相较于传统的小型试验方法存在的试验操作环境与真实火灾相差较大，试验获得的数据只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较，不能作为评价材料在真实火灾中行为依据的问题。新一代实验室阻燃性能试验仪器，逐渐向着试验环境同火灾材料的真实燃烧环境接近，所得试验数据能够评价材料在火灾中的燃烧行为的方向发展。

目前，实验室材料燃烧性能和阻燃性能的评价方法主要有四种：

• 锥形量热仪(CONE)
• 氧弹量热仪
• 单体燃烧仪（SBI）
• 氧指数测定仪

随着阻燃科学与技术的迅速发展，出现了各种新的测试手段，上述四种方法是目前实验室对阻燃材料燃烧行为进行评估的主要手段，其中具有代表性的是锥形量热仪。锥形量热仪法由于具有参数测定值受外界因素影响小，与大型实验结果相关性好等优点被应用于很多领域的研究，并且锥形量热仪是公认的测量材料对火反应特性或燃烧特性的比较好的技术手段。

锥形量热仪（Cone Calorimeter，简称CONE）是火灾科学研究领域中重要的仪器设备之一。它不仅可以用于研究各类材料或制品的燃烧性能，以评价材料或制品的燃烧行为，而且其测得的数据还是性能化火灾设计和火灾模型化重要的数据来源。此外，通过CONE测试还能在一定程度上预测材料或制品在大尺寸试验中的燃烧行为和燃烧性能。

锥形量热仪(CONE)是美国国家科学技术研究所(NIST)的 Babrauskas于 1982 年提出，主要用以解决当时基于密闭空间内焓损失测定方法的小型热释放测试的不足。由于设备锥形加热器的形状，故被称为锥形量热仪。

对于CONE测试法，目前我国执行的是GB/T 16172-2007 《建筑材料热释放速率试验方法》，此标准等同采用ISO 5660-1：2002，而目前国外执行的有效国际标准为ISO 5660-1：2015 《对火反应试验—热释放、产烟量及质量损失率,第1部分:热释放速率(锥形量热仪法)和烟生成速率（动态测量）》，新版国际标准与我国采用的GB/T 16172标准存在一定的差异。

当然，锥形量热仪(CONE)在高校及科研中应用非常广泛，能够测试的标准非常多，并不是仅限于GB/T 16172-2007/ISO 5660-1：2015，不同国家和行业均有相应的测试标准，下面列出部分经常提及的相关标准以供参考。

锥形量热仪以氧消耗原理为基础，研究发现，基于耗氧量原理的量热计是较好的测试方法，即材料燃烧释放热量总是和燃烧过程耗氧量成正比，每消耗1kg氧气将释放13.1MJ的热量，且受燃料类型和是否发生完全燃烧影响很小。

只要能测定出材料在燃烧时消耗的氧量，就可以获得热释放速率(具体计算方法可参照GB/T 16172 标准中给出的公式)。不同热辐射强度下的热释放速率(HRR)是CONE 给出的重要的参数之一，同时还能给出其它许多参数。

• 圆锥形加热器。5kW电热元件，输出热量可达100kw/m2，可使用电动阀可调整高度，远距离控制锥形加热器的位置，用于测试水平或垂直方向的试样。
• 温度控制器。热流量可通过3个k型热电偶和3项(PID)的温度控制器控制，可以使用ConeCalc软件设置测试期间的10步温度剖面图，等速加热或分步控制热流量。
• 电动控制隔热板。可通过7英寸触摸屏或ConeCalc软件自动/手动控制拆分快门机构，保护样品在测试前不暴露在热的辐射下，确保初始质量测量的稳定性和操作人员的安全。
• 火花点火。10kV火花点火器，可自动定位与控制，配有安全切断装置。
• 试样夹。不锈钢制造，样品大小100mm×100mm，厚度不超过50mm，水平和垂直摆放。
• 测压元件。安装在一个独立的工作台上，避免了来自主机上排气扇所产生振动的影响。0.01g高分辨率，量程可达5.0kg或8.2kg。
• 玻璃防护屏。覆盖尺寸600mm×600mm,可收缩式的4面耐热玻璃防护屏为燃烧模块提供了一个自由的气流条件，并且为每个角度观察提供了清楚的视野。并且可以手动或电子控制耐热玻璃防护屏的升降。
• 排气系统。采用不锈钢制造，使用寿命长。包含大引擎盖，气体样品取样针，排风扇和孔板流量测试器。正常运行为24升/秒。
• 气体采样。包括微粒过滤器、冷冻冷阱、泵、干燥筒和流量控制器。
• 烟雾遮蔽。用激光系统测量，使用硅光电二极管，和一个0.5 mW氦氖激光器，主要及备用光电探测器。同时备有定位支架和0.3、0.8中性密度滤波器进行校准。
• 校准炉。校准仪器测试出的热释放率，使用99.5%纯度的甲烷。
• 热流计。用ConeCalc软件自动设置样品表面的辐射水平。
• 触摸屏。带有火花点火器定位、火模隔热控制、加热器高度调节、排风机控制和测试控制，7”的触摸控制器与主机的计算机控制相邻设计。
• 固定气体分析控制台 (iCone Classic)或移动气体分析架(iCone mini)。通过手动阀门和流量计控制和测量进入分析器的气体流量。
• 数据采集系统。
• ConeCalc软件。操作语言包括英语、法语、德语、西班牙语和日语。用户界面基于Windows操作系统，带易于使用的按钮操作，标准Windows数据输入方法，下拉选项，点击选中，以及开关。

锥形量热仪的

优点，就是能够在实验中测得多个与材料燃烧性能相关的数据，一些数据对阻燃研究和材料评价至关重要。那么CONE到底能够获得哪些参数，下面我们介绍一下。

上面我们详细介绍了锥形量热仪（CONE），那么就不得不再介绍一下微型量热仪（MCC）。

微型量热仪通常在几秒内就可确定基本化学热数值，预测材料防火性能。这一技术能用很小的样品（1-50mg）迅速确定参数，如热释放速率系数（W/g）、燃烧热量（J/g）、着火温度（°C）等，典型可重复性为±5%。

微型量热仪数据和防火测试数据 (锥形量热仪, OSU 热释放速率测定仪), 可燃性测试(LOI 高温氧指数仪, UL94 水平/垂直燃烧仪) 以及燃烧测试 (氧弹量热仪) 相关联，因此被视为确定和预测材料防火性能的一种高效，低成本的工具。

关于微型量热仪法，目前最常提及的是ASTM D7309 《Standard Test Method for Determining Flammability Characteristics of Plastics and Other Solid Materials Using Microscale Combustion Calorimetry（用微型燃烧量热法测定塑料和其他固体材料可燃特性的标准试验方法）》。我国根据ASTM D7309使用翻译法修改编写了商检行业标准SN/T 4879-2017《聚合物及其复合材料燃烧性能试验方法 微型量热法》，标准中进行了少量调整。

微型量热仪同样基于传统的氧耗量量热法。首先在热解器中以恒定的升温速率（通常1-5K/s）加热样品，并通过惰性气体从热解器中吹扫降解产物。将气流与氧气混合并在900℃下进入燃烧室，在那里分解产物被完全氧化。燃烧气体的氧气浓度和流速用于确定燃烧过程中涉及的氧气消耗，并且由这些测量确定热释放速率。总的来说，MCC是小型的锥量，但数据上不如锥量定量、详细。

• 双向96-264VAC, 50-60Hz（不需要切换）
• 厌氧和有氧高温分解
• 几分钟内就可以得到测试结果
• 自动控制温度和气体流速
• 样品尺寸（1-50mg）
• 过温保护装置
• 可拆卸的设备后盖，便于后期的部件维护，如燃料电池

锥形量热仪是基于“耗氧原理”的新一代燃烧试验仪器，其最大的特点是以强制外加热辐射模式来研究物质的燃烧行为，并以时间为维度，即时地记录物质在燃烧过程中释放热、重量、气氛等多方面的变化，可以在一定程度上较全面的定量描述物质的燃烧过程，并以此考察物质在特定外场环境下的燃烧性能，进而剖析其内在的燃烧特性。就试验规模而言，锥形量热法仍归属于小型实验的范畴，但因为锥形量热仪独特的强制燃烧设计，可以有效模拟现实火灾的燃烧情景，其测试结果可与传统大型燃烧试验的结论形成比对。

锥形量热仪和微型量热仪在各行业研究中的应用主要可以概括为3方面，并以此为基础应用于各个行业：

建筑材料防火性能至关重要，与建筑材料阻燃性能相关的标准和试验方法是目前涉及范围较广、发展较为完备的领域。与ISO 5660-1：2002等同的GB/T 16172-2007被大量标准引用以材料的阻燃性能，如GB/Z 5169.32-2013《电工电子产品着火危险试验 第32部分:热释放 绝缘液体的热释放》、GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》等。

电线电缆的阻燃问题一直是业内广为关注的焦点。为模拟线缆的实际燃烧过程，电线电缆的燃烧试验普遍具有试验种类多、规模大、成本高的特点，且通常要结合多项试验结果才能对其阻燃的有效性进行综合判定，而电缆料多采用极限氧指数来定量评估其阻燃性能。电线电缆的燃烧过程远较氧指数实验复杂，二者的结果并不具有对应性。

锥形量热仪可以同时满足线缆成品与电缆料的测试需求，为二者试验结论间的类比提供了基础。如欧洲标准EN 50399“着着火条件下电缆的通用试验，火焰蔓延试验中测量热释放量和冒烟量－测试仪器、程序和结果。”中即联用锥形量热仪的氧分析系统与烟雾分析系统来研究成束电缆燃烧过程中热释放与烟雾释放速率。

此外，在《基于CONE和MCC的典型电缆燃烧性能研究》中，采用锥形量热仪和微燃烧量热仪对4类不同护套材料电缆的8种电缆样品进行燃烧性能分析研究。

轨道客车使用复合材料已经有着几十年的历史，在车辆轻量化方面起到了重要的作用。随着列车防火需求的提升，内饰材料的安全性也逐步得到提高，地铁和高铁要求严格的材料防火性能，同时也是锥形量热仪的重要应用领域之一。

在国际海域航行的船舶都要遵循SOLAS（海上生命安全公约）的规定，船舶包括轮船、舰艇等等。由于船舶发生火灾时不易逃生，其材料的防火性能特别受到关注。

美国联邦航空管理局（FAA）监管在美国运营的飞机，但其指导方针在被全球采用。在美国联邦航空局飞机材料防火测试手册中详细介绍了客机所用材料的防火测试。FTT微型量热仪就是与FAA共同研发，且微型量热仪的测试数据与FAA测试标准中ASTM E906 OSU 热释放速率测定仪的数据相关联，且试验成本较低。

塑料是火灾中常见的着火材料，锥形量热仪被普遍用于对几种常用塑料的燃烧裂解行为进行了研究，分析比较典型塑料材料在不同辐射功率下燃烧裂解的变化规律，以及不同阻燃体系对塑料燃烧裂解行为的影响。探讨了火灾条件下塑料燃烧裂解的原因，以及某些阻燃体系的阻燃作用。

此外，锥形量热仪还可用于评价包装材料、农作物、小商品等火灾危险性。近几年来，还有学者把锥形量热仪用于热塑性高分子材料的燃烧过程模拟与分析和研究金属、钢结构等材料的燃烧性能，是推进阻燃材料研发的重要试验设备。

室内装修及家具材料的使用非常普遍，这些材料的燃烧特性对建筑火灾的发生、发展、蔓延及危害后果有重要影响。不少研究者采用锥形量热仪，通过测试各种装修及家具材料(如壁纸、PVC复合板、胶合板、室内装饰、装修材料等)的燃烧特性和不同辐射条件下的各种参数，比较材料的火灾安全性能，对材料的安全使用和建筑火灾预防与控制具有重要意义。

木材是建筑、家具的主要原材料，同时被用于构建防火带、人工林等重要设施，其燃烧性能的研究与阻燃性能的改善一直是关注较多的领域。锥形量热仪作为研究材料燃烧性能的优质方法，被大量应用于木材阻燃性能的研究。如基于锥形量热仪以南方7种树叶为例评价比较一维和三维燃烧性；进行苏北防火林带8种主要树种抗火能力的分析；测试ASD阻燃剂对落叶松材阻燃性能的影响；进行竹材发泡板热解和燃烧特性测试等。