轻薄非金属材料的热丝引燃（HWI）等级测定及其影响因素研究
2024-08-20UL是世界上最著名的材料测试机构之一，它所测试的材料得到的结果在其网站上公告,这些结果包括材料的燃烧特性、引燃特性、耐热特性等,在实际中被许多电气产品安全检测认证机构和生产企业所参考和引用,是评估市场上现有材料的电气安全相关特性的重要依据。由于早期这些检测结果印制在3in×5in大小的黄色索引卡片(略比普通明信片小)上提供给相关的企业,因此,UL材料认证证书俗称为“UL黄卡”。
UL黄卡包含以下8个重要指标特性：厚薄度、防火等级、相对温度指数(RTI)、热导线熔化率(HWI)，这些是属于物理特性；高电流熔化率(HAI)、高电压沿路径比率(HVTR)、耐电弧阻抗(D495) 及比较路径指数(CTI)，这些是属于电气特性。
电气性能不良确实可能增加火灾风险，俗称“内部起火”，需要企业通过热丝引燃的测试方法，考核材料在产品出现局部过热时的燃烧性能，以此选择符合要求的材料，从而降低产品发生内部起火的风险。
国高材分析测试中心热丝引燃试验仪测试中
热丝引燃Hot wire ignition（HWI）是考核材料在接近电热丝或者其他热源下的阻燃性能的试验方法。常用的标准有：UL746A 条款32、ASTM D3874、GB 14048 附录M、IEC 60695-2-20。其中UL746A 条款32是性能等级类别（PLC）评价的标准，测试方法引用ASTM D3874 。
测试过程
先将热丝进行退火处理，用标准工具将热丝缠绕在样品上，再将缠绕好的样品夹在夹具上，热丝的自由端连接到测试电路；打开电源开关，开始测试，直到测试样品起燃或熔穿。
图1 热丝缠绕示意图
结果评定（PLC等级）
结果判定分为0-5，6个等级；数字越小表示耐受等级越高，数字越大表示耐受等级越低。
影响结果的关键因素探究
在热丝引燃试验过程中由于轻薄材料样品的特殊性质，如厚度薄、易变形、软质等，使得在热丝引燃试验过程中容易受到外部干扰，从而影响试验结果的稳定性。因此，提高轻薄非金属材料的热丝引燃试验结果稳定性的分析研究是一个复杂且关键的问题。
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试验
先将热丝进行退火处理，用标准工具将热丝缠绕在样品上（如图所示），再将缠绕好的样品夹在夹具上，热丝的自由端连接到测试电路；打开电源开关，开始测试，直到测试样品起燃或熔穿。
图2 热丝安装过程
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结果评价及分析
（1）不同缠绕方式结果比对分析
表1是阻燃增强PA6-0.8用不同缠绕方式的热丝引燃试验结果。结果显示，热丝使用不同缠绕方式对材料热丝引燃试验的结果并不一致，绕线架直接缠绕材料的结果等级最低，这是因为在绕线过程中，材料本身较薄，受力后易造成样品破坏，从而导致热丝陷进样品内部，当热丝加热时直接从破坏处烧蚀；而人工缠绕测试不对样品本身造成破坏，但热丝缠绕在样品本身的受力是不均匀的，会影响到测试过程中受热的均匀性，因此认为用玻纤增强硬片固定样品后，再借助绕线架进行缠绕对材料热丝引燃的结果评价有一定的可靠性。
表1 阻燃增强PA6-0.8用不同缠绕方式的热丝引燃试验结果
（2）不同厚度材料热丝引燃等级结果比对及分析
表2为基于玻纤硬片缠绕下PA6不同厚度热丝引燃试验结果。结果可见，不同厚度的样品热丝引燃试验结果并没有呈现一定的规律，其阻燃增强PA6-0.4的耐燃性＞阻燃增强PA6-0.8＞阻燃增强PA6-1.5。虽然材料的厚度是其中一个重要的变量，因为它直接影响到热量传递到材料内部的速度和效率。一般认为厚度增加，引燃难度提高：随着材料厚度的增加，外部热源需要更长的时间和更高的温度才能将热量传递到材料的内部。但当样品足够薄，材料内部还来不及就发生融穿；或者内部分布不均匀也能直接影响到测试的结果。
表2 基于玻纤硬片缠绕下PA6不同厚度热丝引燃试验结果
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结论
针对轻薄非金属热丝引燃试验测试的影响要点和改善测试或提高结果稳定性的方法研究结论如下：
影响轻薄材料热丝引燃等级结果最终判定的关键因素是热丝与样品的接触状态，接触越好，样品受热越均匀，测试的结果更有可靠性；用玻纤增强硬片固定样品后，再借助绕线架进行缠绕更适合用于轻薄材料的热丝安装
