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水平垂直燃烧仪测试技术流程分析

水平垂直燃烧仪是设备和器具部件材料可燃性性能的检测仪器,主要应用于生产企业和第三方检测部门模拟技术评定着火危险性,确保产品的周围着火时不引起燃烧蔓延。本文通过研究水平测试HB分级、垂直燃烧V分级的测试要求以及试验方法,介绍了国内外有关水平垂直燃烧仪的市场现状及其测试方法。
 
水平垂直燃烧试验是模拟电工电子产品周围发生着火时早期阶段火焰的影响,以便通过模拟技术评定着火危险程度,确保产品的周围着火时不引起燃烧蔓延。适用于照明设备、低压电器、家用电器、机床电器、电机、电动工具、电子仪器、电工仪表、信息技术设备、电气事务设备、电气连接件和辅件等电工电子产品及其组件部件的检测;也适用于绝缘材料、工程塑料或其它固体可燃材料行业的检测,如家用电器的绝缘外壳、开关面板、印刷电路板以及绝缘材料等。
 
水平垂直燃烧试验是将长方形条状试样的一端固定在水平或垂直夹具上,其另一端暴露于规定的试验火焰中。通过测量线性燃烧速率,评价试样的水平燃烧行为;通过测量其余焰和余辉时间、燃烧的范围和燃烧颗粒滴落情况,评价试样的垂直燃烧性能。
 
可燃性UL94等级是应用最广泛的塑料材料可燃性能标准,它主要是针对塑料盒泡沫材料的防火测试标准,用来评价材料在被点燃后熄灭的能力。根据燃烧速度、燃烧时间、抗滴能力以及滴珠是否燃烧可有多种判定方法,UL94针对材料的燃烧主要分成了五种测试方法,分别是:
一是50W火焰水平燃烧测试UL94、HB40、HB75分级;
二是50W火焰垂直燃烧测试 V-0、V-1、V-2分级;
三是500W火焰燃烧测试5VA、5VB分级;
四是薄膜材料软性试样的垂直燃烧VTM-0、VTM-1、VTM-2分级;
五是泡沫材料水平燃烧HF-1、HF-2和HBF分级。
 
根据不同等级的试验方法,试验布置和相应的实验仪器的要求也有所不同。因此本文通过研究水平测试HB分级、垂直燃烧V分级的测试要求以及试验方法,系统总结了国内外有关水平垂直燃烧仪的市场现状及发展。
 
水平垂直燃烧测试方法
水平燃烧测试HB分级情况下,要求试样尺寸长125mm,宽13mm,厚度不超过13mm,样品水平放置,试样夹夹住样品的一端,点燃装置成45度角,保持火焰位置不变在样品的另一端施加30±1S的时间,试样夹下方水平放置金属网和可以自由移动的固定架,使样品燃烧时,其自由端和金属网保持10mm。试验布置如图1所示。
 
该试验的试验材料分为可自撑材料和非自撑材料,可自撑材料是指试样的自由端应与金属网保持10mm的距离,非自撑材料则指试样的自由端下垂不能保持10mm的距离,这种情况下,应在试样的下面放置一个支撑架,以保持试样的自由端与金属网的距离保持在10mm。
垂直燃耗测试V分级情况下,样品尺寸与水平燃烧相同,燃烧器垂直放置,灯口与试样的距离保持在10±1mm,这就要求试样在燃烧测试的过程中,燃烧器能够在垂直方向自由移动。试验布置如图2所示。
如果在试样燃烧的过程中,有熔融物或滴落物时,应将喷灯倾斜45度,以免有熔融物滴落进喷灯口,对试样施加10s±0.1s的时间后,应立即移开喷灯,至少移开距试样150mm的距离,使其不对试样的续燃产生影响。
 
水平垂直燃烧仪测试要求
一台完整的水平垂直燃烧仪组成部分主要包括:试样架及夹具、燃耗装置及燃料以及仪器的箱体部分。
试样架及夹具部分主要根据试验需求,保证试样稳固固定,具有下降上升和平移的功能调整样品与燃烧装置间的距离,试样夹取灵活,操作方便,夹具材质一般选择304不锈钢制作,美观耐腐蚀。水平燃烧及垂直燃烧的夹具可选择一体化设计,操作方便,节省空间。
燃耗装置选择本生灯,灯管长度约为100±0.5mm,内径尺寸9.5±0.5mm使得在试验时测试火焰的高度能够控制在20mm到125mm范围内,试验时燃烧器的倾角可以在0和45度间手动或自动切换。燃烧器的燃料一般选择甲烷、乙烷和丙烷气体,其中甲烷最佳。根据标准燃料气体的压力和流量在20mm(50W)高度火焰测试的时要求甲烷气体的流量为105 ml/min,气体压力小于10mm水柱;在125mm(500W)高度火焰测试的时要求甲烷气体的流量为965±30ml/min,气体压力为125±25mm水柱,故需要流量计和压力计来精确控制调整燃气的流量和气压,以达到试验需要的火焰高度。
仪器的箱体部分由于在燃烧试验的过程中对箱体内的氧气有所消耗,并且试验箱体几乎是密封的,为了保证试验的结果不受箱体内氧气消耗的影响,标准中对于试验箱体的体积有了明确规定,GB/T2406:2008中对于50W水平燃耗HB分级测试和垂直燃耗V分级测试试验箱体至少达到0.5立方米的体积;GB/T8332:2008中对50W泡沫材料水平燃耗HB分级测试试验箱体体积规定至少为0.5立方米;GB5169.17:2008中对于500W火焰试验中,由于燃烧强度加大,氧气消耗增加,故对试验箱体体积的大小也相应的增加到0.75立方米。因此为了保证各个级别试验能够顺利准确的进行,试验箱体体积应至少选择0.75立方米的。另外,试验结束后,试验箱体内会产生燃烧后的有害气体,因此,应该配备排风扇将废弃排出并进行处理。
 
水平垂直燃烧仪的市场现状
水平垂直燃烧仪广泛应用于电工电子产品及其部件的检测,目前,市场上有不同种类的水平垂直燃烧仪,国内的如青岛科技大学申请一种水平和垂直燃烧试验自动测试的实用新型专利,包括带有工作台底板的箱体、燃气供应及控制系统。箱体内设有试验支架,用于夹持水平试样的水平夹具或通过横支架连接有用于夹持垂直试样的垂直夹具。还包括与燃气供应及控制系统相连接的燃烧器、计算机数据采集处理系统及计算机显示器、温度采集及处理系统、滴落物信息采集及处理系统;青岛睿新杰仪器有限公司申请发明一种水平垂直燃烧测定仪,包括主机及控制面板,主机上设有玻璃舱门,其特征在于:舱门通过升降装置安装在主机上,控制面板与主机分体设计,控制面板可转动地安装在主机上。舱门玻璃上设有操作孔,该操作孔上设有密封结构。
国外的如德国的Wazau-UL94,其箱体内部空间0.77立方米,燃烧装置可进行水平和角度调整,试样支架可进行水平和垂直调整,工作气体为纯度大于98%的甲烷,装有排气量达到470立方米/小时的排气装置;苏州菲尼克斯UL94水平垂直燃烧仪,其箱体体积大于0.8立方米,燃烧器可0、20、45度便捷调节,美国HUMBOLDT火源,内径9.5±0.5mm符合标准,顶部排风装置,抽取燃烧产生的废气,流量计精度达到F.S±1%,能源为甲烷气,自动记录测试时间和测试结果;西思特 RH-6033A UL94-2012水平垂直燃烧试验箱,燃烧空间大于等于0.8立方米,使燃烧结果更准确,来自Matheson Tri-Gas的高精度流量计,箱体采用高防腐喷涂铝合金框架,由进口SUB304不锈钢板密封,喷涂高防腐度油漆试验时无空气流通,测试支架由进口SUB316不锈钢制成的水平和垂直燃烧支架,H-5025 UL专用本生灯,喷灯管直径9.5mm ,喷灯角度可0、45、90度方便调节,燃气选配纯度99%的甲烷,低噪音工业排风机,排气迅速。
目前,水平垂直燃烧仪的设计技术已趋于成熟,市场上存在的仪器基本都能满足水平垂直燃烧试验的要求。但是在试验自动化的程度上还有待提高,在开发水平垂直燃烧仪的技术领域仍有许多工作需要开展:
一是试样在燃烧过程中产生的气体需要迅速排出,减少实验等待时间,提高工作效率。
二是由于水平垂直燃烧试验的试验样品的多样性,燃烧产生的废气也具有多样性,这些气体中的部分可能会对环境造成污染,严重的会对人体直接产生危害。因此加强废气处理、优化废气处理装置是一个亟需解决的问题。

 

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