基于多尺度标准实验的固体材料可燃性分析方法研究

The correlations among standard flammability characterization methods of three different scales, micro scale, bench scale and room scale, are investigated in this project, and the separations are solved and the contractions are explained among different scale methods, including micro scale combustion calorimeter ASTM 7309, bench scale cone calorimeter ISO 5660, and room scale standard combustion room ISO 9705. Analysis methods and models of solid materials flammability will be established based on these correlations among different scale tests. The research will focus on robustness of algorithm in calculating heat release capacity based on micro scale combustion calorimeter, the quantified correlations between micro scale combustion calorimeter and cone calorimeter, limiting oxygen index, flame spread test and standard combustion room. The analysis method and model based on multi scales analysis methods to evaluate flammability of solid materials will be established. This will increase the confidence of fire hazard evaluation for solid materials, and also the accurate and reliability of prediction for fire load and fire develop tendency. The research will improve the methodology of fire experiment, and will be a great improvement in understanding the flammability and fire behavior of solid materials.

本项目针对三种尺度可燃性标准实验分析方法，即微尺度（微尺度燃烧量热仪ASTM D7309）、实验台尺度（锥形量热计 ISO 5660）和实验间尺度（标准燃烧实验间 ISO 9705），研究不同尺度实验方法之间的关联性，解决各尺度实验方法之间相互割裂，甚至出现歧异的问题，以此为基础构建基于多尺度实验的固体材料可燃性分析方法及模型。研究内容包括基于微尺度燃烧量热仪获取热释放能力的稳健性，微尺度燃烧量热仪所获得可燃性参数与锥形量热计、极限氧指数仪、火焰传播实验仪、燃烧实验间实验结果关联性的定量描述，最终将获得基于多尺度实验的固体材料可燃性分析方法和模型，以此提升对固体材料火灾危险性评价的可信度，为更可靠、更准确地预测火灾载荷及其演化过程服务。项目的实施将是对火灾科学实验方法学的充实和提升，对深入认识固体材料可燃性及火行为有积极的推动作用。

本项目按照计划任务书要求，围绕既定目标完成了主要研究内容。首先，完成了微尺度燃烧量热仪对材料热释放能力表征的稳健性研究。在这部分研究内容中完成了31种材料，总计超过900个样品的微尺度燃烧量热仪的实验分析，评价了热释放能力与实验条件的相关性，确定了以较稳健实验参数分类方法的可行性，并与极限氧指数仪(LOI)、可燃性等级分析仪(UL94)等参数进行了关联性分析。提出了以总热释放量划分材料可燃性的方法，并在多尺度实验分析中进行了验证分析。第二，完成了微尺度燃烧量热仪与实验台尺度可燃性表征方法的关联性分析，利用人工神经网络等方法深入分析了微尺度燃烧量热仪与锥形量热仪各参数之间的对应关系。第三，完成了微尺度、实验台尺度与实验间尺度方法之间的关联性研究，奠定了构建基于多尺度实验分析的固体材料可燃性分析方法的基础。项目组在多尺度实验数据的深度挖掘、标准实验之间的关联性进行了深入研究，但在实用模型构建方面还有所欠缺，这一研究内容将进一步充实。在固体材料可燃性微尺度表征方法、微尺度与实验台尺度实验关联性方面的研究成果是对可燃性实验分析方法学的有力支撑。