信息技術(shù)設(shè)備材料防火等級試驗(yàn)解析

文周琪

當(dāng)今社會(huì)是信息社會(huì)，隨著各類電子產(chǎn)品的普及，人們接觸信息技術(shù)設(shè)備的機(jī)會(huì)越來越多。這些信息技術(shù)設(shè)備包括個(gè)人電腦、打印機(jī)、傳真機(jī)、多媒體設(shè)備等等，在GB 4943-2001《信息技術(shù)設(shè)備的安全》（下文簡稱“GB 4943”）中有詳細(xì)的描述。在某些意外或操作不當(dāng)而導(dǎo)致的著火情況下，這類電器的材料往往充當(dāng)了助燃的角色。對這些材料是否該有一定的技術(shù)要求呢？答案是肯定的，本文通過對適用于GB 4943信息技術(shù)設(shè)備材料防火目的、材料等級及試驗(yàn)方法等進(jìn)行闡述，為實(shí)驗(yàn)室以及信息設(shè)備選購等相關(guān)人員提供試驗(yàn)指導(dǎo)和了解材料是如何引起燃燒的，以防患于未然。

一、防火試驗(yàn)的目的

信息技術(shù)設(shè)備材料防火試驗(yàn)的目的是驗(yàn)證信息技術(shù)設(shè)備在正常工作條件下或者在發(fā)生故障條件下既不會(huì)因自身過熱而引燃著火，也不會(huì)被其它火源引燃而造成危險(xiǎn)。當(dāng)信息技術(shù)設(shè)備萬一被引燃，應(yīng)控制火焰的蔓延，盡可能將燃燒控制在信息技術(shù)設(shè)備外殼內(nèi)部，以免造成更大的危險(xiǎn)。信息技術(shù)設(shè)備著火引燃的主要材料有塑料、類似高分子材料、電氣絕緣材料、高壓結(jié)構(gòu)零部件、功能性元件和防護(hù)防火外殼。一般對于信息技術(shù)設(shè)備，我們可以通過以下方法來降低著火的危險(xiǎn)：

1.提供過流保護(hù)裝置；

2.使用符合GB4943中燃燒特性要求的結(jié)構(gòu)材料；

3.選擇的零部件、元器件和消耗材料能避免產(chǎn)生可能引起著火的高溫；

4.限制易燃材料的用量；

5.把易燃材料與潛在的點(diǎn)燃源屏蔽或隔離；

6.使用防護(hù)外殼或擋板，以限制火焰向設(shè)備外部蔓延；

7.使用合適的材料制作設(shè)備外殼，以降低火焰向設(shè)備外蔓延的可能性。

二、材料燃燒等級的劃分

可燃性試驗(yàn)要考慮選擇靠近引燃源附近的材料，實(shí)驗(yàn)室提供一個(gè)受控制點(diǎn)燃源，按GB 4943要求將試驗(yàn)樣品安放在支架上，并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)移開點(diǎn)燃源，將火焰自熄的時(shí)間或燃燒速率記錄下來，與GB 4943中關(guān)于燃燒章節(jié)的規(guī)定值進(jìn)行比較，定性出可燃性級別。GB 4943中將材料主要分為V-0、V-1、V-2、HF-1、HF-2、HBF、HB及5V級多個(gè)等級，其中HF-1、HF-2、HBF級為泡沫材料，V-0、V-1、V-2、HB及5V為除泡沫材料外的其它材料。對任一種材料而言，即使材料相同，由于加入的原料比例不同，燃燒等級同樣會(huì)有所不同。如同樣使用塑料材質(zhì)，但可能測試結(jié)果為V-0、V-1、V-2、HB及5V中任意的一種。在試驗(yàn)時(shí)V-0、V-1、V-2、5V級使用垂直燃燒的方法，HF-1、HF-2、HBF、HB使用水平燃燒的方法。

三、潛在的引燃源

若在正常工作條件下，開路電壓超過交流50V（峰值）或直流50V，該開路電壓與測得通過潛在故障點(diǎn)電流乘積超過15VA就可能引起著火，則該故障點(diǎn)稱為潛在引燃源。由于信息技術(shù)設(shè)備在通電的過程中會(huì)發(fā)熱，并伴有可能著火的危險(xiǎn)，故它是潛在的引燃源，其著火的具體原因分析如下：

1.在信息技術(shù)設(shè)備中，由一定功率或能量充當(dāng)火源的，如：負(fù)載過載、元部件失效、絕緣擊穿、連接電阻變大或端子連接松動(dòng)都可能導(dǎo)致著火引燃；

2.空氣中有20.9%的氧氣足以助燃；

3.有“特殊燃料”支持燃燒。如：設(shè)備外殼、印制板、導(dǎo)線絕緣、變壓器骨架、繞組和開關(guān)等均由聚酯材料組成，足以充當(dāng)燃料。

觀察大多數(shù)臨界期間引燃源狀態(tài)，火焰的危險(xiǎn)性是出現(xiàn)在任何帶能量的電路中。對于這種在電路中帶危險(xiǎn)的元器件和設(shè)備，設(shè)計(jì)中就要考慮選擇一種能將引燃源和火焰蔓延情況降低到最低限度的元部件、配線和材料，甚至可模擬所有可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行試驗(yàn)。

在真正著火狀態(tài)下，某種材料在一定程度上形成火焰與下列因素有關(guān)，如：形式、空間區(qū)域、質(zhì)量、位置以及與其它材料接觸后的反應(yīng)。一次燃燒試驗(yàn)是不能作為結(jié)果進(jìn)行評價(jià)的。大多數(shù)帶電元件剛開始燃燒，往往是由單一原因而引起的，例如：導(dǎo)線過熱或一個(gè)絕緣系統(tǒng)元件失效、一道弧光、一片火花、一個(gè)連續(xù)帶電體路徑（印制線)、跨接在絕緣材料表面的導(dǎo)線等等，而所有引燃源都將是造成火焰的潛在因素。實(shí)驗(yàn)表明：帶電元件發(fā)生故障時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生火焰。針對材料在一定條件下產(chǎn)生著火的原因，我們進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)當(dāng)點(diǎn)火源移去后，引燃源繼續(xù)燃燒并產(chǎn)生火焰，其結(jié)果使混合氣體/空氣形成開放型火焰開始燃燒。

四、信息技術(shù)設(shè)備燃燒試驗(yàn)

從上面對材料等級劃分中我們看到材料可劃分為多種，以下主要從分類為V-0、V-1、V-2、HB及5V級材料來介紹信息技術(shù)設(shè)備燃燒試驗(yàn)。

試驗(yàn)使用燃?xì)饣鹧?，可以使用工業(yè)級的甲烷氣，并配備適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)器和儀表來調(diào)節(jié)氣流，也可以使用熱值約為37MJ/m3的天然氣。工業(yè)級甲烷燃?xì)獾募兌戎辽僖_(dá)到98mole%。關(guān)于GB 4943規(guī)定的燃燒試驗(yàn)有：

1.HB級材料的燃燒

在進(jìn)行試驗(yàn)前，取長130mm、寬13mm、厚度不大于3mm的試樣，樣品要求邊緣光滑，而且厚度等于或小于所使用的最小厚度。樣品應(yīng)在（23±2）℃溫度（T）均勻，相對濕度（RH）在45%～55%之間的環(huán)境條件下處理48h。

試驗(yàn)要求規(guī)定在帶有防熱玻璃窗和抽風(fēng)裝置的密閉試驗(yàn)室進(jìn)行。每個(gè)試樣在距試樣一端25mm和100mm處，寬度方向劃兩條標(biāo)記線。夾住試樣一端，并使樣品的縱軸線成水平方向，橫軸線與水平方向成45°角。金屬網(wǎng)約130mm見方水平地夾在試樣下方，點(diǎn)燃源放在遠(yuǎn)離試樣的地方點(diǎn)燃并調(diào)節(jié)到高度約25mm的藍(lán)火焰。點(diǎn)燃源管口的中心軸線與試樣縱向底邊在同一垂直面內(nèi)（向試樣末端傾斜），與水平面約成45°角?；鹧媸┘釉谠嚇幼杂啥说那熬?，進(jìn)入深度約7mm，在點(diǎn)燃源位置不變動(dòng)的情況下，經(jīng)受火焰燃燒30s，而后移開點(diǎn)燃源。如果試樣在30s前就燃燒到25mm標(biāo)記線，應(yīng)立即撤火。如果試樣在撤火后繼續(xù)燃燒就測量火焰前緣，從自由端算起的25mm標(biāo)記線到100mm標(biāo)記線的燃燒時(shí)間，然后計(jì)算燃燒速度（mm/min）。

根據(jù)GB 4943中附錄A8.5規(guī)定：對于厚度小于3mm的樣品燃燒速度不應(yīng)超過75 mm/min；對厚度等于3mm的樣品燃燒速度不應(yīng)超過40 mm/min。

它適合于測定火焰?zhèn)鞑ニ俣取紵乃俾?。圖1為HB級材料的燃燒試驗(yàn)示意圖。

2.V-0、V-1、V-2級材料的燃燒

V-2、V-1、V-0火焰燃燒等級試驗(yàn)前，取兩組試樣長130mm、寬13mm、厚度為使用時(shí)的最小厚度。將一組5個(gè)樣品放入（70±1）℃溫度均勻、空氣循環(huán)的烘箱內(nèi)處理7d（168h）。處理后，立即將樣品放入氯化鈣干燥器中，至少放置4h，使其冷卻到室溫。另外一組5個(gè)樣品應(yīng)在（23±2）℃溫度均勻的、RH為45%～55%的環(huán)境中處理48h。

本試驗(yàn)要求在帶有防熱玻璃窗和抽風(fēng)裝置的密閉試驗(yàn)室進(jìn)行。每個(gè)試樣垂直放置，在試樣7mm的上方用夾持器把它固定在支架上，調(diào)節(jié)到試樣的下端距燃燒管頂部9.5mm，距下面平放的干脫脂藥棉300mm，燃燒器放在遠(yuǎn)離試樣的地方，點(diǎn)燃點(diǎn)燃源并調(diào)節(jié)到高度約20mm的藍(lán)火焰，其火焰施加在試樣下端的中心處，允許保持10s，而后把點(diǎn)燃源移開到離試樣150mm以外，注意觀察試樣燃燒的時(shí)間。當(dāng)試樣燃燒停止時(shí)，立即在試樣下端再施加試驗(yàn)火焰，10s后再次撤火，觀察燃燒和發(fā)光的持續(xù)時(shí)間。在每次施加火焰期間，如果試樣有滴落體或燃燒材料，燃燒器可以傾斜45°，也可以稍微偏離試樣邊寬為13mm一邊，以避免材料滴落到點(diǎn)燃源內(nèi)。如果試樣由于熔體滴落或在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)材料燃燒并被燒掉在施加火焰時(shí)，要保持點(diǎn)燃源頂部和試樣底部的距離9.5mm，材料的任何熔融情況都忽略不計(jì)?；鹧媸鞘┘釉谠嚇拥闹黧w部分，根據(jù)第1次施加火焰后燃燒持續(xù)時(shí)間（t1）、第二次施加火焰后燃燒持續(xù)時(shí)間（t2）、第二次施加火焰后灼熱燃燒的持續(xù)時(shí)間（t3）、觀察試樣有否燃燒到夾頭處、滴落火星是否點(diǎn)燃棉花層，結(jié)果作為判定V-0、V-1、V-2級材料依據(jù)。

表1 V-0、V-1、V-2級材料的分類

根據(jù)GB 4943中附錄A6.5規(guī)定，表1為V-0、V-1、V-2級材料的分類。

它適合于測定試驗(yàn)火焰熄滅后的燃燒程度。圖2為V-0、V-1、V-2級材料的燃燒試驗(yàn)示意圖。

3.5V級材料的燃燒

每次試驗(yàn)前，取試驗(yàn)樣條長130mm、寬13mm、厚度為使用時(shí)的最小厚度（但最大不超過13mm），試驗(yàn)樣板150mm、寬150mm、厚度為使用時(shí)的最小厚度（但最大不超過13mm）。一組5個(gè)試驗(yàn)樣條或4個(gè)試驗(yàn)板樣應(yīng)在（23±2）℃溫度均勻和RH為45%～55%的環(huán)境條件下至少處理48h；另外一組5個(gè)試驗(yàn)樣條或4個(gè)試驗(yàn)板樣應(yīng)在空氣循環(huán)溫度均勻的烘箱內(nèi)至少處理7d（168h），烘箱溫度應(yīng)比在按溫升試驗(yàn)時(shí)測得該材料的最高溫度高10K，或者應(yīng)為700C，取溫度較高者，樣品處理后放入氯化鈣干燥器至少4h，使其冷卻到室溫。

本試驗(yàn)規(guī)定在帶有防熱玻璃窗和抽風(fēng)裝置的密閉試驗(yàn)室進(jìn)行，每個(gè)試樣垂直放置，在試樣7mm的上方用夾持器把它固定在支架上，點(diǎn)燃源擱置在三角墊塊的斜面上，以便使點(diǎn)燃源可以處于垂直方向成20°角的位置，試樣的狹邊面對燃燒器。

點(diǎn)燃源遠(yuǎn)離試樣點(diǎn)火，調(diào)節(jié)至點(diǎn)燃源垂直放置時(shí)，火焰的燃燒高度為130mm，中心的藍(lán)色錐火高40mm，火焰與試樣的垂直線成20°角，施加于試樣的下面，并使藍(lán)錐火的頂尖部與試樣接觸。施加火焰5s，而后移開點(diǎn)火源5s。同樣程序反復(fù)進(jìn)行，直至試樣受到5次試驗(yàn)火焰后，將火源移開。待燃燒完畢冷卻后，立即觀察變形情況和機(jī)械強(qiáng)度。根據(jù)燃燒加發(fā)光持續(xù)時(shí)間、試樣燃燒或受破壞的距離、試樣在試驗(yàn)期間是否有滴落火星作為判定5V可燃性材料依據(jù)。若是試板則要求在不同位置施加的試驗(yàn)火焰有所不同：

① 試板垂直放置，火焰應(yīng)施加于試板的下角；

② 試板垂直放置，火焰應(yīng)施加于試板的底邊；

③ 試板垂直放置，火焰應(yīng)施加于試板側(cè)邊的中部；

④ 試板水平放置，火焰應(yīng)施加于試板底面的中心。

根據(jù)GB4943中附錄A9.6規(guī)定：試驗(yàn)期間材料不能釋放能引燃脫脂棉的燃燒滴落物或顆粒；不能在第5次移去試驗(yàn)火焰后，火焰燃燒加灼熱燃燒的持續(xù)時(shí)間大于60s；不能完全被燒盡。當(dāng)1組樣品有問題時(shí)可重復(fù)試驗(yàn)。

它適合于測定試驗(yàn)火焰熄滅后的燃燒程度。圖3為5V材料的燃燒試驗(yàn)示意圖。

從以上的等級判定不難看出，定義試驗(yàn)材料為5V，其燃燒要求比其它垂直燃燒等級更加嚴(yán)酷，試驗(yàn)樣品不能有滴落物和引燃位于樣品下方脫脂棉。故而對以上材料而言，防火等級可認(rèn)為是5V>V-0>V-1>V-2>HB。