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关于UL94水平垂直燃烧试验仪的详细介绍

2018-10-10 北京卓锐技术服务部 1211

关于UL94水平垂直燃烧试验仪的详细介绍

UL94燃烧试验概述:

可燃性UL94等级是应用广泛的塑料材料可燃性能标准。它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评判方法。每种被测材料根据颜色或厚度都可以得到许多值。

等级介绍:

塑料阻燃等级由HB,V-2,V-1向V-0逐级递增:

HB:UL94标准中zui低的阻燃等级。要求对于3到13毫米厚的样品,燃烧速度小于40毫米每分钟;小于3毫米厚的样品,燃烧速度小于70毫米每分钟;或者在100毫米的标志前熄灭。

V-2:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在60秒内熄灭。可以有燃烧物掉下。

V-1:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在60秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

V-0:对样品进行两次10秒的燃烧测试后,火焰在30秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。

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适用范围:

UL94水平垂直燃烧试验仪,设计为对设备和器具部件材料的可燃性能试验,众多应用于zui终用途产品的易燃性能、燃烧速率、火焰蔓延、燃烧强度均可被检测,目前已经被广泛应用于V-0、V-1、V-2、HB、5V、HF-1、HF-2、HBF 级材料或泡沫塑料的可燃性进行定级评定。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研究、生产和质检部门,也适用于绝缘材料、工程塑料或其它固体可燃材料行业。

UL94是美国保险协会颁布的关于针对塑料和泡沫材料的防火测试标准,主要用以检测设备和器具部件材料的可燃性能试验,UL94针对材料的燃烧主要分成了五种测试方法。

分别是:

(1)、50W火焰水平燃烧测试UL 94HB40、HB75分级;

(2)、50W火焰垂直燃烧测试V-0、V-1、V-2分级;

(3)、500W火焰燃烧测试5VA、5VB分级;  

(4)、薄膜材料软性试样的垂直燃烧VTM-0、VTM-1和VTM-2分级;

(5)、泡沫材料水平燃烧HF-1、HF-2和HBF分级。

下面分别对于UL94的试样架、火源和箱体的各个部分分别进行详解。

一、UL94试样测试程序

1、水平燃烧测试HB分级

试样水平放置,样品的尺寸为125mm×13mm×厚度(zui大不能超过超过13mm),各自在距点燃端25mm和100mm做好标记,在距25mm标线zui远端用试样夹夹持住试样,本生灯成45度角倾斜,不改变火焰的位置对试样施加30s±1s的时间,对于该试验的试样材料又分成可自撑材料和非自撑材料两种。

1)可自撑的材料

试样水平夹持在试样夹上,下面有一片水平放置的金属网,根据UL94中2.4C部分和GB/T2408:2008中第6.6部分的规定,金属丝网是由直径为0.40~0.45mm的钢丝制成,每25mm有有20个孔,并切成125mm的方块。根据GB/T2408:2008中第8.2.2部分,试样的自由端应与金属网保持10mm的距离。

2)非自撑试样

根据UL94中第2.10A部分和GB/T2408:2008第8.2.3部分,当试样的自由端下垂不能保持10mm的距离时,应该在试样的下面放置一个支撑架,以保证试样的自由端与金属网的距离保持在10mm,伸出的支撑架距试样自由端近似10mm。在样品的被夹端,必须留有足够的间隙,一使固定物可以向旁边自由的滑动,当样品燃烧时支持固定物要以相同的速度后撤。详见图1

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垂直燃烧V分级

试样垂直放置,样品尺寸为125mm×13mm×厚度(zui大不能超过超过13mm),本生灯垂直放置,根据UL94中V分级的3.14部分和GB/T2408:2008第9.2.4部分,灯口与试样保持10mm±1mm的距离,却在试样燃烧长度变化的过程中要能够保持喷灯口与试样的距离在10s±0.5s内不变,这就需要能够在垂直平面内移动本生灯。

如果在试样燃烧过程中,有熔融物或滴落物时,应将喷灯倾斜45度,以免有熔融滴落滴进喷灯口,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。详见图2

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3)500W火焰燃烧5V分级

对于500W火焰燃烧测试,根据UL94中5V4.6部分和GB/T5169.17:2002的规定,又对其分成了条形试样的易燃性测试和板行试样的耐燃穿能力的测试条形试样燃烧测试

垂直试样,试样的尺寸为(125mm±5mm)×(13mm±0.5mm)×厚度(通常是所需的zui小厚度,zui厚不能超过13mm)。

用环形试样架在试样6mm的地方夹住试样,试样下水平放置了面积为50mm×50mm的棉垫,试样的下端与棉垫的距离为300mm±10mm,该本生灯灯管的轴心线与垂直方向的夹角为20±5度,对试样施加5次每次5s±0.1s,间隔5s±0.1s的火焰燃烧。根据根据GB/T5169.17:2002中第8.2.3部分的规定,如果在试验的过程中,条形试验样品有滴落物,卷缩和伸长,则应调整喷灯位置,使蓝色锥形焰心的锥顶刚好触及到样品的剩余部分,这就需要在实验的过程中能够能够不影响试验箱体内部环境的情况下,在垂直面移动本生灯。在每次施加完火焰后应立即移开喷灯,以免影响试样的续燃。

板行试样,试样的尺寸为(150mm±5mm)×(150mm±5mm)×厚度(通常是需的zui小厚度,zui厚不能超过13mm)用环形试样夹水平夹持试样,喷灯与垂直面成20±5度角,使蓝色焰心的锥顶刚好触及到板形样品底面的中心,对试样施加5次每次5s±0.5s的火焰,间隔5s±0.5s,每次施加完火焰后应立即移开喷灯,以免影响试样的续燃。


根据燃烧的时间对样品进行分级

薄膜材料软性试样的垂直燃烧测试的VTM分级

根据UL94增加5.5条,针对太薄、变形、收缩或燃尽至试样支架的材料进行测试,样品的尺寸为200mm×50mm,延纵向缠绕在直径为12.7mm的棒上,样品垂直夹持,样品底端距燃烧器管的顶端的距离为95mm,喷灯垂直放置,对样品施加3s的火焰,撤离火焰距试样至少150mm的距离,以免影响试样的续燃,等到试样停止燃烧,立即再对试样施加3s的火焰。如果在每次施加火焰过程中,样品有掉下溶化物或燃烧物,,则燃烧器要倾斜到45度,且在施加火焰的过程中,燃烧器在样品未重叠区域稍微移动一些,以免滴落物滴进喷管。


泡沫材料的水平测试的HF分级

本生灯垂直放置,根据GB/T 8332:2008的5.2部分,本生灯筒身长100±10mm,内径为9.5mm±0.3mm,在5.3部分规定了灯口安装扇形喷火器的规格,翼顶开口的内部长度为(48±1)mm,内部宽度为(1.3±0.05)mm。

试样支架为长215mm,宽75mm,端部弯成直角,高为13mm,直径为0.8mm的不锈钢丝制成的6.4mm的网格状拖网,托网距箱体的前后左右的距离都要一样,位于箱体上方(175±25)mm。

根据GB/T 8332:2008的6.2部分的规定,样品的尺寸为(150mm±1mm)×(50mm±1mm),厚度不大于13mm,试样水平放置在拖网上,试样的zui前端距本生灯翼顶上方(13±1)mm。

二、实验箱体

箱体体积是这个实验设备的一大关键,因为在试验的过程中,箱体几乎是密封的,与外界没有气体交换,为了保证箱体内燃烧时氧气的消耗不影响试样的测试结果,在GB/T2406:2008中的第6.1部分对于做HB分级和V分级的测试实验箱体的体积规定至少为0.5m³,GB/T8332:2008中的第5.1部分对于做泡沫材料HF分级时测试箱体的体积至少为0.5m³。以上三个分级测试的火焰都为为50W火焰;对于GB5169.17:2002 500W火焰的测试,因为火源更加强烈,对于氧气的消耗更大,则相应的对于箱体的体积要求也就更大,至少为0.75m³。

综上所述,为了保证这个实验准确的进行,符合各个分级测试的要求,实验箱体的体积至少为0.75m³。

试验箱体内部必须呈现暗色,当用一个面向试验箱后面的照度计置于试样的位置,记录的照度值应低于20lx。同时试验箱应配备有能够完全关闭的抽风扇,以排除实验完毕后产生的有毒产物。

本生灯

本生灯符合ASTM D5025,灯管长100mm,内径为9.5mm,测试火焰高度为20mm到125mm。灯具试验倾角为:0°、20°、45°、可快速定位,zui大行程约150mm.

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(关于UL94燃烧试验仪题外知识编辑):

请问:“50W (20 mm) Vertical Burning Test; V-0, V-1, or V-2”中的50W表示什么意思,20 mm又表示什么意思?   

50W、500W是指喷灯的燃烧功率,一般是UL指定的燃烧喷灯,在国标电线单根垂直燃烧试验中的喷灯燃烧功率就是1000W。

以下是有关数据对比:   

UL94中 HB、V级喷灯为:20mm(50W),燃烧火焰:蓝焰内无锥形,高度20±1mm ;

UL94中的5V级燃烧是采用125mm(500W)、燃烧火焰:内焰高度40±2mm,外焰125±10mm 。

火焰的火焰温度:  

20mm(50W)试验火焰:100±2~700±3℃的时间是44±2S;

125mm(500W)试验火焰:100±2~700±3℃的时间是54±2S。   

试验空间:  

UL94中的HB、V、VMT其空间只要求大于0.5立方就可以,而5V要求大于0.75立方。   

试验气体的流量与背压力:  

HB级、V级、VMT级燃气流量为105ml/min,背压力10mm水柱或相等压力;

5V级燃气流量为965ml/min, 125±25mm水柱或相等压力  UL94中的5V级背压力一样:燃气流量为965ml/min, 125±25mm水柱或相等压力。

四、实验火源及其校准

对于燃烧气体的选择,原则上可用甲烷、乙烷和丙烷,但由于不同燃烧气体的燃烧热值是不相同的,所以在对于实验结果出现纠纷时,用甲烷作为仲裁气体,所以在条件允许的情况下,我们建议实验室用甲烷气体。

UL94主要的火源有两种,一种是HB分级和V分级的50W火焰测试,一种是5V分级的500W火焰测试,根据ASTM D5207的规定,两种火焰温度下所需气体的压力和流量,见下表:

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从上表可以看出,20mm和125mm的火焰高度,都有相应的气体压力和气体的流量,因为要调节某一规定的火焰高度,我们可以从如下两方面着手,一是减小压力,增大气体的流量;二是增加压力,减小气体的流量。二者都可达到规定的火焰高度。但是这两种火焰高度下火焰燃烧的温度是不一样的。

故标准在对火源的要求时,同时对气体选择及压力和流量都做了规定,其zui终的目的就是为了控制火焰的温度,为了试验的准确性,当调节好火焰的流量和压力后,还应用一个K型热电偶对火焰进行温度校准。

为了使测试的准确,在K型热电偶丝下端焊接一个铜锤,放大K型热电偶丝的受热面积。

根据ASTM D5207的规定,对于50W-20mm的火源进行温度校准时,把K型热电偶丝前端的铜锤放置在距喷灯口10±1mm的位置上,当温度从100摄氏度升高到700摄氏度时,用时间应在44±2s。

对于500W-125mm的火源进行温度校准时,应把K型热电偶丝前端的铜锤放置在距喷灯口55±1mm的位置上,当温度从100摄氏度升高到700摄氏度时,用时应在54±2s。

参考标准资料:

UL94:2013;

ASTM D635-2006 Standard Test Method for Rate of Burning and/or Extent and Time of Burning of Plastics in a Horizontal Position;

IEC 60895-11-10;

GB/T2408-2008塑料 燃烧性能的测定 水平法和垂直法;

GB/T5169.16-2008电工电子产品着火危险试验 第16部分: 试验火焰 50W 水平与垂直火焰试验方法;

GB/T 5169.17-2008 电工电子产品着火危险试验 第17部分:试验火焰500W火焰试验方法GB/T 8323-2008 泡沫塑料燃烧性能实验方法 水平法;

GB4943.1-2011 信息技术设备 安全 第1部分:通用要求等相关标准试验要求。

摘自:北京鑫生卓锐科技有限公司技术服务部。