第二節 一維平面熱防護測試裝置
目前國際上常用熱防護織物的熱防護性能小規模標準測試方法主要有三種：ASTM D 4108，NFPA 1971和NFPA 1977，它們均采用的是一維平面測試裝置。
一、ASTM D 4108明火法測試防護材料的熱防護性能
這種標準方法從1995年后就已經不再版了，但后來的NFPA標準都是參照此標準而制訂的。如圖2-3所示，規格為100mm×100mm的織物試樣水平放置在中間開有50mm×50mm小孔試樣架上，采用銅片熱流計測量試樣背面的溫度，銅片熱流計安裝在一塊絕熱板內，其表面與絕熱板表面平齊。要求被測試的織物暴露于Meker燃燒器產生的火焰對流熱，火焰與試樣直接接觸，使到達織物表面的熱流量達到84±2kW/m2（2.00±0.05cal/cm2·s），用試樣后面的銅片熱流計測試其溫升曲線并與Stoll曲線比較得出二級燒傷所需時間t2，并與暴露熱能量q的乘積，得TPP值，其計算式為：
TPP值越大，表示熱防護服的熱防護性能越好；反之，越差。
圖2-3 典型TTP測試系統
由于織物在受熱時收縮，為了保持測試時試樣的完整性，因此在測量過程中需要對試樣施加一定的張力，ASTM D 4108標準方法中運用了兩種對試樣施加張力的常用方法，一般根據測試的需要而選擇不同的方法。
（1）在銅片熱流計上放置1.0kg重的金屬塊；
（2）在試樣架上植鋼針，測試時將面料穿過鋼針，同時熱流計絕熱板上針孔與試樣架上的鋼針正好吻合，保證了熱流計與試樣背面的緊密接觸。采用這種方法可以最有效地防止織物受熱收縮，克服放置金屬塊并不能完全消除織物熱收縮的負面影響。
二、NFPA 1971建筑結構防火用防護裝備
NFPA 1971方法應該說是ASTM D 4108標準方法的一個修改版本，因此，它們的測量原理相同，絕大部分部件相似，但是也存在不同之處。它們的主要差別如下所述。
（1）熱源輻射/對流熱流比率不同；ASTM D 4108方法中一個Meker燃燒器提供的輻射/對流熱比例是3∶7，而NFPA1971方法中則改用兩個Meker燃燒器，分別與測試主體成45o放置在一排石英燈管兩側，如圖2-4所示，采用電加熱石英燈管，可調節其輸入電壓至輸出輻射熱與燃燒器火焰對流熱的比例為5∶5。
（2）測試試樣規格尺寸不同。NFPA 1971中改用試樣尺寸為150mm×150mm，試樣架上開的小孔尺寸為100mm×100mm。NFPA 1971方法主要用來測試建筑結構滅火用防護裝備的熱防護性能，各層按外殼層、汽障層和隔熱層排列，測試時外殼層面對熱源，銅片熱流計直接放置在隔熱層上，使熱流計與隔熱層直接接觸，一般結構火防護服裝的TPP值不得小于35.0cal/cm2。試樣架與石英燈管的距離為12.7cm。
圖2-4 NFPA 1971標準方法構造原理圖
三、NFPA 1977防野火用防護服與裝備——熱輻射防護性能性測試方法
該試驗是將試樣垂直放置在一排石英燈輻射源前，在規定的距離內，熱源對試樣進行熱輻射，用原理和結構與ASTM D 4108所述相似的銅片熱流計測量出造成人體皮膚二級燒傷所需要的時間t2，并計算出二級燒傷時間t2與暴露熱流量q2的總熱流量即RPP值：
式中：qr——規定輻射熱流量［0.5cal/（cm2·s）］或［2.0cal/（cm2·s）］；
t2——引起二度燒傷所需要的時間，s。
RPP值越大，表示熱防護服的防熱輻射性能越好；反之，越差。
NFPA 1977方法的實驗儀器主要有輻射熱源裝置、熱源預熱屏蔽裝置、試樣夾持裝置、銅片熱流計和繪圖記錄儀組成。
輻射源裝置由五根500W的紅外石英燈管作為輻射熱源，垂直地對試樣進行熱輻射。熱源的輻射熱量由調壓變壓器控制，通過調節輸入電壓，使石英燈管輻射出規定的熱流量為0.5cal/（cm2·s）或2.0cal/（cal2·s）。
由于石英燈管需要經過一段時間才能達到恒定的輻射熱流量，在此預熱過程中，試樣應不受到熱輻射，因此，在熱源與試樣之間設置一預熱屏蔽裝置，防止試樣過早地受到熱輻射，從而保證試樣的準確性。
試樣夾持裝置將試樣夾持并垂直放置于輻射熱源前。它由兩塊中間開有長方形孔的金屬板組成。
放置在試樣后的銅片熱流計用于測定透過試樣的熱流量，并將熱量計的溫度轉換為電壓輸出，并繪出銅片熱流計的溫度隨熱輻射作用時間的變化曲線。
在試驗測試時，首先剪取尺寸為22.86cm×10.16cm的五塊試樣，并在標準大氣壓下調濕，然后將試樣放入試樣夾持裝置內，保持試樣夾持平整，并將其放入試驗儀中。接著，打開電源，調節變壓器的輸出電壓至規定電壓，保證紅外加熱石英燈具有規定的輻射熱量。當紅外石英燈預熱60s后，撤去熱源預熱屏蔽裝置，使試樣垂直暴露在熱源下30s后，關閉電源和記錄儀，放上預熱屏蔽裝置，取下銅片熱流計并冷卻，試驗完畢。當熱量計溫度下降至33℃時，才能進行新一次試驗。
引起二度燒傷所需要的時間由記錄儀繪制熱流計溫度隨熱輻射時間變化曲線與二度燒傷標準曲線相交求得，最后，按公式（2-2）計算試樣的RPP值。
RPP試驗主要用于測定熱防護服的輻射熱防護性能。由于熱輻射是造成熱傷害的主要傳熱形式之一，所以該方法可以從一個方面較好的測試和評價熱防護服的熱防護性能，其在森林消防等領域得到了較廣泛的應用。