ISO 15791-1:2014
(Main)Plastics — Development and use of intermediate-scale fire tests for plastics products — Part 1: General guidance
Plastics — Development and use of intermediate-scale fire tests for plastics products — Part 1: General guidance
ISO 15791-1:2014 provides a framework guide for the development and use of intermediate-scale fire tests for products made of or containing plastics. The guidance identifies typical applications of plastics products and possible fire scenarios that can arise involving products in these applications. The development and use of intermediate-scale tests is described to ensure their relevance to the end use of the product.
Plastiques — Développement et utilisation des essais au feu à une échelle intermédiaire pour les produits plastiques — Partie 1: Lignes directrices générales
L'ISO 15791-1:2014 fournit un cadre directeur pour la mise au point et l'utilisation d'essais au feu à une échelle intermédiaire applicables aux produits fabriqués en matériaux plastiques ou en contenant. Les lignes directrices identifient des applications types de produits en matériaux plastiques, ainsi que des scénarios d'incendie susceptibles de se produire avec ces produits utilisés dans les applications en question. L'élaboration et l'utilisation d'essais à échelle intermédiaire sont décrites de façon à garantir leur pertinence vis-à-vis de l'utilisation finale du produit.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 15791-1
Second edition
2014-01-15
Plastics — Development and use
of intermediate-scale fire tests for
plastics products —
Part 1:
General guidance
Plastiques — Développement et utilisation des essais au feu à une
échelle intermédiaire pour les produits plastiques —
Partie 1: Lignes directrices générales
Reference number
ISO 15791-1:2014(E)
©
ISO 2014
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ISO 15791-1:2014(E)
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ii © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 15791-1:2014(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Types of plastics and typical products . 2
4.1 Generic types . 2
4.2 Typical applications . 2
4.3 Composites . 3
4.4 End-use conditions . 3
5 Fire scenarios . 3
5.1 General . 3
5.2 Ignition stage . 3
5.3 Fire growth stage . 3
5.4 Large room fire . 4
6 Thermal characteristics of ignition sources . 5
7 Design requirements .10
8 Guidance for intermediate scale tests .11
9 Examples of intermediate-scale tests for plastics products .12
9.1 IEC 61034-2 — 3 m cube test .12
9.2 ISO 5658-4 — Vertical flame spread test .12
9.3 ISO 14696 — Intermediate-scale calorimeter (ICAL) test .12
9.4 EN 13823 — Single burning item (SBI) test .12
9.5 ISO 24473 — Open calorimetry .13
9.6 ISO 21367 — Medium scale fire test for plastics.13
10 Test report .13
Annex A (normative) Different scale fire tests for obtaining information on fire performance of
material and product .14
Annex B (informative) Example of reference scenarios .17
Bibliography .18
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ISO 15791-1:2014(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. 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. 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 15791-1:2002), which has been technically
revised.
ISO 15791 consists of the following parts, under the general title Plastics — Development and use of
intermediate-scale fire tests for plastics products:
— Part 1: General guidance
Guidance on product fire testing for semi-finished and finished products is to form the subject of a
future part 2.
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ISO 15791-1:2014(E)
Introduction
Products for many applications are made of or contain substantial proportions of plastics. The fire
performance of a product depends on the materials from which it is made, the design of the product and
its environment.
Industry needs to test products used for different applications for regulatory, quality control,
development and pre-selection purposes.
Numerous regulations and regional, state and local codes make reference to combustibility tests and
standards, and ranking of products derived from these tests are the most commonly available means
of comparing the various combustion characteristics of products. More than one test and possibly
intermediate- or full-scale tests may be necessary to qualify products containing plastics for intended
or proposed use or representative product end-use conditions.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 15791-1:2014(E)
Plastics — Development and use of intermediate-scale fire
tests for plastics products —
Part 1:
General guidance
1 Scope
This part of ISO 15791 provides a framework guide for the development and use of intermediate-scale
fire tests for products made of or containing plastics.
The guidance identifies typical applications of plastics products and possible fire scenarios that can
arise involving products in these applications. The development and use of intermediate-scale tests is
described to ensure their relevance to the end use of the product.
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 13943, Fire safety — Vocabulary
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13943 and the following apply.
3.1
fire scenario
qualitative description of the course of a fire with respect to time, identifying key events that characterize
the studied fire and differentiate it
[SOURCE: of ISO 13943:2008, definition 4.129, modified.]
3.2
intermediate-scale fire test
fire test performed on a test specimen of medium dimensions
[SOURCE: ISO 13943:2008, definition 4.200, modified — The note has been omitted.]
3.3
large-scale fire test
fire test that cannot be carried out in a typical laboratory chamber, performed on a test specimen of
large dimensions
[SOURCE: ISO 13943:2008, definition 4.205, modified — The note has been omitted.]
3.4
product
manufactured article ready for end use
© ISO 2014 – All rights reserved 1
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ISO 15791-1:2014(E)
3.5
material
basic single substance or uniformly dispersed mixture
Note 1 to entry: Metal, stone, timber, concrete, mineral fibre and polymers are examples.
[SOURCE: ISO 5659-2:2012, 3.6]
3.6
semi-finished product
manufactured articles ready for assembly for an end use application
3.7
small-scale fire test
fire test performed on a test specimen of small dimensions
[SOURCE: of ISO 13943:2008, definition 4.292, modified — The note has been omitted.]
3.8
test specimen
item subjected to a procedure of assessment or measurement
[SOURCE: ISO 13943:2008, definition 4.321, modified — The note has been omitted.]
4 Types of plastics and typical products
4.1 Generic types
Products containing materials that are either thermoplastics or thermosets are subject to a fire
performance assessment. Such plastics can be elastomers, fibres or foams (cellular materials) and can
contain additives (including fibre reinforcements).
4.2 Typical applications
Some typical applications for plastics, which present particular problems in small-scale tests for their
fire performance assessment and which may require the use of intermediate-scale fire testing, are listed
below:
— semi-finished products;
— housings for electrical appliances;
— profiled sheets, e.g. roofing, or panels for containers;
— profiles, e.g. conduits for electric cables, window-frames, extruded sections;
— weatherproof glazing for agricultural buildings;
— foam pipe-sections;
— pipes, e.g. rainwater drainage and discharge pipes;
— furniture, e.g. chairs;
— pipes for air ventilation systems in e.g. ships, trains, aircraft;
— containers for liquids (e.g. oil, kerosene);
— waste containers (for recycling materials or for rubbish).
NOTE This list is not exhaustive.
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ISO 15791-1:2014(E)
4.3 Composites
The following special composites should be considered:
— laminates, e.g. melamine-formaldehyde-covered chipboard;
— laminated film and sheet, e.g. weatherproofing membranes;
— moulded foams, e.g. for packaging;
— structural mouldings, e.g. for ships, lorries, coaches, trains;
— composite panels, e.g. rigid foams faced with metal sheets (especially steel or aluminium sheets) or
inorganics (especially gypsum or plasterboard) for thermal insulation;
— fibre-reinforced products.
4.4 End-use conditions
Assessment of structural composite panels, thermoplastic glazing and similar plastics products, etc.
can only be done by taking into account their end-use conditions and installations. Orientation of test
specimens with respect to the ignition source of the fire test should reflect the actual possible heat
exposure at the end use condition. For non-planar products, different parts of the specimen will be
heated at different flux levels at any given time.
5 Fire scenarios
5.1 General
The fire scenario (see 3.1) should reproduce the conditions in which the hazard exists. Any additional
assumptions, such as the environmental conditions, should be defined. The subject of the assessment,
i.e. the material, product or system, should be determined by an investigation of the contribution of the
subject in the assumed fire scenario and the stage of the fire.
NOTE Annex B gives examples of standardized reference test scenarios.
5.2 Ignition stage
The ignition source used in the test should represent the fire hazard in end use conditions and may
result in different fire responses of the materials and product. The ignition source may pose a variety of
hazards dependent on the associated environmental conditions and on a number of characteristic fire
test responses of materials, products or assemblies, including ease of ignition, flame spread, rate of heat
release, smoke generation, toxicity of combustion products and ease of extinction.
5.3 Fire growth stage
In small rooms, the typical primary ignition source is small, e.g. candles, matches and hot electrical
wires. The relevant parameters for further assessing the fire hazard are flame spread and rate of heat
release. Combustible materials in the vicinity of the first ignited item are heated by convection and
irradiance, and the oxygen content in the room air, almost 21 % initially, begins to decrease. After a
certain time, flashover may occur, at which stage the room temperature can exceed 500 °C and the
2
irradiance at floor level can typically exceed 25 kW/m (see Figure 1). In such cases, the oxygen content
in small rooms is not normally sufficient for complete combustion.
Smouldering fires will not significantly increase room temperatures but may begin to deplete oxygen
and cause smoke. Typical ignition sources for smouldering fires can be a cigarette on a mattress or a
faulty electric blanket. Smouldering rates can be derived from experiments.
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ISO 15791-1:2014(E)
Another scenario is a flaming fire caused by primary ignition sources igniting, for example waste-paper
baskets, curtains and mattresses. These sources can lead to secondary ignition of other combustible
products.
Small ignition sources cause accelerated development of fire when stored combustible liquids result
[29]
in flashover. In such cases, the heat release can be expressed as the hydrocarbon curve. Relatively
high ventilation is necessary for such development, and the CO /CO ratio is about 100. Fires with low
2
ventilation are likely to lead to temperatures in the range 600 °C to 900 °C.
5.4 Large room fire
In large rooms such as theatres, open-plan offices, warehouses, supermarkets and sports halls, fires are
freely ventilated for a long time. In contrast to small rooms, there are hardly any interrelated effects
and development of fire is directly dependent on the successive combustion of the burning items. The
scenario can be compared with fires in the open air for a certain period of time. Flashover causes a rapid
decrease in the CO /CO ratio.
2
Y1 Y2
> 700 > 40
50 - 100 20 - 40
2
20
X
13 45
Key
1 time to ignition
2
2 T > 100 °C, I > 25 kW/m close to ignited item
3 developing fire
4 flashover
5 fully developed fire
X time
Y1 average temperature T in fire compartment (°C)
2
Y2 average irradiance I in fire compartment (kW/m )
Figure 1 — Typical course of a fire in a room
Evaluation of fire development is linked to the quantification of a design fire as described in ISO/TR 13387-
2. It is necessary to define design fires and design fire scenarios because the course of real fires varies
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ISO 15791-1:2014(E)
depending on the nature of the combustibles, the ignition source, the fire load and the conditions in
the fire compartment. It is practically impossible to predict the real fire taking into account all these
interactions and real boundary conditions.
There are two distinctly different methods of determining the design fire for a given scenario. One is
based on knowledge of the amount, type and distribution of combustible materials in the compartment
of fire origin. The other is based on knowledge of the type of occupancy, where very little is known about
the details of the fire load.
A design fire may be needed for a wide range of design fire scenarios. These may be internal or external
fire scenarios. Examples of typical design fire scenarios include:
— large/medium/small-room fires (corner, ceiling, floor, wall);
— corridor fires;
— roofing fires;
— cavity fires;
— staircase fires;
— fires in/on façades;
— single burning item fires (furniture, cable conduits, pipes).
Design fire specifications should be translated into characteristics of the fuel load environment near the
initial fire.
These regimes are used to determine the growth of the initial fire as a function of time.
6 Thermal characteristics of ignition sources
Design fires are usually quantified in terms of the heat release rate of the assumed ignition source as a
function of time. Once the heat release rate is known, the flame area and height can be estimated. The
heating of a second object can then be predicted. Typical ignition source heat release rates are shown in
Table 1.
Table 1 — Heat release rates for typical ignition sources
Heat output
Source
kW
Match 0,1
Waste-paper basket 10 to 40
Small chair 10 to 300
Upholstered furniture, large wood crib > 300
If the net heat flux from the surface of actual ignition sources is known, these ignition sources can be
simulated by radiant panels. Typical fluxes are shown in Table 2.
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ISO 15791-1:2014(E)
Table 2 — Typical heat fluxes
Heat flux
Source
2
kW/m
Match flame 18 to 20
Developing fire 20 to 60
Paper bag, wood crib 25 to 50
Oxidative pyrolysis with oxygen concentration of 5 % to < 25
21 %
Small gas-diffusion flame 30 to 40
Fully developed low-ventilation fire 40 to 70
Premixed-gas burner 50 to 70
Fully developed high-ventilation fire 50 to 150
Premixed-gas blow torch 140 to 150
Peak value for hydrocarbon-fire resistance test 200
Jet fire 350
Theoretical maximum for organic fire 1 500
When gas burners or radiant panels are used as ignition sources, it should be recognized that the thermal
shock created by these heating regimes may influence especially the charring and melting behaviour
and have an influence on the performance of many plastics products.
Figure 2 shows typical characteristics of a natural source (i.e. a 35 kg wood crib) and a gas burner
source as defined in ISO 9705.
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ISO 15791-1:2014(E)
Y
1 000
900
800
1
700
600
500
2
400
300
200
100
0 51015202530
X
Key
1 35 kg wood crib
2 propane burner (as specified in ISO 9705)
X time (min)
Y heat release rate (kW)
Figure 2 — Comparison of heat release characteristics of a natural source and a gas burner
National and international standards (see Figures 3 and 4 and Tables 3 and 4) provide a variety of
ignition sources (a range of such ignition sources is described in ISO 10093). These include gas burners
with different flame heights up to 250 mm, glowing wires and fuels used for testing and classifying
products. Fire statistics indicate that a much higher proportion of fires are caused by ignition sources
such as burning paper, which is often used in malicious fires.
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ISO 15791-1:2014(E)
Y
300
250
200
150
100
50
0
12 34 56
Key
1 DIN 4102-7 (B1)
2 DIN VDE 0472 (T804c)
3 ASTM E84
4 FAR 25.853
5 ISO 9705 (first 10 min)
6 ISO 9705 (next 10 min)
Y heat output rate (kW)
Figure 3 — Power of standardized gas burners
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ISO 15791-1:2014(E)
Y
200
150
100
50
0
12 34 56 78 9101112
Key
1 DIN 4102-1 (B2) 9 BS 5852 (Source 2)
2 UL 94V 10 BS 5852 (Source 3)
3 CSE RF 4 (3,IM) 11 DIN 54837
4 FAR 25.853a 12 ÖN 3800 (B1)
5 BS 5852 (Source 1) Y energy (kJ)
6 CSE RF 4 (2,IM)
7 FAR 25.853b
8 CSE RF 4 (1,IM)
Figure 4 — Energy of standardized ignition sources
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1512 kJ
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ISO 15791-1:2014(E)
Table 3 — Example of wood and paper ignition source
Mass Power Duration Energy
Standard Description
g kW s kJ
BS 5852 Wood crib 4 8,5 1 200 200
BS 5852 Wood crib 5 17 1,4 200 280
BS 5852 Wood crib 6 60 3 340 1 020
BS 5852 Wood crib 7 126 6 370 2 220
EN 1021 Paper cushion 20 2 120 240
DIN 54341 Paper cushion 100 8 180 1 440
DIN 4102–7 Wood-wool basket 600 23 450 10 350
NT 007 Wood crib 40 3 190 570
Table 4 — Typical characteristics of ignition sources
Power Duration Energy
Flow rate (gases) or
Application Standard
mass (solids)
kW s kJ
Electrotechnical VDE 0304/3 — 0,4 180 72
IEC 60695-11-10 0,11 l/min methane 0,05 20 1,0
IEC 60695-11-20 0,97 l/min methane 0,5 25 12,5
Transport FAR 25.853a 0,2 l/min natural gas 0,1 12 1,2
FAR 25.853b 0,2 l/min natural gas 0,1 60 6,0
DIN 54837 0,5 l/min propane 0,8 180 144
DIN 54341 100 g paper 8 180 1 440
FAR 25.853 0,142 l/min kerosene 99 120 11 880
Furniture Match 0,1 g 0,1 15 1,5
DIN 4102–1 0,025 l/min propane 0,04 15 0,6
CEN/TC 207 20 g paper 2 120 240
BS 5852, crib 5 17 g wood 1 200 200
DIN 54341 100 g paper 8 180 1 440
BS 5852, crib 7 126 g wood 9 370 3 330
Building ÖN 3800, B1 1,08 l/min propane 2 900 1 800
DIN 4102–7 600 g wood wool 23 450 10 350
DIN 4102–1 0,025 l/min propane 0,04 15 0,6
DIN 4102–1, 35 l/min methane 21 600 12 600
DIN 4102–15
a
— 1 kg wood 26 600 15 840
a
— 5 kg wood 88 900 79 200
a
— 10 kg wood 130 1 200 156 000
a
Heat power (kW), duration of burning and total energy output of wood are dependent on how it is burned (woodpile and
stick dimensions, etc.).
7 Design requirements
The main reaction-to-fire parameters used in most global classification systems for hazard-oriented
evaluation of materials and products are based on ignitability and fire growth.
10 © ISO 2014 – All rights reserved
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ISO 15791-1:2014(E)
Anticipated correlation with real fire performance is a function of the scale of the simulated fire. The
purpose of an intermediate-scale fire test is to generate information on the fire growth stage.
The fire scenario influences the generation of heat, smoke, and toxic and corrosive effluents.
Small-scale tests that evaluate these parameters require all the specimens to be exposed to the
conditions used in the test. This cannot easily simulate the range of thermal, ventilation and other
physical conditions experienced by products during the fire growth phase where fire boundary
conditions will be constantly changing. Actual condition of heat input to the specimen and ventilation
should be simulated in intermediate-scale tests as far as possible.
Large-scale tests with larger specimens are often required to effectively model the effects of thermal
deformation, delamination, fixation failure, substrates, joints, etc., on product performance. Many such
tests require extensive combustion product handling facilities in order to cope with the test effluent
from the large specimens. The large-scale test is expensive and needs large effort to conduct. In order to
evaluate a fire performance of a product it is therefore desirable to develop flexible intermediate-scale
tests that can effectively quantify the relevant parameters. These test methods permit the evaluation of
semi-finished or finished products in end use conditions with specimens of different sizes. Table A.1 of
Annex A describes how these different scale tests can together provide a complete evaluation of product
fire performance from material development to product evaluation.
8 Guidance for intermediate scale tests
Most tests focus on the vertical specimen orientation. Few International Standards are available for
assessing the reaction to fire of horizontally oriented products (see ISO 9239-1).
Fire hazard assessment should primarily identify the safety objectives to be achieved, and intermediate-
scale tests should take into account the following considerations:
a) the specimen should be of such a size that it can be accommodated in a laboratory;
b) the apparatus should not be excessively difficult to house or install and the test should be designed
for efficient testing and easy specimen handling;
c) the test should have simple and commonly available instrumentation;
d) the ignition source should be of such a size that it can be accommodated in a laboratory;
e) ventilation conditions should reflect realistic fire conditions as far as possible;
f) the test configuration should allow for one of the following three conditions: open, semi-open or
closed;
g) intermediate-scale tests should be capable of being validated by carrying out large-scale tests;
h) where possible, precision data for the test methods should be obtained.
Applications of products should be investigated taking into account the intended use:
1) is the product likely to be the item first ignited?
2) is the product likely to be the second item ignited, i.e. a product ignited by the item first ignited?
3) is the product a potentially significant fuel source even if it is not the first or second ignited item?
4) is the effluent likely to cause a hazard to life and/or the environment?
5) what is the potential way in which the product could contribute to the hazard?
ISO/TS 15791-2 describes specific test methods that can be used for testing semi-finished and finished
products.
© ISO 2014 – All rights reserved 11
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ISO 15791-1:2014(E)
9 Examples of intermediate-scale tests for plastics products
9.1 IEC 61034-2 — 3 m cube test
IEC/TC 20, Electric cables, has developed IEC 61034-2. The equipment comprises a cubic enclosure with
inside dimensions of (3 ± 0,03) m. One side has a door, with a glass inspection window. The walls of the
enclosure include orifices at ground level to ensure pressure equalization inside the chamber. These
orifices can also serve to introduce additional monitoring equipment, e.g. thermocouples to measure
temperature changes during the test. Transparent sealed windows on two opposite sides permit the
transmission of a light beam from a horizontal photometric system. The standardized ignition source
is (1,00 ± 0,01) litres of alcohol with the composition ethanol (90 ± 1) %, methan
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 15791-1
Deuxième édition
2014-01-15
Plastiques — Développement et
utilisation des essais au feu à une
échelle intermédiaire pour les
produits plastiques —
Partie 1:
Lignes directrices générales
Plastics — Development and use of intermediate-scale fire tests for
plastics products —
Part 1: General guidance
Numéro de référence
ISO 15791-1:2014(F)
©
ISO 2014
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ISO 15791-1:2014(F)
DOCUMENT PROTÉGÉ PAR COPYRIGHT
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ISO 15791-1:2014(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Types de matériaux plastiques et produits caractéristiques. 2
4.1 Types génériques . 2
4.2 Applications types . 2
4.3 Composites . 3
4.4 Conditions d’utilisation finale . 3
5 Scénarios d’incendie . 3
5.1 Généralités . 3
5.2 Phase d’allumage. 3
5.3 Phase de progression du feu . 3
5.4 Feu dans un grand espace . 5
6 Caractéristiques thermiques des sources d’allumage . 5
7 Exigences de conception.10
8 Exigences relatives aux essais à échelle intermédiaire .11
9 Exemples d’essais à échelle intermédiaire pour les produits en matériaux plastiques .12
9.1 CEI 61034-2 — Essai utilisant un cube de 3 m .12
9.2 ISO 5658-4 — Essai de propagation de la flamme avec éprouvette
orientée verticalement .12
9.3 ISO 14696 — Essai utilisant un calorimètre à échelle intermédiaire (ICAL) .12
9.4 EN 13823 — Essai avec un objet isolé en feu (SBI) .12
9.5 ISO 24473 — Calorimétrie ouverte .13
9.6 ISO 21367 — Essai au feu à échelle intermédiaire des matériaux plastiques .13
10 Rapport d’essai .13
Annexe A (normative) Essais au feu à différentes échelles afin d’obtenir des informations sur la
tenue au feu du matériau et du produit .15
Annexe B (informative) Exemples de scénarios de référence .18
Bibliographie .20
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ISO 15791-1:2014(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 procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/CEI, 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/CEI, Partie 2, 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 sur la liste ISO des déclarations de brevets reçues,
www.iso.org/brevets.
Les éventuelles appellations commerciales utilisées dans le présent document sont données pour
information à l’intention des utilisateurs et ne constituent pas une approbation ou une recommandation.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à l’évaluation
de la conformité, aussi bien que pour des informations 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 —
Information supplémentaire.
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 15791-1:2002), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
L’ISO 15791 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Plastiques — Développement
et utilisation des essais au feu à une échelle intermédiaire pour les produits plastiques:
— Partie 1: Lignes directrices générales
Des lignes directrices relatives à l’utilisation des essais à une échelle intermédiaire pour les produits
semi-finis et les produits finis feront l’objet d’une future partie 2.
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ISO 15791-1:2014(F)
Introduction
Dans de nombreuses applications, les produits sont fabriqués en matériaux plastiques ou en contiennent
des proportions substantielles. La tenue au feu d’un produit dépend des matériaux dont il est constitué,
de sa conception et de son environnement.
Les industriels ont besoin de soumettre à essai les produits utilisés dans le cadre des différentes
applications afin de répondre aux impératifs réglementaires, de contrôle qualité, de développement et
de présélection.
De nombreux règlements et codes régionaux, nationaux et locaux font référence à des essais et à des
normes de combustibilité et les classements de produits qui découlent de ces essais constituent le moyen
le plus courant à disposition pour comparer les différentes caractéristiques de combustion des produits.
Plusieurs essais, voire des essais à échelle intermédiaire ou réalisés en grandeur réelle, peuvent être
nécessaires pour caractériser un produit contenant des matériaux plastiques eu égard à son emploi
prévu ou proposé, ou bien à ses conditions d’utilisation finale.
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NORME INTERNATIONALE ISO 15791-1:2014(F)
Plastiques — Développement et utilisation des essais
au feu à une échelle intermédiaire pour les produits
plastiques —
Partie 1:
Lignes directrices générales
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 15791 fournit un cadre directeur pour la mise au point et l’utilisation d’essais
au feu à une échelle intermédiaire applicables aux produits fabriqués en matériaux plastiques ou en
contenant.
Les lignes directrices identifient des applications types de produits en matériaux plastiques, ainsi que
des scénarios d’incendie susceptibles de se produire avec ces produits utilisés dans les applications en
question. L’élaboration et l’utilisation d’essais à échelle intermédiaire sont décrites de façon à garantir
leur pertinence vis-à-vis de l’utilisation finale du produit.
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 13943, Sécurité au feu — Vocabulaire
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
scénario d’incendie
description qualitative du déroulement d’un incendie dans le temps, identifiant les événements clés qui
caractérisent l’incendie et le différencient des autres
[SOURCE: ISO 13943:2008, définition 4.129, modifiée.]
3.2
essai au feu à échelle intermédiaire
essai au feu effectué sur une éprouvette d’essai de dimensions moyennes
[SOURCE: ISO 13943:2008, définition 4.200, modifiée — La note a été supprimée.]
3.3
essai au feu à grande échelle
essai au feu qui ne peut pas être réalisé dans une pièce typique de laboratoire et qui est effectué sur une
éprouvette d’essai de grandes dimensions
[SOURCE: ISO 13943:2008, définition 4.205, modifiée — La note a été supprimée.]
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ISO 15791-1:2014(F)
3.4
produit
article manufacturé prêt à l’emploi
3.5
matériau
matériau de base simple ou mélange dispersé de manière uniforme
Note 1 à l’article: Métal, pierre, bois, béton, fibres minérales et polymères sont des exemples.
[SOURCE: ISO 5659-2:2012, 3.6]
3.6
produit semi-fini
article manufacturé prêt à l’assemblage pour son utilisation finale
3.7
essai au feu à petite échelle
essai au feu effectué sur une éprouvette d’essai de petites dimensions
[SOURCE: ISO 13943:2008, définition 4.292, modifiée — La note a été supprimée.]
3.8
éprouvette d’essai
objet soumis à une procédure d’évaluation ou de mesurage
[SOURCE: ISO 13943:2008, définition 4.321, modifiée — La note a été supprimée.]
4 Types de matériaux plastiques et produits caractéristiques
4.1 Types génériques
Les produits contenant des matériaux plastiques qu’ils soient thermoplastiques ou thermodurcissables
font l’objet d’une évaluation de leur tenue au feu. De tels plastiques peuvent être des élastomères, des
fibres ou des mousses (matériaux cellulaires) et peuvent contenir des additifs (y compris des fibres de
renfort).
4.2 Applications types
Certaines applications types pour les plastiques, qui présentent des problèmes particuliers pour les
essais à petite échelle pour l’évaluation de leur tenue au feu et qui peuvent nécessiter de procéder à des
essais au feu à échelle intermédiaire sont listées ci-dessous:
— les produits semi-finis;
— les boîtiers pour appareils électriques;
— les plaques profilées, par exemple pour les toitures, ou les panneaux pour conteneurs;
— les profilés, par exemple les gaines pour câbles électriques, cadres de fenêtre, sections extrudées;
— les vitrages résistant aux intempéries pour les bâtiments agricoles;
— les sections de tubes en mousse;
— les tubes, par exemple les tubes de drainage d’eau de pluie et de vidange;
— le mobilier, par exemple les chaises;
— les conduits pour les systèmes de ventilation dans les navires, les trains, les aéronefs, par exemple;
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ISO 15791-1:2014(F)
— les conteneurs pour liquides (par exemple pétrole, kérosène);
— les conteneurs pour déchets (pour les matériaux à recycler ou les ordures).
NOTE Cette liste n’est pas exhaustive.
4.3 Composites
Il convient de prendre en compte les composites particuliers suivants:
— les stratifiés, par exemple les panneaux de particules revêtus de mélamine-formaldéhyde;
— les films et feuilles stratifiés, par exemple les membranes de protection contre les intempéries;
— les mousses moulées, par exemple pour les emballages;
— les moulages structuraux, par exemple pour les navires, les camions, les voitures, les trains;
— les panneaux composites, par exemple les mousses rigides revêtues de feuilles métalliques (en
particulier d’acier ou d’aluminium) ou inorganiques (en particulier en plâtre ou plaques de plâtre)
pour l’isolation thermique;
— les produits renforcés de fibres.
4.4 Conditions d’utilisation finale
L’évaluation de panneaux composites structuraux, de vitrages thermoplastiques et de produits
similaires en matériaux plastiques, etc. ne peut être effectuée qu’en tenant compte des conditions
d’utilisation finale et des installations. Il convient que l’orientation des éprouvettes par rapport à la
source d’allumage de l’essai au feu reflète de manière réaliste l’exposition à la chaleur potentielle dans
les conditions d’utilisation finale. Dans le cas des produits non plans, les diverses parties de l’éprouvette
sont soumises à chaque instant à différents flux de chaleur.
5 Scénarios d’incendie
5.1 Généralités
Il convient que le scénario d’incendie (voir 3.1) reproduise les conditions dans lesquelles le risque existe.
Il convient de définir toute hypothèse complémentaire, comme les conditions environnementales. Il
convient que l’objet de l’évaluation, c’est-à-dire le matériau, le produit ou le système, soit déterminé par
une étude de la contribution de l’objet au scénario d’incendie supposé ainsi qu’à la phase de l’incendie.
NOTE L’Annexe B donne des exemples de références normalisées de scénarios d’essai.
5.2 Phase d’allumage
Il convient que la source d’allumage utilisée au cours de l’essai soit représentative du risque d’incendie
dans les conditions d’utilisation finale et elle peut aboutir à différentes réponses au feu des matériaux
et du produit. La source d’allumage peut représenter différents risques qui dépendent des conditions
environnementales connexes et d’un certain nombre de réponses caractéristiques aux essais au feu
de matériaux, de produits ou d’assemblages, comme la facilité d’allumage, la propagation de flamme,
le dégagement de chaleur, la production de fumée, la toxicité des produits de combustion et la facilité
d’extinction.
5.3 Phase de progression du feu
Dans les espaces restreints, la source d’allumage primaire type est de petite taille, par exemple une
bougie, une allumette ou un fil électrique surchauffé. Les paramètres pertinents en faveur d’une
évaluation plus approfondie du risque d’incendie sont la propagation de flamme et le dégagement de
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chaleur. Les matériaux combustibles proches du premier objet allumé sont chauffés par convection et
sous l’effet de l’éclairement énergétique. La teneur en oxygène de l’air de la pièce, initialement de l’ordre
de 21 %, commence à diminuer. Au bout d’un certain temps, un embrasement éclair peut se produire. La
température de la pièce peut alors s’élever au-delà de 500 °C et l’éclairement énergétique au niveau du
2
plancher peut couramment dépasser 25 kW/m (voir Figure 1). Dans de tels cas, la teneur en oxygène
dans les espaces restreints ne suffit normalement pas pour qu’il se produise une combustion complète.
Les feux couvants n’augmentent pas de manière significative la température des pièces, mais ils
peuvent commencer à raréfier l’oxygène et à produire de la fumée. Les sources d’allumage types des
feux couvants peuvent être une cigarette sur un matelas ou une couverture chauffante défectueuse. Les
degrés d’intensité des feux couvants peuvent être déduits à partir d’expériences.
Y1 Y2
> 700 > 40
50 - 100 20 - 40
2
20
X
13 45
Légende
1 durée d’allumage
2
2 T > 100 °C, I > 25 kW/m au voisinage de l’objet allumé
3 feu en cours de développement
4 embrasement éclair
5 feu développé
X temps
Y1 température moyenne, T, dans un compartiment en feu (°C)
2
Y2 éclairement énergétique moyen, I, dans un compartiment en feu (kW/m )
Figure 1 — Déroulement type d’un feu dans un local
Un autre scénario consiste en un feu avec flamme, provoqué par des sources d’allumage primaires qui
mettent le feu, par exemple aux corbeilles à papier, aux rideaux et aux matelas. Ces sources peuvent
entraîner l’allumage secondaire d’autres produits combustibles.
Les sources d’allumage mineures produisent un développement de feu accéléré lorsque des liquides
combustibles stockés produisent un embrasement éclair. Dans ces cas-là, le dégagement de chaleur
[29]
peut être exprimé par la courbe d’un feu d’hydrocarbures . Une ventilation relativement importante
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ISO 15791-1:2014(F)
est nécessaire pour qu’un tel développement se produise et le rapport CO /CO est de l’ordre de 100.
2
S’agissant des feux avec une ventilation faible, les températures sont généralement comprises entre 600
°C et 900 °C.
5.4 Feu dans un grand espace
Dans les grands espaces comme les théâtres, les bureaux paysagers, les entrepôts, les supermarchés,
les gymnases les feux sont librement ventilés pendant une période prolongée. Contrairement à ce qui
se produit dans les espaces restreints, on observe rarement des effets conjugués et le développement
du feu dépend directement de la combustion successive des objets enflammés. Ce scénario peut être
comparé à des feux en plein air, sur une certaine période de temps. Un embrasement éclair provoque une
baisse rapide du rapport CO /CO.
2
L’évaluation du développement d’un feu est liée à l’évaluation chiffrée d’un feu de dimensionnement
tel que décrit dans l’ISO/TR 13387-2. Il est nécessaire de définir des feux de dimensionnement et des
scénarios d’incendie de dimensionnement car le déroulement des feux réels varie en fonction de la
nature des combustibles, de la source d’allumage, de la charge calorifique et des conditions dans le
compartiment en feu. Il est presque impossible de prévoir le feu réel en prenant en compte toutes ces
interactions et les conditions limites réelles.
Deux méthodes distinctes permettent de déterminer le feu de dimensionnement pour un scénario
donné. L’une s’appuie sur le fait que l’on connaît la quantité de matériaux combustibles se trouvant dans
le compartiment du foyer d’origine, le type de ces matériaux et leur répartition. L’autre repose sur le fait
que l’on connaît le type d’affectation des locaux alors que l’on dispose de très peu de précisions sur la
charge calorifique.
Un feu de dimensionnement peut être nécessaire pour un grand nombre de scénarios d’incendie de
dimensionnement. Ces scénarios peuvent s’appliquer à des incendies intérieurs ou extérieurs. Exemples
de scénarios d’incendie de dimensionnement types:
— les incendies dans des espaces de grande, moyenne, petite dimension (coin, plafond, plancher,
cloison);
— les incendies de couloir;
— les incendies de toiture;
— les incendies de cave;
— les incendies de cages d’escalier;
— les feux sur/dans des façades;
— les feux limités à un objet unique (mobilier, gaines de câbles, canalisations).
Il convient de convertir les spécifications des feux de dimensionnement en caractéristiques de
l’environnement de la charge combustible à proximité du feu initial.
Ces régimes sont utilisés pour déterminer la croissance du feu initial en fonction du temps.
6 Caractéristiques thermiques des sources d’allumage
Les feux de dimensionnement sont d’ordinaire évalués de manière chiffrée en termes de débit calorifique
de la source d’allumage supposée en fonction du temps. Une fois le débit calorifique connu, il est possible
d’estimer la hauteur et la superficie des flammes. L’échauffement d’un second objet peut alors être prévu.
Les débits calorifiques des sources d’allumage types sont indiqués dans le Tableau 1.
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ISO 15791-1:2014(F)
Tableau 1 — Débits calorifiques de sources d’allumage types
Débit calorifique
Source
kW
Allumette 0,1
Corbeille à papier De 10 à 40
Petite chaise De 10 à 300
Meuble rembourré, berceau en bois de grande taille > 300
Si l’on connaît les valeurs nettes du flux de chaleur émis par la surface des sources d’allumage réelles, ces
sources peuvent être simulées par des panneaux radiants. Le Tableau 2 indique des flux types.
Tableau 2 — Flux de chaleur types
Flux de chaleur
Source
2
kW/m
Flamme d’allumette De 18 à 20
Feu en cours de développement De 20 à 60
Sac en papier, berceau en bois De 25 à 50
Pyrolyse oxydante avec concentration d’oxygène de 5 % à 21 % < 25
Petite flamme avec diffusion de gaz De 30 à 40
Feu développé avec faible ventilation De 40 à 70
Brûleur à gaz prémélangés De 50 à 70
Feu développé avec ventilation importante De 50 à 150
Chalumeau à gaz prémélangés De 140 à 150
Valeur maximale pour l’essai de résistance au feu d’hydrocarbures 200
Jet enflammé 350
Maximum théorique pour un feu organique 1 500
Lorsque les sources d’allumage utilisées sont des brûleurs à gaz ou des panneaux radiants, il convient
d’admettre que le choc thermique créé par ces régimes de montée en température peut avoir une
incidence sur la carbonisation et sur le comportement thermofusible. En outre, il peut influer sur la
tenue au feu de nombreux produits en matériaux plastiques.
La Figure 2 montre les caractéristiques types d’une source naturelle (c’est-à-dire un berceau de bois de
35 kg) et d’un brûleur à gaz conforme à l’ISO 9705.
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ISO 15791-1:2014(F)
Y
1 000
900
800
1
700
600
500
2
400
300
200
100
0 51015202530
X
Légende
1 berceau en bois de 35 kg
2 brûleur au gaz propane (tel que spécifié dans l’ISO 9705)
X temps (min)
Y débit calorifique (kW)
Figure 2 — Comparaison des caractéristiques de dégagement de chaleur d’une source naturelle
et d’un brûleur à gaz
Des Normes nationales et internationales (voir les Figures 3 et 4 ainsi que les Tableaux 3 et 4) fournissent
diverses sources d’allumage (une sélection de sources d’allumage est décrite dans l’ISO 10093). Ces
sources comprennent des brûleurs à gaz avec différentes hauteurs de flamme jusqu’à 250 mm, des fils
incandescents et des combustibles qui sont utilisés pour soumettre à essai et classer les produits. Selon
les statistiques en matière d’incendies, un pourcentage très élevé de feux est provoqué par des sources
d’allumage telles que du papier enflammé, qui est souvent utilisé dans les incendies criminels.
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ISO 15791-1:2014(F)
Y
300
250
200
150
100
50
0
12 34 56
Légende
1 DIN 4102-7 (B1)
2 VDE 0472 (T804c)
3 ASTM E84
4 FAR 25.853
5 ISO 9705 (premières 10 min)
6 ISO 9705 (10 min suivantes)
Y débit calorifique (kW)
Figure 3 — Puissance des brûleurs à gaz normalisés
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ISO 15791-1:2014(F)
Y
200
150
100
50
0
12 34 56 78 9101112
Légende
1 DIN 4102-1 (B2) 7 FAR 25.853b
2 UL 94V 8 CSE RF 4 (1,IM)
3 CSE RF 4 (3,IM) 9 BS 5852 (Source 2)
4 FAR 25.853a 10 BS 5852 (Source 3)
5 BS 5852 (Source 1) 11 DIN 54837
6 CSE RF 4 (2,IM) 12 ÖN 3800 (B1)
Y énergie (kJ)
Figure 4 — Énergie des sources d’allumage normalisées
Tableau 3 — Exemple de sources d’allumage en bois et en papier
Masse Puissance Durée Énergie
Norme Description
g kW s kJ
BS 5852 Berceau en bois 4 8,5 1 200 200
BS 5852 Berceau en bois 5 17 1,4 200 280
BS 5852 Berceau en bois 6 60 3 340 1 020
BS 5852 Berceau en bois 7 126 6 370 2 220
EN 1021 Coussin en papier 20 2 120 240
DIN 54341 Coussin en papier 100 8 180 1 440
DIN 4102-7 Corbeille de fibres de bois 600 23 450 10 350
NT 007 Berceau en bois 40 3 190 570
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1512 kJ
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ISO 15791-1:2014(F)
Tableau 4 — Caractéristiques types des sources d’allumage
Puissance Durée Énergie
Débit (gaz)
Application Norme
ou masse (solides)
kW s kJ
Électrotechnique VDE 0304/3 – 0,4 180 72
CEI 60695-11-10 0,11 l/min de méthane 0,05 20 1,0
CEI 60695-11-20 0,97 l/min de méthane 0,5 25 12,5
Transport FAR 25.853a 0,2 l/min de gaz naturel 0,1 12 1,2
FAR 25.853b 0,2 l/min de gaz naturel 0,1 60 6,0
DIN 54837 0,5 l/min de propane 0,8 180 144
DIN 54341 100 g de papier 8 180 1 440
FAR 25.853 0,142 l/min de kérosène 99 120 11 880
Mobilier Allumette 0,1 g 0,1 15 1,5
DIN 4102-1 0,025 l/min de propane 0,04 15 0,6
CEN/TC 207 20 g de papier 2 120 240
BS 5852, berceau 5 17 g de bois 1 200 200
DIN 54341 100 g de papier 8 180 1 440
BS 5852, berceau 7 126 g de bois 9 370 3 330
Bâtiment ÖN 3800, B1 1,08 l/min de propane 2 900 1 800
DIN 4102-7 600 g de fibres de bois 23 450 10 350
DIN 4102-1 0,025 l/min de propane 0,04 15 0,6
DIN 4102-1, 35 l/min de méthane 21 600 12 600
DIN 4102−15
a
— 1 kg de bois 26 600 15 840
a
— 5 kg de bois 88 900 79 200
a
— 10 kg de bois 130 1 200 156 000
a
La puissance calorifique (kW), la durée de la combustion et l’énergie totale produite par le bois dépendent de son mode
de combustion (dimensions du tas de bois et des bûches, etc.).
7 Exigences de conception
Les principaux paramètres de réaction au feu utilisés dans la plupart des systèmes mondiaux de
classification pour évaluer les matériaux et les produits du point de vue des risques sont fondés sur
l’allumabilité et sur la progression du feu.
La corrélation attendue avec la tenue au feu réelle est fonction de l’échelle du feu simulé. L’objectif d’un
essai au feu à échelle intermédiaire est de fournir des informations sur la phase de progression du feu.
Le scénario d’incendie influe sur la production de chaleur, de fumée et d’effluents toxiques et corrosifs.
Les essais à petite échelle qui évaluent ces paramètres exigent que toutes les éprouvettes soient exposées
aux conditions utilisées lors de l’essai. Il n’est pas facile de simuler la gamme des conditions thermiques,
des conditions de ventilation, ainsi que des autres conditions physiques auxquelles sont soumis les
produits durant la phase de progression du feu, au cours de laquelle les conditions limites du feu ne
cessent de
...
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