50W/500W/1000W燃烧试验,针焰试验,灼热丝试验对火焰要求的深度剖析1

查看: 658| 评论: 0| 发布者: admin |原作者: 刘群兴|刘晓臣 |来自: 工业和信息化部电子第五研究所

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简介:感谢刘群兴 刘晓臣先生的论文,比较直观的描述和综合了燃烧或阻燃标准的要求和试验方法。虽然,针焰试验,灼热丝试验与燃烧试验有一些区别,但仍是泛燃烧要求的两种测试方法。深圳美华安规仪器|安规仪器网作为专业燃 ...
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感谢刘群兴 刘晓臣先生的论文,比较直观的描述和综合了燃烧或阻燃标准的要求和试验方法。虽然,针焰试验,灼热丝试验与燃烧试验有一些区别,但仍是泛燃烧要求的两种测试方法。深圳美华安规仪器|安规仪器网作为专业燃烧试验仪器厂家和平台。在此提醒:IEC/UL标准更新的速度较快,中国GB标准更新较慢,相关实验人员和开发要跟进最新标准,避免因标准更新或变更导致的测试不符或仪器不符。

如:灼热丝最新版本IEC60695-2-10:2013,中国标准仍为GBT5169.10:2006(IEC60695-2-10:2000)
50W/500W燃烧试验,UL94-2013为最新版本,对试验要求增加了新的要求,但与GBT5169.17:2008(IEC 60695-11-20:1999/Amd 1:2003, EN 60695-11-20-2004),GBT5169.16:2008/IEC 60695-11-10:2003稍有区别,请注意。
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1 燃烧过程

电子电器产品大量使用塑料材料,了解塑料材料燃烧过程将加深我们对燃烧试验原理和结果的理解,加深对材料可燃性级别(对材料点燃后的燃烧特性和熄灭能力的鉴别)的理解。

着火燃烧是气相的化学反应,固体和液体本身并不着火,火焰总是在塑料之上,这表明是气体在着火,当固体或液体加热到一定温度时,固体或液体释放出气体。正如我们日常生活中看到的蜡烛的燃烧,火焰的热会先将固态的蜡熔解成液态,而液态的蜡会藉由毛细现象沿著烛芯上升,再经火焰加热变成气态,我们所看到的烛火,其实就是燃烧的气态蜡。固体塑料材料加热后随着温度升高而发生化学裂变,裂变产生可燃气体、不可燃气体、液体和含碳剩余物。热量继续施加到释放出来的气体上,使裂变气体温度升高到引燃温度时,可燃气体与空气中的氧混合产生燃烧。要维持火焰燃烧,可燃性气体和施加到固体液体上的热能需要持续,这可以由外部施加也可以由已引燃火焰反馈提供,当外部施加热源停止或撤离后,火焰燃烧的持续性取决于剩余火焰反馈的热能,当反馈热能足够产生裂变时,火焰将持续,反之,火焰将熄灭。

对于HB级材料,其大部分裂变气体都是可燃的,其火焰热能通常足以提供持续裂变需要的热能,引燃后撤离外部热能时,燃烧将得以持续相对较长的时间。对于5V,V-0,V-1,V-2级材料,其大部分裂变气体都是不可燃的,其少部分可燃气体提供的热能不足以提供持续裂变需要的热能,撤离外部热能后,火焰将减小并熄灭。

 

2 燃烧试验设备

本文主要介绍燃烧器和燃烧试验箱的相关要求。

2.1  燃烧器

2.1.1本生灯

本生灯是以德国化学家Robert Bunsen名字命名的一种燃烧器,燃烧器由燃气入口和位于燃烧器筒身底部的可调节进气量的空气入口(或称气孔)组成, 燃气和空气在灯管中混合后再点燃。采用本生灯的好处是其燃烧火焰温度高,产生的烟尘少,火焰光亮度低,热效高。

  

本生灯火焰  a  b  c   d

UL燃烧本生灯|UL94燃烧喷灯|UL电线燃烧喷灯

本生灯空气进量影响燃烧反应的彻底程度,较少的空气会导致燃烧不充分,火焰呈现为黄色。更多的空气与可燃气混合会导致燃烧更充分,火焰呈现为蓝色。图1为不同空气进量情况下火焰的燃烧情况(包括火焰颜色变化),其中火焰a气孔关闭时的火焰,此时可燃气只在燃烧端与空气相互扩散混合;b为气孔轻微打开时的火焰;c为气孔打开一半时的火焰;d为气孔几乎全部打开时的火焰。

2.1.2扩散型和预混合型火焰(Diffusion type and premixed type flame

电工电子产品着火危险试验标准GB/T 5169.7-2001 提到两种试验方法:扩散型和预混合型火焰试验方法,但GB/T 5169系列标准包括GB/T 5169.1-2007《着火试验术语》标准中并未给出这两种火焰类型的定义。

燃烧反应通常由两种反应物组成:燃料和氧化剂,在化学反应能够进行之前,两种反应物须在分子水平上进行混合,其中至少一种反应物应是气态或液态,他们的分子才能分散到另一种反应物中,燃烧反应的差异与燃烧开始时反应物是混合好的还是分开的有关。

扩散型火焰是指在发生化学反应之前,燃料和氧化剂是分开的,依靠分子扩散和整体对流运动使反应物分子相遇,接着进行燃烧反应,扩散火焰需要“扩散”这个输运机理来把反应物混合在一起,即空气与可燃气体的混合是在燃烧端进行,例如上述本生灯燃烧器进气孔完全关闭时,燃烧器产生火焰为扩散型火焰,蜡烛燃烧火焰、针焰试验火焰(参考标准见表1序号4)也都是扩散型火焰。

预混合型火焰是在发生化学反应之前,反应物已经均匀混合,即空气与可燃气体预先混合之后在燃烧端点燃,例如上述气孔打开时的本生灯燃烧器产生的火焰,家庭用煤气炉或天然气炉产生的火焰以及表1序号1-3所列标准规定的试验火焰都是预混合型火焰。

1 燃烧器火焰类型

序号

标准编号

标准名称

火焰类型

1

GB/T 5169.14-2007

《电工电子产品着火危险试验 14部分:试验火焰 1kW标称预混合型火焰 设备、确认试验方法和导则》

预混合型

2

GB/T 5169.17-2008

《电工电子产品着火危险试验 17部分: 试验火焰 500W 火焰试验方法》

预混合型

3

GB/T 5169.16-2008

《电工电子产品着火危险试验 16部分: 试验火焰 50W 水平与垂直火焰试验方法》

预混合型

4

GB/T 5169.5-2008

《电工电子产品着火危险试验 5部分:试验火焰 针焰试验方法 装置、确认试验方法和导则》

扩散型

两种火焰的主要区别在于火焰的温度不同、火焰对于对流空气运动和通风造成火焰偏移的敏感程度不同。预混合型试验火焰有较好的稳定性,热效更高。扩散型火焰颜色体现为黄色,而预混合型火焰则是蓝色。

需要注意的是:预混合型火焰也存在扩散过程,从这个意义讲本生灯内焰可以认为是预混合型火焰,而外焰认为是扩散型火焰。

2.1.3 燃烧器的校准

早期,燃烧器火焰由以下特征表示:燃烧器示意图、气体基本特性、火焰可视特征、火焰总高度和蓝色焰心高度,为了提高技术标准中试验火焰的可重复性,新版标准使用由IEC工程图规定的燃烧器,采用规定的单一高纯度的可燃气体,采用规定的空气,采用新的校验方法和技术要求,详见表2所列标准,这些标准的主要规定归纳于表3和表4

 

2 燃烧器火焰、装置和确认试验方法标准

序号

标准编号

标准名称

1

GB/T 5169.14-2007

电工电子产品着火危险试验 14部分:试验火焰 1kW标称预混合型火焰 设备、确认试验方法和导则

2

GB/T 5169.15-2008

《电工电子产品着火危险试验 15部分: 试验火焰 500W火焰 装置和确认试验方法》

3

GB/T 5169.22-2008

《电工电子产品着火危险试验 22部分 :试验火焰 50W火焰 装置和确认试验方法》

4

GB/T 5169.5-2008

电工电子产品着火危险试验 5部分:试验火焰 针焰试验方法 装置、确认试验方法和导则

 3 燃烧器火焰采用气体、空气和火焰高度

试验方法

气体流量

mL/min

空气流量

L/min

总高度

(mm)

蓝色焰心高度(mm

火焰试验

 

1000W

丙烷,650

10

170-190

50-60

500W(A)

甲烷,965

/

 

115-135

 

38-42

500W(C)

甲烷,965

6.3

丙烷,380

5.9

50W

甲烷,105

/

18-22

/

针焰试验

丁烷或丙烷(纯度≥95%

不允许空气进入燃烧管

12±1

/

除注明外,以上气体纯度均应≥98%


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