錐形量熱儀被公認(rèn)為是測量材料對火反應(yīng)特性或燃燒特性的Z好技術(shù)手段，可測量多種火災(zāi)相關(guān)參數(shù)。它的燃燒環(huán)境極相似于真實(shí)的燃燒環(huán)境，其試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒測試結(jié)果之間存在很好的相關(guān)性，能夠表征出材料的燃燒性能，是新一代的聚合物材料燃燒性能測定儀。

本文為分析錐形量熱儀在火災(zāi)研究中的應(yīng)用情況，主要介紹了其結(jié)構(gòu)和原理，并分析了錐形量熱儀在材料的燃燒性能研究、阻燃材料性能的研究領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀，表明錐形量熱儀在室內(nèi)裝修材料、礦井火災(zāi)、塑料、木材等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，Z后探討了錐形量熱儀未來發(fā)展方向。

錐形量熱儀是美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院于1982年研制的，經(jīng)過20多年的不斷改進(jìn)和完善，錐形量熱儀已經(jīng)成為研究材料燃燒性能Z重要的實(shí)驗(yàn)儀器之一。

錐形量熱儀是采用氧消耗原理設(shè)計(jì)的測定材料燃燒放熱的儀器，可以完成材料的熱釋放速率、質(zhì)量損失速率、樣品點(diǎn)燃時(shí)聞、CO和CO2生成率、比消光面積、煙灰質(zhì)量取樣、有效燃燒熱等參數(shù)的測量。錐形量熱儀的燃燒環(huán)境極相似于真實(shí)的燃燒環(huán)境，其試驗(yàn)結(jié)果與大型燃燒試驗(yàn)結(jié)果之間存在很好的相關(guān)性，能夠表征出材料的燃燒性能。在評價(jià)材料、材料設(shè)計(jì)和火災(zāi)預(yù)防等方面具有重要的參考價(jià)值。

1、錐形量熱儀的結(jié)構(gòu)、功能、原理

錐形量熱儀燃燒分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由以下部分組成：燃燒室、排氣及流量測試系統(tǒng)、氣體取樣及分析系統(tǒng)、煙氣測試系統(tǒng)、煙灰質(zhì)量取樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、氧氣濃度控制系統(tǒng)。錐形量熱儀主要遵循IS05660和ASTME1354標(biāo)準(zhǔn)，可以完成各種氧氣摩爾分?jǐn)?shù)條件下的下列參數(shù)的測試工作：①材料的熱釋放速率，kw，m2；②質(zhì)量損失速率，kg/sm2；③樣品點(diǎn)燃時(shí)間，s；④CO、C02生成率，kg/kg；⑤比消光面積，m2/kg；⑥煙灰質(zhì)量取樣，kg/kg；⑦有效燃燒熱，mJ/kg。

與其它的一些燃燒測試方式相比，上述參數(shù)可在一個(gè)試樣上同時(shí)連續(xù)地測出來，而且這些性能參數(shù)的測定是在穩(wěn)定、真實(shí)、易于控制的條件下得到，能夠在不同時(shí)間、地點(diǎn)重復(fù)操作，因此，可作為文獻(xiàn)參考數(shù)據(jù)備用，為進(jìn)一步研究材料的燃燒過程提供文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。

錐形量熱儀的工作原理是采用氧消耗原理設(shè)計(jì)的測定材料燃燒放熱的儀器，即大多數(shù)固體材料完全燃燒每消耗一單位質(zhì)量的氧氣所釋放的熱量基本相同。氧消耗法的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)驗(yàn)全過程可進(jìn)行溫度測量，這樣對放熱裝置來講，實(shí)驗(yàn)裝置的建立比較容易，并且實(shí)驗(yàn)期間可以隨時(shí)觀察到燃燒時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)中樣品燃燒產(chǎn)生的煙會盡可能地被收集進(jìn)入護(hù)罩內(nèi)，所以實(shí)驗(yàn)誤差較小。

2、利用錐形量熱儀在火災(zāi)領(lǐng)域所開展的研究

錐形量熱儀雖然屬于小型尺寸的火災(zāi)試驗(yàn)設(shè)備，但它的一些試驗(yàn)結(jié)果可以用來預(yù)測材料在大尺寸試驗(yàn)和真實(shí)火災(zāi)情況下的著火性能。目前錐形量熱儀已被多個(gè)國家、地區(qū)及國際標(biāo)準(zhǔn)組織應(yīng)用于建筑材料、高分子材料、復(fù)合材料、木材制品以及電纜等領(lǐng)域。研究工作者利用錐形量熱儀開展的研究主要表現(xiàn)在：材料的燃燒性能研究。

2.1研究材料的燃燒性能

2.1.1用于室內(nèi)裝修材料的研究

室內(nèi)裝修材料的使用越來越普遍，已成為重要的新型材料之一。室內(nèi)裝修材料的燃燒特性對建筑火災(zāi)的發(fā)生、發(fā)展、蔓延及危害后果有重要影響。不少研究者采用錐形量熱儀，通過測試各種裝修材料的燃燒特性和不同輻射條件下的各種參數(shù)，比較材料的火災(zāi)安全性能，對材料的安全使用和建筑火災(zāi)預(yù)防與控制具有重要意義。

2.1.2用于礦井火災(zāi)研究

礦井火災(zāi)是煤礦的重大災(zāi)害之一。礦井火災(zāi)不僅使礦井遭受巨大的物質(zhì)損失，同時(shí)也是導(dǎo)致礦工傷亡的主要因素。ZG礦業(yè)大學(xué)安全工程實(shí)驗(yàn)室是Z早把錐形量熱儀應(yīng)用于礦井火災(zāi)領(lǐng)域研究的單位。目前，主要用于分析煤礦井下可燃物質(zhì)的燃燒特性和礦井火災(zāi)煙氣的特性。

(1)井下可燃物燃燒特性的研究。

隨著煤礦生產(chǎn)的機(jī)械化和集中化程度的提高，以及支護(hù)條件的改善，煤礦中傳統(tǒng)可燃物木材的使用量不斷減少，而礦用輸送帶、電纜和風(fēng)筒等聚合物的使用量卻不斷增多。

(2)礦井火災(zāi)煙氣特性研究。

在井下巷道中一旦發(fā)生火災(zāi)都會產(chǎn)生大量的煙氣，火災(zāi)中85%以上的死者是由于煙氣的影響。利用錐形量熱儀可以精確地測定礦井火災(zāi)煙氣的成分、有害煙氣的產(chǎn)生量、煙氣濃度、煙氣熱量等特性參數(shù)，并對火災(zāi)煙氣危害程度進(jìn)行了綜合地評價(jià)。

2.1.3用于其它方面的火災(zāi)研究

塑料是火災(zāi)中常見的著火材料。采用錐形量熱儀對幾種常用塑料的燃燒裂解行為進(jìn)行了研究，分析比較了典型塑料材料在不同輻射功率下燃燒裂解的變化規(guī)律，以及不同阻燃體系對塑料燃燒裂解行為的影響。探討了火災(zāi)條件下塑料燃燒裂解的原因，以及某些阻燃體系的阻燃作用。此外，錐形量熱儀還可用于評價(jià)包裝材料、農(nóng)作物、小商品、電線電纜等火災(zāi)危險(xiǎn)性。近幾年來，還有學(xué)者把錐形量熱儀用于熱塑性高分子材料的燃燒過程模擬與分析。

由于火災(zāi)模型變得越來越復(fù)雜，防火保護(hù)工程師對錐形量熱儀提供的數(shù)據(jù)越來越重視，錐形量熱儀可得到與材料燃燒特性相關(guān)的許多數(shù)據(jù)：熱釋放曲線、煙和質(zhì)量損失，同時(shí)還可以得到CO、CO2和其它氣體的釋放量，從而可建立材料燃燒特性的數(shù)據(jù)庫。對于一般性的試驗(yàn)材料，應(yīng)用錐形量熱儀試驗(yàn)方法進(jìn)行火性能測定具有較為理想的效果，特別是在聚合物材料燃燒性和阻燃性的研究以及火災(zāi)預(yù)防方面具有廣闊的應(yīng)用前景。