はじめに
材料の火災挙動を分析することは、安全工学の重要な部分である。TCC 918 コーン熱量計（図1）は、熱放出率（HRR）、質量損失、発煙量などの主要パラメータを測定するために使用される定評のある試験装置です。試料の形状や火災挙動などの物理的パラメータだけでなく、材料の化学組成も測定結果に影響を与えます。
ISO 5660-1によると、試験片の標準寸法は100 mm×100 mmで、厚さは6 mmから50 mmです。この調査は、試料の厚さが測定結果に及ぼす影響を分析することを目的としています。
テストのセットアップと条件
厚さ7mm、14mm、約19mmのPMMA試料9個（各厚さにつき3回測定）を調査した。
試料は水平な試料ホルダーに置き、質量損失を連続的に記録できるように計量セルに取り付けた。熱は、熱流束密度50kW/m²の電気式コーンヒーターを用いて加えた。十分な熱分解ガスが放出された後、スパーク点火器で点火した。得られた排ガスを分析し、質量流量、排ガス温度、O₂、CO₂、CO濃度を測定した。煙の密度は光透過率で測定した。ガス分析システム（Siemens Oxymat/ Ultramat）は一連の測定の前に校正され、C factor¹はメタンバーナーを使用して検証された。測定条件を表1にまとめた。
表1：測定条件
| 試料ホルダー | 水平 |
| 試料と厚さ | 約7, 14, 19 mmのPMMA |
| ヒートフロー | 50kW/m2 |
| 公称熱流量 | 24.0 l/s |
| コーンヒーターまでの距離 | 25 mm |
1ISO 5660-1に定義されているCファクターは、熱放出率（HRR）を決定するために使用される校正定数です。これは酸素濃度計からの信号と実際に放出された熱エネル ギーとを結びつけるものです。
測定結果
発火時間（TOI）と抽出までの燃焼時間（TOF）
予想通り、着火時間（TOI）はすべての試料で同じであり、22秒であった。これは、着火が材料の厚さよりもむしろ表面特性の影響を主に受けていることを示唆している。
対照的に、完全に消滅するまでの燃焼時間（Time of Flame-off、TOF）は、明らかに試料の厚さに依存する。7mm試料は平均597秒、14mm試料は平均857秒、19mm試料は平均1108秒燃焼した（表2参照）。注目すべきは、試料の厚みが均一になると、TOFの時間差も均一になることである。これにより、TOFと試料厚さの間にほぼ直線的な関係が導き出され、それ以上の厚さに対して簡単な内挿が可能になった。
表2：着火と燃焼が消滅するまでの平均時間
| 試料厚さ | TOI | TOF |
|---|---|---|
| 7 mm | 22 s | 597 s |
| 14 mm | 22 s | 857 s |
| 19 mm | 22 s | 1108 s |
熱放出（HRR、THR）
解析の鍵となるのは、単位時間当たりに放出される熱量として定義される熱放出率（HRR）です。
図2は、厚さの異なるPMMA試料のHRR曲線を示しています：7 mm（青）、14 mm（緑）、19 mm（赤）。HRRを評価すると、試料の厚さによって明確な違いがあることがわかります。
最大HRRはどの厚さの試料でも同程度（～880 kW/m²）ですが、HRRが発生する時点は、試料の厚さが増すにつれて、系統的に遅くなります。これは、厚い材料が完全に加熱され熱分解を受けるにはより多くの時間を必要とするため、予想されたことである。より薄い試料では、揮発性成分がより早く放出される。
燃焼中に放出される全熱量（THR）は、HRRの時間積分に相当する。図3にTHR曲線を示す。予想通り、THR値は試料の厚さとともに増加します。
図4は、試料の厚さと、a)HRRが最大になる時間、 b)総放熱量との直線関係を示している。この相関関係から、完全燃焼の場合、 THRは本質的に材料の使用量で決まることが確認され た。試料の厚さ、完全消滅までの燃焼時間（TOF）、およびTHRの間の線形関係は、すべての試料がほぼ完全に変換されたことを示している。試料の厚さが異なる2つの個々の測定値は、他の試料の厚さに対応する値に簡単に変換できる。
スモーク製造（SPR、TSP）
調査のもうひとつの重要な側面は、発煙の記録である。これは、排ガスの流れにおける光の透過率を測定することによって達成される。レーザー光線が排気管を通って導かれる（図5参照）。透過率の低下は煙密度の増加を示す。
HRR と同様に、試料の厚みが増すにつれて、最大煙発生率（SPR） に達するまでの時間が長くなることが観察されました。図 6 に見られるように、SPR 曲線は、薄い試料がlarge の量のスモークを素早く放出するのに対し、厚い試料はより長い時間かけてスモークを放出することを示しています。これは熱分解の遅延を反映しており、厚い試料は完全に分解するのに時間がかかります。
図7に示す総発煙量（TSP）は、予想通り、試料の厚みが増すにつれて増加する。
図 8 は、試料の厚さと TSP のほぼ直線的な関係を示しています。このことから、試料の質量が完全に変換されると、総発煙量は基本的に存在する試料の量によって決まることが確認できます。
概要
試料の厚さはコーン熱量計の火災パラメータに大きく影響する。着火時間はほぼ一定ですが、燃焼時間、THR、TSPは試料の厚みが増すにつれてほぼ直線的に増加します。
これらの結果は、信頼性が高く比較可能な結果を確実にするために、比較材料試験に常に同一の試料厚さを使用することの重要性を強調しています。観察された直線性のおかげで、わずか2つの厚さに基づく測定結果は、単純な内挿または外挿を使用して他の厚さに移すこともできます。
実際には、異なる厚さの材料が同じ用途に使用されることが多いため、現実的な防火評価を達成するためには、一般的な部品の厚さや実際の設置状況など、用途に応じた条件下で試験を実施することが賢明です。これが、実際の火災挙動を確実に評価し、根拠のある材料選択を行う唯一の方法です。