阻燃試驗箱是通過模擬特定燃燒環境、施加標準化燃燒條件、監測材料燃燒行為,來評估材料阻燃性能(如燃燒速率、續燃時間、氧指數等)的專用設備,其工作原理圍繞“環境控制→燃燒觸發→過程監測→結果判定”四大核心環節展開,需嚴格遵循國際/國內標準(如GB、ISO、UL系列標準),確保測試結果的客觀性和可比性,具體分析如下:
一、核心原理:標準化燃燒環境的構建與燃燒行為監測
阻燃試驗的核心是“讓材料在統一、可控的條件下燃燒”,避免環境因素(如溫度、氧氣濃度、氣流)干擾測試結果,同時通過精準監測燃燒過程中的關鍵參數,量化材料的阻燃能力。不同類型的阻燃試驗箱(如水平/垂直燃燒箱、氧指數測定儀、灼熱絲試驗箱)原理略有差異,但核心邏輯一致:通過控制“燃燒三要素(可燃物-材料、助燃物-氧氣、點火源-火焰/高溫)”,觀察材料對燃燒的響應。
二、典型類型阻燃試驗箱的具體工作原理
根據測試標準和評估指標的不同,阻燃試驗箱主要分為“水平/垂直燃燒試驗箱”“氧指數測定儀”“灼熱絲試驗箱”三類,其工作原理各有側重:
1.水平/垂直燃燒試驗箱(常用,評估材料燃燒蔓延特性)
適用于塑料、橡膠、紡織品等材料,通過“固定燃燒角度(水平/垂直)、標準點火源”,監測材料的“續燃時間、陰燃時間、燃燒長度”,判斷阻燃等級(如UL94V0/V1/V2、GB/T2408)。工作流程與原理:①樣品準備與固定:將材料切割成標準尺寸(如125mm×13mm×厚度,依標準而定),按“水平”或“垂直”角度固定在樣品架上(垂直燃燒時樣品下端懸空,水平燃燒時樣品平鋪在隔熱支架上);②燃燒環境控制:關閉試驗箱門,確保箱內為“常溫常壓空氣環境”(部分設備可控制氣流速度≤0.5m/s,避免氣流吹散火焰或加速燃燒),箱內底部設有“滅火槽”(裝水或滅火棉,防止燃燒滴落物引燃其他物品);③點火與燃燒監測:
點火源為“丙烷火焰”(火焰高度按標準調節,如垂直燃燒時火焰高度20mm±2mm),按規定時間(如10s)接觸樣品點火點(垂直燃燒時接觸樣品下端,水平燃燒時接觸樣品自由端);
點火結束后,立即開始計時:記錄“續燃時間”(點火源移開后材料持續有焰燃燒的時間)、“陰燃時間”(續燃結束后材料無焰陰燃的時間);若為水平燃燒,還需測量“燃燒長度”(火焰蔓延的距離);
④結果判定:根據續燃/陰燃時間、燃燒長度是否符合標準閾值,判定材料的阻燃等級(如UL94V0級要求:兩次點火后續燃時間≤10s,無燃燒滴落物引燃下方脫脂棉)。
2.氧指數測定儀(評估材料燃燒所需的最低氧氣濃度)
通過“調節氧氮混合氣體的濃度”,找到材料剛好能維持燃燒的“最低氧氣濃度(氧指數OI)”,OI值越高,材料阻燃性越強(適用于塑料、橡膠、泡沫等),遵循標準如GB/T2406、ISO4589-2。工作流程與原理:①氧氮混合氣體控制:設備內置“氧氣鋼瓶”“氮氣鋼瓶”,通過“精密流量控制器”按比例混合兩種氣體(氧氣濃度可從10%調節至60%),混合氣體經“穩壓閥”穩定壓力后,勻速通入燃燒筒(垂直放置,內徑約75mm),確保筒內氣流穩定(流速50mm/s±10mm/s);②樣品固定與點火:將材料制成標準試樣(如80mm×10mm×4mm),垂直固定在燃燒筒內的樣品夾上,用“點火器”(如電火花或小火焰)從樣品頂端點火,確保樣品頂端充分燃燒;③氧濃度梯度測試:
先設定一個較高的氧濃度(如30%),若樣品持續燃燒超過3min或燃燒長度超過50mm,說明氧濃度過高,需降低氧濃度(如每次降2%);
若樣品點火后立即熄滅,說明氧濃度過低,需升高氧濃度(如每次升2%);
重復測試,找到“剛好能讓樣品維持燃燒3min或燃燒50mm的最低氧濃度”,即為該材料的氧指數(OI);
④結果意義:OI<21%為易燃材料,21%≤OI<27%為可燃材料,OI≥27%為難燃材料(如OI=32%的材料,需空氣中氧氣濃度≥32%才能燃燒,日常環境中不易燃)。
3.灼熱絲試驗箱(模擬“灼熱元件引燃”場景,評估材料抗引燃性)
模擬電器設備中“過熱元件(如電阻絲、焊點)”對周邊材料的引燃風險,通過“標準灼熱絲(高溫金屬絲)”接觸材料,監測是否引燃、火焰蔓延情況,適用于電器外殼、線纜絕緣層等,遵循標準如GB/T5169.10、IEC60695-2-11。工作流程與原理:①灼熱絲加熱與溫度控制:灼熱絲為“鎳鉻合金絲”(直徑4mm),通過“電流加熱”并由“熱電偶”實時監測溫度,可精準控制在500℃-1000℃(按測試要求設定,如模擬不同過熱元件溫度);②樣品固定與接觸條件:將材料樣品(厚度≥3mm,表面平整)固定在樣品臺上,樣品臺可調節高度,使灼熱絲以“1N±0.2N的壓力”垂直接觸樣品表面,接觸時間為30s±1s;③引燃監測與結果判定:
接觸過程中,觀察樣品是否“引燃”(出現火焰或持續陰燃);若引燃,記錄“續燃時間”“陰燃時間”,并觀察燃燒滴落物是否引燃下方100mm處的“脫脂棉”;
若樣品未引燃,或引燃后續燃/陰燃時間≤2s,且無滴落物引燃脫脂棉,判定材料“通過該溫度下的灼熱絲試驗”;反之則不通過。