信息技术设备材料防火等级试验解析

文周琪

当今社会是信息社会，随着各类电子产品的普及，人们接触信息技术设备的机会越来越多。这些信息技术设备包括个人电脑、打印机、传真机、多媒体设备等等，在GB 4943-2001《信息技术设备的安全》（下文简称“GB 4943”）中有详细的描述。在某些意外或操作不当而导致的着火情况下，这类电器的材料往往充当了助燃的角色。对这些材料是否该有一定的技术要求呢？答案是肯定的，本文通过对适用于GB 4943信息技术设备材料防火目的、材料等级及试验方法等进行阐述，为实验室以及信息设备选购等相关人员提供试验指导和了解材料是如何引起燃烧的，以防患于未然。

一、防火试验的目的

信息技术设备材料防火试验的目的是验证信息技术设备在正常工作条件下或者在发生故障条件下既不会因自身过热而引燃着火，也不会被其它火源引燃而造成危险。当信息技术设备万一被引燃，应控制火焰的蔓延，尽可能将燃烧控制在信息技术设备外壳内部，以免造成更大的危险。信息技术设备着火引燃的主要材料有塑料、类似高分子材料、电气绝缘材料、高压结构零部件、功能性元件和防护防火外壳。一般对于信息技术设备，我们可以通过以下方法来降低着火的危险：

1.提供过流保护装置；

2.使用符合GB4943中燃烧特性要求的结构材料；

3.选择的零部件、元器件和消耗材料能避免产生可能引起着火的高温；

4.限制易燃材料的用量；

5.把易燃材料与潜在的点燃源屏蔽或隔离；

6.使用防护外壳或挡板，以限制火焰向设备外部蔓延；

7.使用合适的材料制作设备外壳，以降低火焰向设备外蔓延的可能性。

二、材料燃烧等级的划分

可燃性试验要考虑选择靠近引燃源附近的材料，实验室提供一个受控制点燃源，按GB 4943要求将试验样品安放在支架上，并在规定时间内移开点燃源，将火焰自熄的时间或燃烧速率记录下来，与GB 4943中关于燃烧章节的规定值进行比较，定性出可燃性级别。GB 4943中将材料主要分为V-0、V-1、V-2、HF-1、HF-2、HBF、HB及5V级多个等级，其中HF-1、HF-2、HBF级为泡沫材料，V-0、V-1、V-2、HB及5V为除泡沫材料外的其它材料。对任一种材料而言，即使材料相同，由于加入的原料比例不同，燃烧等级同样会有所不同。如同样使用塑料材质，但可能测试结果为V-0、V-1、V-2、HB及5V中任意的一种。在试验时V-0、V-1、V-2、5V级使用垂直燃烧的方法，HF-1、HF-2、HBF、HB使用水平燃烧的方法。

三、潜在的引燃源

若在正常工作条件下，开路电压超过交流50V（峰值）或直流50V，该开路电压与测得通过潜在故障点电流乘积超过15VA就可能引起着火，则该故障点称为潜在引燃源。由于信息技术设备在通电的过程中会发热，并伴有可能着火的危险，故它是潜在的引燃源，其着火的具体原因分析如下：

1.在信息技术设备中，由一定功率或能量充当火源的，如：负载过载、元部件失效、绝缘击穿、连接电阻变大或端子连接松动都可能导致着火引燃；

2.空气中有20.9%的氧气足以助燃；

3.有“特殊燃料”支持燃烧。如：设备外壳、印制板、导线绝缘、变压器骨架、绕组和开关等均由聚酯材料组成，足以充当燃料。

观察大多数临界期间引燃源状态，火焰的危险性是出现在任何带能量的电路中。对于这种在电路中带危险的元器件和设备，设计中就要考虑选择一种能将引燃源和火焰蔓延情况降低到最低限度的元部件、配线和材料，甚至可模拟所有可能出现的故障进行试验。

在真正着火状态下，某种材料在一定程度上形成火焰与下列因素有关，如：形式、空间区域、质量、位置以及与其它材料接触后的反应。一次燃烧试验是不能作为结果进行评价的。大多数带电元件刚开始燃烧，往往是由单一原因而引起的，例如：导线过热或一个绝缘系统元件失效、一道弧光、一片火花、一个连续带电体路径（印制线)、跨接在绝缘材料表面的导线等等，而所有引燃源都将是造成火焰的潜在因素。实验表明：带电元件发生故障时，可能会产生火焰。针对材料在一定条件下产生着火的原因，我们进行了跟踪，发现当点火源移去后，引燃源继续燃烧并产生火焰，其结果使混合气体/空气形成开放型火焰开始燃烧。

四、信息技术设备燃烧试验

从上面对材料等级划分中我们看到材料可划分为多种，以下主要从分类为V-0、V-1、V-2、HB及5V级材料来介绍信息技术设备燃烧试验。

试验使用燃气火焰，可以使用工业级的甲烷气，并配备适当的调节器和仪表来调节气流，也可以使用热值约为37MJ/m3的天然气。工业级甲烷燃气的纯度至少要达到98mole%。关于GB 4943规定的燃烧试验有：

1.HB级材料的燃烧

在进行试验前，取长130mm、宽13mm、厚度不大于3mm的试样，样品要求边缘光滑，而且厚度等于或小于所使用的最小厚度。样品应在（23±2）℃温度（T）均匀，相对湿度（RH）在45%～55%之间的环境条件下处理48h。

试验要求规定在带有防热玻璃窗和抽风装置的密闭试验室进行。每个试样在距试样一端25mm和100mm处，宽度方向划两条标记线。夹住试样一端，并使样品的纵轴线成水平方向，横轴线与水平方向成45°角。金属网约130mm见方水平地夹在试样下方，点燃源放在远离试样的地方点燃并调节到高度约25mm的蓝火焰。点燃源管口的中心轴线与试样纵向底边在同一垂直面内（向试样末端倾斜），与水平面约成45°角。火焰施加在试样自由端的前缘，进入深度约7mm，在点燃源位置不变动的情况下，经受火焰燃烧30s，而后移开点燃源。如果试样在30s前就燃烧到25mm标记线，应立即撤火。如果试样在撤火后继续燃烧就测量火焰前缘，从自由端算起的25mm标记线到100mm标记线的燃烧时间，然后计算燃烧速度（mm/min）。

根据GB 4943中附录A8.5规定：对于厚度小于3mm的样品燃烧速度不应超过75 mm/min；对厚度等于3mm的样品燃烧速度不应超过40 mm/min。

它适合于测定火焰传播速度——燃烧的速率。图1为HB级材料的燃烧试验示意图。

2.V-0、V-1、V-2级材料的燃烧

V-2、V-1、V-0火焰燃烧等级试验前，取两组试样长130mm、宽13mm、厚度为使用时的最小厚度。将一组5个样品放入（70±1）℃温度均匀、空气循环的烘箱内处理7d（168h）。处理后，立即将样品放入氯化钙干燥器中，至少放置4h，使其冷却到室温。另外一组5个样品应在（23±2）℃温度均匀的、RH为45%～55%的环境中处理48h。

本试验要求在带有防热玻璃窗和抽风装置的密闭试验室进行。每个试样垂直放置，在试样7mm的上方用夹持器把它固定在支架上，调节到试样的下端距燃烧管顶部9.5mm，距下面平放的干脱脂药棉300mm，燃烧器放在远离试样的地方，点燃点燃源并调节到高度约20mm的蓝火焰，其火焰施加在试样下端的中心处，允许保持10s，而后把点燃源移开到离试样150mm以外，注意观察试样燃烧的时间。当试样燃烧停止时，立即在试样下端再施加试验火焰，10s后再次撤火，观察燃烧和发光的持续时间。在每次施加火焰期间，如果试样有滴落体或燃烧材料，燃烧器可以倾斜45°，也可以稍微偏离试样边宽为13mm一边，以避免材料滴落到点燃源内。如果试样由于熔体滴落或在试验时间内材料燃烧并被烧掉在施加火焰时，要保持点燃源顶部和试样底部的距离9.5mm，材料的任何熔融情况都忽略不计。火焰是施加在试样的主体部分，根据第1次施加火焰后燃烧持续时间（t1）、第二次施加火焰后燃烧持续时间（t2）、第二次施加火焰后灼热燃烧的持续时间（t3）、观察试样有否燃烧到夹头处、滴落火星是否点燃棉花层，结果作为判定V-0、V-1、V-2级材料依据。

表1 V-0、V-1、V-2级材料的分类

根据GB 4943中附录A6.5规定，表1为V-0、V-1、V-2级材料的分类。

它适合于测定试验火焰熄灭后的燃烧程度。图2为V-0、V-1、V-2级材料的燃烧试验示意图。

3.5V级材料的燃烧

每次试验前，取试验样条长130mm、宽13mm、厚度为使用时的最小厚度（但最大不超过13mm），试验样板150mm、宽150mm、厚度为使用时的最小厚度（但最大不超过13mm）。一组5个试验样条或4个试验板样应在（23±2）℃温度均匀和RH为45%～55%的环境条件下至少处理48h；另外一组5个试验样条或4个试验板样应在空气循环温度均匀的烘箱内至少处理7d（168h），烘箱温度应比在按温升试验时测得该材料的最高温度高10K，或者应为700C，取温度较高者，样品处理后放入氯化钙干燥器至少4h，使其冷却到室温。

本试验规定在带有防热玻璃窗和抽风装置的密闭试验室进行，每个试样垂直放置，在试样7mm的上方用夹持器把它固定在支架上，点燃源搁置在三角垫块的斜面上，以便使点燃源可以处于垂直方向成20°角的位置，试样的狭边面对燃烧器。

点燃源远离试样点火，调节至点燃源垂直放置时，火焰的燃烧高度为130mm，中心的蓝色锥火高40mm，火焰与试样的垂直线成20°角，施加于试样的下面，并使蓝锥火的顶尖部与试样接触。施加火焰5s，而后移开点火源5s。同样程序反复进行，直至试样受到5次试验火焰后，将火源移开。待燃烧完毕冷却后，立即观察变形情况和机械强度。根据燃烧加发光持续时间、试样燃烧或受破坏的距离、试样在试验期间是否有滴落火星作为判定5V可燃性材料依据。若是试板则要求在不同位置施加的试验火焰有所不同：

① 试板垂直放置，火焰应施加于试板的下角；

② 试板垂直放置，火焰应施加于试板的底边；

③ 试板垂直放置，火焰应施加于试板侧边的中部；

④ 试板水平放置，火焰应施加于试板底面的中心。

根据GB4943中附录A9.6规定：试验期间材料不能释放能引燃脱脂棉的燃烧滴落物或颗粒；不能在第5次移去试验火焰后，火焰燃烧加灼热燃烧的持续时间大于60s；不能完全被烧尽。当1组样品有问题时可重复试验。

它适合于测定试验火焰熄灭后的燃烧程度。图3为5V材料的燃烧试验示意图。

从以上的等级判定不难看出，定义试验材料为5V，其燃烧要求比其它垂直燃烧等级更加严酷，试验样品不能有滴落物和引燃位于样品下方脱脂棉。故而对以上材料而言，防火等级可认为是5V>V-0>V-1>V-2>HB。