ISO 13927:2015
(Main)Plastics — Simple heat release test using a conical radiant heater and a thermopile detector
Plastics — Simple heat release test using a conical radiant heater and a thermopile detector
ISO 13927:2015 specifies a method suitable for the production control or product development purposes for assessing the heat release rate of essentially flat products exposed in the horizontal orientation to controlled levels of radiant heating with an external igniter. The heat release rate is determined by the use of a thermopile instead of the more accurate oxygen consumption techniques. The time to ignition (sustained flaming) is also measured in this test. Test specimen mass loss can also be measured optionally.
Plastiques — Essai simple pour la détermination du débit calorifique au moyen d'un radiateur conique et d'une sonde à thermopile
L'ISO 13927:2015 spécifie une méthode adaptée au contrôle de la production ou au développement de produit permettant l'évaluation du débit calorifique de produits essentiellement plats exposés suivant une orientation horizontale à des niveaux contrôlés de chaleur rayonnante, avec un dispositif d'allumage externe. Le débit calorifique est déterminé au moyen d'une thermopile plutôt qu'à l'aide de techniques plus précises de consommation d'oxygène. Le temps d'allumage (flamme persistante) est aussi mesuré pendant l'essai. La perte de masse de l'éprouvette peut également être mesurée, facultativement.
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13927
Second edition
2015-04-15
Plastics — Simple heat release test
using a conical radiant heater and a
thermopile detector
Plastiques — Essai simple pour la détermination du débit calorifique
au moyen d’un radiateur conique et d’une sonde à thermopile
Reference number
ISO 13927:2015(E)
©
ISO 2015
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ISO 13927:2015(E)
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Published in Switzerland
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ISO 13927:2015(E)
Contents Page
Foreword .v
Introduction .vi
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Symbols . 2
5 Principle . 2
6 Apparatus . 2
6.1 General . 2
6.2 Cone-shaped radiant electrical heater . 4
6.3 Heat flux controller . 4
6.4 Thermopile and housing . 5
6.5 Specimen holder . 5
6.6 Fume extraction system . 7
6.7 Ignition circuit . 7
6.8 Ignition timer . 8
6.9 Heat flux meter . 8
6.10 Calibration burner . 8
6.11 Data collection system . 8
7 Suitability of a product for testing .10
7.1 Surface characteristics .10
7.2 Asymmetrical products .10
7.3 Thin materials .10
7.4 Composite specimens.10
7.5 Dimensionally unstable materials .10
7.6 Materials that require testing under compression .11
8 Specimen construction and preparation.11
8.1 Specimens .11
8.2 Conditioning of specimens .12
8.3 Preparation .12
8.3.1 Specimen wrapping .12
8.3.2 Specimen preparation .13
8.3.3 Preparing specimens of materials that require testing under compression .13
9 Calibration .13
9.1 Heater calibration .13
9.2 Thermopile calibration .14
9.2.1 General.14
9.2.2 Initial calibration .14
9.2.3 Daily calibration .14
10 Test procedure .14
10.1 Initial preparation .15
10.2 Procedure .15
11 Precision .16
12 Test report .16
Annex A (normative) Calibration of the heat flux meter .17
Annex B (informative) Guidance notes for operators .18
Annex C (informative) Measuring mass loss during testing .19
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ISO 13927:2015(E)
Annex D (informative) Calculation of effective critical heat flux for ignition .20
Bibliography .21
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ISO 13927:2015(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.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
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. Details of any
patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or on
the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical Barriers
to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary Information
The committee responsible for this document is ISO/TC 61, Plastics, Subcommittee SC 4, Burning behaviour.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 13927:2001), which has been
technically revised.
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ISO 13927:2015(E)
Introduction
Fire is a complex phenomenon; its behaviour and effects depend upon a number of interrelated factors.
The behaviour of materials and products depends upon the characteristics of the fire, the method of use
of the materials, and the environment in which they are exposed (see also ISO 13943).
A test such as the one specified in this International Standard deals only with a simple representation
of a particular aspect of the potential fire situation, typified by a radiant heat source, and it cannot
alone provide any direct guidance on the behaviour or safety in fire. A test of this type can, however,
be used for comparative purposes or to ensure the existence of a certain quality of performance (in
this case, heat release from a composite material or an assembly) considered to have a bearing on fire
performance generally. It would be wrong to attach any other meaning to performance in this test.
The attention of all users of this test is drawn to the warning that immediately precedes Clause 10.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 13927:2015(E)
Plastics — Simple heat release test using a conical radiant
heater and a thermopile detector
1 Scope
This International Standard specifies a method suitable for the production control or product
development purposes for assessing the heat release rate of essentially flat products exposed in the
horizontal orientation to controlled levels of radiant heating with an external igniter. The heat release
rate is determined by the use of a thermopile instead of the more accurate oxygen consumption
techniques. The time to ignition (sustained flaming) is also measured in this test. Test specimen mass
loss can also be measured optionally.
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document and are
indispensable for its application. 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 13943, Fire safety — Vocabulary
ISO 14934-3, Fire tests — Calibration and use of heat flux meters — Part 3: Secondary calibration method
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
ignition
onset of sustained flaming (3.7)
3.3
material
single substance or uniformly dispersed mixture, for example, metal, stone, timber, concrete, mineral
fibre, or polymer
3.4
orientation
plane in which the exposed face of the specimen is located during testing either vertical or horizontal
face upwards
3.5
product
material, composite or assembly, about which information is required
3.6
test specimen
representative piece of the product which is to be tested together with any substrate or surface treatment
Note 1 to entry: The test specimen may include an air gap.
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ISO 13927:2015(E)
3.7
sustained flaming
existence of flame on or over the surface of the specimen for a period of over 10 s
3.8
transitory flaming
existence of flame on or over the surface of the specimen for a period of between 1 s and 10 s
4 Symbols
t time to ignition (onset of sustained flaming), expressed in seconds (s)
ig
2
heat release rate per unit area at 180 s after ignition, expressed in kilowatts (kW/m )
′′
q
180
2
heat release rate per unit area at 300 s after ignition, expressed in kilowatts (kW/m )
′′
q
300
2
maximum heat release rate per unit area, expressed in kilowatts (kW/m )
′′
q
max
5 Principle
The heat release rate is assessed by measurement of the output of a thermopile located in a chimney
situated above a burning test specimen that is subjected to a known heat flux from a conical heater.
The output (in mV) which represents temperature (in °C) is converted into heat release rate per unit
2
area (in kW/m ) by use of a calibration graph obtained previously by burning methane gas of known
calorific value in the same apparatus. The specimen mass loss rate during the test can also be measured
by continuously recording the specimen load cell output.
6 Apparatus
6.1 General
The test apparatus shall consist essentially of the following components: a cone-shaped radiant heater, a
chimney housing a thermopile, a load cell, a specimen holder, and a fume extraction system. A schematic
representation of the assembly is given in Figure 1. The individual components are described below.
Untoleranced dimensions are recommended values, but should be followed closely.
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ISO 13927:2015(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 thermopile
2 chimney
3 cone heater
4 spark igniter
5 specimen
6 load cell (optional)
Figure 1 — Schematic drawing of apparatus
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6.2 Cone-shaped radiant electrical heater
The active element of the heater shall consist of an electrical heater rod, capable of delivering 5 000 W at
the operating voltage, tightly wound into the shape of a truncated cone (see Figure 2). The heater shall be
encased on the outside with a double-walled, stainless-steel cone filled between the walls with a refractory
3
blanket of nominal thickness 13 mm and nominal density 100 kg/m . The heat flux from the heater
shall be maintained at a pre-set level by controlling the average temperature of three type K sheathed
stainless-steel thermocouples symmetrically disposed and in contact with, but not welded to the heater
element (see Figure 2). 1,0 mm to 1,6 mm outside diameter sheathed (unearthed) thermocouples with an
unexposed hot junction may be used. The heater shall be capable of producing heat fluxes on the surface
2
of the specimen of up to 75 kW/m . The heat flux shall be uniform within the central 50 mm × 50 mm area
2
of the exposed specimen surface to within ±2 % for an irradiance of 50 kW/m .
The cone heater shall be provided with a removable radiation shield to protect immediately the specimen
from heat prior to the start of the test.
6.3 Heat flux controller
The heat flux control system shall maintain the average temperature of the heater element steady to
within ±2 °C.
Dimensions in millimetres
Key
1 inner shell
2 refractory-fibre packing
3 thermocouple
4 outer shell
5 spacer block
6 heating element
Figure 2 — Cross-sectional view through heater
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6.4 Thermopile and housing
A circular cross-section chimney 600 mm ± 2 mm long and 115 mm ± 2 mm internal diameter
constructed from 1-mm-thick stainless steel shall be used to house the thermopile. This shall be fixed
on top of the top-plate of the cone heater. The axis of the chimney shall coincide with the axis of the cone
heater. The thermopile shall then consist of four 1,6 mm ± 0,2 mm outside diameter type K sheathed
thermocouples. The thermocouples shall be housed within the chimney at a height of 550 mm above the
cone top-plate and the chimney penetration points shall be equally distributed about the circumference
of the chimney. The tips of the thermocouples shall be fixed 17 mm from the centreline of the chimney.
The four thermocouples shall be connected in series and the two ends shall be connected to the data
collection system.
An additional set of thermocouples shall be housed 275 mm above the cone top-plate and the chimney
penetration points are equally distributed across, about the circumference of the chimney. The tips
of the thermocouples are fixed 17 mm from the centreline of the chimney. The output from this set of
thermocouples is used for assessing the heat release from the low heat release specimens.
6.5 Specimen holder
The specimen holder is shown in Figure 3.
The specimen holder shall have the shape of a square pan with an opening of (106 ± 1) mm × (106 ± 1)
mm and a depth of 25 mm. The holder shall be constructed from stainless steel with a thickness of
(2,4 ± 0,15) mm. It shall include a handle to facilitate insertion and removal and a mechanism to ensure
central location of the specimen under the heater and proper alignment with the weighing device. The
distance between the bottom surface of the cone heater and the top of the specimen shall be adjusted
to 25 mm, except when testing dimensionally unstable materials, in which case, the distance shall be
adjusted to 60 mm ± 1 mm. All tests shall be conducted with the retainer frame shown in Figure 4.
Details of specimen and specimen holder preparation are given in 8.3.
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ISO 13927:2015(E)
Dimensions in millimetres
Figure 3 — Specimen holder
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ISO 13927:2015(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 tapped holes in four places (M3 or 10 × 32 recommended)
Figure 4 — Retainer frame
6.6 Fume extraction system
The apparatus shall be used under a hood or in a fume cupboard with adequate ventilation to remove
safely combustion products from the laboratory.
6.7 Ignition circuit
Specimen ignition shall be accomplished by a spark plug powered by a 10 kV transformer or a 10 kV
spark generator capable of continuous sparking. The spark electrodes shall have a gap of 3 mm. If a
transformer is used, it shall be of a type specifically designed for spark ignition use. The transformer
shall have an isolated (unearthed) secondary to minimize interference with the data transmission lines.
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ISO 13927:2015(E)
The electrode length and location of the spark plug shall be such that the spark gap is located 13 mm
above the centre of the specimen in the horizontal orientation.
6.8 Ignition timer
The timer shall be capable of recording elapsed time to the nearest second and accurate to within 1 s in 1 h.
6.9 Heat flux meter
The heat flux meter shall be of the Schmidt-Boelter (thermopile) type with a design range of up to about
2
100 kW/m . The target receiving radiation, and possibly to a small extent convection, shall be flat and
circular of approximately 12,5 mm in diameter and coated with a durable matt-black finish. The target
shall be water-cooled, but care shall be taken that this does not cause water condensation on the target
surface of the meter.
Radiation shall not pass through any window before reaching the target. The instrument shall be
robust, simple to set up and use, and stable in calibration. The instrument shall also have an accuracy of
within ±3 % and a repeatability of within 0,5 %.
The calibration of the heat flux meter shall be checked whenever recalibration of the apparatus is carried
out, as described in Annex A or ISO 14934-3.
6.10 Calibration burner
The calibration burner shall consist of a square pan with a top opening of 106 mm × 106 mm, constructed
from stainless steel of thickness 2,4 mm ± 0,1 mm, and filled with sand. The burner shall have a handle
to facilitate insertion and removal, and a mechanism to ensure central location of the burner under the
heater and proper alignment with the weighing device. The burner shall be designed so that a metered
supply of methane of at least 99,5 % purity can be introduced through a tube in the side wall as shown
in Figure 5. The flowmeter used to monitor the methane flow shall be one of the following: a rotameter,
a dry-test meter, a wet-test meter, or an electronic mass flow controller.
The distance between the bottom surface of the cone heater and the top of the calibration burner shall
be adjusted to 25 mm.
6.11 Data collection system
This system shall record the output from thermopile and the load cell (optional). It shall have an accuracy
of 0,01 % of the full-scale output of the load cell (if used) and shall be capable of recording data every 5 s
or less for at least 1 h and measuring temperature to a resolution of 0,5 °C.
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ISO 13927:2015(E)
Dimensions in millimetres
Key
1 square stainless-steel pan
2 sand, grain size approximately 1 mm to 2 mm
3 tube, inner diameter 8 mm
3
4 ceramic-fibre blanket, (106 × 106 × 12) mm, density approximately 100 kg/m
3
5 ceramic-fibre blanket, (50 × 50 × 22) mm, density approximately 100 kg/m
6 handle
Figure 5 — Typical calibration burner design
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ISO 13927:2015(E)
7 Suitability of a product for testing
7.1 Surface characteristics
A product having one of the following properties is suitable for testing:
a) an essentially flat exposed surface;
b) an irregular surface whose irregularity is evenly distributed over the exposed surface, provided that
2
1) at least 50 % of the surface of a representative 100 mm area lies within a depth of 10 mm from
a plane taken across the highest points on the exposed surface, or
2) for surfaces containing cracks, fissures, or holes not exceeding 8 mm in width or 10 mm in
depth, the total area of such cracks, fissures, or holes at the surface does not exceed 30 % of a
2
representative 100 mm area of the exposed surface.
When an exposed surface does not meet the requirements of either a) or b) above, the product shall be
tested in a modified form, conforming as nearly as possible to the requirements given above. The test
report shall then state that the product has been tested in a modified form and clearly describe the
modification.
7.2 Asymmetrical products
A product submitted for this test can have faces which differ or can contain laminations of different
materials arranged in a different order in relation to the two faces. If either of the faces can be exposed
in use within a room, cavity, or void, then both faces shall be tested.
7.3 Thin materials
This test method can prove unsuitable for excessively thin products since insufficient data will be
collected for the calculation of mass loss rates (optional) or thermopile output. For some materials,
reducing the data collection interval on any logging system used to 1 s or increasing chart recorder
speeds will help to generate more data.
7.4 Composite specimens
The test method is suitable for composite specimens provided they are prepared as specified in 8.3.
7.5 Dimensionally unstable materials
This test method is not suitable for materials that change their dimensions substantially when exposed
to the cone heater radiation, for example, materials that intumesce or shrink away from the cone radiator
because the heat flux on the surface of the specimen at the time of ignition can differ significantly from
that which is set initially.
Specimens that intumesce shall be tested by increasing the separation between the bottom side of the
cone heater and the specimen surface to 60 mm to accommodate the intumescence. Calibrate the heater
at this new separation. Specimens that intumesce so much that when tested at this increased range, they
still contact the spark plug or the underside of the cone heater prior to ignition which can only be tested
if one of the following methods are employed.
Other dimensionally unstable products, for example, products that warp or shrink during testing, shall
be restrained against excessive movement. This shall be accomplished with four tie wires as described
below. Metal wires of (1,0 ± 0,1) mm diameter and at least 350 mm long shall be used. The sample shall
be prepared in the standard way as described in Clause 8. A tie wire is then looped around the sample
holder and retainer frame assembly so that it is parallel to and approximately 20 mm away from one of
the four sides of the assembly. The ends of the wires are twisted together such that the wire is pulled
firmly against the retainer frame. Excess wire is trimmed from the twisted section before testing. The
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three remaining wires shall be fitted around the specimen holder and retainer frame assembly in a
similar manner parallel to the three remaining sides.
Materials that distort so extensively that they cannot be held by four wires shall be tested using the fine
wir
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13927
Deuxième édition
2015-04-15
Plastiques — Essai simple pour la
détermination du débit calorifique au
moyen d’un radiateur conique et d’une
sonde à thermopile
Plastics — Simple heat release test using a conical radiant heater and
a thermopile detector
Numéro de référence
ISO 13927:2015(F)
©
ISO 2015
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ISO 13927:2015(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
© ISO 2015
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l’internet ou sur un Intranet, sans autorisation écrite préalable. Les demandes d’autorisation peuvent être adressées à l’ISO à
l’adresse ci-après ou au comité membre de l’ISO dans le pays du demandeur.
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Publié en Suisse
ii © ISO 2015 – Tous droits réservés
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ISO 13927:2015(F)
Sommaire Page
Avant-propos .v
Introduction .vi
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Symboles . 2
5 Principe . 2
6 Appareillage . 2
6.1 Généralités . 2
6.2 Radiateur électrique conique . 4
6.3 Dispositif de contrôle du flux de chaleur . 4
6.4 Thermopile et cheminée . 5
6.5 Porte-éprouvette . 5
6.6 Système d’aspiration des fumées . 7
6.7 Circuit d’allumage . 7
6.8 Chronomètre . 8
6.9 Fluxmètre thermique . 8
6.10 Brûleur d’étalonnage . 8
6.11 Système de collecte des données . 8
7 Aptitude du produit à l’essai .10
7.1 Caractéristiques de la surface .10
7.2 Produits asymétriques .10
7.3 Matériaux minces.10
7.4 Éprouvettes composites .10
7.5 Matériaux de dimensions instables .10
7.6 Matériaux nécessitant des essais sous compression .11
8 Fabrication et préparation des éprouvettes .12
8.1 Éprouvettes .12
8.2 Conditionnement des éprouvettes .12
8.3 Préparation .13
8.3.1 Enveloppement de l’éprouvette .13
8.3.2 Préparation de l’éprouvette .13
8.3.3 Préparation des éprouvettes de matériaux nécessitant des essais
sous compression .13
9 Étalonnage .14
9.1 Étalonnage du radiateur .14
9.2 Étalonnage de la thermopile .14
9.2.1 Généralités .14
9.2.2 Étalonnage initial.14
9.2.3 Étalonnage quotidien .15
10 Mode opératoire d’essai.15
10.1 Préparation initiale .15
10.2 Mode opératoire .16
11 Fidélité .16
12 Rapport d’essai .16
Annexe A (normative) Étalonnage du fluxmètre thermique .18
Annexe B (informative) Indications destinées aux opérateurs .19
Annexe C (informative) Mesurage de la perte de masse en cours d’essai .20
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ISO 13927:2015(F)
Annexe D (informative) Calcul du flux de chaleur critique utile pour l’allumage .21
Bibliographie .22
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ISO 13927:2015(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 (IEC) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
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. Les détails concernant les
références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de l’élaboration
du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de brevets reçues par
l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation de
la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes de l’OMC concernant
les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos — Informations
supplémentaires.
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 61, Plastiques, sous comité SC 4,
Comportement au feu.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 13927:2001), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
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ISO 13927:2015(F)
Introduction
Le feu est un phénomène complexe: son comportement et ses effets dépendent de plusieurs facteurs
étroitement liés. Le comportement des matériaux et des produits est fonction des caractéristiques du
feu, du mode d’utilisation des matériaux et du milieu dans lequel ceux-ci sont exposés (voir également
l’ISO 13943).
Un essai tel que celui spécifié dans la présente Norme internationale traite de manière simplifiée un aspect
particulier d’une situation potentielle d’incendie caractérisée par une source de chaleur rayonnante;
pris isolément, il ne peut servir de guide quant au comportement ou à la sécurité en cas d’incendie.
Cependant, un essai de ce type peut être utilisé à des fins comparatives ou pour garantir l’existence d’une
certaine qualité de performance (en l’occurrence, le débit calorifique d’un matériau composite ou d’un
assemblage) considérée comme ayant un impact sur le déroulement de l’incendie, en général. Il serait
abusif d’accorder toute autre signification au terme « performance » dans le présent essai.
L’attention de tous les utilisateurs du présent essai est attirée sur les avertissements qui figurent en
préambule à l’Article 10.
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NORME INTERNATIONALE ISO 13927:2015(F)
Plastiques — Essai simple pour la détermination du débit
calorifique au moyen d’un radiateur conique et d’une
sonde à thermopile
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie une méthode adaptée au contrôle de la production ou au
développement de produit permettant l’évaluation du débit calorifique de produits essentiellement
plats exposés suivant une orientation horizontale à des niveaux contrôlés de chaleur rayonnante, avec
un dispositif d’allumage externe. Le débit calorifique est déterminé au moyen d’une thermopile plutôt
qu’à l’aide de techniques plus précises de consommation d’oxygène. Le temps d’allumage (flamme
persistante) est aussi mesuré pendant l’essai. La perte de masse de l’éprouvette peut également être
mesurée, facultativement.
2 Références normatives
Les documents suivants, en tout ou partie, sont référencés de manière normative dans le présent
document et sont indispensables pour son application. 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 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
ISO 14934-3, Essais au feu — Étalonnage et utilisation des appareils de mesure du flux thermique — Partie 3:
Méthode d’étalonnage secondaire
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 globalement plane
surface dont les irrégularités par rapport à un plan ne dépassent pas ± 1 mm
3.2
allumage
début de flamme persistante (3.7)
3.3
matériau
substance unique ou mélange uniformément dispersé, par exemple, un métal, un minéral, du bois, du
béton, une fibre minérale, des polymères
3.4
orientation
plan dans lequel la face exposée de l’éprouvette est située pendant l’essai soit vertical, soit la face
horizontale tournée vers le haut
3.5
produit
matériau, composite ou assemblage au sujet duquel des informations sont requises
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ISO 13927:2015(F)
3.6
éprouvette
partie représentative du produit qui doit être soumise à l’essai conjointement avec un éventuel substrat
ou traitement de surface
Note 1 à l’article: L’éprouvette peut inclure un vide d’air.
3.7
flamme persistante
présence d’une flamme sur ou au-dessus de la surface de l’éprouvette pendant une période de plus de 10 s
3.8
flamme fugace
présence d’une flamme sur ou au-dessus de la surface de l’éprouvette pendant une période comprise
entre 1 s et 10 s
4 Symboles
t temps d’allumage (début de flamme persistante), exprimé en secondes (s)
ig
2
débit calorifique par unité de surface 180 s après l’allumage, exprimé en kilowatts (kW/m )
¢¢
q
180
2
débit calorifique par unité de surface 300 s après l’allumage, exprimé en kilowatts (kW/m )
¢¢
q
300
2
débit calorifique par unité de surface maximal, exprimé en kilowatts (kW/m )
¢¢
q
max
5 Principe
Évaluation du débit calorifique du produit par la mesure du signal de sortie d’une thermopile logée dans
une cheminée située au-dessus d’une éprouvette en combustion soumise à un flux de chaleur connu
produit par un radiateur conique. La sortie (en mV), qui représente la température (en °C), est convertie
2
en débit calorifique par unité de surface (en kW/m ), en utilisant un graphique de référence réalisé
antérieurement par combustion dans le même appareil de gaz méthane ayant une chaleur de combustion
connue. Le taux de perte de masse de l’éprouvette durant l’essai peut aussi être mesuré en enregistrant
en continu le signal de sortie de la cellule de charge de l’éprouvette.
6 Appareillage
6.1 Généralités
L’appareillage d’essai doit être essentiellement composé des éléments suivants: un radiateur conique,
une cheminée abritant une thermopile, une cellule de charge, un porte-éprouvette et un système
d’aspiration des fumées. Une représentation schématique du montage est donnée à la Figure 1. Les
éléments constitutifs sont décrits ci-dessous.
Les dimensions non tolérancées sont des valeurs recommandées, mais il convient de les respecter
scrupuleusement.
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ISO 13927:2015(F)
Dimensions en millimètres
Légende
1 thermopile
2 cheminée
3 radiateur conique
4 dispositif d’allumage par étincelle
5 éprouvette
6 cellule de charge (facultative)
Figure 1 — Schéma de l’appareillage
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6.2 Radiateur électrique conique
L’élément actif du radiateur doit être constitué d’une résistance électrique pouvant fournir une puissance
de 5 000 W à la tension de service, à enroulements serrés en forme de tronc de cône (voir Figure 2). Le
radiateur doit être pourvu d’une enveloppe externe et d’une enveloppe interne en forme de tronc de cône
en acier inoxydable entre lesquelles on insère une couche de matériaux réfractaires d’une épaisseur
3
nominale de 13 mm et d’une masse volumique de 100 kg/m . Le flux de chaleur fourni par le radiateur
doit être maintenu à un niveau préétabli en contrôlant la température moyenne de trois thermocouples
de type K, gainés d’acier inoxydable, disposés symétriquement et en contact avec l’élément chauffant
sans lui être soudés (voir Figure 2). Il est possible d’utiliser des thermocouples gainés, non mis à la terre,
de diamètre extérieur compris entre 1,0 mm et 1,6 mm, avec soudure chaude masquée. Le radiateur doit
2
pouvoir fournir des flux de chaleur sur la surface de l’éprouvette allant jusqu’à 100 kW/m . Le flux de
chaleur reçu sur une surface centrale de 50 mm × 50 mm de l’éprouvette exposée doit être uniforme, à
2
± 2 % pour une irradiance de 50 kW/m .
Le radiateur conique peut être pourvu d’un écran amovible destiné à protéger l’éprouvette de la chaleur
juste avant le début de l’essai.
6.3 Dispositif de contrôle du flux de chaleur
Le système de contrôle du flux de chaleur doit maintenir constante la température moyenne de l’élément
chauffant à ± 2 °C.
Dimensions en millimètres
Légende
1 enveloppe intérieure
2 garniture de matériaux réfractaires
3 thermocouple
4 enveloppe externe
5 entretoise
6 élément chauffant
Figure 2 — Radiateur vu en coupe
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6.4 Thermopile et cheminée
Une cheminée de section circulaire, de 600 mm ± 2 mm de longueur et de 115 mm ± 2 mm de diamètre
intérieur, fabriquée en acier inoxydable de 1 mm d’épaisseur, est utilisée pour loger la thermopile. Cette
cheminée est fixée sur le dessus de la plaque supérieure du radiateur conique. L’axe de la cheminée doit
coïncider avec celui du radiateur. La thermopile se compose de quatre thermocouples gainés de type K, de
1,6 mm ± 0,2 mm de diamètre extérieur. Ces thermocouples sont logés à l’intérieur de la cheminée à une
hauteur de 550 mm au-dessus de la plaque supérieure du radiateur, et les points d’introduction dans la
cheminée sont régulièrement répartis sur la circonférence de celle-ci. Les extrémités des thermocouples
doivent être fixées à 17 mm de l’axe de la cheminée. Les quatre thermocouples doivent être raccordés en
série et les deux extrémités doivent être raccordées au système de collecte des données.
Un ensemble supplémentaire de thermocouples doit être logé à une hauteur de 275 mm au-dessus de
la plaque supérieure du radiateur et les points d’introduction dans la cheminée sont régulièrement
répartis sur la circonférence de celle-ci. Les extrémités des thermocouples sont fixes à 17 mm de l’axe
de la cheminée. Les valeurs de sortie de cet ensemble de thermocouples sont utilisées pour évaluer la
chaleur dégagée par des éprouvettes ayant un débit calorifique faible.
6.5 Porte-éprouvette
Le porte-éprouvette est représenté à la Figure 3.
Il doit avoir la forme d’un récipient carré de 25 mm de profondeur, et sa partie supérieure doit comporter
une ouverture de (106 ± 1) mm × (106 ± 1) mm. Le porte-éprouvette doit être fabriqué en acier inoxydable
de (2,4 ± 0,15) mm d’épaisseur. Il doit avoir une poignée pour faciliter son introduction et son retrait, et
être doté d’un mécanisme permettant de placer l’éprouvette en position centrale sous le radiateur, et de
l’aligner avec le dispositif de pesée. La distance comprise entre la surface inférieure du radiateur conique
et le haut de l’éprouvette doit être réglée à 25 mm. Lorsque des matériaux de dimensions instables sont
soumis à l’essai, cette distance doit être portée à 60 mm ± 1 mm. Tous les essais doivent être conduits avec
le cadre de maintien représenté à la Figure 4. Des précisions concernant la préparation de l’éprouvette et
du porte-éprouvette sont données en 8.3.
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ISO 13927:2015(F)
Dimensions en millimètres
Figure 3 — Porte-éprouvette
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ISO 13927:2015(F)
Dimensions en millimètres
1 trous taraudés en quatre emplacements (M3 ou 10 × 32 recommandé)
Figure 4 — Cadre de maintien
6.6 Système d’aspiration des fumées
L’appareillage doit être utilisé sous une hotte ou dans une chapelle dotée d’une ventilation adéquate
pour évacuer en toute sécurité les produits de combustion hors du laboratoire.
6.7 Circuit d’allumage
L’allumage de l’éprouvette doit se faire par une bougie alimentée par un transformateur de 10 kV ou
par un générateur d’étincelles de 10 kV pouvant produire des étincelles en continu. Les électrodes de
la bougie doivent avoir un écartement de 3 mm. En cas d’utilisation d’un transformateur, celui-ci doit
être d’un type spécifiquement conçu pour une utilisation avec allumage par bougie. Le transformateur
doit être doté d’un enroulement secondaire isolé (non relié à la terre) afin de réduire au minimum les
interférences avec les lignes de transmission de données. La longueur de l’électrode et l’emplacement
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ISO 13927:2015(F)
de la bougie d’allumage doivent être tels que l’écartement des électrodes se trouve 13 mm au-dessus du
centre de l’éprouvette lorsque celle-ci est orientée à l’horizontale.
6.8 Chronomètre
Le chronomètre doit pouvoir enregistrer la durée écoulée à la seconde la plus proche et avoir une
exactitude de 1 s sur 1 h.
6.9 Fluxmètre thermique
Le fluxmètre thermique doit être de type Schmidt-Boelter (à thermopile) ayant une plage de mesure
2
allant jusqu’à environ 100 kW/m . La cible qui reçoit le rayonnement et éventuellement, dans une
moindre mesure, la chaleur par convection, doit être plane, circulaire, de 12,5 mm de diamètre environ,
et être revêtue d’une finition noire mate et durable. La cible doit être refroidie à l’eau, mais il faut veiller
à ce qu’il ne se produise pas de condensation d’eau sur la surface cible du fluxmètre thermique.
Le rayonnement ne doit pas traverser de fenêtre avant d’atteindre la cible. L’instrument doit être solide,
simple à installer et à utiliser, et stable à l’étalonnage. Il doit avoir aussi une exactitude de ± 3 % et une
répétabilité de 0,5 % maximum.
L’étalonnage du fluxmètre thermique doit être vérifié chaque fois que l’on effectue un réétalonnage de
l’appareil, comme décrit dans l’Annexe A ou l’ISO 14934-3.
6.10 Brûleur d’étalonnage
Le brûleur d’étalonnage doit être constitué d’un récipient carré avec une ouverture de 106 mm x 106 mm
dans sa partie supérieure et être fabriqué en acier inoxydable d’une épaisseur de 2,4 mm ± 0,1 mm. Le
récipient est rempli de sable et doit avoir une poignée pour faciliter son introduction et son retrait. Il
doit être doté d’un mécanisme permettant de centrer le brûleur sous le radiateur, et de l’aligner sur le
dispositif de pesée. Le brûleur doit être conçu de façon à ce qu’un apport dosé de méthane pur à au moins
99,5 % puisse être introduit par un tube traversant la paroi latérale, comme représenté sur la Figure 5.
Le débitmètre utilisé pour contrôler l’écoulement de méthane doit être l’un des dispositifs suivants:
un rotamètre, un dispositif de mesurage à l’état sec, un dispositif de mesurage à l’état humide ou un
débitmètre massique électronique.
La distance comprise entre la surface inférieure du radiateur conique et le haut du brûleur d’étalonnage
doit être ajustée à 25 mm.
6.11 Système de collecte des données
Ce système doit enregistrer les valeurs de sortie de la thermopile et de la cellule de charge (facultative).
Il doit avoir une exactitude de 0,01 % sur toute l’échelle des valeurs de sortie de la cellule de charge (si
une telle cellule est utilisée) et doit permettre un enregistrement des données toutes les 5 s (ou moins)
pendant au minimum 1 h et une mesure de la température sensible à 0,5 °C.
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ISO 13927:2015(F)
Dimensions en millimètres
Légende
1 récipient carré en acier inoxydable
2 sable, grains de taille d’environ 1 mm à 2 mm de diamètre
3 tube, diamètre intérieur 8 mm
3
4 couche de fibres céramiques (106 × 106 × 12) mm, masse volumique d’environ 100 kg/m
3
5 couche de fibres céramiques (50 × 50 × 22) mm, masse volumique d’environ 100 kg/m
6 poignée
Figure 5 — Modèle type de brûleur d’étalonnage
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ISO 13927:2015(F)
7 Aptitude du produit à l’essai
7.1 Caractéristiques de la surface
Tout produit possédant l’une des propriétés suivantes est apte à l’essai:
a) une surface exposée globalement plane;
b) une surface irrégulière dont les défauts sont régulièrement répartis sur la surface exposée à
condition que:
2
1) au moins 50 % de la surface d’une zone représentative de 100 mm se situent à une profondeur
maximale de 10 mm par rapport à un plan passant par les points les plus hauts de la surface
exposée, ou que,
2) pour les surfaces comportant des craquelures, fissures ou des trous ne dépassant pas 8 mm de
largeur et 10 mm de profondeur, la surface totale de ces défauts à la surface n’excède pas 30 %
2
d’une zone de 100 mm , représentative de la surface exposée.
Lorsqu’une surface exposée ne satisfait pas aux exigences de a) ou b) ci-dessus, le produit doit être
soumis à essai sous une forme modifiée aussi conforme que possible aux exigences indiquées ci-dessus.
Il faut préciser dans le rapport d’essai que le produit a été soumis à l’essai sous une forme modifiée, et
décrire clairement la modification apportée.
7.2 Produits asymétriques
Un produit soumis au présent essai peut avoir des faces différentes ou susceptibles de contenir des
couches de matériaux disposées dans un ordre différent par rapport aux deux faces. Si l’une ou l’autre
de ces faces est susceptible d’être exposée lors de l’utilisation du produit dans un local, une cavité ou un
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.