GB4943与UL94水平燃烧试验的区别
日期：2023-09-25 点击：629
1 引言
材料的燃烧试验是判定材料燃烧等级和材料是否正确应用于相应产品零部件的重要依据。如果不能很好理解标准的原意或者不能正确的操作试验，就不能得到正确的实验结果，不能对材料进行正确的分级。如果材料不进行分级应用，就会大大增加产品的制造成本，使产品的价格优势降低,或者降低产品质量。因此只有在对材料进行正确分级的基础上，才能保证材料能被正确的应用，才能确保产品的安全性能。
2 试验
材料在用于电器产品时，需要根据电器产品的性能（包括使用的电压、电流，有时还需要考虑其非正常工作时的状态）来选择不同绝缘等级的绝缘材料。如果绝缘材料没有正确的应用于相适应的电器产品中，会造成不可估量的损失。图1所示，使用了分级不正确的绝缘材料，使得器具在正常工作时，器具的绝缘材料有较大的形变，导致出现事故，严重时，有可能发生火灾。
材料的燃烧试验主要有水平燃烧试验和垂直燃烧试验。垂直燃烧试验的操作比较简单，在这里主要对水平燃烧试验进行讨论。水平燃烧试验的火焰等级主要有三种：50W、500W和1000W。在实际的试验中，经常使用的是50W水平燃烧试验。下面结合
水平燃烧试验的主要过程，以某次能力验证试验中所引用的GB4943-2001《信息技术设备的安全》的附录A8中的50W水平燃烧试验（以下简称GB4943）与国际影响力较大的美国保险商实验室的标准UL94(以下简称UL94)中的50W水平燃烧试验进行比较：预处理包括对样品的物理加工和相应的环境处理。标准中，试验样品的宽度和长度都有明确的规定，一般要求的尺寸为长125mm 宽13 mm 材料厚（典型的厚度有1.5mm、3.0mm），样品数量3个，对于样品的边角需要进行打磨处理，打磨后的细小粉末必须清除，不能用溶剂进行清洗，以免影响试验结果。打磨之后，以样品一端为基准画两条与基准线平行的线条，一条距基准线（25±1）mm处，另一条距基准线（100±1）mm处，再将样品放置于温度（23±2） ，湿度（50±5）%的环境中预处理48小时，或根据标准要求的其他温度、湿度参数进行预处理。
GB4943与UL94中的水平燃烧试验的预处理过程是一致的。
2.2 试验火焰的校准
燃烧试验中火焰的热量值是进行试验最基本的保证。不能依据供应商提供的产品证书，来认定气体是否满足标准要求。必须通过相应的火焰校准试验，来确认气体的热量值，确保气体符合燃烧试验要求。
校准火焰前，先让火焰保持垂直状态，通过调节气体流量和气压，使火焰的高度满足标准的要求（对于只有一个浮子的流量计，直接按照标准要求进行调节；对于有双浮子流量计的流量表，一定要找到其对应关系表，以此来调节火焰的高度，如MATHESON TRI-GAS，Inc（MTG）的流量计就是双浮子流量计）。然后用满足标准要求的热电偶铜块测量火焰从（100 ±2） 到（700±3） 所需的时间，时间应为（44±2）s。如果时间不在这个范围内，说明试验气体不满足标准要求，需要更换气体。校准步骤完成后，要注意通风，使箱体内氧气比较充足。
GB4943对火焰的产生、如何调节火焰、何时校准火焰等没有详细的操作要求和说明。只规定了“所使用的燃气的热值应大约37MJ/m 。本生灯应在未靠近样品时先点燃，并调节到产生总高度约为25mm的稳定的蓝色火焰”。由于没有校准，容易造成试验结果比较离散，在比对试验中，有可能出现实验结果的一致性不够好。
UL94中要求用纯度大于98%的甲烷气体，产生燃烧火焰，调节气体流量达到105ml/min，同时水的背压小于10mm。在这种条件限制下产生燃烧火焰。调节燃烧器使得火焰的高度为（20±1）mm，调节供气阀和燃烧进气阀，使得火焰呈现顶部为黄色，增加空气的供给量，使得黄色火焰消失。有时黄色的火焰可能不会消失。如果有必要再次测量火焰的高度。火焰调节好后，将K型热电偶按照标准的要求安装在与燃烧器的距离合适的位置（见图2），校准火焰。根据UL94引用的ASTM D5207标准的要求，每月或者更换气体时进行校准，又或者试验数据被质疑时校准。
2.3 开始试验
确认气体达到标准的要求后，可进行后续试验。待火焰稳定后（时间约5min），按照标准的要求，把本生灯喷头拧紧固定，确保本生灯倾斜的角度约45度。样品进行试验时应固定其一端，使样品底部边缘距其下面金属细丝网的距离为10mm，样品深入火焰为6mm。样品燃烧时,如果火焰有向前蔓延的趋势，还是需要保持这一距离的，这一点必须需要注意。火焰如果蔓延过快，那么火焰烧到25mm的标线时，就立即撤去火焰。如果火焰蔓延得慢，施加火焰的时间到达30s时，也应立即将火焰撤去，同时须将本生灯的火焰熄灭，以保证箱体内有足够的氧气使样品继续燃烧。接着开始记录火焰相关参数。
GB4943中对火焰深入试验样品的深度没有要求。由于火焰的内外焰的温度有差别，如果没有规定火焰深入样品的深度，容易造成试验人员操作误差，出现同一材料的几种试验结果和燃烧速率的偏离。
UL94中对施加火焰与试验样品深入的深度规定：“燃烧器的位置要使得火焰接触到试样的深度为(6±1)mm”。火焰深入样品的深度有规定，使火焰燃烧样品的尺度有要求，减少了人为的操作误差，试验结果的一致性较好。
2.4 实验结果的整理和分析对于最终的试验结果，需要记录的数据有：
（1） 燃烧时火焰总高度；
（2）火焰停留30s以及是否烧到25m m刻度线处，若烧到25mm刻度线时，需要记录相应的时间；
（3） 25mm刻度线开始至燃烧停止的时间；
（4）是否烧到100mm刻度线处，若有记录时间；
然后根据记录的试验数据，计算燃烧速率，结合材料的厚度和标准的要求判断材料是否符合相应的燃烧等级的要求。
GB4943与UL94的合格判定原则要求是一样的，GB4943与UL94判定在厚度要求上有差别。GB4943增加了允许重复试验的规定， UL94则没有要求。UL94对设备的精度提出了要求，这保证了试验的准确性和一致性。
3 总结
在50W水平燃烧试验过程中，只有对上述关键的步骤正确理解和操作，对标准的原意和要求深刻分析，才能正确进行材料燃烧试验的分级和判定。实验人员只有在充分理解的基础上，通过不断的试验才能掌握和理解标准。
GB4943与UL94虽然都是关于材料燃烧试验的标准，但适用的地区不同，试验时的侧重点是各不相同的，因此试验过程和试验操作也不相同。国际电工委员会（IEC）在制定标准时，就兼顾了各个地区标准的适用性。其中《IEC60695-11-10：2003着火危险试验.第11-10部分:50W水平和垂直火焰的试验方法》里规定了50W水平燃烧试验方法，其内容就吸取了UL94的可取之处。
4 结束语
材料的燃烧试验是判定材料燃烧等级和材料是否正确应用于相应产品零部件的重要依据。如果不能很好理解标准的原意或者不能正确的操作试验，就不能得到正确的实验结果，不能对材料进行正确的分级。如果材料不进行分级应用，就会大大增加产品的制造成本，使产品的价格优势降低,或者降低产品质量。因此只有在对材料进行正确分级的基础上，才能保证材料能被正确的应用，才能确保产品的安全性能。
2 试验
材料在用于电器产品时，需要根据电器产品的性能（包括使用的电压、电流，有时还需要考虑其非正常工作时的状态）来选择不同绝缘等级的绝缘材料。如果绝缘材料没有正确的应用于相适应的电器产品中，会造成不可估量的损失。图1所示，使用了分级不正确的绝缘材料，使得器具在正常工作时，器具的绝缘材料有较大的形变，导致出现事故，严重时，有可能发生火灾。
材料的燃烧试验主要有水平燃烧试验和垂直燃烧试验。垂直燃烧试验的操作比较简单，在这里主要对水平燃烧试验进行讨论。水平燃烧试验的火焰等级主要有三种：50W、500W和1000W。在实际的试验中，经常使用的是50W水平燃烧试验。下面结合
水平燃烧试验的主要过程，以某次能力验证试验中所引用的GB4943-2001《信息技术设备的安全》的附录A8中的50W水平燃烧试验（以下简称GB4943）与国际影响力较大的美国保险商实验室的标准UL94(以下简称UL94)中的50W水平燃烧试验进行比较：预处理包括对样品的物理加工和相应的环境处理。标准中，试验样品的宽度和长度都有明确的规定，一般要求的尺寸为长125mm 宽13 mm 材料厚（典型的厚度有1.5mm、3.0mm），样品数量3个，对于样品的边角需要进行打磨处理，打磨后的细小粉末必须清除，不能用溶剂进行清洗，以免影响试验结果。打磨之后，以样品一端为基准画两条与基准线平行的线条，一条距基准线（25±1）mm处，另一条距基准线（100±1）mm处，再将样品放置于温度（23±2） ，湿度（50±5）%的环境中预处理48小时，或根据标准要求的其他温度、湿度参数进行预处理。
GB4943与UL94中的水平燃烧试验的预处理过程是一致的。
2.2 试验火焰的校准
燃烧试验中火焰的热量值是进行试验最基本的保证。不能依据供应商提供的产品证书，来认定气体是否满足标准要求。必须通过相应的火焰校准试验，来确认气体的热量值，确保气体符合燃烧试验要求。
校准火焰前，先让火焰保持垂直状态，通过调节气体流量和气压，使火焰的高度满足标准的要求（对于只有一个浮子的流量计，直接按照标准要求进行调节；对于有双浮子流量计的流量表，一定要找到其对应关系表，以此来调节火焰的高度，如MATHESON TRI-GAS，Inc（MTG）的流量计就是双浮子流量计）。然后用满足标准要求的热电偶铜块测量火焰从（100 ±2） 到（700±3） 所需的时间，时间应为（44±2）s。如果时间不在这个范围内，说明试验气体不满足标准要求，需要更换气体。校准步骤完成后，要注意通风，使箱体内氧气比较充足。
GB4943对火焰的产生、如何调节火焰、何时校准火焰等没有详细的操作要求和说明。只规定了“所使用的燃气的热值应大约37MJ/m 。本生灯应在未靠近样品时先点燃，并调节到产生总高度约为25mm的稳定的蓝色火焰”。由于没有校准，容易造成试验结果比较离散，在比对试验中，有可能出现实验结果的一致性不够好。
UL94中要求用纯度大于98%的甲烷气体，产生燃烧火焰，调节气体流量达到105ml/min，同时水的背压小于10mm。在这种条件限制下产生燃烧火焰。调节燃烧器使得火焰的高度为（20±1）mm，调节供气阀和燃烧进气阀，使得火焰呈现顶部为黄色，增加空气的供给量，使得黄色火焰消失。有时黄色的火焰可能不会消失。如果有必要再次测量火焰的高度。火焰调节好后，将K型热电偶按照标准的要求安装在与燃烧器的距离合适的位置（见图2），校准火焰。根据UL94引用的ASTM D5207标准的要求，每月或者更换气体时进行校准，又或者试验数据被质疑时校准。
2.3 开始试验
确认气体达到标准的要求后，可进行后续试验。待火焰稳定后（时间约5min），按照标准的要求，把本生灯喷头拧紧固定，确保本生灯倾斜的角度约45度。样品进行试验时应固定其一端，使样品底部边缘距其下面金属细丝网的距离为10mm，样品深入火焰为6mm。样品燃烧时,如果火焰有向前蔓延的趋势，还是需要保持这一距离的，这一点必须需要注意。火焰如果蔓延过快，那么火焰烧到25mm的标线时，就立即撤去火焰。如果火焰蔓延得慢，施加火焰的时间到达30s时，也应立即将火焰撤去，同时须将本生灯的火焰熄灭，以保证箱体内有足够的氧气使样品继续燃烧。接着开始记录火焰相关参数。
GB4943中对火焰深入试验样品的深度没有要求。由于火焰的内外焰的温度有差别，如果没有规定火焰深入样品的深度，容易造成试验人员操作误差，出现同一材料的几种试验结果和燃烧速率的偏离。
UL94中对施加火焰与试验样品深入的深度规定：“燃烧器的位置要使得火焰接触到试样的深度为(6±1)mm”。火焰深入样品的深度有规定，使火焰燃烧样品的尺度有要求，减少了人为的操作误差，试验结果的一致性较好。
2.4 实验结果的整理和分析对于最终的试验结果，需要记录的数据有：
（1） 燃烧时火焰总高度；
（2）火焰停留30s以及是否烧到25m m刻度线处，若烧到25mm刻度线时，需要记录相应的时间；
（3） 25mm刻度线开始至燃烧停止的时间；
（4）是否烧到100mm刻度线处，若有记录时间；
然后根据记录的试验数据，计算燃烧速率，结合材料的厚度和标准的要求判断材料是否符合相应的燃烧等级的要求。
GB4943与UL94的合格判定原则要求是一样的，GB4943与UL94判定在厚度要求上有差别。GB4943增加了允许重复试验的规定， UL94则没有要求。UL94对设备的精度提出了要求，这保证了试验的准确性和一致性。
3 总结
在50W水平燃烧试验过程中，只有对上述关键的步骤正确理解和操作，对标准的原意和要求深刻分析，才能正确进行材料燃烧试验的分级和判定。实验人员只有在充分理解的基础上，通过不断的试验才能掌握和理解标准。
GB4943与UL94虽然都是关于材料燃烧试验的标准，但适用的地区不同，试验时的侧重点是各不相同的，因此试验过程和试验操作也不相同。国际电工委员会（IEC）在制定标准时，就兼顾了各个地区标准的适用性。其中《IEC60695-11-10：2003着火危险试验.第11-10部分:50W水平和垂直火焰的试验方法》里规定了50W水平燃烧试验方法，其内容就吸取了UL94的可取之处。
4 结束语
GB443与UL94的区别与其各自的发展历程和针对的检测对象有关。在实际的工作中，需要操作者根据检测对象的不同用途来选择测试的试验标准。
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