ISO 21367:2007
(Main)Plastics — Reaction to fire — Test method for flame spread and combustion product release from vertically oriented specimens
Plastics — Reaction to fire — Test method for flame spread and combustion product release from vertically oriented specimens
ISO 21367:2007 specifies a test method for plastics for the determination of the heat release rate, ignitability, surface spread of a flame, falling droplets/particles and smoke production using a "medium" scale specimen that simulates the early development stage of the fire. This test method can be used as a screening test for intermediate scale and large scale tests in addition to its use in factory production control, research and product development. ISO 21367:2007 provides data that is suitable for comparing reaction-to-fire performance of many materials, products, composites or assemblies under end use application conditions. The results of this test method are limited to specimens with heat release rates of less than 10 kW.
Plastiques — Réaction au feu — Méthode d'essai de propagation de flamme et de dégagement de produits de combustion à partir d'éprouvettes orientées verticalement
L'ISO 21367:2007 spécifie une méthode d'essai des plastiques en vue de déterminer le débit calorifique, l'allumabilité, la propagation de flamme en surface, la chute de gouttelettes ou particules et la production de fumée à l'aide d'une éprouvette de taille moyenne qui simule le stade précoce d'apparition de l'incendie. Il est possible d'employer cette méthode d'essai pour les essais d'orientation à échelle intermédiaire et à grande échelle en complément de son utilisation pour le contrôle de production en usine et en recherche et développement. L'ISO 21367:2007 d'essai fournit des données adaptées pour la comparaison des réactions au feu de nombreux matériaux, produits, composites ou assemblages dans les conditions d'utilisation finale. Les résultats de cette méthode d'essai se limitent aux éprouvettes dont le débit calorifique est inférieur à 10 kW.
General Information
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 21367
First edition
2007-05-01
Plastics — Reaction to fire — Test
method for flame spread and combustion
product release from vertically oriented
specimens
Plastiques — Réaction au feu — Méthode d'essai de propagation de
flamme et de dégagement de produits de combustion à partir
d'éprouvettes orientées verticalement
Reference number
ISO 21367:2007(E)
©
ISO 2007
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ISO 21367:2007(E)
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ISO 21367:2007(E)
Contents Page
Foreword. iv
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions. 2
4 Symbols . 3
5 General principles. 3
6 Test apparatus . 4
7 Test specimen . 13
7.1 Surface characteristics . 13
7.2 Exposed surface . 13
7.3 Number and size of specimen . 13
7.4 Construction of specimen . 14
7.5 Conditioning of specimens. 14
7.6 Preparation . 14
8 Test environment. 16
9 Calibration . 16
9.1 Preliminary calibration . 16
9.2 Operating calibrations. 17
9.3 Less frequent calibrations . 18
10 Test procedure . 19
10.1 Warning. 19
10.2 Initial preparation. 19
10.3 Procedure . 20
11 Calculation. 21
11.1 Calibration constant for oxygen consumption analysis. 21
11.2 Heat release rate . 21
11.3 Exhaust duct flow rate. 22
11.4 Smoke production rate (SPR). 22
12 Test report . 23
Annex A (normative) Additional calculations. 24
Annex B (informative) Simplified version of the apparatus . 26
Annex C (informative) Repeatability of the test method . 28
Annex D (informative) Calibration of the working heat flux meter. 32
Bibliography . 33
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ISO 21367:2007(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 21367 was prepared by Technical Committee ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 4, Burning
behaviour.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 21367:2007(E)
Plastics — Reaction to fire — Test method for flame spread and
combustion product release from vertically oriented specimens
WARNING — Avoidance of misleading inferences
This standard method of test should be used solely to measure and describe the properties of
materials, products or systems in response to heat or flame under controlled laboratory conditions,
and should not be considered or used by itself for describing or appraising the fire hazard of
materials, products or systems under actual fire conditions or as the sole source on which regulations
pertaining to smoke production can be based.
WARNING — Avoidance of danger to test operators
So that suitable precautions to safeguard health are taken, the attention of all concerned in fire tests
is drawn to the fact that harmful gases are evolved in combustion of test specimens.
Attention is drawn to the hazards arising from the hot radiator, and the use of a mains-voltage
electricity supply.
1 Scope
This International Standard specifies a test method for plastics for the determination of the heat release rate,
ignitability, surface spread of a flame, falling droplets/particles and smoke production using a “medium” scale
specimen that simulates the early development stage of the fire. This test method can be used as a screening
test for intermediate scale and large scale tests in addition to its use in factory production control, research
and product development.
This test method provides data that is suitable for comparing reaction-to-fire performance of many materials,
products, composites or assemblies under end use application conditions.
The results of this test method are limited to specimens with heat release rates of less than 10 kW.
WARNING — Specimens having the dimensions specified in this International Standard may generate
heat release rates well in excess of 10 kW. In such cases, the test shall be stopped immediately once
the heat release rate exceeds 10 kW.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 291, Plastics — Standard atmospheres for conditioning and testing
ISO 554, Standard atmospheres for conditioning and/or testing — Specifications
ISO 5660-1, Reaction-to-fire tests — Heat release, smoke production and mass loss rate — Part 1: Heat
release rate (cone calorimeter method)
ISO 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO/TS 14934-1, Fire tests — Calibration and use of radiometers and heat flux meters — Part 1: General
principles
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ISO 21367:2007(E)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943 and the following apply.
3.1
essentially flat surface
surface whose irregularity from a plane does not exceed ± 1 mm
3.2
flashing
existence of flame on or over the surface of the specimen for a period of less than 1 s
3.3
ignition
onset of sustained flaming
NOTE See 3.10.
3.4
heat flux
amount of thermal energy emitted, transmitted or received per unit area and unit time
3.5
material
single substance or uniformly dispersed mixture
NOTE Types of material include metal, stone, timber, concrete, mineral fibre, polymers.
3.6
oxygen consumption principle
proportional relationship between the mass of oxygen consumed during combustion and the heat released
3.7
product
material, composite or assembly about which information is required
3.8
specimen
representative piece of the product that is to be tested together with any substrate or treatment
3.9
sustained flaming
existence of flame on or over the surface of the specimen for periods of over 10 s
3.10
transitory flaming
existence of flame on or over the surface of the specimen for periods equal or more than 1 s but less than
10 s
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ISO 21367:2007(E)
4 Symbols
Symbol Designation Units
1/2
C orifice flow meter calibration constant (m·kg K)
−1
∆h net heat of combustion kJ g
c
∆P orifice meter pressure differential Pa
q heat release rate kW
r
stoichiometric oxygen/fuel mass ratio (dimensionless)
o
t time s
t delay time of the oxygen analyser s
d
t time to ignition (onset of sustained flaming) s
ig
∆t
sampling time intervals s
T absolute temperature of gas at the orifice meter K
e
X oxygen analyser reading, mole fraction of oxygen (dimensionless)
O
2
0
X initial value of oxygen analyser reading (dimensionless)
O
2
1
X oxygen analyser reading, before delay time correction (dimensionless)
O
2
5 General principles
In an open ventilation condition, the test specimen is held in a vertical position and is subjected to an
irradiative heat source at its base in the presence of a pilot flame.
The smoke and gases that are generated are collected by a hood in the extraction duct, where an oxygen-
depletion measurement device measures the heat release rate, and an opacimeter measures the smoke
opacity.
The vertical and lateral flame spread and the falling of flaming droplets and/or particles are also measured.
NOTE An alternative method for measuring the heat release rate using a set of thermocouples is outlined in Annex B.
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ISO 21367:2007(E)
6 Test apparatus
6.1 General.
An example of the test apparatus is given in Figure 1 and should consist of the following components:
⎯ stainless steel hood;
⎯ radiant electric heater (see 6.2);
⎯ dummy specimen (see 6.3);
⎯ backing board and spacers (see 6.4);
⎯ specimen holder (see 6.5);
⎯ pilot burner (see 6.6);
⎯ exhaust gas system with flow measuring instrumentation (see 6.7);
⎯ gas sampling system (see 6.8);
⎯ oxygen analyser (see 6.9);
⎯ opacimeter for the smoke opacity measurement (see 6.10);
⎯ heat flux meter (see 6.11);
⎯ calibration burner (see 6.12);
⎯ data collection and analysis system (see 6.13).
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ISO 21367:2007(E)
Key
A regulation of the ventilation F thermocouples
B gas flow meter G opacimeter
C radiant electric heater control device H specimen holder
D fan I electric radiant heater
E restrictive orifice with differential pressure measurement X probe sampler
Figure 1 — Example of apparatus
The individual components of the apparatus are described in detail in the following subclauses.
NOTE For factory production control with a simplified version of the apparatus, thermocouples inside the exhaust
duct could be used to replace the oxygen monitoring for the heat release measurement. An example of a schematic
representing the assembly is given in Figure 1.
6.2 Radiant electric heater.
6.2.1 A radiant electric heater shall be capable of producing irradiance on the surface of the specimen of up
2
to 75 kW/m when the distance between the radiant heater and the specimen is at least 50 mm. The heat flux
shall be uniform at least over the central 100 mm × 100 mm area of exposed specimen surface. The following
radiant electric heaters (see 6.2.2 and 6.2.3) can satisfy these requirements.
6.2.2 If a cylindrically shaped radiant electric heater (Figure 2) is used, the active element of the heater
shall consist of an electric heater rod, capable of delivering 9 kW at the operating voltage, tightly wound into
the shape of a spiral with an external diameter of 190 mm. The heater element is welded on a nickel-
chromium alloy plate, which has a thickness of 10 mm, and encased in a cylindrical metal box. The radiation
from the heater shall be maintained at a preset level by controlling the electric power level.
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ISO 21367:2007(E)
Dimensions in millimetres
Key
M electric heater rod
N thermocouple
O insulating material (ceramic fibre)
P inconel plate
Figure 2 — Electric heater
6.2.3 If a conically shaped radiant electric heater is used, the heater shall be in accordance with ISO 5660-1.
6.3 Dummy specimen.
The dummy specimen shall consist of a calcium silicate board with a surface area of 700 mm × 500 mm, a
3
thickness of (12 ± 3) mm and a density of (800 ± 150) kg/m . It shall be placed on the specimen holder during
warm up and before and after each test.
6.4 Backing boards and spacers.
Backing boards shall be cut from non-combustible board (for example, calcium silicate board) (12 ± 3) mm
3
thick with the same dimensions as the dummy specimen and an oven-dry density of (800 ± 150) kg/m .
Spacers used to create the air gap specified in 7.6 shall be made of the same material as the backing board,
cut into wide strips and attached to the whole perimeter of the backing board.
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ISO 21367:2007(E)
Backing boards and spacers may be re-used if they are not contaminated by combustible residues.
Immediately before re-use, however, they shall be conditioned in the atmosphere specified in 7.5 for a
minimum of 24 h. If there is any doubt about the cleanliness of a backing board or spacer, it shall be placed in
a ventilated oven at a temperature of approximately 250 °C for a period of 2 h to remove any volatile residue.
If there is still any doubt about the condition, it shall be discarded.
6.5 Specimen holder.
6.5.1 The specimen holder shall be composed of a frame that is fixed on a carriage (Figure 3).
6.5.2 The frame shall be constructed of stainless steel with a thickness of (3,5 ± 0,2) mm in a rectangular
shape, and shall be able to support test specimens with a surface area of (700 ± 5) mm × (500 ± 5) mm and a
maximum thickness of 90 mm (Figure 3).
Dimensions in millimetres
Key
H steel frame
Q sample
S carriage
T tray
Figure 3 — Specimen holder
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ISO 21367:2007(E)
6.6 Pilot burner.
6.6.1 The pilot burner shall be a stainless steel tube of 6 mm internal diameter. It has 16 holes of 1 mm
diameter and shall be placed, when operating, between the test specimen and the heater (Figure 4). The
burner shall be adjustable to compensate for the thickness modification of the specimen during combustion.
Two metallic spacers shall be located at each side of the burner to maintain a constant distance of
(20 ± 5) mm between the specimen surface and the pilot flame.
6.6.2 An air/gas mixture shall be used to fuel the burner to obtain flames that are 20 mm long. The flow
delivered to the burner shall be (3 ± 0,1) l/min for air and (1 ± 0,1) l/min for propane gas to obtain horizontal
flames.
Dimensions in millimetres
Key
I electric heater
Q sample
R pilot burner ramp
Figure 4 — Pilot burner
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ISO 21367:2007(E)
6.7 Exhaust gas system with flow measuring instrumentation.
6.7.1 The exhaust gas system (Figure 5) shall consist of a centrifugal exhaust fan rated for the operating
temperatures, a hood intake and exhaust ducts for the fan, and an orifice-plate flow meter. The distance
between the lower edge of the hood and the top of the specimen shall be at least 105 mm. The exhaust
system shall be capable of developing flows that reach the working conditions in the duct at standard
conditions of temperature and pressure.
The internal diameter of the duct shall be at least 100 mm.
NOTE 1 The location of the fan indicated in Figure 5 is one of the possible options.
NOTE 2 A duct of 100 mm diameter is suitable to measure up to 10 kW.
Dimensions in millimetres
Key
D fan
F thermocouples
G opacimeter
U thermocouple
X probe sampler
Y five 10 mm diameter holes distributed around a circle at 72° intervals
a
Differential pressure measurement from orifice-plate flow meter.
Figure 5 — Example of exhaust system
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ISO 21367:2007(E)
6.7.2 A restrictive orifice with an internal diameter of (100 ± 5) mm shall be located between the hood and
the duct to promote mixing.
6.7.3 A vertical probe sampler, with holes and an internal diameter of 8 mm (see Figure 6), shall be located
in the fan intake duct for gas sampling. The probe sampler shall contain 54 small holes, each with a diameter
of (2 ± 0,1) mm, to maintain a uniform stream composition, with the holes facing away from the flow to avoid
soot clogging.
Dimensions in millimetres
Figure 6 — Gas probe
6.7.4 The temperature of the gas stream shall be measured using a 1 mm external-diameter sheathed-
junction thermocouple that is upstream from the measuring orifice plate.
6.7.5 The flow rate shall be determined by measuring the differential pressure across a sharp-edge orifice
of the plate flow meter in the exhaust stack, at least 1 300 mm downstream from the fan (if the fan is located
as shown in Figure 5). The orifice of the plate flow meter has an internal diameter of (80 ± 1) mm and a
thickness of (1,6 ± 0,1) mm. It is acceptable to place the orifice plate between the probe sampler and the fan.
However, in that case the length of the straight duct section on both sides of the orifice plate shall be at least
five times the diameter of the duct.
6.8 Gas sampling apparatus.
The gas sampling apparatus shall incorporate a pump, a glass microfibre filter (to prevent entry of soot), a
cold trap (to remove most of the moisture), a bypass system (set to divert all flow except that required for the
gas analysers), a further moisture trap and a trap for CO removal. Other arrangements that satisfy this
2
International Standard may be used. The transport delay time of the oxygen analyser, t , shall be determined
d
according to 9.1.3.
6.9 Oxygen analyser.
The oxygen analyser shall be able to detect the paramagnetic properties of oxygen, with a range of at least
0 % to 25 % oxygen. The analyser shall exhibit a noise and drift of not more than 100 µl/l of oxygen over a
period of 30 min, as measured according to 9.1.4. Since oxygen analysers are sensitive to stream pressures,
the stream pressure shall be regulated (upstream of the analyser) to minimize flow fluctuations and the
readings from the analyser shall be compensated with an absolute pressure transducer to allow for
atmospheric pressure variations. The analyser and the absolute pressure transducer shall be located in an
isothermal environment. The temperature of the environment shall be maintained to within ± 2 °C of a preset
value between 30 °C and 70 °C. The oxygen analyser shall have a 10 % to 90 % full-scale response time of
less than 12 s, as measured according to 9.1.3.
10 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO 21367:2007(E)
6.10 Opacimeter for the smoke opacity measurement.
A light attenuation system of the white light type, mounted with a flexible connection to the sides of the
exhaust duct, consists of the following (see Figure 7).
6.10.1 Lamp, of the incandescent filament type and operating at a colour temperature of (2 900 ± 100) K.
The lamp shall be supplied with stabilized direct current, stable to within ± 0,5 % (including temperature and
short-term and long-term stability).
6.10.2 Lens system, to align the light to a parallel beam with a diameter of at least 20 mm. The photocell
aperture shall be placed at the focus of the lens in front of it and it shall have a diameter, d, chosen with
regard to the focal length of the lens, f, so that d/f is less than 0,04.
6.10.3 Detector, with a spectrally distributed responsivity agreeing with the CIE V(λ) function (the CIE
photopic curves) to an accuracy of at least ± 5 %. The detector output shall, over an output range of at least
two decades, be linear within 3 % of the measured transmission value or 1 % of the absolute transmission.
For the calibration of the light attenuation system, see 9.3.4. The 90 % response time of the system shall be
not more than 3 s.
Air shall be introduced in the side ducts so that the optics remains clean. Pressurized air may be used to
achieve this.
Dimensions in millimetres
Key
H and J lamp and detector
L filter holder
Figure 7 — Smoke opacity measurement
6.11 Heat flux meter.
A working heat flux meter shall be used to calibrate the radiant electric heater (9.2.4). During the calibration,
the heat flux meter shall be positioned in a hole made in a dummy specimen (6.3), which has been placed on
the specimen holder, at a location equivalent to the centre of the irradiated zone on the specimen surface.
2
This heat flux meter shall be of the Schmidt-Boelter (thermopile) type with a design range of (100 ± 10) kW/m .
The target receiving the heat shall be flat, circular, approximately 12,5 mm in diameter and coated with a
durable matt black finish that has a surface emissivity, e, of (0,95 ± 0,05). The target shall be water-cooled.
Cooling temperatures that cause condensation of water on the target surface of the heat flux meter shall not
be used.
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ISO 21367:2007(E)
Radiation shall not pass through any window before reaching the target surface. The instrument shall be
robust, simple to set up and use, and stable in calibration. The instrument shall have an accuracy to within
± 3 %, and a repeatability to within ± 0,5 %.
The calibration of the working heat flux meter shall be checked, according to 9.3.1, by comparison with two
instruments of the same type as the heat flux meter and with a similar range, which are held as reference
standards only and not used for any other purpose (see Annex D). One of the reference standards shall be
fully calibrated according to ISO/TS 14934-1 at a standardizing laboratory at yearly intervals.
6.12 Calibration burner.
The calibration burner shall be made of metal (such as copper or steel) with 2,4 ± 0,1 mm thickness and have
a rectangular shape. The gas outlet section shall be 106 mm × 106 mm in size and filled with sand (Figure 8).
A rotameter shall be used to control the propane flow.
Dimensions in millimetres
Key
1 square receptacle in stainless steel
2 sand within size distribution of 1 mm to 2 mm
3 tube, interior diameter 8 mm
3
4 layer of ceramic fibre (106 × 106 × 12) mm, density 100 kg/m
3
5 layer of ceramic fibre (50 × 50 × 22) mm, density 100 kg/m
6 handle
Figure 8 — Calibration burner
12 © ISO 2007 – All rights reserved
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ISO 21367:2007(E)
6.13 Data collection and analysis system.
The data collection and analysis system shall have facilities for recording the output from the oxygen analyser,
the orifice-plate flow meter and the thermocouples. The data collection system shall have an accuracy
corresponding to at least 50 µl/l of oxygen for the oxygen channel, 0,5 °C for the temperature measuring
channels, 0,01 % of full-scale instrument output for all other instrument channels, and at least 0,1 % for time.
The system shall be capable of recording data every second. The raw data recorded for each test must be
stored so that it can be recovered and used to check the accuracy of the software.
7 Test specimen
7.1 Surface characteristics
7.1.1 A product having one of the following characteristics is suitable for evaluation using this method:
a) an essentially flat exposed surface, i.e. all surface irregularities are within ± 1 mm of plane;
b) a surface irregularity which is evenly distributed over the exposed surface provided that
1) at least 50 % of the surface of a representative square area lies within a depth of 6 mm from a plane
across the highest points of the exposed surface, and/or
2) any cracks, fissures or holes do not exceed 8 mm in width or 10 mm in depth, and the total area of
such cracks, fissures or holes at the surface does not exceed 30 % of a representative square area
of the exposed surface.
7.1.2 Where a product has areas of its surface which are distinctly different, but each of these separate
areas satisfies the surface characteristics specified in 7.1.1, then each of these separate areas shall be tested
to evaluate fully the product.
7.1.3 When an exposed surface does not comply with the requirements of either 7.1.1 a), or 7.1.1 b), the
product may be tested in a modified form with an essentially flat exposed surface. The modification shall be
stated in the report.
7.2 Exposed surface
The product shall be tested on that face which will normally be exposed in use, taking into account the
following.
a) If it is possible for either or both of the faces to be exposed in use, then, if the core is asymme
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 21367
Deuxième édition
2007-05-01
Plastiques — Réaction au feu — Méthode
d'essai de propagation de flamme et de
dégagement de produits de combustion à
partir d'éprouvettes orientées
verticalement
Plastics — Reaction to fire — Test method for flame spread and
combustion product release from vertically oriented specimens
Numéro de référence
ISO 21367:2007(F)
©
ISO 2007
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ISO 21367:2007(F)
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ISO 21367:2007(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
1 Domaine d'appplication . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions. 2
4 Symboles . 3
5 Principes généraux. 3
6 Appareillage d'essai . 3
7 Éprouvette . 13
7.1 Caractéristiques de surface. 13
7.2 Surface exposée . 13
7.3 Nombre et taille des éprouvettes . 13
7.4 Construction de l'éprouvette. 14
7.5 Conditionnement des éprouvettes. 14
7.6 Préparation . 14
8 Environnement de l'essai. 16
9 Étalonnage. 16
9.1 Étalonnage préalable. 16
9.2 Étalonnages de fonctionnement . 17
9.3 Étalonnages moins fréquents . 18
10 Mode opératoire d'essai. 19
10.1 Avertissement . 19
10.2 Préparation initiale. 19
10.3 Mode opératoire . 20
11 Calculs . 21
11.1 Constante d'étalonnage pour l'analyse de la consommation d'oxygène . 21
11.2 Débit calorifique. 22
11.3 Débit du conduit d'évacuation. 22
11.4 Taux de production de fumée (SPR). 22
12 Rapport d'essai . 23
Annexe A (normative) Calculs supplémentaires . 25
Annexe B (informative) Appareillage simplifié. 27
Annexe C (informative) Répétabilité de la méthode d'essai . 29
Annexe D (informative) Étalonnage du fluxmètre thermique secondaire . 33
Bibliographie . 34
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ISO 21367:2007(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 21367 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 61, Plastiques, sous-comité SC 4, Comportement
au feu.
iv © ISO 2007 – Tous droits réservés
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NORME INTERNATIONALE ISO 21367:2007(F)
Plastiques — Réaction au feu — Méthode d'essai de
propagation de flamme et de dégagement de produits de
combustion à partir d'éprouvettes orientées verticalement
AVERTISSEMENT — Éviter toute déduction trompeuse
Il convient d'employer la présente méthode d'essai normative uniquement à des fins de mesurage et
de description des propriétés de matériaux, produits ou systèmes en réponse à la chaleur ou aux
flammes dans des conditions contrôlées de laboratoire. Il convient de ne pas l'employer seule pour
décrire ou évaluer les dangers d'incendie de matériaux, produits ou systèmes dans des conditions
réelles d'incendie ou comme unique document sur lequel peut reposer la législation concernant la
production de fumée.
AVERTISSEMENT — Prévention des risques pour les opérateurs d'essai
Afin que des mesures de protection de la santé adaptées soient prises, l'attention de toute personne
impliquée dans la réalisation des essais au feu est attirée sur le fait que des gaz nocifs se dégagent
des éprouvettes en combustion.
L'attention est également attirée sur les dangers liés à la chaleur du radiateur et à l'utilisation d'une
source d'alimentation électrique à la tension du secteur.
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie une méthode d'essai des plastiques en vue de déterminer le débit
calorifique, l'allumabilité, la propagation de flamme en surface, la chute de gouttelettes ou particules et la
production de fumée à l'aide d'une éprouvette de taille moyenne qui simule le stade précoce d'apparition de
l'incendie. Il est possible d'employer cette méthode d'essai pour les essais d'orientation à échelle
intermédiaire et à grande échelle en complément de son utilisation pour le contrôle de production en usine et
en recherche et développement.
La présente méthode d'essai fournit des données adaptées pour la comparaison des réactions au feu de
nombreux matériaux, produits, composites ou assemblages dans les conditions d'utilisation finale.
Les résultats de cette méthode d'essai se limitent aux éprouvettes dont le débit calorifique est inférieur à
10 kW.
AVERTISSEMENT — Les éprouvettes ayant les dimensions spécifiées dans la présente Norme
internationale sont susceptibles de générer des débits calorifiques bien supérieurs à 10 kW. Dans ce
cas, l'essai doit être immédiatement interrompu dès que le débit calorifique dépasse 10 kW.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 291, Plastiques — Atmosphères normales de conditionnement et d'essai
ISO 554, Atmosphères normales de conditionnement et/ou d'essai — Spécifications
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ISO 21367:2007(F)
ISO 5660-1, Essais de réaction au feu — Débit calorifique, taux de dégagement de fumée et taux de perte de
masse — Partie 1: Débit calorifique (méthode au calorimètre conique)
ISO 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO/TS 14934-1, Essais au feu — Étalonnage des appareils de mesure du flux rayonné et du flux
thermique — Partie 1: Principes généraux
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 13943, ainsi que les
suivants, s'appliquent.
3.1
surface essentiellement plate
surface dont les irrégularités par rapport au plan ne dépassent pas ± 1 mm
3.2
éclair
présence d'une flamme en un point de la surface de l'éprouvette ou sur toute la surface pendant une durée
inférieure à 1 s
3.3
allumage
début de l'inflammation soutenue
NOTE Voir 3.9.
3.4
flux thermique
quantité d'énergie thermique émise, transmise ou reçue par unité de surface et par unité de temps
3.5
matériau
substance unique ou mélange uniformément dispersé
NOTE Les types de matériaux sont notamment le métal, la pierre, le bois, le béton, la fibre minérale et les polymères.
3.6
principe de la consommation d'oxygène
relation proportionnelle entre la masse d'oxygène consommée pendant la combustion et la chaleur dégagée
3.7
produit
matériau, composite ou assemblage sur lequel des informations sont demandées
3.8
éprouvette
élément représentatif du produit à tester avec un substrat ou un traitement quelconque
3.9
inflammation soutenue
présence d'une flamme en un point de la surface de l'éprouvette ou sur toute la surface pendant une durée
supérieure à 10 s
3.10
inflammation transitoire
présence d'une flamme en un point de la surface de l'éprouvette ou sur toute la surface pendant une durée
supérieure à 1 s, mais inférieure à 10 s
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4 Symboles
Symbole Désignation Unités
. 1/2
C constante d'étalonnage du débitmètre à diaphragme (m kg K)
−1
∆h pouvoir calorifique inférieur kJ g
c
∆P pression différentielle du débitmètre à diaphragme Pa
q débit calorifique kW
r rapport stœchiométrique de masses oxygène/combustible (sans dimension)
o
t temps s
t temps de transfert de l'analyseur d'oxygène s
d
t temps nécessaire à l'allumage (début d'inflammation soutenue) s
ig
∆t intervalle de temps entre deux échantillonnages s
T température absolue du gaz au débitmètre à diaphragme K
e
X relevé de l'analyseur d'oxygène, fraction molaire d'oxygène (sans dimension)
O
2
0
X valeur initiale du relevé de l'analyseur d'oxygène (sans dimension)
O
2
1
X relevé de l'analyseur d'oxygène avant correction du temps de transfert (sans dimension)
O
2
5 Principes généraux
Dans des conditions de ventilation libre, l'éprouvette est maintenue en position verticale et soumise par la
base à une source de chaleur irradiante en présence d'une flamme pilote.
La fumée et les gaz qui se dégagent sont collectés par une hotte dans le conduit d'évacuation, dans laquelle
un instrument de mesure de la consommation d'oxygène mesure le débit calorifique et un opacimètre mesure
l'opacité de la fumée.
La propagation de flamme verticale et latérale ainsi que la chute de gouttelettes et/ou de particules
enflammées sont également mesurées.
NOTE Une autre méthode de mesurage du débit calorifique, avec des thermocouples, est exposée dans l'Annexe B.
6 Appareillage d'essai
6.1 Généralités.
Un exemple d'appareillage d'essai est représenté à la Figure 1 et il est recommandé qu'il comporte les
éléments suivants:
⎯ hotte en acier inoxydable;
⎯ radiateur électrique (voir 6.2);
⎯ éprouvette factice (voir 6.3);
⎯ contre-paroi et entretoises (voir 6.4);
⎯ support d'éprouvette (voir 6.5);
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⎯ brûleur à flamme pilote (voir 6.6);
⎯ système d'évacuation des gaz avec instrument de mesure du débit (voir 6.7);
⎯ dispositif d'échantillonnage des gaz (voir 6.8);
⎯ analyseur d'oxygène (voir 6.9);
⎯ opacimètre pour mesurer l'opacité de la fumée (voir 6.10);
⎯ fluxmètre thermique (voir 6.11);
⎯ brûleur d'étalonnage (voir 6.12);
⎯ système de collecte et d'analyse des données (voir 6.13).
Légende
A régulation de la ventilation F thermocouples
B débitmètre de gaz G opacimètre
C dispositif de commande du radiateur électrique H support d'éprouvette
D ventilateur I radiateur électrique
E orifice de resserrement avec instrument de mesure de la pression différentielle X sonde d'échantillonnage
Figure 1 — Exemple d'appareillage
Les éléments individuels de l'appareillage sont décrits en détail dans les paragraphes ci-après.
NOTE Dans le cas du contrôle de production en usine avec un appareillage simplifié, il est possible de remplacer le
mesurage du débit calorifique par surveillance de la quantité d'oxygène par des thermocouples placés dans le conduit
d'évacuation. Un exemple de montage est représenté schématiquement à la Figure 1.
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6.2 Radiateur électrique.
6.2.1 Un radiateur électrique doit être capable de produire un éclairement énergétique à la surface de
2
l'éprouvette d'un maximum de 75 kW/m à une distance de l'éprouvette d'au moins 50 mm. Le flux thermique
doit être homogène au moins sur l'aire centrale de 100 mm × 100 mm de la surface exposée de l'éprouvette.
Les radiateurs électriques ci-après (voir 6.2.2 et 6.2.3) satisfont à ces exigences.
6.2.2 Dans le cas d'un radiateur électrique de forme cylindrique (Figure 2), l'élément actif du radiateur doit
être une résistance électrique capable de fournir une tension de service de 9 kW, à enroulements serrés en
forme de spirale de 190 mm de diamètre extérieur. L'élément chauffant est soudé sur une plaque en alliage
de nickel et de chrome de 10 mm d'épaisseur et enfermé dans un boîtier métallique cylindrique. Le
rayonnement du radiateur doit être maintenu à un niveau préréglé en contrôlant la puissance électrique.
Dimensions en millimètres
Légende
M résistance électrique
N thermocouple
O matériau isolant (fibre de céramique)
P plaque d'Inconel
Figure 2 — Radiateur électrique
6.2.3 Dans le cas d'un radiateur électrique de forme conique, celui-ci doit être conforme à l'ISO 5660-1.
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6.3 Éprouvette factice.
L'éprouvette factice doit être une plaque de silicate de calcium ayant une aire de 700 mm × 500 mm, une
3
épaisseur de (12 ± 3) mm et une masse volumique de (800 ± 150) kg/m . Elle doit être placée sur le support
d'éprouvette pendant la montée en température ainsi qu'avant et après chaque essai.
6.4 Contre-parois et entretoises.
Les contre-parois doivent être découpées dans une plaque de matériau non combustible (silicate de calcium,
par exemple) de (12 ± 3) mm d'épaisseur, de mêmes dimensions que l'éprouvette factice et avec une masse
3
volumique anhydre de (800 ± 150) kg/m . Les entretoises servant à créer l'intervalle d'air spécifié en 7.6
doivent être composées du même matériau que les contre-parois, coupées en bandes larges et fixées sur
l'ensemble du périmètre des contre-parois.
Les contre-parois et les entretoises sont réutilisables à condition de ne pas être contaminées par des résidus
combustibles. Toutefois, juste avant la réutilisation, elles doivent être conditionnées dans l'atmosphère
spécifiée en 7.5 pendant au moins 24 h. En cas de doute sur la propreté d'une contre-paroi ou d'une
entretoise, elle doit être placée dans une étuve ventilée à une température d'environ 250 °C pendant 2 h afin
d'éliminer les résidus volatils. Si le doute persiste, elle doit être jetée.
6.5 Support d'éprouvette.
6.5.1 Le support d'éprouvette doit être constitué d'un cadre fixé sur un chariot (Figure 3).
6.5.2 Le cadre doit être en acier inoxydable, d'une épaisseur de (3,5 ± 0,2) mm et de forme rectangulaire. Il
doit être capable de supporter des éprouvettes ayant une aire de (700 ± 5) mm × (500 ± 5) mm et une
épaisseur maximale de 90 mm (Figure 3).
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Dimensions en millimètres
Légende
H cadre d'acier
Q échantillon
S chariot
T plateau
Figure 3 — Support d'éprouvette
6.6 Brûleur à flamme pilote.
6.6.1 Le brûleur à flamme pilote doit être un tube en acier inoxydable avec un diamètre intérieur de 6 mm. Il
comporte 16 trous de 1 mm de diamètre et doit être placé, lorsqu'il est allumé, entre l'éprouvette et le
radiateur (Figure 4). Le brûleur doit être réglable afin de compenser la variation de l'épaisseur de l'éprouvette
au cours de la combustion. Deux entretoises métalliques doivent être placées de part et d'autre du brûleur
afin de maintenir une distance constante de (20 ± 5) mm entre la surface de l'éprouvette et la flamme pilote.
6.6.2 Le brûleur doit être alimenté par un mélange air/gaz afin d'obtenir des flammes de 20 mm de long.
Pour obtenir des flammes horizontales, le débit du brûleur doit être de (3 ± 0,1) l/min pour l'air et de
(1 ± 0,1) l/min pour le propane.
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ISO 21367:2007(F)
Dimensions en millimètres
Légende
I radiateur électrique
Q échantillon
R rampe du brûleur à flamme pilote
Figure 4 — Brûleur à flamme pilote
6.7 Système d'évacuation des gaz avec instrument de mesure du débit.
6.7.1 Le système d'évacuation des gaz (Figure 5) doit comporter un ventilateur d'évacuation centrifuge
adapté aux températures de service, des conduits d'entrée et de sortie pour le ventilateur sur la hotte et un
débitmètre à diaphragme. La distance entre le bord inférieur de la hotte et le haut de l'éprouvette doit être d'au
moins 105 mm. Le système d'évacuation doit être capable de fournir un débit correspondant aux conditions
de fonctionnement dans le conduit dans des conditions normales de température et de pression.
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ISO 21367:2007(F)
Le diamètre intérieur du conduit doit être d'au moins 100 mm.
NOTE 1 L'emplacement du ventilateur sur la Figure 5 est l'une des options possibles.
NOTE 2 Un conduit de 100 mm de diamètre convient à mesurer un débit calorifique jusqu'à 10 kW.
Dimensions en millimètres
Légende
D ventilateur
F thermocouples
G opacimètre
U thermocouple
X sonde d'échantillonnage
Y cinq trous de 10 mm de diamètre répartis autour d'un cercle à 72° d'intervalle
a
Mesurage de la pression différentielle par le débitmètre à diaphragme.
Figure 5 — Exemple de système d'évacuation
6.7.2 Il doit y avoir un orifice de resserrement de diamètre intérieur égal à (100 ± 5) mm entre la hotte et le
conduit afin de favoriser le mélange.
6.7.3 Une sonde d'échantillonnage verticale, avec des trous et d'un diamètre intérieur de 8 mm (voir
Figure 6), doit être placée dans le conduit d'admission du ventilateur pour l'échantillonnage des gaz. La sonde
doit compter 54 petits trous de (2 ± 0,1) mm de diamètre, de manière à maintenir un courant de composition
homogène, les trous étant éloignés du courant afin d'éviter l'encrassement par la suie.
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ISO 21367:2007(F)
Dimensions en millimètres
Figure 6 — Sonde d'échantillonnage de gaz
6.7.4 La température du courant gazeux doit être mesurée à l'aide d'un thermocouple sous gaine à soudure
chaude isolée, d'un diamètre extérieur de 1 mm, situé en amont du diaphragme.
6.7.5 Le débit doit être déterminé en mesurant la pression différentielle à travers un diaphragme réducteur
de pression dans la cheminée d'évacuation, à au moins 1 300 mm en aval du ventilateur (lorsque le
ventilateur est situé comme sur la Figure 5). Le diaphragme du débitmètre a un diamètre intérieur de
(80 ± 1) mm et une épaisseur de (1,6 ± 0,1) mm. Il est acceptable de placer le diaphragme entre la sonde
d'échantillonnage et le ventilateur. Dans ce cas toutefois, la longueur de la section droite du conduit de part et
d'autre du diaphragme doit être au moins égale à cinq fois le diamètre du conduit.
6.8 Dispositif d'échantillonnage des gaz.
Le dispositif d'échantillonnage des gaz doit comprendre une pompe, un filtre en microfibres de verre (pour
empêcher l'entrée de la suie), un collecteur cryogénique (pour éliminer un maximum d'humidité), un système
de dérivation (réglé pour détourner la totalité du flux sauf celui nécessaire aux analyseurs de gaz), un autre
collecteur à humidité et un collecteur pour éliminer le CO . Il est possible de recourir à d'autres dispositions
2
satisfaisant à la présente Norme internationale. Le temps de transfert de l'analyseur d'oxygène, t , doit être
d
déterminé selon 9.1.3.
6.9 Analyseur d'oxygène.
L'analyseur doit être capable de détecter les propriétés paramagnétiques de l'oxygène, avec une plage de
mesure d'au moins 0 % à 25 % d'oxygène. L'analyseur doit présenter une dérive et un bruit ne dépassant pas
100 µl/l d'oxygène sur une période de 30 min, tous deux mesurés selon 9.1.4. Comme les analyseurs
d'oxygène sont sensibles à la pression du courant, celle-ci doit être régulée (en amont de l'analyseur) afin de
minimiser les fluctuations du débit et les relevés de l'analyseur doivent être compensés avec un capteur de
pression absolue pour tenir compte des variations de la pression atmosphérique. L'analyseur et le capteur de
pression absolue doivent être placés dans un environnement isotherme. La température doit être maintenue à
± 2 °C d'une valeur préréglée entre 30 °C et 70 °C. L'analyseur d'oxygène doit avoir un temps de réponse,
entre 10 % et 90 % de la pleine échelle, qui soit inférieur à 12 s lorsqu'il est mesuré selon 9.1.3.
6.10 Opacimètre pour mesurer l'opacité de la fumée.
Un opacimètre à faisceau de lumière blanche, monté à l'aide d'un raccord flexible sur les côtés du conduit
d'évacuation, comporte les éléments suivants (voir Figure 7).
10 © ISO 2007 – Tous droits réservés
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6.10.1 Lampe, à incandescence, fonctionnant à une température de couleur de (2 900 ± 100) K. Cette
lampe doit être alimentée par un courant continu stabilisé, stable à ± 0,5 % (spécification de stabilité qui vaut
pour la température du filament, la stabilité à court terme et la stabilité à long terme).
6.10.2 Système de lentilles, pour produire un faisceau de lumière parallèle d'un diamètre d'au moins
20 mm. Le diaphragme de la cellule photoélectrique doit être placé au foyer de la lentille, juste devant celle-ci
et doit être d'un diamètre, d, choisi en fonction de la focale de la lentille, f, de telle sorte que d/f soit inférieur
à 0,04.
6.10.3 Détecteur, avec une réponse à distribution spectrale conforme à la fonction V(λ) de la CIE (courbes
photopiques de la CIE) et d'une précision d'au moins ± 5 %. Le signal de sortie du détecteur, sur une
amplitude d'au moins deux décades, doit être linéaire à 3 % près de la valeur de transmission mesurée ou à
1 % près de la transmission absolue.
Pour l'étalonnage de l'opacimètre, voir 9.3.4. Le temps de réponse du système à 90 % ne doit pas dépasser
3 s.
De l'air doit être introduit dans les conduits transversaux afin que les optiques restent propres. Il est possible
d'utiliser de l'air sous pression.
Dimensions en millimètres
Légende
H et J lampe et détecteur
L porte-filtre
Figure 7 — Mesurage de l'opacité de la fumée
6.11 Fluxmètre thermique.
Le radiateur électrique doit être étalonné à l'aide d'un fluxmètre thermique secondaire (9.2.4). Pendant
l'étalonnage, le fluxmètre doit être placé dans un trou creusé dans l'éprouvette factice (6.3), elle-même située
sur le support d'éprouvette, à une position correspondant au centre de la zone irradiée à la surface de
l'éprouvette. Il doit s'agir d'un fluxmètre thermique de type Schmidt-Boelter (thermopile) avec une plage
2
assignée de (100 ± 10) kW/m .
La cible exposée à la chaleur doit être plate, circulaire, de 12,5 mm de diamètre environ et recouverte d'un
apprêt noir mat durable, avec une émissivité, e, de (0,95 ± 0,05). La cible doit être refroidie à l'eau. Les
températures de refroidissement entraînant la condensation d'eau sur la surface de la cible du fluxmètre
thermique sont à éviter.
Le rayonnement ne doit pas traverser de fenêtre avant d'atteindre la surface de la cible. L'instrument doit être
robuste, simple à monter et à utiliser et stable à l'étalonnage. Il doit avoir une précision à 3 % près et une
répétabilité à 0,5 % près.
L'étalonnage du fluxmètre thermique secondaire doit être vérifié, selon 9.3.1, par comparaison avec deux
instruments du même type et de plage de mesure semblable, pris comme étalons de référence et utilisés
uniquement à cet effet (voir Annexe D). L'un des étalons de référence doit être entièrement étalonné une fois
par an dans un laboratoire d'étalonnage et conformément à l'ISO/TS 14934-1.
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6.12 Brûleur d'étalonnage.
Le brûleur d'étalonnage doit être en métal (cuivre ou acier, par exemple), avoir une épaisseur de
(2,4 ± 0,1) mm et une forme rectangulaire. La section de la sortie de gaz doit mesurer 106 mm × 106 mm et
être remplie de sable (Figure 8).
Le débit de propane doit être contrôlé à l'aide d'un rotamètre.
Dimensions en millimètres
Légende
1 réceptacle carré en acier inoxydable
2 sable de distribution granulomét
...
Questions, Comments and Discussion
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