非金屬材料的針焰試驗能力驗證技術分析

高麗，楊杰，劉淋（重慶出入境檢驗檢疫局技術中心，重慶，400020）

非金屬材料的針焰試驗能力驗證技術分析

高麗，楊杰，劉淋
（重慶出入境檢驗檢疫局技術中心，重慶，400020）

針焰試驗是電氣產品安全檢測中重要的檢測項目，覆蓋面很廣。但在試驗過程中，影響試驗結果的因素很多，由于試驗操作的復雜性，在正確理解標準的基礎上，試驗中注意操作細節(jié)，關注重點因素，才能有效保證試驗結果的準確性。此文結合作者參與中國家用電器研究院舉辦的《非金屬材料的針焰試驗能力驗證》結果進行分析、探討。

針焰試驗；能力驗證；影響因素

0 引言

針焰試驗是用于檢驗絕緣材料的耐燃能力的一項試驗。用于評定在規(guī)定的條件下，試驗樣品是否會因試驗火焰起燃，或者樣品起燃，但其燃燒持續(xù)時間或燃燒程度是否有限，或從試驗樣品上落下的燃燒或灼熱顆粒是否會使著火蔓延。 大部分電氣產品的安全標準都涵蓋此項測試，項目覆蓋面廣。

作者所在實驗室參加了2016年度6月由國家認證認可監(jiān)督管理委員會（CNCA）組織，中國家用電器研究院具體實施的能力驗證計劃（項目編號為：CNCA-16-A15）《非金屬材料的針焰試驗能力驗證》。本實驗主要考察實驗室對非金屬材料的針焰試驗的檢測能力，根據(jù)主辦方反饋的結果，本實驗室測試結果為滿意。結合此次能力驗證實驗的要求和試驗過程，分析探討試驗中可能影響試驗結果的因素，從而更好的控制試驗的準確度。

1 樣品說明

本試驗要求按照GB/T 5169.5-2008《電工電子產品著火危險試驗 第5部分：試驗火焰 針焰試驗方法 裝置、確認試驗方法和導則》進行，對樣品施加火焰，施焰時間為15秒，觀察樣品和鋪底層是否起燃，從而斷定樣品是否耐受針焰試驗。

本次能力驗證共有3份材料樣品，樣品編號分別為：A、B、C。外觀為正方形塑料板材（如圖1），尺寸60mm×60mm×2mm（長×寬×厚），分正反面，反面貼有樣品編號的標簽。

2 預處理

因為試驗在夏季實施、考慮高溫度、高濕度是對試驗結果可能產生影響的重要條件。按照要求，在試驗開始之前，試驗樣品、木板和絹紙應在溫度15℃～35℃、相對濕度45%～75%的環(huán)境條件下放置24小時。此次試驗，樣品預處理溫度為29℃，預處理相對濕度為60 %，預處理時間24h。此外，在厚約10mm平滑的白松木板上緊裹一層絹紙，并置于施加針焰的試驗樣品位置下面200±5mm處。

3 調整燃燒器

圖1 樣品照片

將樣品垂直放置，通過調節(jié)設備，讓燃燒器與垂線傾斜45°，試驗火焰施加在樣品正面的幾何中心位置上，注意不要將試驗火焰施加到由于切割所產生的邊緣上，如圖2。調節(jié)燃燒器和夾具使燃燒器與樣品底面距離8mm或側面距離5mm。

圖2 試驗位置

4 調節(jié)火焰

燃燒器應由長度至少35mm，孔徑0.5±0.1mm，外徑不超過0.9mm的管子構成。本次試驗要求燃燒器使用丁烷氣體，純度不低于95%，空氣不能進入燃燒管。在試驗前調整好儀器設備的狀態(tài)，采用標準規(guī)定的裝置和程序確認火焰。調節(jié)火焰高度到12±1mm，銅塊溫度從100℃±5℃升到700℃±3℃的時間為23.5s±1.0s。本次試驗有3個樣品，在每個樣品試驗之前，都需要確認火焰，通過測溫銅塊和熱電偶，分別測得火焰溫度從100℃±5℃升到700℃±3℃的時間為22.7s，22.9S，23.2S，滿足標準23.5s±1.0s的要求。

5 試驗結果評定

本次能力驗證試驗，施加試驗火焰的持續(xù)時間為15s，火焰溫度達到標準要求后，啟動試驗開關對試驗樣品和鋪底層進行觀察，并記錄試驗火焰移開瞬間一直到火焰或灼熱熄滅的燃燒持續(xù)時間tb，綜合評定要求和試驗現(xiàn)象，樣品ABC沒有起燃或灼熱，鋪底層絹紙未起燃，樣品ABC均耐受針焰試驗。

6 試驗分析

根據(jù)主辦方反饋的結果，本實驗室測試結果為滿意。結合本次能力驗證的試驗和結果分析，在針焰試驗過程中，影響針焰試驗結果的因素有很多，尤其有幾點重要因素對試驗的結果會產生較大的影響。

6.1 施焰時間

針焰試驗的規(guī)定條件指的就是施加試驗火焰的持續(xù)時間。不同的試驗施焰時間代表了不同的嚴酷等級，標準GB 5169.5-2008的第7章對施焰時間作了明確的規(guī)定，施加試驗火焰持續(xù)時間ta的優(yōu)先值為：5s、10s、20s、30s、60s、120s，所有允差均為 。對此條款的理解作者認為針焰的實際施焰時間可以比試驗規(guī)定少1秒，這樣更容易符合標準要求。也就是標準關于施焰時間的允差建議，試驗規(guī)定施焰時間Ts，那么控制的施焰時間應該在（T-1～T）s。

此外，此次針焰試驗能力驗證報告中提到，很多實驗室都具有自動控制施焰時間設備裝置，但仍然存在比較突出的問題，有超過80%不滿意結果的實驗室，都是采用的自動控制施焰時間設備。仔細觀察發(fā)現(xiàn)，有不少家的試驗設備的燃燒器移動方式采用了螺旋傳動結構，見圖3。其優(yōu)點是結構簡單，運動平穩(wěn)，缺點是減速比大，螺桿轉動一周，螺母只移動一個導程。于是問題就在于此，盡管試驗人員在設備上設置好規(guī)定的施焰時間，但由于針焰移動的速度過慢，導致在施焰前與施焰后，額外增加了熱輻射對樣品影響，相當于給樣品額外增加了幾秒的施焰時間。

由此得知，施焰開始時，針焰接近樣品的速度過慢，沒有采取有效措施屏蔽火焰的熱輻射對樣品的影響。施焰結束時，針焰沒有及時熄滅，且針焰離開樣品的速度過慢，熱輻射對樣品的影響直接導致了結果的錯誤。

圖3 螺旋傳動結構示意圖

因此建議，在進行針焰試驗過程中，如果是自動控制設備，需要提高燃燒器的移動速度；同時移動燃燒器時，應屏蔽火焰與樣品間的熱輻射。如果是手動控制設備，那么施加火焰結束時，能及時撤離或熄滅火焰就是至關重要的。

6.2 火焰確認

GB 5169.5-2008標準附錄A中提到，銅塊溫度從100℃±5℃升到700℃±3℃的時間為23.5s±1.0s。對樣品施加火焰的溫度，會直接影響樣品的耐受性，對試驗的結果將會產生重大的影響。所以每次改變或更換燃氣源，都應進行火焰確認。

6.3 其他因素

a)試驗時應關閉排氣扇保證無明顯空氣流通。

b)試驗樣品的固定不應由于支撐或緊固而明顯散熱。

c)樣品和絹紙需要進行預處理。

d)燃燒器與樣品的距離的調節(jié)，使燃燒器與樣品底面距離8mm或側面距離5mm。本次試驗中是通過游標卡尺手動來確定的。

e)燃燒器與垂線傾斜45°的調節(jié)，本次試驗中是由設備自動卡位到45°。

f)燃燒器離開樣品的控制，本次試驗中是由設備自動控制完成的?？梢娫O備的精度，對試驗結果影響較大，如若沒有自動控制的設備，則全部需要手動調節(jié)，對人員動手能力的要求則更高。

上述調節(jié)步驟看似簡單，但是每一步的準確性都會直接關系到熱輻射對樣品的影響，從而影響整個試驗的結果。

7 結論

按照本次試驗的要求來看，全面的考核了實驗室儀器設備的精準性、檢測人員對標準的理解以及試驗步驟操作的規(guī)范性。結合本次能力驗證試驗分析，在理解標準的基礎上，使用先進的儀器設備，同時注意操作細節(jié)，從樣品預處理到火焰的調節(jié)、施加時間的控制以及火焰與樣品之間距離的把握等等，諸多環(huán)節(jié)都會對結果造成很大的影響。試驗人員應注重細節(jié)和規(guī)范，從而精益求精，控制試驗的精確度。

[1]GB/T 5169.5-2008電工電子產品著火危險試驗 第5部分：試驗火焰 針焰試驗方法 裝置、確認試驗方法和導則.

[2]CNCA-16-A15非金屬材料的針焰試驗能力驗證報告.

Technical analysis of non-metallic materials needle test proficiency testing

Gao Li，Yang Jie，Liu Lin
（Chongqing Entry - Exit Inspection and Quarantine Bureau Technology Center ，Chongqing,400020）

Needle test is an electrical product safety testing important test items, covering a wide range. However, in the course of the experiment, there are many factors that affect the test results. Due to the complexity of the test operation, the accuracy of the test results can be effectively ensured on the basis of correct understanding of the standard and attention to the operation details and attention to the key factors This article combined with the author to participate in the China Household Electrical Appliances Research Institute organized the "non-metallic materials needle test proficiency testing " results were analyzed and discussed

Needle test；Proficiency Testing；Influencing factors