非金属材料的针焰试验能力验证技术分析

高丽，杨杰，刘淋（重庆出入境检验检疫局技术中心，重庆，400020）

非金属材料的针焰试验能力验证技术分析

高丽，杨杰，刘淋
（重庆出入境检验检疫局技术中心，重庆，400020）

针焰试验是电气产品安全检测中重要的检测项目，覆盖面很广。但在试验过程中，影响试验结果的因素很多，由于试验操作的复杂性，在正确理解标准的基础上，试验中注意操作细节，关注重点因素，才能有效保证试验结果的准确性。此文结合作者参与中国家用电器研究院举办的《非金属材料的针焰试验能力验证》结果进行分析、探讨。

针焰试验；能力验证；影响因素

0 引言

针焰试验是用于检验绝缘材料的耐燃能力的一项试验。用于评定在规定的条件下，试验样品是否会因试验火焰起燃，或者样品起燃，但其燃烧持续时间或燃烧程度是否有限，或从试验样品上落下的燃烧或灼热颗粒是否会使着火蔓延。 大部分电气产品的安全标准都涵盖此项测试，项目覆盖面广。

作者所在实验室参加了2016年度6月由国家认证认可监督管理委员会（CNCA）组织，中国家用电器研究院具体实施的能力验证计划（项目编号为：CNCA-16-A15）《非金属材料的针焰试验能力验证》。本实验主要考察实验室对非金属材料的针焰试验的检测能力，根据主办方反馈的结果，本实验室测试结果为满意。结合此次能力验证实验的要求和试验过程，分析探讨试验中可能影响试验结果的因素，从而更好的控制试验的准确度。

1 样品说明

本试验要求按照GB/T 5169.5-2008《电工电子产品着火危险试验 第5部分：试验火焰 针焰试验方法 装置、确认试验方法和导则》进行，对样品施加火焰，施焰时间为15秒，观察样品和铺底层是否起燃，从而断定样品是否耐受针焰试验。

本次能力验证共有3份材料样品，样品编号分别为：A、B、C。外观为正方形塑料板材（如图1），尺寸60mm×60mm×2mm（长×宽×厚），分正反面，反面贴有样品编号的标签。

2 预处理

因为试验在夏季实施、考虑高温度、高湿度是对试验结果可能产生影响的重要条件。按照要求，在试验开始之前，试验样品、木板和绢纸应在温度15℃～35℃、相对湿度45%～75%的环境条件下放置24小时。此次试验，样品预处理温度为29℃，预处理相对湿度为60 %，预处理时间24h。此外，在厚约10mm平滑的白松木板上紧裹一层绢纸，并置于施加针焰的试验样品位置下面200±5mm处。

3 调整燃烧器

图1 样品照片

将样品垂直放置，通过调节设备，让燃烧器与垂线倾斜45°，试验火焰施加在样品正面的几何中心位置上，注意不要将试验火焰施加到由于切割所产生的边缘上，如图2。调节燃烧器和夹具使燃烧器与样品底面距离8mm或侧面距离5mm。

图2 试验位置

4 调节火焰

燃烧器应由长度至少35mm，孔径0.5±0.1mm，外径不超过0.9mm的管子构成。本次试验要求燃烧器使用丁烷气体，纯度不低于95%，空气不能进入燃烧管。在试验前调整好仪器设备的状态，采用标准规定的装置和程序确认火焰。调节火焰高度到12±1mm，铜块温度从100℃±5℃升到700℃±3℃的时间为23.5s±1.0s。本次试验有3个样品，在每个样品试验之前，都需要确认火焰，通过测温铜块和热电偶，分别测得火焰温度从100℃±5℃升到700℃±3℃的时间为22.7s，22.9S，23.2S，满足标准23.5s±1.0s的要求。

5 试验结果评定

本次能力验证试验，施加试验火焰的持续时间为15s，火焰温度达到标准要求后，启动试验开关对试验样品和铺底层进行观察，并记录试验火焰移开瞬间一直到火焰或灼热熄灭的燃烧持续时间tb，综合评定要求和试验现象，样品ABC没有起燃或灼热，铺底层绢纸未起燃，样品ABC均耐受针焰试验。

6 试验分析

根据主办方反馈的结果，本实验室测试结果为满意。结合本次能力验证的试验和结果分析，在针焰试验过程中，影响针焰试验结果的因素有很多，尤其有几点重要因素对试验的结果会产生较大的影响。

6.1 施焰时间

针焰试验的规定条件指的就是施加试验火焰的持续时间。不同的试验施焰时间代表了不同的严酷等级，标准GB 5169.5-2008的第7章对施焰时间作了明确的规定，施加试验火焰持续时间ta的优先值为：5s、10s、20s、30s、60s、120s，所有允差均为 。对此条款的理解作者认为针焰的实际施焰时间可以比试验规定少1秒，这样更容易符合标准要求。也就是标准关于施焰时间的允差建议，试验规定施焰时间Ts，那么控制的施焰时间应该在（T-1～T）s。

此外，此次针焰试验能力验证报告中提到，很多实验室都具有自动控制施焰时间设备装置，但仍然存在比较突出的问题，有超过80%不满意结果的实验室，都是采用的自动控制施焰时间设备。仔细观察发现，有不少家的试验设备的燃烧器移动方式采用了螺旋传动结构，见图3。其优点是结构简单，运动平稳，缺点是减速比大，螺杆转动一周，螺母只移动一个导程。于是问题就在于此，尽管试验人员在设备上设置好规定的施焰时间，但由于针焰移动的速度过慢，导致在施焰前与施焰后，额外增加了热辐射对样品影响，相当于给样品额外增加了几秒的施焰时间。

由此得知，施焰开始时，针焰接近样品的速度过慢，没有采取有效措施屏蔽火焰的热辐射对样品的影响。施焰结束时，针焰没有及时熄灭，且针焰离开样品的速度过慢，热辐射对样品的影响直接导致了结果的错误。

图3 螺旋传动结构示意图

因此建议，在进行针焰试验过程中，如果是自动控制设备，需要提高燃烧器的移动速度；同时移动燃烧器时，应屏蔽火焰与样品间的热辐射。如果是手动控制设备，那么施加火焰结束时，能及时撤离或熄灭火焰就是至关重要的。

6.2 火焰确认

GB 5169.5-2008标准附录A中提到，铜块温度从100℃±5℃升到700℃±3℃的时间为23.5s±1.0s。对样品施加火焰的温度，会直接影响样品的耐受性，对试验的结果将会产生重大的影响。所以每次改变或更换燃气源，都应进行火焰确认。

6.3 其他因素

a)试验时应关闭排气扇保证无明显空气流通。

b)试验样品的固定不应由于支撑或紧固而明显散热。

c)样品和绢纸需要进行预处理。

d)燃烧器与样品的距离的调节，使燃烧器与样品底面距离8mm或侧面距离5mm。本次试验中是通过游标卡尺手动来确定的。

e)燃烧器与垂线倾斜45°的调节，本次试验中是由设备自动卡位到45°。

f)燃烧器离开样品的控制，本次试验中是由设备自动控制完成的。可见设备的精度，对试验结果影响较大，如若没有自动控制的设备，则全部需要手动调节，对人员动手能力的要求则更高。

上述调节步骤看似简单，但是每一步的准确性都会直接关系到热辐射对样品的影响，从而影响整个试验的结果。

7 结论

按照本次试验的要求来看，全面的考核了实验室仪器设备的精准性、检测人员对标准的理解以及试验步骤操作的规范性。结合本次能力验证试验分析，在理解标准的基础上，使用先进的仪器设备，同时注意操作细节，从样品预处理到火焰的调节、施加时间的控制以及火焰与样品之间距离的把握等等，诸多环节都会对结果造成很大的影响。试验人员应注重细节和规范，从而精益求精，控制试验的精确度。

[1]GB/T 5169.5-2008电工电子产品着火危险试验 第5部分：试验火焰 针焰试验方法 装置、确认试验方法和导则.

[2]CNCA-16-A15非金属材料的针焰试验能力验证报告.

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