ISO 13927:2015

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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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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Annexe D (informative) Calcul du flux de chaleur critique utile pour l’allumage .21
Bibliographie .22
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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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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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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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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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Dimensions en millimètres
Figure 3 — Porte-éprouvette
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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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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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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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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
...