【摘要】 本文深度解析锥形量热计测试原理、标准及参数设置，涵盖PE/PP/PA/ABS等聚合物阻燃性能评估，提供热释放率、烟雾毒性等关键数据的应用方案，指导阻燃材料开发。

锥形量热计作为评估材料强制燃烧特性的核心设备，通过模拟真实火场环境精准测量聚合物复合材料的反应-燃烧性能。随着聚合物材料应用场景的扩展，其燃烧行为研究对阻燃技术开发具有重要指导意义。本文系统解析锥形量热计的工作原理、测试参数及在阻燃聚合物领域的应用进展。

 

一、锥形量热计的技术演进与标准化

锥形量热计技术可追溯至20世纪70年代美国国家标准局研究，80年代引入耗氧量热技术实现热释放率精准测量。当前该设备已成为评估材料燃烧性能的黄金标准，满足ASTM E1354、ISO 5660等多项国际测试规范，可同步获取着火时间、烟雾毒性、质量损失等关键参数。

图1. 火的阶段，火的性质，火的情景范围由锥形量热计(灰色)覆盖。[1]

 

二、关键测试参数对燃烧行为的影响

研究表明（Quan et al., 2022），​阻燃聚合物复合材料的燃烧特性受多参数调控：

1.热通量强度​（20-100kW/m²）

2.​通风条件​（空气流速0-2m/s）

3.​样品几何特征​（厚度1-50mm）

4.点火源位置优化

通过调整这些参数，可精准模拟电器火灾、建材燃烧等不同火灾场景，为阻燃剂配方设计提供数据支撑。

图2. 由ThermaKin模拟的锥形量热计中发生的过程示意图。[1]

 

三、典型聚合物体系的阻燃性能评估

锥形量热测试在以下聚合物复合材料中取得显著成果：

  • ​聚烯烃体系​：PE/PP基复合材料的炭层形成机理
  • ​工程塑料​：PA阻燃时的熔滴抑制效应
  • ​苯乙烯类​：PS/ABS纳米填料协同阻燃机制
  • ​透明材料​：PMMA燃烧烟气毒性控制

实验证明，纳米黏土、金属氢氧化物等阻燃剂可使材料热释放峰值（pHRR）降低40%-70%，有效延长点燃时间（TTI）。

 

四、测试数据与实际应用关联性

锥形量热数据与UL94垂直燃烧、LOI极限氧指数存在显著相关性（R²>0.85）。基于测试结果建立的燃烧预测模型，可指导新能源汽车电池包、航空内饰材料等特种阻燃材料的开发。

 

参考文献：[1] Quan, Y., Zhang, Z., Tanchak, R.N. et al. A review on cone calorimeter for assessment of flame-retarded polymer composites. J Therm Anal Calorim 147, 10209–10234 (2022).

 

科学指南针以分析测试为核心，提供材料测试、环境检测、生物服务、模拟计算、科研绘图等多项科研产品，累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。始终秉持“全心全意服务科研，助力全球科技创新”的使命，致力于为高校、院所、医院、研发型企业等科研工作者提供专业、快捷、全方位的服务。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。