水平垂直燃燒儀測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀及探討

文 王永輝 鄭麗云

水平垂直燃燒儀測(cè)試技術(shù)現(xiàn)狀及探討

文 王永輝 鄭麗云

水平垂直燃燒儀是設(shè)備和器具部件材料可燃性性能的檢測(cè)儀器，主要應(yīng)用于生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢測(cè)部門模擬技術(shù)評(píng)定著火危險(xiǎn)性，確保產(chǎn)品的周圍著火時(shí)不引起燃燒蔓延。本文通過(guò)研究水平測(cè)試HB分級(jí)、垂直燃燒V分級(jí)的測(cè)試要求以及試驗(yàn)方法，介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)水平垂直燃燒儀的市場(chǎng)現(xiàn)狀及其測(cè)試方法。

水平垂直燃燒試驗(yàn)是模擬電工電子產(chǎn)品周圍發(fā)生著火時(shí)早期階段火焰的影響，以便通過(guò)模擬技術(shù)評(píng)定著火危險(xiǎn)程度，確保產(chǎn)品的周圍著火時(shí)不引起燃燒蔓延。適用于照明設(shè)備、低壓電器、家用電器、機(jī)床電器、電機(jī)、電動(dòng)工具、電子儀器、電工儀表、信息技術(shù)設(shè)備、電氣事務(wù)設(shè)備、電氣連接件和輔件等電工電子產(chǎn)品及其組件部件的檢測(cè)；也適用于絕緣材料、工程塑料或其它固體可燃材料行業(yè)的檢測(cè)，如家用電器的絕緣外殼、開關(guān)面板、印刷電路板以及絕緣材料等。

水平垂直燃燒試驗(yàn)是將長(zhǎng)方形條狀試樣的一端固定在水平或垂直夾具上，其另一端暴露于規(guī)定的試驗(yàn)火焰中。通過(guò)測(cè)量線性燃燒速率，評(píng)價(jià)試樣的水平燃燒行為；通過(guò)測(cè)量其余焰和余輝時(shí)間、燃燒的范圍和燃燒顆粒滴落情況，評(píng)價(jià)試樣的垂直燃燒性能。

可燃性UL94等級(jí)是應(yīng)用最廣泛的塑料材料可燃性能標(biāo)準(zhǔn)，它主要是針對(duì)塑料盒泡沫材料的防火測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)評(píng)價(jià)材料在被點(diǎn)燃后熄滅的能力。根據(jù)燃燒速度、燃燒時(shí)間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種判定方法，UL94針對(duì)材料的燃燒主要分成了五種測(cè)試方法，分別是：

一是50W火焰水平燃燒測(cè)試UL94、HB40、HB75分級(jí)；

二是50W火焰垂直燃燒測(cè)試 V-0、V-1、V-2分級(jí)；

三是500W火焰燃燒測(cè)試5VA、5VB分級(jí)；

四是薄膜材料軟性試樣的垂直燃燒VTM-0、VTM-1、VTM-2分級(jí)；

五是泡沫材料水平燃燒HF-1、HF-2和HBF分級(jí)。

根據(jù)不同等級(jí)的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)布置和相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器的要求也有所不同。因此本文通過(guò)研究水平測(cè)試HB分級(jí)、垂直燃燒V分級(jí)的測(cè)試要求以及試驗(yàn)方法，系統(tǒng)總結(jié)了國(guó)內(nèi)外有關(guān)水平垂直燃燒儀的市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展。

水平垂直燃燒測(cè)試方法

水平燃燒測(cè)試HB分級(jí)情況下，要求試樣尺寸長(zhǎng)125mm，寬13mm，厚度不超過(guò)13mm，樣品水平放置，試樣夾夾住樣品的一端，點(diǎn)燃裝置成45度角，保持火焰位置不變?cè)跇悠返牧硪欢耸┘?0±1S的時(shí)間，試樣夾下方水平放置金屬網(wǎng)和可以自由移動(dòng)的固定架，使樣品燃燒時(shí)，其自由端和金屬網(wǎng)保持10mm。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1. 水平燃耗測(cè)試布置

該試驗(yàn)的試驗(yàn)材料分為可自撐材料和非自撐材料，可自撐材料是指試樣的自由端應(yīng)與金屬網(wǎng)保持10mm的距離，非自撐材料則指試樣的自由端下垂不能保持10mm的距離，這種情況下，應(yīng)在試樣的下面放置一個(gè)支撐架，以保持試樣的自由端與金屬網(wǎng)的距離保持在10mm。

垂直燃耗測(cè)試V分級(jí)情況下，樣品尺寸與水平燃燒相同，燃燒器垂直放置，燈口與試樣的距離保持在10±1mm，這就要求試樣在燃燒測(cè)試的過(guò)程中，燃燒器能夠在垂直方向自由移動(dòng)。試驗(yàn)布置如圖2所示。

如果在試樣燃燒的過(guò)程中，有熔融物或滴落物時(shí)，應(yīng)將噴燈傾斜45度，以免有熔融物滴落進(jìn)噴燈口，對(duì)試樣施加10s±0.1s的時(shí)間后，應(yīng)立即移開噴燈，至少移開距試樣150mm的距離，使其不對(duì)試樣的續(xù)燃產(chǎn)生影響。

圖2. 垂直燃耗測(cè)試布置

水平垂直燃燒儀測(cè)試要求

一臺(tái)完整的水平垂直燃燒儀組成部分主要包括：試樣架及夾具、燃耗裝置及燃料以及儀器的箱體部分。

試樣架及夾具部分主要根據(jù)試驗(yàn)需求，保證試樣穩(wěn)固固定，具有下降上升和平移的功能調(diào)整樣品與燃燒裝置間的距離，試樣夾取靈活，操作方便，夾具材質(zhì)一般選擇304不銹鋼制作，美觀耐腐蝕。水平燃燒及垂直燃燒的夾具可選擇一體化設(shè)計(jì)，操作方便，節(jié)省空間。

燃耗裝置選擇本生燈，燈管長(zhǎng)度約為100±0.5mm，內(nèi)徑尺寸9.5±0.5mm使得在試驗(yàn)時(shí)測(cè)試火焰的高度能夠控制在20mm到125mm范圍內(nèi)，試驗(yàn)時(shí)燃燒器的傾角可以在0和45度間手動(dòng)或自動(dòng)切換。燃燒器的燃料一般選擇甲烷、乙烷和丙烷氣體，其中甲烷最佳。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)燃料氣體的壓力和流量在20mm（50W）高度火焰測(cè)試的時(shí)要求甲烷氣體的流量為105 ml/min，氣體壓力小于10mm水柱；在125mm（500W）高度火焰測(cè)試的時(shí)要求甲烷氣體的流量為965±30ml/min，氣體壓力為125±25mm水柱，故需要流量計(jì)和壓力計(jì)來(lái)精確控制調(diào)整燃?xì)獾牧髁亢蜌鈮海赃_(dá)到試驗(yàn)需要的火焰高度。

儀器的箱體部分由于在燃燒試驗(yàn)的過(guò)程中對(duì)箱體內(nèi)的氧氣有所消耗，并且試驗(yàn)箱體幾乎是密封的，為了保證試驗(yàn)的結(jié)果不受箱體內(nèi)氧氣消耗的影響，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)于試驗(yàn)箱體的體積有了明確規(guī)定，GB/T2406:2008中對(duì)于50W水平燃耗HB分級(jí)測(cè)試和垂直燃耗V分級(jí)測(cè)試試驗(yàn)箱體至少達(dá)到0.5立方米的體積；GB/T8332:2008中對(duì)50W泡沫材料水平燃耗HB分級(jí)測(cè)試試驗(yàn)箱體體積規(guī)定至少為0.5立方米；GB5169.17:2008中對(duì)于500W火焰試驗(yàn)中，由于燃燒強(qiáng)度加大，氧氣消耗增加，故對(duì)試驗(yàn)箱體體積的大小也相應(yīng)的增加到0.75立方米。因此為了保證各個(gè)級(jí)別試驗(yàn)?zāi)軌蝽樌麥?zhǔn)確的進(jìn)行，試驗(yàn)箱體體積應(yīng)至少選擇0.75立方米的。另外，試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)箱體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生燃燒后的有害氣體，因此，應(yīng)該配備排風(fēng)扇將廢棄排出并進(jìn)行處理。

水平垂直燃燒儀的市場(chǎng)現(xiàn)狀

水平垂直燃燒儀廣泛應(yīng)用于電工電子產(chǎn)品及其部件的檢測(cè)，目前，市場(chǎng)上有不同種類的水平垂直燃燒儀，國(guó)內(nèi)的如青島科技大學(xué)申請(qǐng)一種水平和垂直燃燒試驗(yàn)自動(dòng)測(cè)試的實(shí)用新型專利，包括帶有工作臺(tái)底板的箱體、燃?xì)夤?yīng)及控制系統(tǒng)。箱體內(nèi)設(shè)有試驗(yàn)支架，用于夾持水平試樣的水平夾具或通過(guò)橫支架連接有用于夾持垂直試樣的垂直夾具。還包括與燃?xì)夤?yīng)及控制系統(tǒng)相連接的燃燒器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)顯示器、溫度采集及處理系統(tǒng)、滴落物信息采集及處理系統(tǒng)；青島睿新杰儀器有限公司申請(qǐng)發(fā)明一種水平垂直燃燒測(cè)定儀，包括主機(jī)及控制面板，主機(jī)上設(shè)有玻璃艙門，其特征在于：艙門通過(guò)升降裝置安裝在主機(jī)上，控制面板與主機(jī)分體設(shè)計(jì)，控制面板可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在主機(jī)上。艙門玻璃上設(shè)有操作孔，該操作孔上設(shè)有密封結(jié)構(gòu)。

國(guó)外的如德國(guó)的Wazau-UL94，其箱體內(nèi)部空間0.77立方米，燃燒裝置可進(jìn)行水平和角度調(diào)整，試樣支架可進(jìn)行水平和垂直調(diào)整，工作氣體為純度大于98%的甲烷，裝有排氣量達(dá)到470立方米/小時(shí)的排氣裝置；蘇州菲尼克斯UL94水平垂直燃燒儀，其箱體體積大于0.8立方米，燃燒器可0、20、45度便捷調(diào)節(jié)，美國(guó)HUMBOLDT火源，內(nèi)徑9.5±0.5mm符合標(biāo)準(zhǔn)，頂部排風(fēng)裝置，抽取燃燒產(chǎn)生的廢氣，流量計(jì)精度達(dá)到F.S±1%，能源為甲烷氣，自動(dòng)記錄測(cè)試時(shí)間和測(cè)試結(jié)果；西思特 RH-6033A UL94-2012水平垂直燃燒試驗(yàn)箱，燃燒空間大于等于0.8立方米，使燃燒結(jié)果更準(zhǔn)確，來(lái)自Matheson Tri-Gas的高精度流量計(jì)，箱體采用高防腐噴涂鋁合金框架，由進(jìn)口SUB304不銹鋼板密封，噴涂高防腐度油漆試驗(yàn)時(shí)無(wú)空氣流通，測(cè)試支架由進(jìn)口SUB316不銹鋼制成的水平和垂直燃燒支架，H-5025 UL專用本生燈，噴燈管直徑9.5mm ，噴燈角度可0、45、90度方便調(diào)節(jié)，燃?xì)膺x配純度99%的甲烷，低噪音工業(yè)排風(fēng)機(jī)，排氣迅速。

目前，水平垂直燃燒儀的設(shè)計(jì)技術(shù)已趨于成熟，市場(chǎng)上存在的儀器基本都能滿足水平垂直燃燒試驗(yàn)的要求。但是在試驗(yàn)自動(dòng)化的程度上還有待提高，在開發(fā)水平垂直燃燒儀的技術(shù)領(lǐng)域仍有許多工作需要開展：

一是試樣在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體需要迅速排出，減少實(shí)驗(yàn)等待時(shí)間，提高工作效率。

二是由于水平垂直燃燒試驗(yàn)的試驗(yàn)樣品的多樣性，燃燒產(chǎn)生的廢氣也具有多樣性，這些氣體中的部分可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，嚴(yán)重的會(huì)對(duì)人體直接產(chǎn)生危害。因此加強(qiáng)廢氣處理、優(yōu)化廢氣處理裝置是一個(gè)亟需解決的問題。

作者單位：河北省廊坊市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所