關于UL94水平垂直燃燒試驗儀的詳細介紹
關于UL94水平垂直燃燒試驗儀的詳細介紹
UL94燃燒試驗概述：
可燃性UL94等級是應用廣泛的塑料材料可燃性能標準。它用來評價材料在被點燃后熄滅的能力。根據燃燒速度、燃燒時間、抗滴能力以及滴珠是否燃燒可有多種評判方法。每種被測材料根據顏色或厚度都可以得到許多值。
等級介紹：
塑料阻燃等級由HB，V-2，V-1向V-0逐級遞增：
HB：UL94標準中zui低的阻燃等級。要求對于3到13毫米厚的樣品，燃燒速度小于40毫米每分鐘；小于3毫米厚的樣品，燃燒速度小于70毫米每分鐘；或者在100毫米的標志前熄滅。
V-2：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內熄滅。可以有燃燒物掉下。
V-1：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在60秒內熄滅。不能有燃燒物掉下。
V-0：對樣品進行兩次10秒的燃燒測試后，火焰在30秒內熄滅。不能有燃燒物掉下。
適用范圍：
UL94水平垂直燃燒試驗儀，設計為對設備和器具部件材料的可燃性能試驗，眾多應用于zui終用途產品的易燃性能、燃燒速率、火焰蔓延、燃燒強度均可被檢測，目前已經被廣泛應用于V-0、V-1、V-2、HB、5V、HF-1、HF-2、HBF 級材料或泡沫塑料的可燃性進行定級評定。適用于照明設備、低壓電器、家用電器、機床電器、電機、電動工具、電子儀器、電工儀表、信息技術設備、電氣事務設備、電氣連接件和輔件等電工電子產品及其組件部件的研究、生產和質檢部門，也適用于絕緣材料、工程塑料或其它固體可燃材料行業。
UL94是美國保險協會頒布的關于針對塑料和泡沫材料的防火測試標準，主要用以檢測設備和器具部件材料的可燃性能試驗，UL94針對材料的燃燒主要分成了五種測試方法。
分別是：
（1）、50W火焰水平燃燒測試UL 94HB40、HB75分級；
（2）、50W火焰垂直燃燒測試V-0、V-1、V-2分級；
（3）、500W火焰燃燒測試5VA、5VB分級；
（4）、薄膜材料軟性試樣的垂直燃燒VTM-0、VTM-1和VTM-2分級；
（5）、泡沫材料水平燃燒HF-1、HF-2和HBF分級。
下面分別對于UL94的試樣架、火源和箱體的各個部分分別進行詳解。
一、UL94試樣測試程序
1、水平燃燒測試HB分級
試樣水平放置，樣品的尺寸為125mm×13mm×厚度（zui大不能超過超過13mm），各自在距點燃端25mm和100mm做好標記，在距25mm標線zui遠端用試樣夾夾持住試樣，本生燈成45度角傾斜，不改變火焰的位置對試樣施加30s±1s的時間，對于該試驗的試樣材料又分成可自撐材料和非自撐材料兩種。
1）可自撐的材料
試樣水平夾持在試樣夾上，下面有一片水平放置的金屬網，根據UL94中2.4C部分和GB/T2408:2008中第6.6部分的規定，金屬絲網是由直徑為0.40～0.45mm的鋼絲制成，每25mm有有20個孔，并切成125mm的方塊。根據GB/T2408:2008中第8.2.2部分，試樣的自由端應與金屬網保持10mm的距離。
2）非自撐試樣
根據UL94中第2.10A部分和GB/T2408:2008第8.2.3部分，當試樣的自由端下垂不能保持10mm的距離時，應該在試樣的下面放置一個支撐架，以保證試樣的自由端與金屬網的距離保持在10mm，伸出的支撐架距試樣自由端近似10mm。在樣品的被夾端，必須留有足夠的間隙，一使固定物可以向旁邊自由的滑動，當樣品燃燒時支持固定物要以相同的速度后撤。詳見圖1
垂直燃燒V分級
試樣垂直放置，樣品尺寸為125mm×13mm×厚度（zui大不能超過超過13mm），本生燈垂直放置，根據UL94中V分級的3.14部分和GB/T2408:2008第9.2.4部分，燈口與試樣保持10mm±1mm的距離，卻在試樣燃燒長度變化的過程中要能夠保持噴燈口與試樣的距離在10s±0.5s內不變，這就需要能夠在垂直平面內移動本生燈。
如果在試樣燃燒過程中，有熔融物或滴落物時，應將噴燈傾斜45度，以免有熔融滴落滴進噴燈口，對試樣施加10s±0.1s的時間后，應立即移開噴燈，至少移開距試樣150mm的距離，使其不對試樣的續燃產生影響。詳見圖2
3）500W火焰燃燒5V分級
對于500W火焰燃燒測試，根據UL94中5V4.6部分和GB/T5169.17:2002的規定，又對其分成了條形試樣的易燃性測試和板行試樣的耐燃穿能力的測試條形試樣燃燒測試
垂直試樣，試樣的尺寸為(125mm±5mm)×(13mm±0.5mm)×厚度（通常是所需的zui小厚度，zui厚不能超過13mm）。
用環形試樣架在試樣6mm的地方夾住試樣，試樣下水平放置了面積為50mm×50mm的棉墊，試樣的下端與棉墊的距離為300mm±10mm，該本生燈燈管的軸心線與垂直方向的夾角為20±5度，對試樣施加5次每次5s±0.1s，間隔5s±0.1s的火焰燃燒。根據根據GB/T5169.17:2002中第8.2.3部分的規定，如果在試驗的過程中，條形試驗樣品有滴落物，卷縮和伸長，則應調整噴燈位置，使藍色錐形焰心的錐頂剛好觸及到樣品的剩余部分，這就需要在實驗的過程中能夠能夠不影響試驗箱體內部環境的情況下，在垂直面移動本生燈。在每次施加完火焰后應立即移開噴燈，以免影響試樣的續燃。
板行試樣，試樣的尺寸為（150mm±5mm）×(150mm±5mm)×厚度（通常是需的zui小厚度，zui厚不能超過13mm）用環形試樣夾水平夾持試樣，噴燈與垂直面成20±5度角，使藍色焰心的錐頂剛好觸及到板形樣品底面的中心，對試樣施加5次每次5s±0.5s的火焰，間隔5s±0.5s，每次施加完火焰后應立即移開噴燈，以免影響試樣的續燃。
根據燃燒的時間對樣品進行分級
薄膜材料軟性試樣的垂直燃燒測試的VTM分級
根據UL94增加5.5條，針對太薄、變形、收縮或燃盡至試樣支架的材料進行測試，樣品的尺寸為200mm×50mm，延縱向纏繞在直徑為12.7mm的棒上，樣品垂直夾持，樣品底端距燃燒器管的頂端的距離為95mm，噴燈垂直放置，對樣品施加3s的火焰，撤離火焰距試樣至少150mm的距離，以免影響試樣的續燃，等到試樣停止燃燒，立即再對試樣施加3s的火焰。如果在每次施加火焰過程中，樣品有掉下溶化物或燃燒物，，則燃燒器要傾斜到45度，且在施加火焰的過程中，燃燒器在樣品未重疊區域稍微移動一些，以免滴落物滴進噴管。
泡沫材料的水平測試的HF分級
本生燈垂直放置，根據GB/T 8332:2008的5.2部分，本生燈筒身長100±10mm，內徑為9.5mm±0.3mm，在5.3部分規定了燈口安裝扇形噴火器的規格，翼頂開口的內部長度為(48±1)mm，內部寬度為(1.3±0.05)mm。
試樣支架為長215mm，寬75mm，端部彎成直角，高為13mm，直徑為0.8mm的不銹鋼絲制成的6.4mm的網格狀拖網，托網距箱體的前后左右的距離都要一樣，位于箱體上方(175±25)mm。
根據GB/T 8332:2008的6.2部分的規定，樣品的尺寸為(150mm±1mm)×(50mm±1mm)，厚度不大于13mm，試樣水平放置在拖網上，試樣的zui前端距本生燈翼頂上方(13±1)mm。
二、實驗箱體
箱體體積是這個實驗設備的一大關鍵，因為在試驗的過程中，箱體幾乎是密封的，與外界沒有氣體交換，為了保證箱體內燃燒時氧氣的消耗不影響試樣的測試結果，在GB/T2406:2008中的第6.1部分對于做HB分級和V分級的測試實驗箱體的體積規定至少為0.5m3，GB/T8332:2008中的第5.1部分對于做泡沫材料HF分級時測試箱體的體積至少為0.5m3。以上三個分級測試的火焰都為為50W火焰；對于GB5169.17:2002 500W火焰的測試，因為火源更加強烈，對于氧氣的消耗更大，則相應的對于箱體的體積要求也就更大，至少為0.75m3。
綜上所述，為了保證這個實驗準確的進行，符合各個分級測試的要求，實驗箱體的體積至少為0.75m3。
試驗箱體內部必須呈現暗色，當用一個面向試驗箱后面的照度計置于試樣的位置，記錄的照度值應低于20lx。同時試驗箱應配備有能夠完全關閉的抽風扇，以排除實驗完畢后產生的有毒產物。
本生燈
本生燈符合ASTM D5025，燈管長100mm，內徑為9.5mm，測試火焰高度為20mm到125mm。燈具試驗傾角為：0°、20°、45°、可快速定位，zui大行程約150mm.
（關于UL94燃燒試驗儀題外知識編輯）：
請問：“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是指噴燈的燃燒功率，一般是UL指定的燃燒噴燈，在國標電線單根垂直燃燒試驗中的噴燈燃燒功率就是1000W。
以下是有關數據對比：
UL94中 HB、V級噴燈為：20mm（50W），燃燒火焰：藍焰內無錐形，高度20±1mm ；
UL94中的5V級燃燒是采用125mm（500W）、燃燒火焰：內焰高度40±2mm，外焰125±10mm 。
火焰的火焰溫度：
20mm（50W）試驗火焰：100±2～700±3℃的時間是44±2S；
125mm（500W）試驗火焰：100±2～700±3℃的時間是54±2S。
試驗空間：
UL94中的HB、V、VMT其空間只要求大于0.5立方就可以，而5V要求大于0.75立方。
試驗氣體的流量與背壓力：
HB級、V級、VMT級燃氣流量為105ml/min，背壓力10mm水柱或相等壓力；
5V級燃氣流量為965ml/min， 125±25mm水柱或相等壓力 UL94中的5V級背壓力一樣：燃氣流量為965ml/min， 125±25mm水柱或相等壓力。
四、實驗火源及其校準
對于燃燒氣體的選擇，原則上可用甲烷、乙烷和丙烷，但由于不同燃燒氣體的燃燒熱值是不相同的，所以在對于實驗結果出現糾紛時，用甲烷作為仲裁氣體，所以在條件允許的情況下，我們建議實驗室用甲烷氣體。
UL94主要的火源有兩種，一種是HB分級和V分級的50W火焰測試，一種是5V分級的500W火焰測試，根據ASTM D5207的規定，兩種火焰溫度下所需氣體的壓力和流量，見下表：
從上表可以看出，20mm和125mm的火焰高度，都有相應的氣體壓力和氣體的流量，因為要調節某一規定的火焰高度，我們可以從如下兩方面著手，一是減小壓力，增大氣體的流量；二是增加壓力，減小氣體的流量。二者都可達到規定的火焰高度。但是這兩種火焰高度下火焰燃燒的溫度是不一樣的。
故標準在對火源的要求時，同時對氣體選擇及壓力和流量都做了規定，其zui終的目的就是為了控制火焰的溫度，為了試驗的準確性，當調節好火焰的流量和壓力后，還應用一個K型熱電偶對火焰進行溫度校準。
為了使測試的準確，在K型熱電偶絲下端焊接一個銅錘，放大K型熱電偶絲的受熱面積。
根據ASTM D5207的規定，對于50W-20mm的火源進行溫度校準時，把K型熱電偶絲前端的銅錘放置在距噴燈口10±1mm的位置上，當溫度從100攝氏度升高到700攝氏度時，用時間應在44±2s。
對于500W-125mm的火源進行溫度校準時，應把K型熱電偶絲前端的銅錘放置在距噴燈口55±1mm的位置上，當溫度從100攝氏度升高到700攝氏度時，用時應在54±2s。
參考標準資料：
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 燃燒性能的測定 水平法和垂直法；
GB/T5169.16-2008電工電子產品著火危險試驗 第16部分: 試驗火焰 50W 水平與垂直火焰試驗方法；
GB/T 5169.17-2008 電工電子產品著火危險試驗 第17部分:試驗火焰500W火焰試驗方法GB/T 8323-2008 泡沫塑料燃燒性能實驗方法 水平法；
GB4943.1-2011 信息技術設備 安全 第1部分：通用要求等相關標準試驗要求。
摘自：北京鑫生卓銳科技有限公司技術服務部。