轨道交通材料烟密度测试

轨道交通材料烟密度测试是评估轨道交通车辆（如地铁、高铁、轻轨）所用材料（如内饰、座椅、地板、电缆等）在燃烧或高温条件下产生烟雾浓度的关键检测项目，直接关系到火灾发生时的人员疏散安全（浓烟会阻碍视线、引发窒息）。

以下从测试目的、核心参数、测试方法、流程及标准等方面详细说明：

一、测试目的

保障火灾逃生安全：轨道交通车辆空间封闭，火灾时材料燃烧产生的浓烟是导致人员伤亡的主要原因（烟雾中的有毒气体和能见度降低会阻碍疏散）。

测试烟密度可评估材料燃烧时的产烟特性，确保材料在规定范围内产烟。

符合法规要求：各国轨道交通行业对材料烟密度有严格强制标准（如中国 GB 5135.1、欧盟 EN 45545），测试是产品准入的必要条件。

优化材料选型：通过对比不同材料的烟密度数据，指导企业选择低烟材料（如阻燃型塑料、耐火织物），降低火灾风险。

二、核心测试参数

烟密度等级（Smoke Density Rating, SDR）：

定义：材料燃烧或受热时产生烟雾的光学密度积分值，以 0-100 表示（0 为无烟，100 为完全遮光）。

意义：SDR 值越低，材料产烟量越少，火灾时能见度越高。

最大烟密度（Maximum Specific Optical Density, Dm）：

定义：测试过程中烟雾达到的最大光学密度（反映烟雾浓度峰值），通常需记录达到峰值的时间。

产烟速率：烟雾浓度随时间的上升速度，速率越快说明材料燃烧时烟雾扩散越迅速，对疏散威胁越大。

测试环境：根据场景分为 “有焰燃烧”（明火点燃）和 “无焰燃烧”（高温辐射引燃，如 1000℃热辐射），分别模拟不同火灾阶段的产烟特性。

三、主要测试方法

轨道交通材料烟密度测试以光学测量法为核心，通过测定光线穿过烟雾后的衰减程度计算烟密度，主流方法有两种：

1. NBS 烟箱法（适用于多数固体材料）

原理：将样品置于密闭烟箱中，通过电加热器或明火点燃，用光源（如激光）照射烟雾，另一侧的光电探测器测量透光率，根据透光率衰减计算烟密度。

设备：NBS 烟密度计（容积约 0.5m³ 的密闭箱体，含燃烧系统、光学测量系统、温度控制系统）。

适用材料：塑料、橡胶、织物、木材等固体材料，是轨道交通内饰材料的常用测试方法。

2. 单室法（适用于电缆等管状材料）

原理：针对电缆等长条形材料，将其水平固定在圆柱形燃烧筒中，用火焰或热辐射引燃，通过轴向光学系统测量烟雾浓度，更贴合电缆燃烧的实际场景。

标准依据：如 GB/T 17651（电缆或光缆在特定条件下燃烧的烟密度测定）。

四、测试流程（以 NBS 烟箱法为例）

1. 样品准备

取样：从材料不同部位截取代表性样品（如内饰板取 3 块 100mm×100mm 的试样，厚度不超过 25mm），记录材料类型、厚度、表面处理（如涂层、镀层）。

状态调节：将样品在（23±2）℃、相对湿度（50±5）% 的环境中放置 24 小时，消除环境湿度对测试结果的影响。

2. 设备准备

校准烟箱：用标准中性滤光片校准光学系统（确保透光率测量误差≤±2%），检查燃烧器（如丙烷火焰）的流量和温度稳定性。

设定测试条件：根据标准选择 “有焰燃烧”（火焰直接点燃，如丙烷火焰高度 40mm）或 “无焰燃烧”（1000℃热辐射板，无明火），并设定测试时间（通常为 10 分钟）。

3. 燃烧与产烟测试

将样品固定在烟箱内的样品架上（距离光源和探测器光路中心 150mm），关闭烟箱门，确保密闭。

启动测试：

有焰燃烧：点燃燃烧器，使火焰垂直或倾斜接触样品表面，同时启动光学测量系统，每 15 秒记录一次透光率。

无焰燃烧：启动热辐射板，使样品在高温辐射下分解产烟，同步记录透光率变化。

测试期间实时监测烟箱内温度（避免温度过高影响光学系统）和压力（保持微正压，防止烟雾泄漏）。

4. 数据计算

根据透光率（T）计算光学密度（D）：D = log₁₀(100/T)（透光率越低，光学密度越大，烟雾越浓）。

计算烟密度等级（SDR）：对测试时间内的光学密度进行积分，按公式换算为 0-100 的等级（公式：SDR = (∫Ddt / 1000) × 100，积分时间通常为 600 秒）。

记录最大烟密度（Dm）及对应的时间（如 30 秒时达到 Dm=50）。

5. 结果判定

对比测试结果与标准限值（如中国 GB 5135.1 规定，轨道交通车辆内饰材料有焰燃烧 SDR≤75，无焰燃烧 SDR≤100），判定材料是否合格。

四、相关标准

不同国家和地区的轨道交通材料烟密度标准差异较大，核心标准如下：

标准体系 标准编号 / 名称 适用场景 关键限值（有焰燃烧 SDR）

中国国家标准 GB 5135.1-2019《自动喷水灭火系统 第 1 部分：洒水喷头》（关联材料测试） 地铁、高铁车辆内饰 ≤75（多数内饰材料）

中国铁道标准 TB/T 3138-2018《动车组用内装材料阻燃技术条件》 动车组内饰（座椅、地板） ≤50（关键区域材料）

欧盟标准 EN 45545-2《铁路应用 铁路车辆的防火保护 第 2 部分：材料和元件的防火要求》 欧盟成员国轨道交通车辆 根据风险等级（HL1-HL3），SDR≤60-90

国际标准 ISO 5659-2《塑料 烟雾生成 第 2 部分：单室法测定光密度》 塑料类轨道交通材料 按产品类型规定，通常≤80

五、注意事项

样品代表性：

复合材料（如多层织物、涂层板材）需整体测试，不可拆分（拆分可能改变燃烧产烟特性）。

样品厚度需与实际使用一致（厚度增加可能导致产烟量上升）。

设备校准：

光学系统需每周校准（灰尘或烟雾残留会影响透光率测量），燃烧器火焰高度需用标尺定期核查。

烟箱需定期清洁（残留烟雾颗粒会污染下次测试），必要时用酒精擦拭内壁。

环境控制：

测试环境温度需稳定（23±5℃），避免气流干扰烟箱内烟雾分布（测试时关闭通风设备）。

燃烧用气体（如丙烷）纯度需达标（纯度≥95%），杂质可能影响燃烧效率和产烟量。

安全防护：

测试需在通风橱内进行，操作人员佩戴防毒面具（烟雾可能含氯化氢、氰化氢等有毒气体）。

烟箱需配备防爆玻璃和紧急停止装置，防止燃烧失控。

六、应用场景

车辆内饰：座椅面料、顶棚、侧壁板、窗帘等，这些材料直接暴露在火灾中，是产烟的主要来源。

电缆材料：车内电线、电缆的绝缘层（如聚氯乙烯），燃烧时不仅产烟，还可能释放有毒气体，需同时满足低烟和低毒要求。

结构材料：地板、行李架、扶手等，高温下可能分解产烟，影响疏散通道能见度。

通过轨道交通材料烟密度测试，可严格管控材料的产烟特性，为车辆火灾安全设计提供数据支持，最大限度减少火灾时的烟雾危害，保障乘客生命安全。