轨道交通材料及构件防火性能测试

 

主要针对EN 45545-2和EN 45545-3开展轨道车辆材料和组件进行防火性能测试。

 

技术交流工程师：

（1）高工，电话：020-32057498，18922722914，邮箱：gaoshijie2012@126.com

（2）刘博士，电话：020-32053057，13570357567，邮箱:13570357567@163.com

 

EN 45545-2的主要目的是测试材料燃烧性能、热量释放、烟密度和烟毒性，从而来制定与材料选择有关的规则。

根据材料的最终用途，EN 45545-2标准划分了R1-R28共28个不同类别；根据火灾的风险程度，EN 45545-2标准划分了HL1、HL2、HL3共3个火灾风险等级。

其中EN45545-2 HL3要求最高，最为严格。为了减少车辆运行时的风灾危险程度，要求铁路车辆内装饰材料最好都达到EN45545 HL3类。 EN45545-2 HL1-HL3风险等级根据车辆运行环境及车辆类别来划分等级。

EN 45545-2主要测试产品、测试级别、测试项目和测试标准见下表：

 

 

 

EN 45545-3主要测试产品、测试级别、测试项目和测试标准见下表：

 

 

主要测试方法简介：

1 火焰竖直蔓延性能

按照ISO 5658-2对表面材料，覆面材料，桌子，过道内表面，窗帘，灯罩，灯光扩散器等，以及车厢外表面，外部管道，外部容器等轨道交通用材料进行防火性能检测。

竖直火焰蔓延测试是将样品垂直地面放置在试样夹上，并在样品夹对面有一个平行样品的矩形辐射面板，通过对辐射板加热，以及额外的气体火焰燃烧器，。主要测试引燃时间、火焰蔓延程度和最终熄灭时间。根据CFE值进行评估，CFE值（临界热辐射量值，用kW/m2表示）。CFE值是样品表面火焰停止传播并熄灭的位置所对应的辐射热量值，CFE值是通过测试最大火焰蔓延（mm）,与此相应的辐射热值的曲线。这个测试在一个不燃的校正板上进行。

EN ISO 5658-2竖直火焰蔓延测试装置：采用的点燃源为辐射板及丙烷喷灯，辐射板尺寸为450mm×300mm，辐射强度可达约62kw/m2，表面温度可达约750℃。丙烷喷灯火焰长80mm，在距与辐射板最近的试件边缘20mm处施加于试样。辐射板施于试件的热流量，沿试件长边呈梯度下降，起始处为50KW/m2，末端处为1.5kw/m2。试验中测定不同时间火焰传播的距离，并计算出维持燃烧所需平均热量（火焰前沿处的公称热流量×火焰到处该处时间，单位为MJ/M2）和材料自熄所需临界热流量（kw/m2）。

 

竖直火焰蔓延测试

 

2热释放速率

按照ISO 5660-1、ISO/TR 9705-2对表面材料，覆面材料，桌子，过道内表面，窗帘，空调过滤材料，乘客座椅坐垫，靠背，车厢内地板材料，车厢外部屋顶结构，床垫、头枕、坐垫，工作人员座椅，以及车厢外表面，外部管道，外部容器等轨道交通用材料进行防火性能检测。

 

锥型量热仪和氧分析仪(FTT)

 

       热释放速率测试

 

——ISO 5660-1锥型量热法：试样面积为100mm*100mm，将试样表面暴露在稳定的热辐射下，热辐射从一个圆锥形的加热器产生，范围在0-100 kW/m2之间。易挥发气体从加热的样品中逃逸出来，并被电火花引发装置点燃。燃烧过的气体被抽油烟机收集以作进一步分析。对这种气体分析可以计算出热释放速率，以及评估烟雾毒性。产烟量的评估是通过测量在排气管中烟的光衰减量。衰减量与容积流量有关，用[m2/s]来表示。 

 

——ISO/TR 9705-2全尺寸试验：同样采用锥型量热法的氧分析仪，不同之处在于样品是全尺寸测试。

 

床垫测试

 

座椅测试

 

3 NBS烟密度试验

按照EN ISO 5659-2对表面材料，覆面材料，桌子，过道内表面，窗帘，空调过滤材料，乘客座椅坐垫，靠背，车厢外表面，外部管道，外部容器，车厢内地板材料，车厢外部屋顶结构，床垫、头枕、坐垫等轨道交通用材料进行防火性能检测。

——测试原理：该方法是将样品水平置放于25kW/m2 或 50 kW/m2 的辐射照度条件下的烟箱内，燃烧器点燃或熄灭的情况下，试样在高温下释放可燃气体被燃烧器引燃或高温自然引燃释放烟雾，生成的烟雾被收集在配有光度计的烟箱内，通过测量光速通过烟雾后的衰减，测试结果用最大比光密度Ds，max来表征。

Ds,max=132log10(100/Tmin)

其中132是从测试箱的表达式 V/AL算出的因子，V为测试箱容积，A为试样的曝露面积，L为光路的长度，T为光透过率。

T=T0e-Σl

其中T是透过率；T0S 初始透过率（100）；σ是衰减系数；L是光程长度，e是自然对数的底数。

——测试方法：试验前，确保被测样品已在21℃～25℃,40%～60%条件下调节调节至少48小时。将试样制作成尺寸：75 mm×75mm。厚度不大于25mm，厚度大于25mm的样品应加工至25mm，并用铝箔包裹住试样的整个背面，放入试样盒中，去掉多余的铝箔。试验前，需要将光路校准，辐射锥调节到固定的温度，并稳定至少10min。然后将试样盒放入预定的位置，迅速关闭箱门，开始测试。测试过程至少持续10min，达到最低光透过率，重复测试三个试样。

 

NBS烟密度箱

 

4 产烟毒性试验(FTIR法)

按照EN 17084对表面材料，覆面材料，桌子，过道内表面，窗帘，空调过滤材料，乘客座椅坐垫，靠背，车厢外表面，外部管道，外部容器，车厢内地板材料，车厢外部屋顶结构，床垫、头枕、坐垫等轨道交通用材料进行防火性能检测。

该方法是基于人体暴露在某些有害气体时的能够生存的极限浓度，这些气体主要为CO2；CO；HF；HCl；HBr；HCN；SO2；NOX。通过收集固定体积烟箱内释放的烟气，测试烟气成分和体积分数。将测试气体体积与气体的参考浓度进行对比，从而得到毒性指数值CITG。

FTIR技术主要用于定性和定量分析由双原子或多原子组成的混合物。试验系统包含一个采样程序和一个火灾烟气分析系统，以非在线的方式使用傅里叶变换红外技术进行光谱分析（FTIR）。

试验首先在NBS烟箱产生烟雾，烟气通过采样管进入FTIR分析室，在FTIR分析室内，通过发射一束光到达干涉仪，干涉仪由分束器、定镜和动镜组成，分束器将红外光分成两束，一束到达定镜，另一束到达动镜，两者都再回到分束器。当动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差(X)就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。通过傅里叶变换将这些干涉光谱转换为吸收光谱，并分析它们的序列，然后通过计算机计算化合物特征波长范围的吸收量（峰高和峰面积），并与已知浓度的化合物光谱数据进行对比，来计算样品体中化合物的浓度。

 

FTIR傅里叶红外光谱分析仪(FTT)

 

5 轨道交通相关防火分隔构件

（1）检验依据：

英国标准：BS 6853《载客列车的设计与构造防火通用规范》第7章节（地板，贯通道、司机室间壁、门及侧壁等构件）；

欧洲标准：EN 45545-2《铁路应用--铁道车辆防火--第2 部分 材料和组件的防火性能要求》第4.2节h)条（电器柜、蓄电池箱等构件）；EN 45545-3《铁路应用--铁道车辆防火--第3 部分 防火隔断的耐火性能要求》（列车中应用的非承重水平、竖直分隔构件）；

美国标准：NFPA 130《有轨列车及铁路客运体系标准》第8.5章（地板，车顶）；ASTM E119《建筑结构和材料耐火试验的标准试验方法》第8.6条；

（2）检验项目：承载能力，耐火完整性，耐火隔热性，热辐射等。

（3）取样检测要求：1件，试件应与实际使用的尺寸相同，竖直构件最大取3200×3200（mm），

水平构件最大取4800×3200（mm），特殊要求：BS 6853地板测试取1000×1000（mm）。

（4）检测设备：竖直、水平耐火极限试验炉。

（5）一般判定准则：

耐火完整性

——试件发生以下任一限定情况均认为试件丧失完整性：

1）棉垫被点燃；

2）背火面出现火焰并持续时间超过10s；

3）Ф6mm的探棒能够穿过试件进入炉内，且沿裂缝方向移动150mm长度；

4）Ф25mm的探棒能够穿过试件进入炉内。

耐火隔热性

——试件背火面温度温升发生超过以下任一限定情况均认为试件丧失隔热性：

1）试件背火面的平均温升超过试件表面初始平均温度140℃                                

2）试件背火面最高温升超过试件表面初始平均温度180℃

（6）特殊判定准则（BS 6853）：按照BS 476-20及-22 进行试验，整体结构应达到20min 的完整性和隔热性。其中，背火面平均温度不应超过250 ℃。任一热电偶记录的背火面温度不超过300 ℃。

 

 

 

全尺寸列车地板样件

 

列车地板耐火测试

 

蓄电池箱