第二节 一维平面热防护测试装置
目前国际上常用热防护织物的热防护性能小规模标准测试方法主要有三种：ASTM D 4108，NFPA 1971和NFPA 1977，它们均采用的是一维平面测试装置。
一、ASTM D 4108明火法测试防护材料的热防护性能
这种标准方法从1995年后就已经不再版了，但后来的NFPA标准都是参照此标准而制订的。如图2-3所示，规格为100mm×100mm的织物试样水平放置在中间开有50mm×50mm小孔试样架上，采用铜片热流计测量试样背面的温度，铜片热流计安装在一块绝热板内，其表面与绝热板表面平齐。要求被测试的织物暴露于Meker燃烧器产生的火焰对流热，火焰与试样直接接触，使到达织物表面的热流量达到84±2kW/m2（2.00±0.05cal/cm2·s），用试样后面的铜片热流计测试其温升曲线并与Stoll曲线比较得出二级烧伤所需时间t2，并与暴露热能量q的乘积，得TPP值，其计算式为：
TPP值越大，表示热防护服的热防护性能越好；反之，越差。
图2-3 典型TTP测试系统
由于织物在受热时收缩，为了保持测试时试样的完整性，因此在测量过程中需要对试样施加一定的张力，ASTM D 4108标准方法中运用了两种对试样施加张力的常用方法，一般根据测试的需要而选择不同的方法。
（1）在铜片热流计上放置1.0kg重的金属块；
（2）在试样架上植钢针，测试时将面料穿过钢针，同时热流计绝热板上针孔与试样架上的钢针正好吻合，保证了热流计与试样背面的紧密接触。采用这种方法可以最有效地防止织物受热收缩，克服放置金属块并不能完全消除织物热收缩的负面影响。
二、NFPA 1971建筑结构防火用防护装备
NFPA 1971方法应该说是ASTM D 4108标准方法的一个修改版本，因此，它们的测量原理相同，绝大部分部件相似，但是也存在不同之处。它们的主要差别如下所述。
（1）热源辐射/对流热流比率不同；ASTM D 4108方法中一个Meker燃烧器提供的辐射/对流热比例是3∶7，而NFPA1971方法中则改用两个Meker燃烧器，分别与测试主体成45o放置在一排石英灯管两侧，如图2-4所示，采用电加热石英灯管，可调节其输入电压至输出辐射热与燃烧器火焰对流热的比例为5∶5。
（2）测试试样规格尺寸不同。NFPA 1971中改用试样尺寸为150mm×150mm，试样架上开的小孔尺寸为100mm×100mm。NFPA 1971方法主要用来测试建筑结构灭火用防护装备的热防护性能，各层按外壳层、汽障层和隔热层排列，测试时外壳层面对热源，铜片热流计直接放置在隔热层上，使热流计与隔热层直接接触，一般结构火防护服装的TPP值不得小于35.0cal/cm2。试样架与石英灯管的距离为12.7cm。
图2-4 NFPA 1971标准方法构造原理图
三、NFPA 1977防野火用防护服与装备——热辐射防护性能性测试方法
该试验是将试样垂直放置在一排石英灯辐射源前，在规定的距离内，热源对试样进行热辐射，用原理和结构与ASTM D 4108所述相似的铜片热流计测量出造成人体皮肤二级烧伤所需要的时间t2，并计算出二级烧伤时间t2与暴露热流量q2的总热流量即RPP值：
式中：qr——规定辐射热流量［0.5cal/（cm2·s）］或［2.0cal/（cm2·s）］；
t2——引起二度烧伤所需要的时间，s。
RPP值越大，表示热防护服的防热辐射性能越好；反之，越差。
NFPA 1977方法的实验仪器主要有辐射热源装置、热源预热屏蔽装置、试样夹持装置、铜片热流计和绘图记录仪组成。
辐射源装置由五根500W的红外石英灯管作为辐射热源，垂直地对试样进行热辐射。热源的辐射热量由调压变压器控制，通过调节输入电压，使石英灯管辐射出规定的热流量为0.5cal/（cm2·s）或2.0cal/（cal2·s）。
由于石英灯管需要经过一段时间才能达到恒定的辐射热流量，在此预热过程中，试样应不受到热辐射，因此，在热源与试样之间设置一预热屏蔽装置，防止试样过早地受到热辐射，从而保证试样的准确性。
试样夹持装置将试样夹持并垂直放置于辐射热源前。它由两块中间开有长方形孔的金属板组成。
放置在试样后的铜片热流计用于测定透过试样的热流量，并将热量计的温度转换为电压输出，并绘出铜片热流计的温度随热辐射作用时间的变化曲线。
在试验测试时，首先剪取尺寸为22.86cm×10.16cm的五块试样，并在标准大气压下调湿，然后将试样放入试样夹持装置内，保持试样夹持平整，并将其放入试验仪中。接着，打开电源，调节变压器的输出电压至规定电压，保证红外加热石英灯具有规定的辐射热量。当红外石英灯预热60s后，撤去热源预热屏蔽装置，使试样垂直暴露在热源下30s后，关闭电源和记录仪，放上预热屏蔽装置，取下铜片热流计并冷却，试验完毕。当热量计温度下降至33℃时，才能进行新一次试验。
引起二度烧伤所需要的时间由记录仪绘制热流计温度随热辐射时间变化曲线与二度烧伤标准曲线相交求得，最后，按公式（2-2）计算试样的RPP值。
RPP试验主要用于测定热防护服的辐射热防护性能。由于热辐射是造成热伤害的主要传热形式之一，所以该方法可以从一个方面较好的测试和评价热防护服的热防护性能，其在森林消防等领域得到了较广泛的应用。