錐形量熱儀(簡(jiǎn)稱CONE)，是基于耗氧原理的材料燃燒性能測(cè)試儀器。經(jīng)過(guò)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重要的試驗(yàn)儀器之一。錐形量熱儀在阻燃材料研究中可以研究阻燃機(jī)理、阻燃劑在材料中的阻燃效果，評(píng)價(jià)阻燃材料的燃燒性和阻燃性以及煙和毒氣的釋放。

1、錐形量熱儀試驗(yàn)

傳統(tǒng)表征材料燃燒性能的小型實(shí)驗(yàn)方法，例如極限氧指數(shù)(LOI)法、UL標(biāo)準(zhǔn)中水平燃燒法、垂直燃燒法與NBS煙箱法等，雖然成本低，實(shí)驗(yàn)比較容易，但是實(shí)驗(yàn)條件與實(shí)際火情相差比較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能應(yīng)用于一定實(shí)驗(yàn)條件下材料之間燃燒性能的對(duì)比研究，不能作為評(píng)價(jià)材料在真實(shí)火災(zāi)環(huán)境中燃燒行為的依據(jù)。雖然大型實(shí)物燃燒試驗(yàn)?zāi)軌蚩陀^反映材料的火災(zāi)危險(xiǎn)性，試驗(yàn)結(jié)果真實(shí)，但是成本高，試驗(yàn)比較復(fù)雜。因此，不可能對(duì)所有材料進(jìn)行大型實(shí)物燃燒試驗(yàn)。

錐形量熱儀試驗(yàn)容易進(jìn)行，試驗(yàn)環(huán)境與實(shí)際火情極為相似，試驗(yàn)結(jié)果與大型實(shí)物燃燒試驗(yàn)結(jié)果之間存在非常好的相關(guān)性，因此，錐形量熱儀廣泛應(yīng)用于材料燃燒性能評(píng)價(jià)。目前，已經(jīng)有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO5660標(biāo)準(zhǔn)、美國(guó)材料與試驗(yàn)協(xié)會(huì)ASTME1354標(biāo)準(zhǔn)以及英國(guó)、加拿大等國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將錐形量熱儀法確定為進(jìn)行材料燃燒性能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。非等效采用ISO5660標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也制定了以錐形量熱儀為試驗(yàn)儀器測(cè)試建筑材料燃燒性能的標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)用錐形量熱儀可以得到點(diǎn)燃時(shí)間、燃燒時(shí)間、總熱釋放量、總耗氧量、總煙釋放量、質(zhì)量損失、平均比質(zhì)量損失速率、熱釋放速率、有效燃燒熱、質(zhì)量損失速率、比消光面積、一氧化碳產(chǎn)量以及二氧化碳產(chǎn)量等材料燃燒性能參數(shù)。

2、研究阻燃材料的性能

阻燃科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，對(duì)阻燃材料燃燒行為的評(píng)估、測(cè)試手段提出了越來(lái)越高的要求。由于阻燃材料在火災(zāi)中的燃燒行為非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的測(cè)試方法(氧指數(shù)法、垂直燃燒法、水平燃燒法)雖然具有操作簡(jiǎn)單、快速、重復(fù)性好等特點(diǎn)，但普遍存在測(cè)試參數(shù)單一，測(cè)試結(jié)果不能定量化等缺點(diǎn)，難以與材料在真實(shí)火情中的燃燒行為相關(guān)聯(lián)，有時(shí)對(duì)同一種材料的評(píng)估，采用不同的實(shí)驗(yàn)方法得到相互矛盾的結(jié)果。

錐形量熱儀法由于具有參數(shù)測(cè)定值受外界影響小，與大型試驗(yàn)結(jié)果相關(guān)性好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)材料阻燃效果的評(píng)價(jià)更真實(shí)。同時(shí)對(duì)材料阻燃機(jī)理的分析和研究也有極大的幫助。

2.1研究阻燃機(jī)理

利用錐形量熱儀測(cè)得的參數(shù)(如CO、CO2的生成量、有效燃燒熱、釋熱速率等)，將經(jīng)阻燃與未經(jīng)阻燃處理的聚合物進(jìn)行對(duì)比，得出的分析結(jié)果對(duì)研究阻燃機(jī)理有很大幫助。

2.2為材料燃燒危險(xiǎn)等級(jí)劃分

MarceloM.Hirschler利用錐形量熱儀系統(tǒng)研究了35種商用塑料的燃燒性，對(duì)其危險(xiǎn)性進(jìn)行分類。該評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在商品交換中可作為材料燃燒危險(xiǎn)性大小的等級(jí)參數(shù)，在實(shí)驗(yàn)室研究中，可為材料選擇提供依據(jù)，也可為消防安全設(shè)計(jì)、消防審核、技術(shù)監(jiān)督等工作提供指導(dǎo)。

2.3研究和評(píng)價(jià)煙和毒氣的釋放

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，對(duì)人們生命威脅Zda的因素是煙毒的釋放。應(yīng)用錐形量熱儀不僅可以測(cè)試煙釋放參數(shù)，還可以應(yīng)用氣體分析設(shè)備，例如氣體分析儀與FTIR等，分析燃燒產(chǎn)物中CO、HCI與HCN等毒氣。錐形量熱儀可快速對(duì)某種阻燃劑的發(fā)煙性能作出評(píng)價(jià)，也是研究發(fā)煙模式、成煙機(jī)理、阻燃效率的重要手段。

2.4評(píng)價(jià)產(chǎn)品和材料的燃燒性和阻燃性

綜合HRR、pkHRR、THE以及TTI等燃燒性能參數(shù)，可以判斷材料潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性。Hirscher與Shakir將電纜在不同熱輻射流量條件下應(yīng)用錐形量熱儀試驗(yàn)得到的pkHRR與大型電纜通道試驗(yàn)結(jié)果即炭化長(zhǎng)度進(jìn)行相關(guān)，得到比較好的相關(guān)性。Wichstron和Goransson等應(yīng)用比值TTI/pkHRR評(píng)價(jià)材料潛在的轟燃性，比較好地說(shuō)明了材料潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性。Petrella提出結(jié)合比值pkHRR/TTI與THE可以更加全面地評(píng)價(jià)材料潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)性。因?yàn)椋琀RR與TTI取決于外部熱輻射流量、通風(fēng)速度與破壞程度，而THE與材料內(nèi)部能量有關(guān)，獨(dú)立于環(huán)境因素。

3、錐形量熱儀未來(lái)的發(fā)展方向

由于錐形量熱儀具有眾多傳統(tǒng)燃燒測(cè)試儀器所不能具備的優(yōu)點(diǎn)，在一些國(guó)家已經(jīng)得到了推廣使用。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織及英美等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)組織已經(jīng)根據(jù)錐形量熱儀制定了各種材料的燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并取得了較好的效果。從發(fā)展趨勢(shì)看，錐形量熱儀有可能取代一些傳統(tǒng)的小型火試驗(yàn)儀器。但是，仍需認(rèn)識(shí)到，雖然錐形量熱儀試驗(yàn)方法在定量測(cè)試熱釋放能量方面比傳統(tǒng)儀器有了較大提高，但錐形量熱儀試驗(yàn)法本身也具有一定的缺點(diǎn)。

首先，采用耗氧原理進(jìn)行HRR計(jì)算時(shí)，耗氧燃燒熱E的值隨燃燒材料本身性質(zhì)而改變；特別是對(duì)于含雜原子材料而言，E值的選擇要做相應(yīng)改變。其次，在燃燒過(guò)程中，凡是沒有氧氣參與的反應(yīng)，其反應(yīng)熱效應(yīng)不能由錐形量熱儀測(cè)出，所以對(duì)阻燃材料進(jìn)行釋熱測(cè)量時(shí)，必須考慮材料非氧化反應(yīng)的熱效應(yīng)。

盡管對(duì)錐形量熱儀的應(yīng)用已經(jīng)做了大量的研究工作，人們?nèi)韵Ｍ転殄F形量熱儀開拓更多的應(yīng)用領(lǐng)域。如今，該儀器已被證明能成功地用于工業(yè)、檢測(cè)試驗(yàn)室和火災(zāi)研究室。錐形量熱儀將來(lái)可能朝以下方面發(fā)展：①增加在聚合物發(fā)展方面的應(yīng)用，用以取代現(xiàn)存的功能單一的TGA和DSC等熱分析裝置。②應(yīng)用于建筑規(guī)范和其它要采用熱釋放率方法可獲得更好結(jié)果的其它法規(guī)。