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电缆绝缘材料垂直桥架燃烧法：热释放、火焰传播、烟雾及质量损失测定（D5537-23）
📋 概述与适用范围
本标准D5537-23a由美国材料与试验协会的D09委员会（电气绝缘）制定，是一种中等规模的防火测试响应标准。它专门用于评估电气或光纤电缆中绝缘材料在垂直电缆桥架配置下的燃烧行为，测试时可同步获得热释放、火焰传播、烟雾遮蔽及质量损失四项关键数据。标准最早成型于20世纪90年代，现行版本融入了氧消耗量热等精确定量技术，以满足现代建筑对电缆火灾危害量化的迫切需求。
该标准的适用对象明确限定为电缆中的绝缘材料（可含护套，但不包括附件）。试样须按标准要求安装在垂直电缆桥架上，接受公称热输出为20千瓦的丙烷引燃火焰，持续暴露20分钟。测试环境为充分通风条件。标准第1.2条指出，试验将测量热释放、烟雾遮蔽、火焰传播造成的电缆损坏（炭化长度）以及质量损失。
本标准明确声明，它属于“火灾测试响应标准”，并不涵盖实际火灾中的所有危险因素，也不能单独用于产品的火灾风险分级。在纵向关系上，它与E1354（氧消耗热量计法）、D5424（垂直桥架烟雾遮蔽法）及E84（建筑材料表面燃烧特性）等方法紧密关联，共同构成从材料级到系统级的火灾特性评价体系。
💡 提示：该标准只提供材料在严格受控条件下的燃烧响应数据，不能直接代表真实火灾中的行为。进行电缆选型或防火设计时，应结合场景热释放速率、轰燃可能性等因素综合评判。
⚙️ 试验原理与方法
试验的核心原理是氧消耗热量法：可燃物每消耗1千克氧气，基本恒定释放13.1兆焦热量。系统通过连续测量排气管中的氧气浓度下降，并结合二氧化碳浓度校正，实时计算出热释放速率。烟雾遮蔽则利用管道内的光度计测量可见光衰减，积分得出总烟雾产率。整个测试不需要直接测量火焰温度，准确度高。
试样准备：选取足够长的电缆样品（通常每个试样不少于1.5米，具体按标准第7节），在标准环境（23±2℃，50±5%相对湿度）下状态调节至少24小时。将样品固定在垂直电缆桥架上，桥架尺寸及横档间距由标准指定。点火前完成气体分析仪、光度计及流量系统的校准。点燃预混丙烷燃烧器，调节至（20±1）千瓦热输出，稳定施加于试样底部区域。
测试持续20分钟，数据采集系统以不低于1赫兹的频率记录热释放率、透光率等信号。测试结束后，熄灭火焰，测量每根试样的炭化长度（从引燃点沿绝缘表面向上的最大损坏高度），并称量样品质量，计算质量损失。标准提供了两种引燃协议（协议A与协议B），主要区别在于燃烧器施加火焰的方向和时间分布，使用者可依据材料特点或研究目标选择。
⚠️ 注意：试验涉及明火与高温，必须在配有自动灭火装置和强效排风系统的实验室中进行。操作人员须穿戴防火服与呼吸面罩。燃烧产生的有毒气体须经高效过滤处理。
📊 技术参数与指标
下表汇总了标准中规定的关键试验条件和主要测量参数。
| 🟦 参数 | 📐 要求/数值 |
|---|---|
| 引燃源热输出 | 约20 kW（公称值） |
| 测试时长 | 20 min |
| 通风条件 | 充分通风，排气流速稳定 |
| 引燃燃料 | 丙烷（纯度不低于95%） |
| 试样材料 | 电气或光纤电缆中的绝缘材料（不含附件） |
| 试样安装 | 垂直电缆桥架，桥架规格见标准第7.2节 |
| 引燃协议 | 协议A、协议B（详见标准第8节） |
| 📏 测量指标 | ⚡ 单位 | 🎯 说明 |
|---|---|---|
| 热释放速率（HRR） | kW | 由氧消耗量热法连续测得，可报告平均值及峰值 |
| 总热释放（THR） | MJ | 20分钟测试期间释放的总能量 |
| 总烟雾产率（TSR） | m² | 光度计积分得到总减光面积 |
| 炭化长度 | m | 从引燃区到绝缘损坏最顶端的距离，取最大值 |
| 质量损失 | g | 样品测试前后质量差，也可用百分比表示 |
标准附录X4还提供了燃烧气体中有毒组分的采样与分析指导，可测成分包括一氧化碳、二氧化碳、氰化氢及卤化氢等，为火灾毒性评价提供了实验基础。该部分虽非强制，但越来越受到工业界的重视。
| 📁 引用标准 | 🔗 关联内容 |
|---|---|
| D5424 | 绝缘材料在垂直桥架中烟雾遮蔽的测定方法，光学系统直接引用 |
| E1354 | 氧消耗热量计标准方法，热释放测量原理完全相同 |
| E84 | 建筑材料表面燃烧特性，火焰传播指数可作参考 |
| E176 | 火灾标准术语，确保定义统一 |
| E800 | 火灾气体测量通用指南，附录X4参照 |
🔬 工程应用与注意事项
D5537 在电缆燃烧测试体系中处于中等尺度，衔接了小尺寸锥形量热计试验与大型成束燃烧试验。其输出结果可直接用于比较不同电缆料的阻燃性能，并为防火工程计算提供热释放与烟雾产率输入数据。许多建筑法规对关键线路的阻燃电缆提出热释放峰值上限要求，D5537 测试往往是重要的判定依据之一。
实际测试中常见问题包括：试样安装不垂直导致火焰倾斜、炭化长度测量偏差；预处理时间不足影响水分含量；燃烧器火焰调节超出功率公差；排气流速波动引起氧浓度计算误差；光度计窗口受烟尘污染使烟雾读数偏低等。质量控制需侧重以下环节：每天进行气体分析仪及称重设备校准；定期用甲烷参比火验证引燃器热输出；每次测试后清洁光路组件。
💡 成功要点：为获得统计稳定的结果，每个条件至少重复3次有效测试。若炭化长度或热释放数据离散度过大，应检查试样代表性并增加样本量。不可省略的状态调节（23±2℃，50±5% RH，≥24 h）是保证基线一致的基石。
在研发低烟无卤电缆料时，企业常将 D5537 数据作为判定阻燃与消烟性能改进的核心指标。但需注意，该标准结果并不直接对应某一分级，需要结合目标市场的认可标准（如NFPA 262、C22.2 No.0.3）中的合格阈值来解读。
❓ 常见问题解答
🔍 问：D5537 测试与 UL 1685 垂直托架燃烧测试有何主要区别？
答：D5537 由 ASTM 制定，侧重热释放与烟雾的定量测定，使用氧消耗热量法；UL 1685 主要关注火焰传播距离和光透射，测试火焰强度类似（约20.5 kW），但通风和试样固定方式有差别。D5537 提供的数据类型更丰富，UL 1685 常用于通过/失败分级。具体选用需看适用规范。
答：D5537 由 ASTM 制定，侧重热释放与烟雾的定量测定，使用氧消耗热量法；UL 1685 主要关注火焰传播距离和光透射，测试火焰强度类似（约20.5 kW），但通风和试样固定方式有差别。D5537 提供的数据类型更丰富，UL 1685 常用于通过/失败分级。具体选用需看适用规范。
💡 问：需要多少试样及测试次数？
答：标准一般要求每个协议至少3个有效试样，试样长度依据桥架尺寸通常为1.5米以上。若重复性较差，需增加试样数量。测试前样品必须进行状态调节（23±2℃、50±5%相对湿度下不少于24小时），以保证结果可比。
答：标准一般要求每个协议至少3个有效试样，试样长度依据桥架尺寸通常为1.5米以上。若重复性较差，需增加试样数量。测试前样品必须进行状态调节（23±2℃、50±5%相对湿度下不少于24小时），以保证结果可比。
⚡ 问：为什么采用氧消耗法测量热释放，而不是直接量热？
答：氧消耗法基于燃烧化学计量学，对通风条件宽容度高，不需样品完全燃烧，准确性受环境影响小。该原理与材料级锥形量热计（E1354）一致，便于跨尺度数据关联，是目前开放空间燃烧热释放测量的主流方法。
答：氧消耗法基于燃烧化学计量学，对通风条件宽容度高，不需样品完全燃烧，准确性受环境影响小。该原理与材料级锥形量热计（E1354）一致，便于跨尺度数据关联，是目前开放空间燃烧热释放测量的主流方法。
📌 问：两种引燃协议如何选用？
答：协议A为常规底部引燃，适用于多数垂直敷设电缆的评估；协议B模拟更苛刻的侧面或周期性接触火源工况。选择时可参照标准第8.2节的指导，也可基于企业内部研究目的或客户要求确定。
答：协议A为常规底部引燃，适用于多数垂直敷设电缆的评估；协议B模拟更苛刻的侧面或周期性接触火源工况。选择时可参照标准第8.2节的指导，也可基于企业内部研究目的或客户要求确定。
🎯 问：测试结果能直接用于电缆阻燃等级划分吗？
答：标准本身未设定合格判据，但许多法规（如NFPA 262、C22.2 No.0.3）引用D5537的数值作为分级限值。因此，测试结果可以作为电缆分级的重要技术支撑，最终评级仍需对照具体规范的接纳准则。
答：标准本身未设定合格判据，但许多法规（如NFPA 262、C22.2 No.0.3）引用D5537的数值作为分级限值。因此，测试结果可以作为电缆分级的重要技术支撑，最终评级仍需对照具体规范的接纳准则。
