塑料燃燒性能的測定

水平法和垂直法

 相關型號：

CZF-3塑料垂直水平燃燒試驗箱

CZF-5塑料垂直水平燃燒試驗箱

1、范圍

本標準規定了塑料和非金屬材料試樣處于50W火焰條件下，水平或垂直方向燃燒性能的實驗室測定方法。

本標準規定了線性燃燒速率和余焰/余輝時間以及試樣的燃燒長度的測定。

本標準適用于按GB/T 6343測定的表觀密度不低于250kg/m³的固體以及泡沫材料，不適用于施加火焰后未點燃而產生卷縮的材料；對于薄而軟的材料應使用ISO 9773。

本標準規定了燃燒性能等級（見8.4和9.4），可用于質量保證或產品組成材料的預選。當試樣厚度等于材料應用時的小厚度時可獲得可靠的結果。

注：試驗結果受材料組分的影響，如顏料、填料和阻燃劑，以及如各向異性及分子量的影響。

2、規范性引用文件

下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單（不包括勘誤的內容）或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據本標準達成協議的各方研究是否可使用這些文件的版本。凡是不注日期的引用文件，其版本適用于本標準。

GB/T  1844.1—2008  塑料及樹脂縮寫代號  第1部分；基礎聚合物及其特征性能（ISO 1043.1—2001，IDT）

GB/T  2918—1998  塑料狀態調節和試驗的標準環境（idt ISO 291：1997）

GB/T  5169.5—1997  電工電子產品著火危險試驗  第2部分：試驗方法  第2篇：針焰試驗（idt  IEC  60695-2-2：1991）

GB/T  5169.17—2002  電工電子產品著火危險試驗  第17部分：500W火焰試驗方法（idt  IEC  60695-11-20：1999）

GB/T  5471—2008  塑料  熱固性塑料試樣的壓塑（ISO  295：2004，IDT）

GB/T  6343—1995  泡沫塑料和橡膠  表觀（體積）密度測定（ISO  845：1988，IDT）

GB/T  6379.2—2004  測量方法與結果的準確度（正確度與精密度）第2部分：確定標準測量方法

GB/T  9352—2008  塑料  熱塑性塑料試樣的壓塑（ISO  293：2004，IDT）

GB/T  12006.1—1989  聚酰胺黏數測定方法（neq  ISO  307：1994）

GB/T  17037.1—1997  熱塑性塑料材料注塑試樣的制備  第1部分：一般原理及多用途試樣和長條試樣的制備（ISO  294-1：1996，IDT）

GB/T  17037.3—2003  塑料  熱塑性塑料材料注塑試樣的制備  第3部分：小方試片（ISO  294-3：2002，IDT）

GB/T  17037.4—2003  塑料  熱塑性塑料材料注塑試樣的制備  第4部分：模塑收縮率的測定（ISO  294-4：2001，IDT）

ISO  294-2：1996  塑料  熱塑性塑料注塑試樣  第2部分：小拉伸條

ISO  294-5：2001  塑料  熱塑性塑料注塑試樣  第5部分：各向異性標準試樣的制備

ISO  9773：1998  塑料  與小火焰引燃源接觸的薄而軟的垂直試樣的燃燒行為的測定

ISO  10093：1998  塑料  燃燒試驗標準引燃源

ISO/IEC導則51：1990  標準中含有安全內容的導則

IEC導則104：1997安全出版物的制定和基本安全出版物和分類安全出版物的使用

IEC  60695-11-4：2004  著火危險試驗——第11-4部分：試驗火焰-50W火焰裝置和確認的試驗方法

3、術語和定義

下列術語和定義適用于本標準

3.1

余焰  afterflame

引燃源移去后，在規定條件下材料的持續火焰。

3.2

余焰時間  afterflame time

    t₁，t₂

余焰持續的時間。

3.3

余輝 afterglow

在火焰終止后，或者沒有產生火焰時，移去引燃源后，在規定的試驗條件下，材料的持續輝光。

3.4

余輝時間 afterglow time

t₃

余輝持續的時間。

4、原理

將長方形條狀試樣的一端固定在水平或垂直夾具上，其另一端暴露于規定的試驗火焰中。通過測量線性燃燒速率，評價試樣的水平燃燒行為；通過測量其余焰和余輝時間燃燒的范圍和燃燒顆粒滴落情況，評價試樣的垂直燃燒行為。

5、試驗的意義

5.1  在規定的條件下的材料燃燒試驗對比較不同材料的相對燃燒行為、控制制造工藝或評價燃燒特性的變化具有重要意義。獲得的試驗結果取決于試樣的形狀、方向和試樣周圍環境以及引燃條件。

試驗的主要特點是將試樣水平或垂直放置，試樣的放置可以區分材料可燃性的程度。

試驗方法A，水平燃燒(HB)，試樣處于水平位置，適用于評價燃燒范圍和（或）火焰傳播速率，如線性燃燒速率。

試驗方法B，垂直燃燒(V)，試樣處于垂直位置，適用于評價試驗火焰移去后燃燒程度。

注1：水平燃燒(HB)方法和垂直燃燒(V)方法所獲得的結果不等效。

注2：本方法所獲得的結果與GB/T  5169.17—2002規定的5VA和5VB燃燒試驗的所得結果不等效，因為本試驗火焰的強度大約低10倍。

5.2  按本標準獲得的結果，不能用于描述或評價實際著火條件下具體材料或具體形狀所出現的著火危險。著火危險的評價需要考慮諸多的因素，諸如燃料分布、燃燒強度（熱釋放速率）、燃燒產物和環境因素，包括火源的強度、材料暴露的方向和通風條件。

5.3  按本標準測量的燃燒行為受諸多因素，諸如，密度、材料的各向異性和試樣的厚度的影響。

5.4  某些試樣，在施加火焰后未點燃，可能發生收縮或變形，在這種情況下，要求使用其他的試樣以獲得有效的結果。如果不能獲得有效的結果，這些材料不適宜使用本標準進行評價。

注：對薄而軟的試樣，以及施加火焰未點燃但有一個以上試樣發生收縮，應采用ISO 9773：1998進行試驗。

5.5  某些塑料的燃燒行為隨時間而變化，因此，可進行適當的老化，并對其老化前后進行試驗。優選的烘箱條件是70℃±2℃處理7d，也可以使用有關各方協商*的其他老化時間和溫度，但應在試驗報告中注明。

6、設備

設備由下列部分組成

6.1  實驗室通風櫥/試驗箱

實驗室通風櫥/試驗箱其內部容積至少為0.5m³。試驗箱應能觀察到試驗，同時應無風，但燃燒時空氣應能通過試樣進行正常的熱循環。試驗箱的內表面應呈現暗色。當用一個面向試驗箱后面的照度計置于試樣位置時，記錄的照度值應低于20lx（勒克斯）。為了安全和方便，試驗箱應配有抽風裝置（能*閉合），如抽氣扇，以除去可能有毒的燃燒產物。抽風裝置在試驗時應關閉，試驗后立即打開，以除去燃燒殘余物，此時可能需要一個強制關閉的風門。

注：在試驗箱中可放一面鏡子，以觀察試樣后面。

6.2  實驗室噴燈

實驗室噴燈應符合IEC  60695-11-4：2004火焰A、B或C的要求。

注：ISO  10093：1998時引燃然源噴燈P/PF2(50W)進行了描述.

6.3  環形支架

環形支架上應有夾持或等效的裝置，以調整試樣的位置（見圖1和圖3）。

6.4  計時設備

計時設備至少應有0.5s的分辨率。

6.5  量尺

量尺的分度應為毫米

6.6  金屬絲網

金屬絲網應為20目（近似每25mm開孔20個），由直徑0.40mm～0.45mm的鋼絲制成，并且切成近似125mm的方片。

6.7  狀態調節室

狀態調節室應能保持23℃±2℃和50%±5%的相對濕度。

6.8  千分尺

千分尺至少有0.01mm的分辨率。

6.9  支撐架

對非自撐試樣應使用支撐架（見圖2）。

6.10  干燥試驗箱

干燥試驗箱內應有無水氯化鈣或其他干燥劑，試驗箱應能使溫度保持在23℃±2℃、相對濕度不超過20%。

6.11  空氣循環烘箱

空氣循環烘箱應提供70℃±2℃的處理溫度，除非相關標準另有規定，還應提供每小時不低于五次的換氣速率。

6.12  棉花墊

該墊應由100%的脫脂棉制成。

注：這種棉通常稱作外科脫脂棉或脫脂棉。

7、試樣

7.1  成品試驗

試樣應由能代表產品的模塑樣品切割而成。也可采用與模塑產品一樣的工藝進行制備，或采用其他適宜的方法，例如，按照GB/T  17037.1—1999澆鑄或注塑、按照GB/T  9352—2008或GB/T5471—2008壓塑或壓鑄成需要的形狀。

如果上述任一方法都無法制備試樣，就應該利用GB/T  5169.5—1997針焰試驗進行型式試驗。

進行任何一種切割操作后，要仔細地從表面上去除灰塵和顆粒；切割邊緣應精細地砂磨，使其具有平滑的光潔度。

7.2  材料試驗

對不同顏色、厚度、密度、分子量、各向異性或類別，或含有不同添加劑或填充/增強材料的試樣進行試驗時，其結果可能不同。

釆用密度、熔體流動和填充/增強材料含量為極限值的試樣，如果試驗結果為相同的燃燒試驗等級，可認為此試樣代表此范圍的材料。如果代表此范圍材料的試樣試驗結果不能產生相同的燃燒試驗等級，那么此結果于所試驗的密度、熔體流動和填料/增強材料含量為值的材料。另外，密度、熔體流動和填料/增強材料含量為中間值的試樣應試驗，以確定每個燃燒等級所代表的范圍。

如果試驗結果產生相同的燃燒試驗的等級，就認為未著色試樣和按重量計入的具有多有機或無機顏料的試樣代表了此等級的顏色范圍。當某些顏料影響可燃特性時，也應試驗含有那些顏料的試樣。受試的試樣應為：

a）  不含著色劑；

b）  含有多的有機顏料；

c）  含有多的無機顏料；

d）  含有對燃燒特性有害的顏料。

7.3  條狀試樣

條狀試樣尺寸應為：長125mm±5mm，寬13.0mm±0.5mm，而厚度通常應提供材料的小和大的厚度，但厚度不應超過13mm。邊緣應平滑同時倒角半徑不應超過1.3mm。也可采用有關各方協商*的其他厚度，不過應該在試驗報告中予以注明（見圖4）。

方法A少應制備6根試樣，方法B應制備20根試樣。

8、試驗方法A——水平燃燒試驗

8.1  狀態調節

除非相關標準另有要求，通常采用下列條件：

8.1.1  一組三根條狀試樣，應在23℃±2℃和50%±5%相對濕度下至少狀態調節48h。一旦從狀態調節箱（見6.7）中移出試樣，應在1h以內（見GB/T2918—1998）測試試樣。

8.1.2  所有試樣應在15℃～35℃和45%～75%相對濕度的實驗室環境中進行試驗。

8.2  步驟

8.2.1  測量三根試樣，每個試樣在垂直于樣條縱軸處標記兩條線，各自離點燃端25mm±1mm和100mm±1mm。

8.2.2  在離25mm標線遠端夾住試樣，使其縱軸近似水平而橫軸與水平面成45°±2°的夾角，如圖1所示。在試樣的下面夾住一片呈水平狀態的金屬絲網（見6.6），試樣的下底邊與金屬絲網間的距離為10mm±1mm，而試樣的自由端與金屬絲網的自由端對齊。每次試驗應清除先前試驗在金屬絲網上的剩余物或使用新的金屬絲網。

8.2.3  如果試樣的自由端下彎同時不能保持8.2.2規定的10mm±1mm的距離時，應使用圖2所示的支撐架（見6.9）。把支撐架放在金屬絲網上，使支撐架支撐試樣以保持10mm±1mm的距離，離試樣自由端伸出的支撐架的部分近似10mm。在試樣的夾持端要提供足夠的間隙，以使支撐架能在橫向自由地移動。

8.2.4  使噴燈的中心軸線垂直，把噴燈放在遠離試樣的地方，同時調整噴燈（見6.2），使噴燈達到穩定的狀態。有爭議時，使用A試驗火焰作為參比或仲裁試驗火焰。

8.2.5  保持噴燈管中心軸與水平面近似成45°角同時斜向試樣自由端，把火焰加到試樣自由端的底邊，此時噴燈管的中心軸線與試樣縱向底邊處于同樣的垂直平面上（見圖1）。噴燈的位置應使火焰侵入試樣自由端近似6mm的長度。

8.2.6  隨著火焰前端（見8.2.5）沿著試樣進展，以近似同樣的速率回撤支撐架，防止火焰前端與支撐架接觸，以免影響火焰或試樣的燃燒。

8.2.7  不改變火焰的位置施焰30s±1s，如果低于30s試樣土的火焰前端達到25mm處，就立即移開火焰。當火焰前端達到25mm標線時，重新啟動計時器（見6.4）

注：把噴燈撤至離試樣150mm處便令人滿意了。

8.2.8  在移開試驗火焰后，若試樣繼續燃燒，記錄經過的時間t，單位為秒，火焰前端通過100mm標線時，要記錄損壞長度L為75mm。如果火焰前端通過25mm標線但未通過100mm標線的，要記錄經過的時間t，單位為秒，同時還要記錄25mm標線與火焰停止前標痕間的損壞長度L，單位為毫米。

8.2.9  另外再試驗兩個試樣。

8.2.10  如果組三個試樣（見7.3）中僅一個試樣不符合8.4.1和8.4.2的判據，應再試驗另一組三個試樣。第二組所有試樣應符合相關級別的判據。

8.3  計算

火焰前端通過100mm標線時，每個試樣的線性燃燒速率v，單位為毫米每秒，采用式（1）計算：

式中：

v——線性燃燒速率，單位為毫米每秒(mm/s)；

L——根據8.2.8記錄的損壞長度，單位為毫米(mm)；

t——根據8.2.8記錄的時間，單位為秒(s)。

注：線性速率的SI單位制為米每秒，而實際使用的單位為毫米每秒。

8.4  分級

根據下面給出的判據，應將材料分成HB、HB40和HB75（HB=水平燃燒）級。

8.4.1  HB級材料應符合下列判據之一：

a）  移去引燃源后，材料沒有可見的有焰燃燒；

b）  在引燃源移去后，試樣出現連續的有焰燃燒，但火焰前端未超過100mm標線；

c）  如果火焰前端超過100mm標線，但厚度3.0mm～13.0mm、其線性燃燒速率未超過40mm/min，或厚度低于3.0mm時未超過75mm/min；

d）  如果試驗的厚度為3.0mm±0.2mm的試樣，其線性燃燒速率未超過40mm/min，那么降至1.5mm小厚度時，就應自動地接受為該級。

8.4.2  HB40級材料應符合下列判據之一：

a）  移去引燃源后，沒有可見的有焰燃燒；

b）  移去引燃源后，試樣持續有焰燃燒,但火焰前端未達到100mm標線；

c）  如果火焰前端超過100mm標線，線性燃燒速率不超過40mm/min。

8.4.3  HB75級材料，如果火焰前端超過100mm標線，線性燃燒速率不應超過75mm/min。

8.5  試驗報告

試驗報告應包括下列內容：

a）  注明采用本標準；

b）  標識受試產品的詳細說明，包括制造廠名稱、號碼或代號及顏色；

c）  試樣厚度，至0.1mm；

d）  標稱表觀密度（僅對硬質泡沫材料）；

e）  相對于試樣尺寸的各向異性方向；

f）  狀態調節處理情況；

g）  除切削、修剪和狀態調節外，試驗前的其他處理；

h）  施加火焰后，注明試樣是否有連續的有焰燃燒；

i）  注明火焰前端是否通過25mm和100mm標線；

j）  對于火焰前端通過25mm但未通過100mm標線的試樣，其燃燒經過的時間和損壞的長度；

k）  對于火焰前端達到或超過100mm標線的試樣，平均燃燒速率v；

l）  注明試樣中是否有燃粒或燃滴下落；

m）  注明柔軟試樣是否使用支撐架；

n）  通過的等級（見8.4）。

9、試驗方法B——垂直燃燒試驗

9.1  狀態調節

除非有關標準另有要求，否則應采用下列條件。

9.1.1  一組五根條狀試樣應在23℃±2℃和50%±5%的相對濕度下至少狀態調節48h。一旦從狀態調節試驗箱中移出，試樣應在1h（見GB/T  2918—1998）之內試驗。

9.1.2  一組五根條狀試樣應在75℃±2℃的空氣循環烘箱內老化168h±2h，然后，在干燥試驗箱（見6.10）中至少冷卻4h。一旦從干燥試驗箱中移出，試樣應在30min之內試驗。

9.1.3  工業層合材料可以在125℃±2℃狀態調節24h，以代替9.1.2所述的狀態調節。

9.1.4  所有試樣應在15℃～35℃和45%～75%相對濕度的實驗室環境中進行試驗。

9.2  步驟

9.2.1  夾住試樣上端6mm的長度，縱軸垂直，使試樣下端高出水平棉層（見6.12）300mm±10mm，棉層厚度未經壓實，其尺寸近似50mm×50mm×6mm，大質量為0.08g（見圖3）。

9.2.2  噴燈管的縱軸處于垂直狀態，把噴燈放在遠離試樣的地方，同時調整噴燈（見6.2），使其產生符合IEC  60695-11-4：2004A、B或C的標準50W試驗火焰。等待5min，以使噴燈狀態達到穩定。有爭議時，應使用A試驗火焰作為參比或仲裁試驗火焰。

9.2.3  圖6指明了試樣、操作員和噴燈間的排列方位。

9.2.4  使噴燈管的中心軸保持垂直，將火焰中心加到試樣底邊的中點，同時使噴燈頂端比該點低10mm±1mm，保持10s±0.5s，必要時，根據試樣長度和位置的變化，在垂直平面移動噴燈。

注：對于在噴燈火焰作用下長度變化的試樣，利用裝于噴燈上的一個小指示標尺（見圖5），可以保持噴燈頂端與試樣主體部分間10mm的距離，是一種令人滿意的辦法。

如果在施加火焰過程中，試樣有熔融物或燃燒物滴落，則將噴燈傾斜45°角，并從試樣下方后撤足夠距離，防止滴落物進入燈管，同時保持燈管出口中心與試樣殘留部分間距離仍為10mm±1mm，呈線狀的滴落物可忽略不計。對試樣施加火焰10s±0.5s之后，立即將噴燈撤到足夠距離，以免影響試樣，同時用計時設備開始測量余焰時間t₁，單位為秒，注意并記錄t₁。

注：測量t₁時，將噴燈撤離試樣150mm的距離是符合要求的。

9.2.5  當試樣余焰熄滅后，立即重新把試驗火焰放在試樣下面，使噴燈管的中心軸保持垂直的位置，并使噴燈的頂端處于試樣底端以下10mm±1mm的距離，保持10s±0.5s。如果需要，如9.2.3所述的，移開噴燈清除滴落物。在第二次對試樣施加火焰10s±0.5s后，立即熄滅噴燈或將其移離試樣足夠遠，使之不對試樣產生影響同時利用計時設備開始測量試樣的余焰時間t₂和余輝時間t₃，準確至秒。記錄t₂，t₃及t₂+ t₃。還要注意和記錄是否有任何顆粒從試樣上落下并且觀察是否將棉墊（見6.12）引燃。

注1：測量和記錄余焰時間t₂，然后繼續測量余焰時間t₂和余輝時間t₃之總和，即t₂+ t₃，不重調計時設備記錄t₃是符合要求的

注2：測量t₂和t₃時，把噴燈撤離試樣150mm就可以了。

9.2.6  重復該步驟直到按9.1.1狀態調節過的五根試樣及按9.1.2狀態調節過的五根試樣試驗完畢。

9.2.7  如果在給定條件下處理的一組五根試樣，其中僅一個試樣不符合某種分級的所有判據，應試驗經受同樣狀態調節處理的另一組五根試樣。作為余焰時間t_f的總秒數，對于V-0級，如果余焰總時間在51s～55s或對V-1和V-2級為251s～255s時，要外加一組五個試樣進行試驗。第二組所有的試樣應符合該級所有規定的判據。

9.2.8  某些材料當經受這種試驗時，由于它們的厚度、畸變、收縮或會燒到夾具，這些材料（倘若試樣能適當成型），可以按照ISO  9773：1998進行試驗。

注：提供的V-2級的PA66材料，按GB/T  12006.1—1989以96%硫酸測定的黏度應低于225mL/g，或以90%甲酸測定的黏度應低于210mL/g。另外，如果相對黏度分別大于225mL/g或210mL/g，模塑試樣的相對黏度不應低于所提供類型相對黏度的70%。

9.3  計算

由兩種條件處理的各五根試樣，采用式（2）計算該組的總余焰時間t_f：

式中：

t_f——總的余焰時間，單位為秒(s)；

t_1，i——第i個試樣的個余焰時間，單位為秒(s)；

t_2，i——第i個試樣的第二個余焰時間，單位為秒(s)。

9.4  分級

根據試樣的行為，按照表1所示的判據，把材料分為V-0、V-1和V-2級（V=垂直燃燒）。

9.5  試驗報告

塑料燃燒試驗機試驗報告應包括下列各部分：

a）  注明參照本標準；

b）  塑料燃燒試驗機標識受試材料的詳細說明，包括制造廠名稱代號以及顏色；

c）  塑料燃燒試驗機試樣厚度,至0.1mm；

d）  標稱表觀密度（于硬質泡沫塑料）；

e）  相對于試樣尺寸的各向異性的方向；

f）  狀態調節處理；

g）  除切割、修整和狀態調節外的試驗前的其他處理；

h）  塑料燃燒試驗機每個試樣t₁、t₂、t₃和t₂ + t₃的值；

i）  兩種狀態調節處理（見9.1.1和9.1.2）的每組五個試樣的總余焰時間t_f；

j）  注明是否有顆粒或燃滴從試樣上落下以及它們是否引燃棉墊；

k）  注明試樣是否燃燒到夾持端；

l）  評出的等級（見9.4）。

注： 塑料燃燒試驗機如果試樣由于較薄，按第9條所述的垂直燃燒試驗(V)而產生畸變、收縮或燒至夾持端，那么該材料可用第8條所述的水平燃燒試驗代替，或使用ISO  9773：1998柔軟材料的垂直燃燒試驗方法。