GB/T 28876.2-2014 空间实验设备使用材料的可燃性 第2部分：测试方法

　　ICS 49. 025 V 10

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 28876.2—2014

　　空间实验设备使用材料的可燃性

　　第 2 部分 :测试方法

　　Flammability ofmaterialsin spaceexperimentalfacilities—

　　Part2:Testmethods

　　2014-12-05发布 2015-04-01实施

　　中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中 国 国 家 标 准 化 管 理 委 员 会

　　发

　　布

　　GB/T 28876.2—2014

　　GB/T 28876.2—2014

　　前 言

　　GB/T 28876《空间实验设备使用材料的可燃性》分为两个部分 :

　　— 第 1部分 :要求 ;

　　— 第 2部分 :测试方法 。

　　本部分为 GB/T 28876的第 2部分 。

　　本部分按照 GB/T 1. 1—2009给出的规则起草 。

　　本部分由全国空间科学及其应用标准化技术委员会(SAC/TC312)归 口 。

　　本部分起草单位 : 中国科学院力学研究所 、中国航天员科研训练中心 、中国科学技术大学 。

　　本部分主要起草人 :王双峰 、尹永利 、胡隆华 、肖原 、张夏 。

　　空间实验设备使用材料的可燃性

　　第 2 部分 :测试方法

　　1 范围

　　GB/T 28876的本部分规定了航天器舱内有氧环境中实验设备使用材料的可燃性测试的仪器设备和样品要求 、火焰向上传播试验 、电线绝缘材料的可燃性试验 、材料在气态氧中的向上可燃性试验 、热和可见烟雾释放速率试验 、构形可燃性试验 、可燃极限试验 、自燃温度试验 、燃烧热试验 、氧指数试验和着火机制试验的方法 、可燃性评价准则和测试报告内容 。

　　本部分适用于航天器舱内有氧环境中实验设备使用材料的可燃性测试和评价 。航天器 、相关的地面支持设备和专用测试设备使用材料的可燃性测试和评价可参照使用 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的 。凡是注 日期的引用文件 ,仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB/T 2406(所有部分) 塑料 用氧指数法测定燃烧行为

　　GB/T 5907—1986 消防基本术语 第一部分

　　GB/T 14107—1993 消防基本术语 第二部分

　　GB/T 14402 建筑材料及制品的燃烧性能 燃烧热值的测定

　　GB/T 28876. 1 空间实验设备使用材料的可燃性 第 1部分 :要求

　　ISO 13943:2008 防火安全 词汇(Fire safety—Vocabulary)

　　ISO 14624-1:2003 航 天 系 统 材 料 的 安 全 性 和 兼 容 性 第 1 部 分: 材 料 向 上 可 燃 性 的 测 定(Spacesystems—Safety and compatibility ofmaterials—Part1:Determination ofupward flammability of materials)

　　ISO 14624-2:2003 航天系统 材料的安全性和兼容性 第 2 部分 : 电线绝缘和附属材料可燃性的测定(Space systems—Safety and compatibility of materials—Part2:Determination of flammability of electrical-wire insulation and accessory materials)

　　ISO 14624-4:2003 航天系统 材料的安全性和兼容性 第 4 部分 :加压气态氧或富氧环境下材料向上可燃性的测定(Space systems—Safety and compatibility of materials—Part4:Determination of upward flammability of materials in pressurized gaseous oxygen or oxygen-enriched environments)

　　ASTM E1354-04a 用氧耗量热仪测定材料及制品的热和可见烟雾释放速率的测试方法(Standard testmethod for heatand visible smoke release rates for materials and products using an oxygen con- sumption calorimeter)

　　ASTM G72 高压富氧环境中液体和固体自燃温度的测试方法(Standard test method for autoge- nous ignition temperature of liquidsand solids in a high-pressure oxygen-enriched environment)

　　ASTM G74-01 气态流体冲击下材料着火敏感度的测试方法(Standard test method for ignition sensitivity of materials to gaseous fluidimpact)

　　ASTM G86-98a 环境液态氧及加压液态和气态氧环境中材料对机械冲击的着火敏感度的测试方法(Standard testmethod for determining ignition sensitivity of materials to mechanicalimpactin am- bientliquid oxygen and pressurized liquid and gaseous oxygen environments)

　　GB/T 28876.2—2014

　　3 术语和定义

　　GB/T 5907—1986、GB/T 14107—1993、ISO 13943: 2008和 GB/T 28876. 1 界 定 的 以 及 下 列 术 语和定义适用于本文件 。为了便于使用 , 以下重复列出了 ISO 13943:2008中的某些术语和定义 。

　　3. 1

　　自熄灭 self-extinguish

　　没有外部干预时燃烧反应终止 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 285] 3.2

　　持续燃烧 sustained combustion

　　燃烧持续时间大于规定时间长度的燃烧 。

　　注 : 在不同的测试试验和测试标准中 ,规定时间长度会有变化 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 319] 3.3

　　燃烧长度 burned length

　　特定条件下,材料被燃烧或热解损坏部分在指定方向上的最大长度 。

　　注 : 在测试试验中 ,通过可视化观察 、试验的视频记录 、试验后的试样检查和(或)其他方法确定燃烧长度 。 3.4

　　有焰燃烧 flaming combustion

　　气相的燃烧 ,通常伴随着发光 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 148] 3.5

　　燃烧碎片 flamingdebris

　　火灾或火灾试验中 ,从燃烧物体上分离出的有焰燃烧材料 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 149] 3.6

　　燃烧热 heatofcombustion

　　单位质量的物质燃烧所释放的热量 。

　　注 : 典型单位为千焦/克(kJ/g) 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 174] 3.7

　　有效燃烧热 effectiveheatofcombustion

　　指定时间段内 ,测试样品燃烧所释放的热量除以样品的质量损失 。

　　注 : 典型单位为千焦/克(kJ/g) 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 74] 3. 8

　　热释放速率 heatreleaserate

　　燃烧产生热能的速率 。

　　注 : 典型单位为瓦(W) 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 177] 3.9

　　热释放总量 totalheatreleased

　　测试样品从点燃到燃烧终止所释放的热量总和 。

　　注 : 典型单位为千焦(kJ) 。

　　3. 10

　　烟气生成速率 smokeproduction rate

　　火灾或火灾试验中 ,单位时间内产生的烟气量 。

　　注 : 典型单位为平方米/秒(m2 /s) 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 296]

　　3. 11

　　点燃时间 ignition time

　　特定条件下 ,从测试样品暴露于点火源到开始出现持续燃烧所用的时间 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 190]

　　3. 12

　　极限氧气浓度 limiting oxygen concentration

　　特定条件下 ,能支持材料进行持续燃烧的环境气体的最低氧气浓度 。

　　3. 13

　　极限气流速度 limitingflow velocities

　　特定条件下 ,能支持材料进行持续燃烧的环境气体的最低和最高流动速度 。

　　3. 14

　　自燃温度 auto-ignition temperature;spontaneousignition temperature;autogenousignition temperature

　　材料发生自燃的最低温度 。

　　注 : 典型单位为摄氏度( ℃) 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 19]

　　3. 15

　　氧指数 oxygen index

　　特定试验条件下 ,温度为 23 ℃ ±2 ℃的氧气和氮气混合气中能支持材料进行有焰燃烧的氧气体积含量的最低值 。

　　注 : 通常用百分数表示 。

　　[ISO 13943:2008,定义 4. 249]

　　3. 16

　　环境温度 ambienttemperature

　　特指 23 ℃ ±5 ℃ 。

　　3. 17

　　环境压力 ambientpressure

　　特指 101. 4 kPa±10kPa。

　　4 仪器设备和试样的一般要求

　　4. 1 仪器设备检定

　　4. 1. 1 为保证测试数据的准确性和可重复性 ,仪器设备应经过技术检定 。

　　4. 1.2 测量仪器检定应按有关质量技术法规进行 。

　　4. 1.3 仪器设备应处于检定有效期内 。

　　4.2 试样准备

　　4.2. 1 试样的数量和尺寸应满足特定的测试项目的要求 。

　　注 : GB/T 28876. 1 给出了所有测试项 目 的名称和适用环境 。

　　4.2.2 试样尺寸的误差应小于 ±5% 。

　　4.2.3 对试样表面应进行清洁处理 , 以达到最终使用时的状态 。

　　注 : 如果提出试验要求的相关人员和有关主管部门没有 特 别 规 定 ,对 较 为 密 实(表 面 没 有 明 显 孔 隙) 的 固 体 试 样 表面的污染物 ,宜使用去离子水 、温和的清洁剂进行洗涤和清除 ,再用去离子水清洗 ,最后用过滤后的氮气吹干试样 ;对多孔固体试样表面的微小颗粒物 ,宜使用过滤后的氮气进行清除 。

　　4.2.4 对试样应逐一进行目视检查 ,不应有影响测试结果的缺陷 ,对试样的缺陷应在测试报告中予以记录 。

　　5 火焰向上传播试验

　　5. 1 试验目的

　　确定当暴露于标准点火源时材料燃烧是否自熄灭 , 以及是否产生能点燃临近材料的燃烧碎片 。

　　5.2 试样

　　5.2. 1 一组标准测试应包含 5个相同的试样 ,每次试验对一个试样进行测试 。

　　5.2.2 试样尺寸为 300 mm×65 mm ,厚度为实际使用的 、可燃性最强的材料厚度 。

　　5.2.3 当需要考虑试样支架对试验结果的影响时 ,可使用尺寸为 300 mm×200 mm 的试样 。

　　5.2.4 材料构形宜为实际使用的构形 。

　　5.3 试验方法

　　除下列修改外 ,火焰向上传播试验应符合 ISO 14624-1:2003的规定 :

　　— 试验在最恶劣的预期使用环境(包括压力 、温度和氧气浓度)中进行 ,如果不能确定最恶劣的预期使用环境 ,至少应将氧气浓度设置为实际使用的最大值 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,第 4章 。

　　— 试验气氛为氧/氮混合气 ,对每个试样进行测试前 ,氧气和氮气应达到充分混合 ,使混合气中氧气浓度(体积分数)的变化小于 0. 2% ,并使用气体分析仪进行检测 ;

　　注 1: 试验气体可在进入试验舱前进行混合 ,也可在试验舱内混合 。

　　注 2: 修改 ISO 14624-1:2003,5. 1。

　　— 试验过程中 ,试验舱内不应存在气体的强迫流动 ;注 : 修改 ISO 14624-1:2003,6. 1。

　　— 在距离试样底端 200 mm 的中心位置 ,水平安放一张面密度为 70 g/m2 的普通 A4打印纸 ,纸张应放置在云母片或其他不可燃的隔热材料表面上 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,6. 8。

　　— 点火器熄灭后应从试样下方撤离 ;注 : 修改 ISO 14624-1:2003,8. 2. 1。

　　— 观察试样下方的纸张是否被试样产生的燃烧碎片点燃(点燃的标志为出现有焰燃烧) , 以明确燃烧碎片是否具有点燃临近材料的能量 ,如果纸张被点燃 , 随后对同一材料进行的试验应在没有纸张的条件下进行 。

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,8. 2. 2。

　　5.4 测试结果和材料可燃性评价准则

　　5.4. 1 通过试验 ,获得以下主要结果 :

　　— 试样的燃烧长度 ,测量精度应达到 ±15 mm;

　　— 对于燃烧碎片是否点燃试样下方的纸张 ,给出明确的结论 。

　　5.4.2 不可燃材料的认定应同时满足如下条件 :

　　— 所有试样的燃烧长度小于 150 mm ,此时认为材料具有自熄灭特性 ;

　　— 所有试样不产生点燃纸张的燃烧碎片 。

　　5.4.3 如果测试结果不满足 5. 4. 2 给出的条件 ,测试材料应被视为不满足可燃性要求 。

　　6 电线绝缘材料的可燃性试验

　　6. 1 试验目的

　　确定当暴露于标准点火源时电线绝缘材料的燃烧是否自熄灭 , 以及是否产生能点燃临近材料的燃烧碎片 。

　　6.2 试样

　　6.2. 1 一组标准测试应包含 5个相同的试样 ,每次试验对一个试样进行测试 。

　　6.2.2 试样尺寸和构形应符合如下要求 :

　　— 对于单导线 ,试样总长度为 1 200 mm ,倾斜安装部分长度为 300 mm;

　　— 对于导线束 ,试样由 1 根通电导线和 6根附加导线组成 ,通电导线长度为 1 200 mm , 附加导线长度为 450 mm;用 5 根 ~ 7根等间距分布的塑料绑带或其他适当的扎线带将 7根导线紧密地捆扎在一起 ,形成导线束 , 附加导线末端与通电导线末端的距离 ≥240 mm ,通电导线位于导线束的外层 ;导线束倾斜安装部分长度为 300 mm。

　　6.3 试验方法

　　除下列修改外 , 电线绝缘材料的可燃性试验应符合 ISO 14624-2:2003的规定 :

　　— 试验在最恶劣的预期使用环境(包括压力 、温度和氧气浓度)中进行 ,如果不能确定最恶劣的预期使用环境 ,至少应将氧气浓度设置为实际使用的最大值 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-2:2003,6. 1。

　　— 试验气氛为氧/氮混合气 ,对每个试样进行测试前 ,氧气和氮气应达到充分混合 ,使混合气中氧气浓度(体积分数)的变化小于 0. 2% ,并使用气体分析仪进行检测 ;

　　注 1: 试验气体可在进入试验舱前进行混合 ,也可在试验舱内混合 。

　　注 2: 修改 ISO 14624-2:2003,6. 2。

　　— 试验过程中 ,试验舱内不应存在气体的强迫流动 ;注 : 修改 ISO 14624-2:2003,6. 3. 1。

　　— 在距离试样底端 200 mm 的中心位置 ,水平安放一张面密度为 70 g/m2 的普通 A4打印纸 ,纸张应放置在云母片或其他不可燃的隔热材料表面上 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-2:2003,6. 3. 8。

　　— 点火器熄灭后应从试样下方撤离 ;注 : 修改 ISO 14624-2:2003,6. 5. 2. 1。

　　— 试样下方的纸张被点燃的标志为出现有焰燃烧 ,如果纸张被点燃 , 随后对同一材料进行的试验应在没有纸张的条件下进行 。

　　注 : 修改 ISO 14624-2:2003,6. 5. 2. 2。

　　6.4 测试结果和材料可燃性评价准则

　　应符合 5. 4 给出的要求 。

　　7 材料在气态氧中的向上可燃性试验

　　7. 1 试验目的

　　确定温度等于或高于环境温度的气态氧中材料在使用压力条件下的可燃性 。通过改变试验中的压力条件 ,本项试验也可用于提供材料可燃性的补充数据 。

　　7.2 试样

　　7.2. 1 一组标准测试应包含 10个 ~ 15个相同的试样 ,每次试验对一个试样进行测试 。

　　7.2.2 标准试样为圆柱棒 ,直径为 3. 2 mm ,长度宜为 150 mm ,至少为 100 mm。

　　7.2.3 如果不能获得圆柱形试样 ,可采用截面尺寸为 3. 2 mm×3. 2 mm 的棱柱形非标准试样 ,试样长度宜为 150 mm ,至少为 100 mm。

　　7.3 试验方法

　　除下列修改外,材料在气态氧中的向上可燃性试验应符合 ISO 14624-4:2003的规定 :

　　— 当材料的使用温度不超过 260 ℃时 , 在环境温度下对试样进行测试 , 当材料的使用温度超过

　　260 ℃时 ,将试样预热至使用温度 ;注 : 修改 ISO 14624-4:2003,8. 1。

　　— 对气态氧的温度进行记录 ,温度测量精度要求为 ±1 ℃ 。

　　注 : 修改 ISO 14624-4:2003,8. 2。

　　7.4 测试结果和材料可燃性评价准则

　　7.4. 1 通过试验 ,获得的主要参数为试样的燃烧长度 ,计算方法为试样长度减去试验后试样长度与促发剂长度之和 ,测量精度应达到 ±3 mm。

　　7.4.2 特定压力条件下 ,不可燃材料的认定应同时满足如下条件 :

　　— 对至少 10个试样进行测试 ;

　　— 所有试样的燃烧长度不大于 30 mm。

　　7.4.3 如果有任何一个试样的燃烧长度大于 30 mm ,测试材料应被视为可燃 。

　　7.4.4 只有当促发剂发生点火 、燃烧并从试样分离时 ,试验才应被视为有效 。

　　8 热和可见烟雾释放速率试验

　　8. 1 试验目的

　　获取材料燃烧过程及其产物的热量信息 。

　　8.2 试样

　　8.2. 1 试样应符合 ASTM E1354-04a的规定 。

　　8.2.2 对于使用基底才能进行安装和试验的涂层或黏性材料 ,应将其置于实际使用的基底材料上 ; 如果实际使用的基底材料不能确定 ,或不适于在试验中使用 ,可使用厚度约为 0. 08 mm 的铝箔作为基底 ;基底尺寸宜满足试样安装的需要 。

　　8.3 试验方法

　　除下列修改外,热和可见烟雾释放速率试验应符合 ASTM E1354-04a的规定 :

　　— 除空气外 ,试验气氛可为氧/氮混合气 ,试验应在实际可能发生的 、材料最容易着火和燃烧的条件(包括入射热流量和氧气浓度)下进行 ;

　　注 : 修改 ASTM E1354-04a,第 4章 。

　　— 对试验气氛的初始氧气浓度应进行测量和记录 ,测量精度要求为 ±0. 5%(体积分数) 。

　　注 : 修改 ASTM E1354-04a,11. 1. 2。

　　8.4 测试结果和材料可燃性评价

　　通过试验 ,得到的主要测试参数包括有效燃烧热 、热释放速率 、热释放总量和烟气生成速率 ,也可评估材料的质量损失速率 、点燃时间和火焰持续时间等 。这些结果可作为材料可燃性的补充数据 。

　　注 : 由于是在流动的气体环境中进行试验 ,且气体流动速度较高 ,测试数据可能不代表航天器内的实际应用情况 。

　　9 构形可燃性试验

　　9. 1 试验目的

　　确定当暴露于标准点火源时特定部件或组件的燃烧是否自熄灭 , 以及是否能点燃临近的材料或其他硬件 。

　　注 : 组部件燃烧过程中 ,可能通过热辐射 、热传导或燃烧碎片将临近的材料或硬件点燃 ,这标志着火灾蔓延的发生 。

　　9.2 试样

　　9.2. 1 试样宜为实际部件或组件的复制件 , 即构形和材料与实际组部件相同 。

　　9.2.2 试样的构形和材料可与实际组部件不同 ,但它们的主要特点应能反映实际组部件 。

　　9.2.3 技术上可行时 ,宜使试样在试验中处于运行状态 。

　　9.2.4 试样的数量由专门的试验计划规定 。

　　9.3 试验方法

　　9.3. 1 应根据构形 、使用环境以及对传热和燃烧过程的计算 ,进行实际部件或组件的火灾风险评估 , 以明确最容易发生着火和火焰传播的部分 、火灾向邻近的材料或其他硬件蔓延的可能性 。

　　9.3.2 应由硬件设计者和试验执行者共同制定试验计划 ,确定最恶劣的预期使用环境(包括压力 、温度和氧气浓度) 、点火源布置 、观测仪器 、观测和记录方式等有关试验方案 。

　　9.3.3 除下列修改外 ,构形可燃性试验应符合 ISO 14624-1:2003的规定 :

　　— 试验在最恶劣的预期使用环境(包括压力 、温度和氧气浓度)中进行 ,如果不能确定最恶劣的预期使用环境 ,至少应将氧气浓度设置为实际使用的最大值 ,对实际使用时存在的环境气体对流条件也应进行模拟 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,第 4章 。

　　— 试验气氛为氧/氮混合气 ,对每个试样进行测试前 ,氧气和氮气应达到充分混合 ,使混合气中氧气浓度(体积分数)的变化小于 0. 2% ,并使用气体分析仪进行检测 ;

　　注 1: 试验气体可在进入实验舱前进行混合 ,也可在试验舱内混合 。

　　注 2: 修改 ISO 14624-1:2003,5. 1。

　　— 根据火灾风险评估的结果 ,将点火源安装在适当的位置 , 在试样周围布置其他材料的样品和(或)硬件的复制件 ;

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,8. 1。

　　— 从尽可能多的角度对试样进行观察 ,并记录试验现象 ,观测试样燃烧对周围其他材料和(或)硬件的影响时 ,特别观察它们被热辐射 、热传导或燃烧碎片点燃(点燃的标志为出现有焰燃烧)的

　　情况 。

　　注 : 修改 ISO 14624-1:2003,8. 2. 2。

　　9.4 测试结果和可燃性评价

　　9.4. 1 通过试验 ,获得以下主要结果 :

　　— 试样的燃烧长度 ,测量精度应达到 ±15 mm;

　　— 对于试验过程中试样燃烧是否点燃临近的材料或其他硬件 ,给出明确的结论 。

　　9.4.2 不可燃部件或组件的认定应同时满足如下条件 :

　　— 试样的燃烧长度小于 150 mm 或试样长度的 50%(取两者中的较小值) ,此时认为部件或组件的燃烧具有自熄灭特性 ;

　　— 试验过程中 , 临近的材料或其他硬件不被点燃 。

　　9.4.3 如果有任何一个试样的测试结果不满足 9. 4. 2 给出的条件 ,测试部件或组件应被视为不满足可燃性要求 。

　　9.4.4 由于构形可燃性涉及的影响因素较多 ,且测试结果的分析比较复杂 ,应将测试报告提交给有关主管部门 , 由其对构形可否被接受作出决定 。

　　10 可燃极限试验

　　10. 1 试验目的

　　试验适用于厚度不大于 1. 5 mm 的材料 , 目的是确定微重力条件下支持材料进行持续燃烧的极限氧气浓度和极限气流速度 。

　　注 1: 通过抑制燃烧过程中的自然对流 ,地面试验设备可提供模拟的微重力条件 ,复现微重力环境中材料 燃 烧 的 主要特征(其中包括极限氧气浓度和极限气流速度) 。

　　注 2: 氧气浓度一定时 ,可能存在最低和最高两个极限气流速度 ,考虑到材料实际使用环境的特点 ,本项试验只对最低气流速度进行测定 。

　　10.2 仪器设备

　　见附录 A。

　　10.3 试样和试验条件

　　10.3. 1 特定试验条件下 ,应对 5个试样进行试验 。

　　10.3.2 试样尺寸为 300 mm×65 mm。

　　10.3.3 材料构形应为实际使用的构形 。

　　10.3.4 对试验条件的要求如下 :

　　a) 实验室气温为环境温度 ;

　　b) 试验气氛为氧/氮混合气 ,氧气浓度(体积分数)的精度为 ±0. 5% ;

　　c) 试验在最恶劣的预期使用环境(压力和温度) 中进行 ,环境压力的控制精度为 ±1% ,环境温度的控制精度为 ±1 ℃ ;

　　d) 试验通道中气流速度的精度为 ±0. 2 cm/s,氧气浓度(体积分数)的精度为 ±0. 5% 。

　　10.4 测定极限氧气浓度的步骤

　　10.4. 1 气流速度和起始氧气浓度的选取

　　选择的气流速度应能反映材料使用环境中的典型流动状况 , 如果不能确定实际流动状况 , 可选取

　　2. 0 cm/s和 10. 0 cm/s两个气流速度 。

　　注 : 如果选取的气流速度不止一个 ,应分别进行试验 。

　　宜根据已知的试验结果或类似材料的试验结果 ,选取尽可能接近极限氧气浓度的起始氧气浓度 ,如果不了解材料的可燃特性 ,起始氧气浓度可取为 18%(体积分数) 。

　　10.4.2 试样安装

　　移出试样架 ,对试验舱 、试验通道 、试样架和点火器等进行清洁 ;按 A. 1. 4 的要求将试样安装在试样架上 ;将试样架放置到试验通道中 ,使试样架顶端距离试验通道进 口 80 mm~ 100 mm ,并确保试样架处于水平状态 ,试样位于试验通道高度的中心 。

　　10.4.3 试验准备

　　燃烧试验前的准备按下列步骤依次进行 :

　　注 : 不使用试验舱时 ,可省略 10. 4. 3 a)的步骤 。

　　a) 试验气氛的形成 :

　　1) 利用气体排出控制装置将试验舱中气体排出 ,使舱内压力不大于 1 kPa;

　　2) 调整气体供应控制装置上的流量控制器 ,使氧/氮气混合 ,氧气浓度达到设定值 ,并向试验舱中充气 ,使舱内压力达到设定值 ;

　　3) 重复排气和充气操作至少 3 次 ,使试验舱内氧气浓度达到设定值 。

　　注 : 试验气氛形成后 ,气体排出控制装置处于主动工作状态 ,能根据试验舱内压力变化主动向外排出气体 ,使舱内压力不变 。

　　b) 试验气流的形成 。调整流量控制器 ,使氧/氮气混合 , 氧气浓度达到设定值 ,并向 试 验 段 中 供气 ,使试验通道中的气流速度达到设定值 ;燃烧试验前 , 至少向试验段中供气 3 min;燃烧试验期间 ,保持气流速度不变 。

　　10.4.4 燃烧试验

　　点火器持续通电 ,通电时间不超过 25 s±2 s; 当明显观察到可见燃烧锋面离开点火器位置向另外一端传播时 ,试样被点燃 ,此时或点火器通电时间达到最大值时 ,点火器断电 。

　　对点火和试样燃烧的全部过程进行观察及记录 。

　　注 : 材料燃烧一般表现为有焰燃烧 ,特定条件下 ,某些材料也可能表现无焰燃烧 。

　　10.4.5 重复试验

　　按 10. 4. 2~ 10. 4. 4 的步骤 ,对另外 4个试样进行试验 。

　　10.4.6 试样燃烧行为的评价

　　通过试验 ,获得试样在气流方向的燃烧长度 ,测量精度应达到 ±15 mm。

　　如果有 3个以上试样的燃烧长度达到或超过 250 mm ,认为材料持续燃烧 ,试验结果记作 “Y”; 否则 ,认为材料不能持续燃烧 ,试验结果记作“N”。

　　注 : 接近可燃极限(极限氧气浓度或极限气流速度) 时,材 料 燃 烧 对 环 境 条 件 十 分 敏 感 ,燃 烧 行 为 处 于 临 界 状 态 ,单个试样的试验结果可能表现一定的不确定性 。 因此 ,不要求所有试样的结果相一致 。

　　10.4.7 氧气浓度的改变

　　按如下要求改变氧气浓度的设定值 :

　　— 如果前一个试验的结果为“Y”,将氧气的体积分数降低 0. 5% ;

　　— 如果前一个试验的结果为“N”,将氧气的体积分数增加 0. 5% 。

　　10.4. 8 逐步确定极限氧气浓度

　　按下列步骤确定极限氧气浓度 :

　　a) 按 10. 4. 7 的要求改变氧气浓度 ,并按 10. 4. 2~ 10. 4. 6 的步骤进行试验 ;

　　b) 如果连续两次试验的结果不同 ,则试验结束 ,“Y”试验中的氧气浓度即为极限氧气浓度 ;

　　c) 如果连续两次试验的结果相同 ,则重复 10. 4. 8 a) ~ 10. 4. 8 c)的步骤 。

　　10.5 测定极限气流速度的步骤

　　10.5. 1 氧气浓度和起始气流速度的选取

　　选择的氧气浓度应为材料使用环境的氧气浓度 ,如果环境氧气浓度可变 ,宜选取最大氧气浓度 。

　　根据已知的试验结果或类似材料的试验结果 ,选取尽可能接近极限气流速度的起始气流速度 ,如果不了解材料的可燃特性 ,起始气流速度可取为 2 cm/s~ 3 cm/s。

　　10.5.2 试样安装

　　按 10. 4. 2 给出的要求 。

　　10.5.3 试验准备

　　按 10. 4. 3 给出的要求 。

　　10.5.4 燃烧试验

　　按 10. 4. 4 给出的要求 。

　　10.5.5 重复试验

　　按 10. 4. 5 给出的要求 。

　　10.5.6 试样燃烧行为的评价

　　按 10. 4. 6 给出的要求 。

　　10.5.7 气流速度的改变

　　按如下要求改变气流速度的设定值 :

　　— 如果前一个试验的结果为“Y”,将气流速度降低 0. 5 cm/s;

　　— 如果前一个试验的结果为“N”,将气流速度增加 0. 5 cm/s。

　　10.5. 8 逐步确定极限气流速度

　　按下列步骤确定极限气流速度 :

　　a) 按 10. 5. 7 的要求改变气流速度 ,并按 10. 5. 2~ 10. 5. 6 的步骤进行试验 ;

　　b) 如果连续两次试验的结果不同 ,则试验结束 ,“Y”试验中的气流速度即为极限气流速度 ;

　　c) 如果连续两次试验的结果相同 ,则重复 10. 5. 8 a) ~ 10. 5. 8 c)的步骤 。

　　11 自燃温度试验

　　试验的目的是确定材料的自燃温度 ,用于提供液态氧和气态氧环境中材料可燃性的补充数据 。

　　注 : 有若干参数可用于材料着火风险的评估 , 自燃温度是其中的一个 。

　　试样和试验方法应符合 ASTM G72的规定 。

　　12 燃烧热试验

　　试验的目的是确定非金属材料的燃烧热,用于提供液态氧和气态氧环境中材料可燃性的补充数据 。注 : 有若干参数可用于材料的氧气兼容性评估 ,燃烧热是其中的一个 。

　　试样和试验方法应符合 GB/T 14402的规定 。

　　13 氧指数试验

　　试验的目的是确定非金属材料的氧指数 ,用于提供液态氧和气态氧环境中材料可燃性的补充数据 。注 : 有若干参数可用于材料的氧气兼容性评估 ,氧指数是其中的一个 。

　　试样和试验方法应符合 GB/T 2406的规定 。

　　14 着火机制试验

　　14. 1 气态流体冲击试验

　　14. 1. 1 试验目的

　　提供加压气态氧系统中部件对快速增压产生的热量的反应敏感度信息 。试验的目的可包括 :

　　— 认识特定压力下部件的反应敏感度 ;

　　— 确定特定压力范围内部件着火的临界压力值 ;

　　— 确定特定压力下部件的温度反应临界值 。

　　14. 1.2 试样和试验条件

　　14. 1.2. 1 试样应为达到实际使用状态要求的部件 。

　　14. 1.2.2 试样的数量应由提出试验要求的相关人员或有关主管部门规定 , 每次试验对一个试样进行测试 。

　　注 : 试样数量宜达到 3个 。

　　14. 1.2.3 对试验条件的要求如下 :

　　— 气体初始温度为 60 ℃ ±5 ℃ ;注 : 修改 ASTM G74-01,1. 2。

　　— 测试压力为最大操作压力的 1. 25倍 ,压力测量精度为 ±1% ;注 : 修改 ASTM G74-01,5. 1. 1。

　　— 增压过程中 ,压力达到测试压力的 95%所用时间为 15 ms~ 20 ms,时间测量精度为 ±1 ms。注 : 修改 ASTM G74-01,5. 1. 2。

　　14. 1.3 试验方法

　　除下列修改外 ,气态流体冲击试验应符合 ASTM G74-01的规定 :

　　— 试验条件应按 14. 1. 2. 3 的规定 ;

　　— 用待测试样代替试验设备中的试验舱组件 ;注 : 修改 ASTM G74-01,3. 1。

　　— 试样经受气态流体冲击的时间间隔为 30 s,时间测量精度为 ±1 s;

　　注 : 修改 ASTM G74-01,9. 2. 7. 5。

　　— 试验结束后 ,对每一个试样进行功能测试 ,并检查是否有着火反应的迹象 。

　　注 1: 气态流体冲击试验中 ,着火反应的迹象包括但不限于试验过程中发生的持续燃烧和闪燃 、试验后观察到的试样明显炭化等 ;详细的试验观察 ,特别是对异常现象的观察 ,对评估着火风险十分重要 。

　　注 2: 修改 ASTM G74-01,9. 2. 10。

　　14. 1.4 着火敏感度评价

　　14. 1.4. 1 着火敏感度的评价准则依赖于部件的实际使用条件 , 因此 ,应由提出试验要求的相关人员根据试验结果进行着火风险评估 。

　　14. 1.4.2 可采用如下的典型评价准则认定不发生着火反应的部件 :

　　— 至少有一个试样经历不少于 50次的气态流体冲击 ;

　　— 试验过程中和试验结束后 ,所有试样不出现着火反应的迹象 。

　　14.2 机械冲击试验

　　14.2. 1 试验目的

　　提供气态氧或液态氧中材料对机械冲击产生的热量的反应敏感度信息 。试验的目的可包括 :

　　— 认识冲击能量一定时材料的反应敏感度 ;

　　— 确定特定压力下材料着火的临界冲击能量 ;

　　— 确定特定冲击能量下材料着火的临界压力值 。

　　14.2.2 试样和试验条件

　　14.2.2. 1 试样应符合 ASTM G86-98a的规定 。

　　14.2.2.2 对试验条件的要求如下 :

　　— 冲击能量由提出试验要求的相关人员或有关主管部门规定 ;注 : 修改 ASTM G86-98a,4. 2 和 4. 3。

　　— 对于环境压力下液态氧中的试验 ,测试压力为测试设备所处的大气压力 ,测试温度为液态氧在该压力条件下的沸点 ;

　　— 对于加压液态氧和气态氧中的试验 ,试验条件(压力和温度) 由提出试验要求的相关人员或有关主管部门规定 。

　　注 : 修改 ASTM G86-98a,4. 3。

　　14.2.3 试验方法

　　除试验条件按 14. 2. 2. 2 的规定外 ,机械冲击试验应符合 ASTM G86-98a的规定 。

　　14.2.4 着火敏感度评价

　　14.2.4. 1 着火敏感度的评价准则依赖于材料的实际使用条件 , 因此 ,应由提出试验要求的相关人员根据试验结果进行着火风险评估 。

　　14.2.4.2 可采用如下的典型评价准则认定不发生着火反应的材料 :

　　— 对 20个试样进行测试 , 冲击能量为 98J 时 ,所有试样不出现着火反应的迹象 ;

　　— 如果 20个试样中有 1 个出现着火反应的迹象 ,应追加 40个试样进行测试 , 冲击能量为 98J时 ,所有试样不出现着火反应的迹象 。

　　注 : 机械冲击试验中 ,着火反应的迹象包括但不限于试验过程中发生 的 持 续 燃 烧 和 闪 燃 、试 验 后 观 察 到 的 试样明显炭化等 ;详细的试验观察 ,特别是对异常现象的观察 ,对评估着火风险十分重要 。

　　15 测试报告

　　测试报告是对试验进行总结的主要技术文件 。针对已经完成的一项或多项试验 ,应编制专门的测试报告 。

　　测试报告宜包含以下内容 :

　　— 试验项 目 ;

　　— 试验单位 ;

　　— 试验人员 ;

　　— 试验日期 ;

　　— 送试单位 ;

　　— 送样日期 ;

　　— 试验依据的标准 ;

　　— 材料名称和生产厂家 ;

　　— 试样描述和检查结果 ;

　　— 试验条件和试验过程 ;

　　— 试验现象 ;

　　— 试验结果 ;

　　— 试验现象和结果分析 ;

　　— 结论和建议 。

　　附 录 A

　　(规范性附录)

　　可燃极限试验的仪器设备

　　A. 1 试验设备

　　A. 1. 1 概述

　　试验设备如图 A. 1所示 ,主要包括密封试验舱 、试验段 、试样架 、点火器 、气源 、气体供应控制装置和气体排出控制装置等 。

　　说明 :

　　1— 试验舱 ;

　　2— 试验舱端盖 ;

　　3— 气体进口(接气体供应控制装置) ;

　　4— 气体出口(接气体排出控制装置) ;

　　5— 观察窗 ;

　　6— 试验段(整流段) ;

　　7— 试验段(试验通道) ;

　　8— 试样架 ;

　　9— 试验段安装平台 。

　　图 A. 1 试验设备示意图

　　A. 1.2 试验舱

　　为一个固定在基座上 ,并有气体导入和导出接口 、电源输入接口的密封容器 。

　　试验舱中应能容放试验段 ,试验段出口与实验舱端盖之间的间隙不小于 80 mm。试验舱主体宜为圆柱体 ,长度为 900 mm±100 mm , 内径为 450 mm~ 500 mm。

　　试验 舱 的 两 个 端 盖 应 能 拆 卸 , 以 方 便 试 验 操 作 。 试 验 舱 应 有 足 够 的 结 构 强 度 , 可 承 受 真 空~ 200 kPa的内压变化 。试验舱的漏气率应小于 1× 10-4 Pa · m3/s。

　　试验舱中应具有试验段(内含试样支架和点火器)的安装平台 。 与试验观察位置相对应 ,在试验舱两侧和顶部的壁面上应具有观察窗 ,观察窗提供的视场应大于试样尺寸 。

　　实验舱中应具有气体压力 、氧气浓度和温度测量装置 ,压力测量精度要求为 ±1% , 氧气浓度(体积分数)测量精度要求为 ±0. 5% ,温度测量精度要求为 ±1 ℃ 。

　　如果实验室内的气体环境能满足试验条件(压力 、温度和氧气浓度)的要求 ,可不使用试验舱 。

　　A. 1.3 试验段

　　由整流段和试验通道组成 。

　　试验通道用于容放试样支架和点火器 。为了对试样的燃烧过程进行观察 ,应使用透明材料制作试验通道 ,宜采用的材料为石英玻璃 。试验通道的内部尺寸应满足如下要求 :

　　— 高度为 12 mm±0. 5 mm;

　　— 宽度为 220 mm±20 mm;

　　— 长度为 500 mm±20 mm。

　　应提供检测方法 ,确保试验通道处于水平状态 。

　　整流段用于稳定气流 ,并使气流速度均匀分布 。宜参照低速风洞有关方法设计整流段 ,如能获得稳定 、均匀的气流 ,可简化整流段的设计 ,主要使用蜂窝器实现整流 。

　　A. 1.4 试样架

　　用于试样的固定和安装(如图 A. 2所示) 。

　　单位为毫米允差 ±0. 25

　　说明 :

　　1— 试样压条 ;

　　2— 试样架边框 ;

　　3— 试样架支脚(高度可调) ;

　　4— 点火电热丝 。

　　图 A.2 试样架

　　应使用不易燃材料制作试样架的两个边框和两个试样压条 ,宜采用的材料为不锈钢 ;应使用电绝缘材料制作两个边框之间的连接部分 。为了固定试样 ,在试样架边框上等间距布置 5 个 M2. 5 螺纹孔 ,在试样压条上的相应位置布置通孔 。左侧试样压条的上表面应刻画标尺 ,标尺的起点为压条底端 ,分辨率为 2. 0 mm ,每隔 10 mm 标注读数 。

　　为了使试样处于试验通道高度的中心 ,试样架的支脚高度应在 3. 5 mm~ 5. 0 mm 范围内连续可调 ,支脚高度精确到 ±0. 25 mm。

　　对于自撑材料 ,用螺栓将试样紧密地夹持在试样架和压条之间 ;对于薄膜和薄片等非自撑材料 ,用双面胶带将试样固定在试样架上 ,使试样保持伸展 ,再用螺栓将压条覆盖在试样边缘 。安装后 ,试样的

　　暴露宽度应为 50 mm。

　　注 : 除了固定试样 ,试样压条还起到减少试样边缘氧气侧向扩散的作用 。

　　A. 1.5 点火器

　　由一根螺旋形铁铬铝合金或镍铬合金电热丝和直流点火电源组成 。

　　点火电源的电压应为 20V~ 24V。 电热丝的直径应为 0. 5 mm~0. 8 mm ,螺旋的外径为 4. 0 mm~ 5. 0 mm ,长为 55 mm~ 60 mm。点火器工作时 , 电热丝的发热功率应为 120W±20W 。

　　A. 1.6 气源

　　应使用纯度(体积分数)不小于 99%的氧气和氮气作为气源 。

　　气源用于形成试验舱中的气氛 ,也用于产生实验段中的气流 。

　　进入试验舱前 ,氧气和氮气应充分混合 ,使混合气体中氧气浓度(体积分数) 的变化小于 0. 2% 。进入试验舱的混合气体的含湿量(质量分数)应小于 0. 1% 。

　　A. 1.7 气体供应控制装置

　　用于向试验舱中供应氧/氮混合气并控制混合气的氧气浓度 ,也用于控制进入试验段的氧/氮混合气的流量和氧气浓度 。

　　典型的气体供应系统如图 A. 3 所示 。在氧气和氮气的供气管路上分别设有一个能满足量程和控制精度要求的质量流量控制器 ,两种气体通过流量控制器后进行混合 。 流量控制器的量程应使试验通道内产生 0. 5 cm/s~ 20 cm/s 的平均气流速度 ,控制精度应使试验通道中的气流符合 10. 3. 4 d)的规定 。

　　注 : 通过控制氧气和氮气的流量 ,可对混合气的氧气浓度和流量进行设定和控制 。

　　混气管路的设计应使混合气在进入试验舱前充分混合 ,如有必要 ,可设置混气室 。

　　说明 :

　　1— 气体流量控制器 ;

　　2— 过滤器 。

　　图 A.3 气体供应控制装置示意图

　　A. 1. 8 气体排出控制装置

　　用于控制试验舱中气体向外排出(如图 A. 4所示) 。

　　需要向外排气时 ,排气管路上的电磁阀开启 , 同时启动真空泵 。

　　说明 :

　　1— 过滤器 ;

　　2— 电磁阀 。

　　图 A.4 气体排出控制装置示意图

　　注 : 燃烧试验前 ,需要将试验舱中气体排空 ,再利用气体供应控制装置充入氧/氮混合气 , 以使试验气氛符合 10. 3. 4 b)的规定 ;燃烧试验期间 , 由于向试验段供应气体 ,试 验 舱 中 压 力 将 增 加 ,需 要 向 舱 外 排 出 气 体 , 以 使 舱 内 压 力 符合 10. 3. 4 c)的规定 。

　　A.2 试验观察仪器

　　宜使用两台彩色摄像机 ,分别从俯视和侧视方向对试样的点燃和燃烧行为进行记录 ,记录速率不低于 25 帧每秒 , 图像的空间分辨率不低于 1. 0 mm。