で材料の防火安全性評価では、「煙密度」は、加熱または燃焼したときに発生する煙の量を測定する重要な定量的指標です。これは、火災時の視界、人員の避難確率、救助の難易度に直接関係します。煙濃度を科学的かつ正確にテストし、その背後にある標準システムを理解することは、材料科学者、製品設計者、安全規制当局が意思決定を行うための基礎となります。この記事では、煙濃度試験の中核となる原則、主流の方法、世界的な適用基準を体系的に分析します。
煙は、空気中に浮遊する固体粒子と液体粒子から構成されるエアロゾルです。テストの中心原則は、煙が光を遮断する能力を定量化することであり、これは主に 2 つの技術的パスに分かれています。
1. 光減衰方式（主流方式）
これは、最も広く使用され、標準化された中心的な方法です。これは、煙を通過する光の減衰が煙の濃度と経路長に比例するというランバート ビールの法則に基づいています。
·原理: 特定の波長の平行光線 (通常は白色光または特定の帯域) が煙で満たされた試験室を通過します。透過光強度 (I) と初期光強度 (I ₀) の比を測定します。
·コアパラメータ:
・光学密度（OD）：OD=log₁₀（I₀/I）。 OD 値が大きいほど、煙の濃度は高くなります。
·比光学密度 (Ds): サンプルの厚さと面積の影響を排除するために、異なる材料を比較するために使用されます。 Ds = (V / (A * L)) * OD、ここで、V はスモークボックスの体積、A はサンプルの露出面積、L は光路長です。
·煙の密度またはシェーディング率:通常、光束の損失のパーセンテージとして表されます。
·利点: 火災時の視界の低下に直接関係する、煙の発生の動的プロセスを直接、継続的にリアルタイムで記録します。
2. 品質法
燃焼生成物中の浮遊粒子状物質の総質量を測定することで煙の量を評価します。
・原理：フィルター上の煙をすべて集め、フィルターの重量を増やします。
●代表規格：ASTM D4100。
・特徴：煙の総質量収率に重点を置いていますが、光学可視度との相関は光減衰法ほど直接的ではなく、動的な過程を得ることができません。
方法 1: 静煙密度試験 (NBS スモークボックス法)
これは密閉された静的な環境で行われる試験で、限られた空間内で物質の燃焼によって発生する煙の蓄積を模擬します。
·試験装置: コアは密閉された立方体の煙箱 (通常、内寸が 914mm × 914mm × 610mm、つまり 3 立方フィート) で、以下のものが含まれています。
1. 垂直に設置されたサンプルラック。
2. 標準化された熱源: 炎モードはプロパン/空気バーナーを使用します (炎の高さは約 127 mm)。無炎モードでは、電気加熱輻射コーンを使用します (輻射強度は通常 25 kW/m 2 または 50 kW/m 2)。
3. 垂直光路システム（光源と光電受光器）。
4. 排気および洗浄システム。
·試験プロセス: サンプルは選択された熱源にさらされ、計時が開始されます。通常は 20 分間、時間の経過に伴う透過率の変化を継続的に測定して記録します。プロセス全体の最大煙濃度値 (最小透過率) と煙濃度曲線を記録します。
·コア出力:
・最大比光学濃度（Ds max）
・最大煙濃度に達するまでの時間
方法 2: 動的煙密度テスト (コーン熱量計から導出される煙パラメータ)
コーン熱量計は、火災科学において最も強力なツールの 1 つであり、オープンで制御可能な動的な気流環境で材料をテストし、火災シナリオの展開をシミュレートします。
·試験装置: 排気ダクト内に設置された標準コーン熱量計 (ISO 5660-1、ASTM E1354) のレーザーまたは LED ビーム システムおよび光検出器と統合されています。
·試験プロセス: サンプルは設定された輻射熱流束 (25、50、75 kW/m 2 など) の下で点火 (または自然発火) され、燃焼生成物はファンによって一定の流量で吸引されます。光線を使用してパイプライン内の煙の不透明度をリアルタイムで測定します。
·コア出力(動的パラメータ):
·煙発生率 (SPR): 単位時間当たりに発生する煙の量 (特定の消滅面積、m 2/s で表されます)。 SPR = (V / L) * (d(OD)/dt)、ここで、V は体積流量です。
·Total Smoke Release (TSR): 燃焼プロセス全体にわたる時間 (m ²) にわたる SPR の積分。
・比消滅領域（SEA）：単位質量損失当たりに発生する煙の量（m 2/kg）、SEA=TSR/質量損失。これは、材料自体の「煙毒性」を評価するための重要なパラメータです。
・代表的な規格：ISO 5660-4（特に煙パラメータ測定用）、ASTM E1354（煙測定セクションを含む）。
業界や地域が異なれば、製品の応用シナリオに基づいて、異なるテスト基準や認定基準が採用されています。
| 規格番号 | 規格名 | 試験方法 | 主な応用分野 | 主要な出力とメモ |
| ASTM E662 | 固体物質から発生する煙の比光学密度の標準試験方法 | 静的（NBSタバコ箱） | 建材、内装材（航空、鉄道）、電子機器筐体 | Ds max。 米国で広く使用されている、FAA 航空材料はテストされる必要があります。 |
| ISO 5659-2 | プラスチック — 発煙 — パート 2: 単一チャンバー試験による光学密度の決定 | 静的 (改善された発煙箱) | 国際的に適用可能、特にヨーロッパおよび鉄道輸送に適用可能 (EN 45545 で参照) | Ds (4)、Ds (16)、VOF4 (4 分以内の総煙発生量)。 |
| GB/T 8323.2 | プラスチック煙の発生 - パート 2: シングルチャンバー法による光学密度の決定 | 静的（ISO 5659-2に相当） | 中国の様々な素材 | ISO 5659-2と同じ。 |
| ISO 5660-4 | 火災反応試験 ― 発熱、発煙、質量損失率 ― 第4部：発煙率の測定 | ダイナミック (コーン熱量計) | 研究開発、材料比較、火災モデル入力、ハイエンド製品認証 | SPR、TSR、SEA。 最も豊富な動的な情報を提供します。 |
| IEC 61034-1/-2 | 規定の条件下で燃焼するケーブルの煙濃度の測定 | 大型ケーブルスモークボックス (~1m 3) | 電線およびケーブル業界の世界標準 | 最小透過率値。特定の炎の下でケーブル全体の発煙をテストします。 |
| EN 45545-2 | 鉄道用途 - 鉄道車両の防火 - パート 2: 材料およびコンポーネントの火災挙動に関する要件 | ISO 5659-2、IEC 61034 などを参照したシステム規格 | 鉄道輸送材料に関する EU の必須規格 | リスクレベル（HL1～HL3）に応じて、Ds max、TSRなどに厳しい制限が設けられています。 |
| NFPA258 | 固体材料の発煙を測定するための標準的な研究試験方法 | 静的 | 米国防火協会の関連分野 | 基本的な方法は ASTM E662 と同様です。 |
選択は、製品の最終用途、対象市場の規制、および必要な情報の深さに応じて異なります。
1. コンプライアンスと市場アクセス:
·EU 鉄道交通機関に販売される製品は、EN 45545-2 に準拠した ISO 5659-2 テストを受ける必要があります。
・本製品は電線・ケーブルであり、通常、世界中でIEC 61034のレポートが必要となります。
・本製品はFAAの要求事項（通常ASTM E662）を満たす航空機内装材です。
·中国市場における防火認定には、GB/T 8323.2 への準拠が必要となることがよくあります。
2. 研究と資料のスクリーニング:
·研究開発の初期段階では、ISO 5660-4 (コーン熱量計) が材料の燃焼と煙の発生挙動を理解するための最良のツールです。 SPR 曲線を提供して、煙発生のピークと燃焼段階を特定し、分析を熱発生率 (HRR) と関連付けることができます。
3. 静的テストと動的テスト:
·静的テスト (NBS スモーク ボックス) は、閉鎖され蓄積された煙のシーンをシミュレートし、その結果は、規制遵守と分類に適した「最悪のシナリオ」の極端な値になります。
·動的試験（コーン熱量計）は換気と火災のシナリオをシミュレートし、実際の火災における煙の危険性の進展プロセスをより適切に反映する継続的な動的データを生成します。
材料の煙濃度をテストしても、単純な「最大煙濃度値」を取得することはできません。これは、光学物理学、燃焼化学、および標準工学を組み合わせた体系的な科学的評価プロセスです。
材料開発者と製品メーカーの正しい戦略は次のとおりです。
1. 目標を明確にする: 必須の規制を遵守することなのか、それとも社内の研究開発の最適化を行うことなのかを明確にすることが最優先事項です。
2. 規格の理解：ターゲット市場が参照する特定のテスト規格（方法、条件、判断指標）について徹底的に調査します。
3. ツールを上手に活用する: 静的なコンプライアンス テストと動的な R&D 分析ツールを組み合わせます。コーン熱量計 (動的) を使用して、材料の挙動を深く理解し、配合を最適化します (効果的な煙抑制剤のホウ酸亜鉛の選択など)。標準的なタバコ箱 (静的) を使用してコンプライアンス レポートを取得し、市場への扉を開きます。
4. データの解釈: 最大値だけでなく、煙生成プロセス曲線全体に焦点を当てます。たとえば、ある材料は高い Ds max を持っていますが、その到達が非常に遅く、別の材料は中程度の Ds max を持っていますが、非常に早く煙を生成する可能性があり、後者の方が早期のリスクが大きい可能性があります。
この科学的な試験および評価システムを通じて、貴社の製品が世界的な市場アクセス要件を満たしていることを確認できるだけでなく、実際の火災においてより安全で、人員の避難のための貴重な時間を節約する高度な材料を根本的に設計および開発することもできます。貴社の材料または製品は、特定の煙濃度基準に従って認証される必要がありますか?それとも、研究開発段階で煙抑制性能を体系的に評価して最適化したいですか?当社は、ASTM、ISO、IEC、GB などの世界の主流規格をカバーする煙濃度試験サービスの完全なセットを提供し、深部燃焼挙動分析用のコーン熱量計と組み合わせて、製品の安全性とコンプライアンスを保護します。
