下的逆风传播，维持燃烧的热量多来自于辐射板。记录火焰发展到间隔为3-in的每个刻度的时间，同时该测试也包含对燃烧产生的热的测量。

1.2 铺地材料的火焰传播

对于铺地材料类产品的燃烧性能测试，各国机车标准引用的测试方法虽版本不同，如欧盟标准、英国标准引用ISO 9239-1，德国标准引用DIN 4102-14，美国标准引用ASTM E 648，但这些标准的方法和设备是基本相同的，都使用铺地材料热辐射源试验装置，见图5。

样品水平安装，一端的上方设置辐射板，其表面与水平成30°夹角，对样品提供有梯度的辐射场，用于评定铺地材料在逆风条件和外加热辐射条件下的火焰传播情况，测试的形式与ISO 5658-2，BS 476-7类似，但样品水平放置，用以模拟铺地材料的实际使用情况，辐射热通量在样品表面的分布也各不相同。测试结果也是考量临界辐射通量。

以上方法测定火焰传播性能，但结果并非使用火焰传播速率表示，而是通过特定时间内火焰前沿发展的范围或者损毁范围等来表示，或许考虑整个过程中火焰传播发展的速度变化较大，用平均的“速率”并无多大的实际意义。

不同试验方法得到的试验结果通常很少一致，也无法相互比较，因为即使样品为同一材质，但形状尺寸，相对位置不同以及试验点火源的强度、类型、作用方向、位置和时间等不同，都可能产生不同的测试结果。而不同的材料，其被引燃的难易程度，燃烧释放的热量，样品的暴露程度、可燃部分的量都是影响火焰传播的因素。

2 结语

通过以上对各火焰传播测试方法及相关理论的分析介绍，可以得出多种不同点。

（1）从火焰传播形式来说，ISO 5658-2，BS476-7属于垂直面侧向逆风火焰传播；DIN 54837为垂直面向上的顺风火焰传播；ASTM E162为垂直面向下的逆风火焰传播；铺地材料类测试为水平面上的逆风火焰传播。

（2）从火源的类型、强度、作用方向、位置和时间来说，DIN 54837为明火火源，其他方法均为辐射热源，但这些方法中的辐射强度，在样品表面的辐射热通量分布，位置等各不相同。

（3）从样品的相对位置来说，铺地材料类测试样品水平放置，ASTM E162为倾斜放置，其余为垂直放置。样品的尺寸根据标准要求各自不同。

（4）从测试结果考量方式来说，ISO 5658-2，铺地材料类测试的结果表示为火焰前沿对应的辐射通量即临界辐射通量，DIN 54837为根据损毁长度划分的等级，ASTM E162为火焰前沿发展到指定位置的时间并结合燃烧释放热的综合计算结果。

所以各标准测试的结果并不能相互比较，仅表示在其特定测试条件下的火焰传播性能。

参考文献

[1] 杜建科，舒中俊，朱惠军.材料燃烧性能与试验方法[M].北京：中国建材工业出版社，2013.