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UL94 50W垂直燃烧仪的设计与应用

1.UL94 50W垂直燃烧试验方法的介绍
根据切L94(第五版,2011)燃烧试验标准(UL Standard for S砾匆for Tests for FlaⅡlIIlabili哆of Plastic Mat嘶als for Pans ill De访ces aIld Appliallces)中内容,可知测量设备燃烧仪主要由气源、燃烧灯、压力计、流量计和计时器等部件组成。对于50w垂直燃烧测试,测试样品的长宽尺寸应为(125±5I砌)×(13.0±0.5mm),使用98%以上纯度的甲烷气体作为气源,通过调节气 体流量为105毗in及仪器背压小于10mm水柱使燃烧灯产生20±lmm的火焰高度。其中燃烧灯构造及样品放置方式如图1所示0测试时从试样上端6nⅡn处垂直夹紧试样,如图1所示,打开气源开启设备调节好流量计、背压等测试参数,使燃烧灯产生20±lmm高的蓝色火焰后,在燃烧灯的顶部中心距试样下端10±1哪处对样品施加10±0.5s火焰,然后立即快速撤离燃烧灯,同时开始观察并记录样品有焰燃烧时间tl,当试样燃烧一停止立即再次将燃烧灯移至试样下,并保持灯管顶部中心与剩余试样的距离在10±lmm,对样品第二次施加火焰10土0.5s后撤离燃烧灯,同时开始测定有焰燃烧时间t2和无焰燃烧时间t3,在样品燃烧过程有必要时应移动燃烧灯,以躲开滴落物【31。可借助脱脂棉帮助判断样品是否为无焰燃烧。
两次施加火焰后根据样品的有焰及无焰燃烧时间、熔滴是否引燃脱脂棉等指标,用V.O、V.1、V一2级别综合评判材料的燃烧等级,如表l所示。国标GB T 5169.22等效采用此方法进行电工电子产品着火危险试验。
图1;
 
2.燃烧仪的技术要求及设计
UL94标准对燃烧仪各部件的技术要求进行了明确的规定,如气源纯度、测试室的容积及密闭性、燃烧灯的尺寸及可移动性、流量计及压力计的量程范围等。根据uL94标准(第五版,2011)内容,燃烧仪的技术要求可归纳为表2中内容,标准还介绍了技术要求相对应的功能及影响。
标准在8.5章节内容还规定,对样品两次施压10±0.5s火焰过程中,不论样品长度是否有变化,灯管顶部中心与试样均需始终保持】0±l lIⅡn的距离,且当有熔融物或滴落物时,可将喷灯倾斜45度,这便要求燃烧灯还可以再垂直平面移动且能被倾斜至45度角。由于在测试过程需要通过操作窗口随时移动燃烧灯位置,而5.1章节中规定燃烧仪外壳需是密闭的,那么燃烧灯窗口也应是密闭的。
图2;
 
在以上技术要求项目中:甲烷气体纯度、压力计、流量计、燃烧灯尺寸等因素直接影响火焰高度的调节;在对样品施加火焰过程中,燃烧灯的可移动性、计时装置等因素对测量结果起着重要影响;设备的空间及密封性、排气装置、操作窗口的设计等因素则影响操作的安全性及方便性。
 
3.燃烧仪的设计
本文根据以上技术指标设计一台燃烧试验仪及量取火焰高度的夹具,分别如图2及图3所示。其中:1.压力计;2一后视镜;3.数显流量计;4一控制面版;5.换气装置;6.样品夹;7一数显计时器;8一燃烧灯;9.操作窗口。
在图2燃烧仪构造图各部件中:1.压力计采用井型式的,可直接读取高精度的压力数值,能准确测量10mm的水压;2.后视镜安置在燃烧灯后侧,方便操作员观察样品后侧的燃烧情况;3.流量计为数显控制,且能精确到lm№in,量程大于105m№iIl;4一控制面版用于开/关测量设备及抽风装置;5一抽风装置具有防腐蚀功能,同时配置逆止阀可保证测试室在测试过程中完全密闭,不会产生空气对流现象,而测试结束后又能快速将燃烧室中的废气通过管道排出;6.样品夹部位与燃烧灯水平方向始终保持垂直,可自动在样品上端6mm处夹紧样品的功能;7.数显计时器通过可移动的遥控器控制燃烧时间,时间显示器安置在试验箱内部燃烧灯附近,如图2中所示,方便操作员同时观察样品火焰燃烧情况并对燃烧时间进行控制;8.燃烧灯可在水平及垂直平面内移动,长100±10l砌,内径为9.5±0.3蚴;且能够倾斜至45。角,参照ASTM D502.2005标准设计,燃烧灯各部件完全由金属构成㈨;9.操作窗口设计为手套形式,既可以通过塑料通道及隔膜在测试过程中移动燃烧灯,同时又能保证测试室完全密封。
该燃烧仪在满足表2中的各项技术指标外,同时使用时操作方便,如流量计、样品夹均为自动控制。
图3;
 
4.试验及应用
根据3.0部分内容研制一台UL94.50w垂直燃烧试验仪及夹具如图4和图5所示,设备体积为200cm×200cm×150cm。其中燃烧灯为手持式,可在垂直及水平面上移动,还能倾斜至45。角。量取火焰高度的夹具可帮助操作员在测量过程中方便准确地调节火焰高度在20±1mm范围内。
图4-5;
 
4.1计量数据
计量机构对图3中燃烧试验仪各部件进行校准得到数据如表3所示,从表3中内容可知燃烧仪的燃烧灯、计时器、流量计、压力计等部件的技术指标均符合要求。
4.2温度验证
按照AsTM D5207一09提供的火焰验证方法,调整燃烧试验仪背压小于10mm水压、气体流量为105±5m1/min使火焰高度为20±1mm,等待5min燃烧稳定后,使用直径为0.5InIn的K型热电偶及图6所示的铜块(直径为5.50±0.0ln瑚、质量为1.76±O.019)放置在火焰上方10±1mm处,记录铜块温度从100℃±2℃升温到700℃±3℃的时间,对于50w垂直燃烧时间应在44±2s范围[61。
图6;
 
使用标准铜块及热电偶按照上述步骤对图3中的燃烧试验仪进行三次测量,试验数据见下表4,从表中数据可知铜块由100~700℃升温时间(s)均在44±2s合格范围内。
图7;
 
5.结论
根据uL94标准中50w垂直燃烧试验部分内容,本文设计研制的燃烧仪能完全达到UL94标准对50w垂直燃烧测量设备的各项技术指标,设备在使用过程中操作方便,且计量校准数据及火焰温度验证结果均符合使用要求。

 

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