塑料燃烧性能的测定

水平法和垂直法

 相关型号：

CZF-3塑料垂直水平燃烧试验箱

CZF-5塑料垂直水平燃烧试验箱

1、范围

本标准规定了塑料和非金属材料试样处于50W火焰条件下，水平或垂直方向燃烧性能的实验室测定方法。

本标准规定了线性燃烧速率和余焰/余辉时间以及试样的燃烧长度的测定。

本标准适用于按GB/T 6343测定的表观密度不低于250kg/m³的固体以及泡沫材料，不适用于施加火焰后未点燃而产生卷缩的材料；对于薄而软的材料应使用ISO 9773。

本标准规定了燃烧性能等级（见8.4和9.4），可用于质量保证或产品组成材料的预选。当试样厚度等于材料应用时的小厚度时可获得可靠的结果。

注：试验结果受材料组分的影响，如颜料、填料和阻燃剂，以及如各向异性及分子量的影响。

2、规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的版本。凡是不注日期的引用文件，其版本适用于本标准。

GB/T  1844.1—2008  塑料及树脂缩写代号  第1部分；基础聚合物及其特征性能（ISO 1043.1—2001，IDT）

GB/T  2918—1998  塑料状态调节和试验的标准环境（idt ISO 291：1997）

GB/T  5169.5—1997  电工电子产品着火危险试验  第2部分：试验方法  第2篇：针焰试验（idt  IEC  60695-2-2：1991）

GB/T  5169.17—2002  电工电子产品着火危险试验  第17部分：500W火焰试验方法（idt  IEC  60695-11-20：1999）

GB/T  5471—2008  塑料  热固性塑料试样的压塑（ISO  295：2004，IDT）

GB/T  6343—1995  泡沫塑料和橡胶  表观（体积）密度测定（ISO  845：1988，IDT）

GB/T  6379.2—2004  测量方法与结果的准确度（正确度与精密度）第2部分：确定标准测量方法

GB/T  9352—2008  塑料  热塑性塑料试样的压塑（ISO  293：2004，IDT）

GB/T  12006.1—1989  聚酰胺黏数测定方法（neq  ISO  307：1994）

GB/T  17037.1—1997  热塑性塑料材料注塑试样的制备  第1部分：一般原理及多用途试样和长条试样的制备（ISO  294-1：1996，IDT）

GB/T  17037.3—2003  塑料  热塑性塑料材料注塑试样的制备  第3部分：小方试片（ISO  294-3：2002，IDT）

GB/T  17037.4—2003  塑料  热塑性塑料材料注塑试样的制备  第4部分：模塑收缩率的测定（ISO  294-4：2001，IDT）

ISO  294-2：1996  塑料  热塑性塑料注塑试样  第2部分：小拉伸条

ISO  294-5：2001  塑料  热塑性塑料注塑试样  第5部分：各向异性标准试样的制备

ISO  9773：1998  塑料  与小火焰引燃源接触的薄而软的垂直试样的燃烧行为的测定

ISO  10093：1998  塑料  燃烧试验标准引燃源

ISO/IEC导则51：1990  标准中含有安全内容的导则

IEC导则104：1997安全出版物的制定和基本安全出版物和分类安全出版物的使用

IEC  60695-11-4：2004  着火危险试验——第11-4部分：试验火焰-50W火焰装置和确认的试验方法

3、术语和定义

下列术语和定义适用于本标准

3.1

余焰  afterflame

引燃源移去后，在规定条件下材料的持续火焰。

3.2

余焰时间  afterflame time

    t₁，t₂

余焰持续的时间。

3.3

余辉 afterglow

在火焰终止后，或者没有产生火焰时，移去引燃源后，在规定的试验条件下，材料的持续辉光。

3.4

余辉时间 afterglow time

t₃

余辉持续的时间。

4、原理

将长方形条状试样的一端固定在水平或垂直夹具上，其另一端暴露于规定的试验火焰中。通过测量线性燃烧速率，评价试样的水平燃烧行为；通过测量其余焰和余辉时间燃烧的范围和燃烧颗粒滴落情况，评价试样的垂直燃烧行为。

5、试验的意义

5.1  在规定的条件下的材料燃烧试验对比较不同材料的相对燃烧行为、控制制造工艺或评价燃烧特性的变化具有重要意义。获得的试验结果取决于试样的形状、方向和试样周围环境以及引燃条件。

试验的主要特点是将试样水平或垂直放置，试样的放置可以区分材料可燃性的程度。

试验方法A，水平燃烧(HB)，试样处于水平位置，适用于评价燃烧范围和（或）火焰传播速率，如线性燃烧速率。

试验方法B，垂直燃烧(V)，试样处于垂直位置，适用于评价试验火焰移去后燃烧程度。

注1：水平燃烧(HB)方法和垂直燃烧(V)方法所获得的结果不等效。

注2：本方法所获得的结果与GB/T  5169.17—2002规定的5VA和5VB燃烧试验的所得结果不等效，因为本试验火焰的强度大约低10倍。

5.2  按本标准获得的结果，不能用于描述或评价实际着火条件下具体材料或具体形状所出现的着火危险。着火危险的评价需要考虑诸多的因素，诸如燃料分布、燃烧强度（热释放速率）、燃烧产物和环境因素，包括火源的强度、材料暴露的方向和通风条件。

5.3  按本标准测量的燃烧行为受诸多因素，诸如，密度、材料的各向异性和试样的厚度的影响。

5.4  某些试样，在施加火焰后未点燃，可能发生收缩或变形，在这种情况下，要求使用其他的试样以获得有效的结果。如果不能获得有效的结果，这些材料不适宜使用本标准进行评价。

注：对薄而软的试样，以及施加火焰未点燃但有一个以上试样发生收缩，应采用ISO 9773：1998进行试验。

5.5  某些塑料的燃烧行为随时间而变化，因此，可进行适当的老化，并对其老化前后进行试验。优选的烘箱条件是70℃±2℃处理7d，也可以使用有关各方协商*的其他老化时间和温度，但应在试验报告中注明。

6、设备

设备由下列部分组成

6.1  实验室通风橱/试验箱

实验室通风橱/试验箱其内部容积至少为0.5m³。试验箱应能观察到试验，同时应无风，但燃烧时空气应能通过试样进行正常的热循环。试验箱的内表面应呈现暗色。当用一个面向试验箱后面的照度计置于试样位置时，记录的照度值应低于20lx（勒克斯）。为了安全和方便，试验箱应配有抽风装置（能*闭合），如抽气扇，以除去可能有毒的燃烧产物。抽风装置在试验时应关闭，试验后立即打开，以除去燃烧残余物，此时可能需要一个强制关闭的风门。

注：在试验箱中可放一面镜子，以观察试样后面。

6.2  实验室喷灯

实验室喷灯应符合IEC  60695-11-4：2004火焰A、B或C的要求。

注：ISO  10093：1998时引燃然源喷灯P/PF2(50W)进行了描述.

6.3  环形支架

环形支架上应有夹持或等效的装置，以调整试样的位置（见图1和图3）。

6.4  计时设备

计时设备至少应有0.5s的分辨率。

6.5  量尺

量尺的分度应为毫米

6.6  金属丝网

金属丝网应为20目（近似每25mm开孔20个），由直径0.40mm～0.45mm的钢丝制成，并且切成近似125mm的方片。

6.7  状态调节室

状态调节室应能保持23℃±2℃和50%±5%的相对湿度。

6.8  千分尺

千分尺至少有0.01mm的分辨率。

6.9  支撑架

对非自撑试样应使用支撑架（见图2）。

6.10  干燥试验箱

干燥试验箱内应有无水氯化钙或其他干燥剂，试验箱应能使温度保持在23℃±2℃、相对湿度不超过20%。

6.11  空气循环烘箱

空气循环烘箱应提供70℃±2℃的处理温度，除非相关标准另有规定，还应提供每小时不低于五次的换气速率。

6.12  棉花垫

该垫应由100%的脱脂棉制成。

注：这种棉通常称作外科脱脂棉或脱脂棉。

7、试样

7.1  成品试验

试样应由能代表产品的模塑样品切割而成。也可采用与模塑产品一样的工艺进行制备，或采用其他适宜的方法，例如，按照GB/T  17037.1—1999浇铸或注塑、按照GB/T  9352—2008或GB/T5471—2008压塑或压铸成需要的形状。

如果上述任一方法都无法制备试样，就应该利用GB/T  5169.5—1997针焰试验进行型式试验。

进行任何一种切割操作后，要仔细地从表面上去除灰尘和颗粒；切割边缘应精细地砂磨，使其具有平滑的光洁度。

7.2  材料试验

对不同颜色、厚度、密度、分子量、各向异性或类别，或含有不同添加剂或填充/增强材料的试样进行试验时，其结果可能不同。

釆用密度、熔体流动和填充/增强材料含量为极限值的试样，如果试验结果为相同的燃烧试验等级，可认为此试样代表此范围的材料。如果代表此范围材料的试样试验结果不能产生相同的燃烧试验等级，那么此结果于所试验的密度、熔体流动和填料/增强材料含量为值的材料。另外，密度、熔体流动和填料/增强材料含量为中间值的试样应试验，以确定每个燃烧等级所代表的范围。

如果试验结果产生相同的燃烧试验的等级，就认为未着色试样和按重量计入的具有多有机或无机颜料的试样代表了此等级的颜色范围。当某些颜料影响可燃特性时，也应试验含有那些颜料的试样。受试的试样应为：

a）  不含着色剂；

b）  含有多的有机颜料；

c）  含有多的无机颜料；

d）  含有对燃烧特性有害的颜料。

7.3  条状试样

条状试样尺寸应为：长125mm±5mm，宽13.0mm±0.5mm，而厚度通常应提供材料的小和大的厚度，但厚度不应超过13mm。边缘应平滑同时倒角半径不应超过1.3mm。也可采用有关各方协商*的其他厚度，不过应该在试验报告中予以注明（见图4）。

方法A少应制备6根试样，方法B应制备20根试样。

8、试验方法A——水平燃烧试验

8.1  状态调节

除非相关标准另有要求，通常采用下列条件：

8.1.1  一组三根条状试样，应在23℃±2℃和50%±5%相对湿度下至少状态调节48h。一旦从状态调节箱（见6.7）中移出试样，应在1h以内（见GB/T2918—1998）测试试样。

8.1.2  所有试样应在15℃～35℃和45%～75%相对湿度的实验室环境中进行试验。

8.2  步骤

8.2.1  测量三根试样，每个试样在垂直于样条纵轴处标记两条线，各自离点燃端25mm±1mm和100mm±1mm。

8.2.2  在离25mm标线远端夹住试样，使其纵轴近似水平而横轴与水平面成45°±2°的夹角，如图1所示。在试样的下面夹住一片呈水平状态的金属丝网（见6.6），试样的下底边与金属丝网间的距离为10mm±1mm，而试样的自由端与金属丝网的自由端对齐。每次试验应清除先前试验在金属丝网上的剩余物或使用新的金属丝网。

8.2.3  如果试样的自由端下弯同时不能保持8.2.2规定的10mm±1mm的距离时，应使用图2所示的支撑架（见6.9）。把支撑架放在金属丝网上，使支撑架支撑试样以保持10mm±1mm的距离，离试样自由端伸出的支撑架的部分近似10mm。在试样的夹持端要提供足够的间隙，以使支撑架能在横向自由地移动。

8.2.4  使喷灯的中心轴线垂直，把喷灯放在远离试样的地方，同时调整喷灯（见6.2），使喷灯达到稳定的状态。有争议时，使用A试验火焰作为参比或仲裁试验火焰。

8.2.5  保持喷灯管中心轴与水平面近似成45°角同时斜向试样自由端，把火焰加到试样自由端的底边，此时喷灯管的中心轴线与试样纵向底边处于同样的垂直平面上（见图1）。喷灯的位置应使火焰侵入试样自由端近似6mm的长度。

8.2.6  随着火焰前端（见8.2.5）沿着试样进展，以近似同样的速率回撤支撑架，防止火焰前端与支撑架接触，以免影响火焰或试样的燃烧。

8.2.7  不改变火焰的位置施焰30s±1s，如果低于30s试样土的火焰前端达到25mm处，就立即移开火焰。当火焰前端达到25mm标线时，重新启动计时器（见6.4）

注：把喷灯撤至离试样150mm处便令人满意了。

8.2.8  在移开试验火焰后，若试样继续燃烧，记录经过的时间t，单位为秒，火焰前端通过100mm标线时，要记录损坏长度L为75mm。如果火焰前端通过25mm标线但未通过100mm标线的，要记录经过的时间t，单位为秒，同时还要记录25mm标线与火焰停止前标痕间的损坏长度L，单位为毫米。

8.2.9  另外再试验两个试样。

8.2.10  如果组三个试样（见7.3）中仅一个试样不符合8.4.1和8.4.2的判据，应再试验另一组三个试样。第二组所有试样应符合相关级别的判据。

8.3  计算

火焰前端通过100mm标线时，每个试样的线性燃烧速率v，单位为毫米每秒，采用式（1）计算：

式中：

v——线性燃烧速率，单位为毫米每秒(mm/s)；

L——根据8.2.8记录的损坏长度，单位为毫米(mm)；

t——根据8.2.8记录的时间，单位为秒(s)。

注：线性速率的SI单位制为米每秒，而实际使用的单位为毫米每秒。

8.4  分级

根据下面给出的判据，应将材料分成HB、HB40和HB75（HB=水平燃烧）级。

8.4.1  HB级材料应符合下列判据之一：

a）  移去引燃源后，材料没有可见的有焰燃烧；

b）  在引燃源移去后，试样出现连续的有焰燃烧，但火焰前端未超过100mm标线；

c）  如果火焰前端超过100mm标线，但厚度3.0mm～13.0mm、其线性燃烧速率未超过40mm/min，或厚度低于3.0mm时未超过75mm/min；

d）  如果试验的厚度为3.0mm±0.2mm的试样，其线性燃烧速率未超过40mm/min，那么降至1.5mm小厚度时，就应自动地接受为该级。

8.4.2  HB40级材料应符合下列判据之一：

a）  移去引燃源后，没有可见的有焰燃烧；

b）  移去引燃源后，试样持续有焰燃烧,但火焰前端未达到100mm标线；

c）  如果火焰前端超过100mm标线，线性燃烧速率不超过40mm/min。

8.4.3  HB75级材料，如果火焰前端超过100mm标线，线性燃烧速率不应超过75mm/min。

8.5  试验报告

试验报告应包括下列内容：

a）  注明采用本标准；

b）  标识受试产品的详细说明，包括制造厂名称、号码或代号及颜色；

c）  试样厚度，至0.1mm；

d）  标称表观密度（仅对硬质泡沫材料）；

e）  相对于试样尺寸的各向异性方向；

f）  状态调节处理情况；

g）  除切削、修剪和状态调节外，试验前的其他处理；

h）  施加火焰后，注明试样是否有连续的有焰燃烧；

i）  注明火焰前端是否通过25mm和100mm标线；

j）  对于火焰前端通过25mm但未通过100mm标线的试样，其燃烧经过的时间和损坏的长度；

k）  对于火焰前端达到或超过100mm标线的试样，平均燃烧速率v；

l）  注明试样中是否有燃粒或燃滴下落；

m）  注明柔软试样是否使用支撑架；

n）  通过的等级（见8.4）。

9、试验方法B——垂直燃烧试验

9.1  状态调节

除非有关标准另有要求，否则应采用下列条件。

9.1.1  一组五根条状试样应在23℃±2℃和50%±5%的相对湿度下至少状态调节48h。一旦从状态调节试验箱中移出，试样应在1h（见GB/T  2918—1998）之内试验。

9.1.2  一组五根条状试样应在75℃±2℃的空气循环烘箱内老化168h±2h，然后，在干燥试验箱（见6.10）中至少冷却4h。一旦从干燥试验箱中移出，试样应在30min之内试验。

9.1.3  工业层合材料可以在125℃±2℃状态调节24h，以代替9.1.2所述的状态调节。

9.1.4  所有试样应在15℃～35℃和45%～75%相对湿度的实验室环境中进行试验。

9.2  步骤

9.2.1  夹住试样上端6mm的长度，纵轴垂直，使试样下端高出水平棉层（见6.12）300mm±10mm，棉层厚度未经压实，其尺寸近似50mm×50mm×6mm，大质量为0.08g（见图3）。

9.2.2  喷灯管的纵轴处于垂直状态，把喷灯放在远离试样的地方，同时调整喷灯（见6.2），使其产生符合IEC  60695-11-4：2004A、B或C的标准50W试验火焰。等待5min，以使喷灯状态达到稳定。有争议时，应使用A试验火焰作为参比或仲裁试验火焰。

9.2.3  图6指明了试样、操作员和喷灯间的排列方位。

9.2.4  使喷灯管的中心轴保持垂直，将火焰中心加到试样底边的中点，同时使喷灯顶端比该点低10mm±1mm，保持10s±0.5s，必要时，根据试样长度和位置的变化，在垂直平面移动喷灯。

注：对于在喷灯火焰作用下长度变化的试样，利用装于喷灯上的一个小指示标尺（见图5），可以保持喷灯顶端与试样主体部分间10mm的距离，是一种令人满意的办法。

如果在施加火焰过程中，试样有熔融物或燃烧物滴落，则将喷灯倾斜45°角，并从试样下方后撤足够距离，防止滴落物进入灯管，同时保持灯管出口中心与试样残留部分间距离仍为10mm±1mm，呈线状的滴落物可忽略不计。对试样施加火焰10s±0.5s之后，立即将喷灯撤到足够距离，以免影响试样，同时用计时设备开始测量余焰时间t₁，单位为秒，注意并记录t₁。

注：测量t₁时，将喷灯撤离试样150mm的距离是符合要求的。

9.2.5  当试样余焰熄灭后，立即重新把试验火焰放在试样下面，使喷灯管的中心轴保持垂直的位置，并使喷灯的顶端处于试样底端以下10mm±1mm的距离，保持10s±0.5s。如果需要，如9.2.3所述的，移开喷灯清除滴落物。在第二次对试样施加火焰10s±0.5s后，立即熄灭喷灯或将其移离试样足够远，使之不对试样产生影响同时利用计时设备开始测量试样的余焰时间t₂和余辉时间t₃，准确至秒。记录t₂，t₃及t₂+ t₃。还要注意和记录是否有任何颗粒从试样上落下并且观察是否将棉垫（见6.12）引燃。

注1：测量和记录余焰时间t₂，然后继续测量余焰时间t₂和余辉时间t₃之总和，即t₂+ t₃，不重调计时设备记录t₃是符合要求的

注2：测量t₂和t₃时，把喷灯撤离试样150mm就可以了。

9.2.6  重复该步骤直到按9.1.1状态调节过的五根试样及按9.1.2状态调节过的五根试样试验完毕。

9.2.7  如果在给定条件下处理的一组五根试样，其中仅一个试样不符合某种分级的所有判据，应试验经受同样状态调节处理的另一组五根试样。作为余焰时间t_f的总秒数，对于V-0级，如果余焰总时间在51s～55s或对V-1和V-2级为251s～255s时，要外加一组五个试样进行试验。第二组所有的试样应符合该级所有规定的判据。

9.2.8  某些材料当经受这种试验时，由于它们的厚度、畸变、收缩或会烧到夹具，这些材料（倘若试样能适当成型），可以按照ISO  9773：1998进行试验。

注：提供的V-2级的PA66材料，按GB/T  12006.1—1989以96%硫酸测定的黏度应低于225mL/g，或以90%甲酸测定的黏度应低于210mL/g。另外，如果相对黏度分别大于225mL/g或210mL/g，模塑试样的相对黏度不应低于所提供类型相对黏度的70%。

9.3  计算

由两种条件处理的各五根试样，采用式（2）计算该组的总余焰时间t_f：

式中：

t_f——总的余焰时间，单位为秒(s)；

t_1，i——第i个试样的个余焰时间，单位为秒(s)；

t_2，i——第i个试样的第二个余焰时间，单位为秒(s)。

9.4  分级

根据试样的行为，按照表1所示的判据，把材料分为V-0、V-1和V-2级（V=垂直燃烧）。

9.5  试验报告

塑料燃烧试验机试验报告应包括下列各部分：

a）  注明参照本标准；

b）  塑料燃烧试验机标识受试材料的详细说明，包括制造厂名称代号以及颜色；

c）  塑料燃烧试验机试样厚度,至0.1mm；

d）  标称表观密度（于硬质泡沫塑料）；

e）  相对于试样尺寸的各向异性的方向；

f）  状态调节处理；

g）  除切割、修整和状态调节外的试验前的其他处理；

h）  塑料燃烧试验机每个试样t₁、t₂、t₃和t₂ + t₃的值；

i）  两种状态调节处理（见9.1.1和9.1.2）的每组五个试样的总余焰时间t_f；

j）  注明是否有颗粒或燃滴从试样上落下以及它们是否引燃棉垫；

k）  注明试样是否燃烧到夹持端；

l）  评出的等级（见9.4）。

注： 塑料燃烧试验机如果试样由于较薄，按第9条所述的垂直燃烧试验(V)而产生畸变、收缩或烧至夹持端，那么该材料可用第8条所述的水平燃烧试验代替，或使用ISO  9773：1998柔软材料的垂直燃烧试验方法。