技术研究｜家用塑料外壳材料灼热丝可燃性指数（GWFI）的判定方法

在全球塑料消费中，家电业仅次于汽车业。聚丙烯（PP）具有质轻、性能优良、耐腐蚀和易成形加工等优点，其优越性在于不仅能代替热固性塑料和金属，还能代替其他热塑性塑料。环保要求家电产品节能、节水、部件可回收等，这使得聚丙烯在家电方面的应用日趋广泛起来。对于家电壳体来说，具有高的强度（平衡的刚性/韧性性能）以及能吸引人的外观是最重要的。Borealis 聚烯烃公司称其推出的 PP 专用料达到 UL 94V-0 阻燃条件，适用于电视机后壳、内框和部件；Feno 公司推出高抗冲击性、低翘曲的M PP25FU 22HB 共聚 PP，可用于生产音响的扬声器；美国 Solar 公司用 Ferro 公司的玻璃增强PP 制造家用除草机外壳等。

家电外壳用材料，应当满足一些阻燃性能，其中灼热丝可燃性指数 GWFI 作为着火危险性试验的一部分，与人们的人身财产安全息息相关，对于不可控的、不可靠的因素，需要尤其注意。笔者对改性阻燃聚丙烯树脂（LDP-3008 P9W）进行灼热丝可燃性指数（GWFI）测试，研究样板烧至开裂或两半时的火焰熄灭时间与样板尺寸和灼热温度的关系，以期提高 GWFI 测试结果及判定的准确性和科学性。

1 、实验

1.1 材料和仪器

改性聚丙烯树脂 PP；

灼热丝试验机，测量温度范围：室温～1 000℃。

1.2 试验方法

改性聚丙烯树脂PP灼热丝可燃性指数测试的方法按GB/T5169.12-2013《电工电子产品着火危险性试验第12部分：灼热丝/热丝基本试验方法材料的灼热丝可燃性指数（GWFI）试验方法》测试方法。

2 、结果与讨论

2.1 小尺寸注塑样板的 GWFI 测试

对厚度为 2 mm 的小尺寸样板（小方板 60 mm×60 mm）进行一系列温度（750℃、775℃、800℃、825℃、 850℃）的 GWFI 测试，每个温度条件下重复测试 3 片，其 GWFI 测试结果如表 1 所示。

测试过程中发现改性 PP 料的测试温度在超过一定温度后（800℃），U 型头一接触样品就开始起火，当 U 型头离开样品后，火焰灼烧样品孔洞上部分的材料，直至样品上半部分烧至开裂，带火焰的熔融物快速向下流动（同时也极易将火焰浇灭），进而灼烧孔洞下半部分材料，直至烧成两半而导致火焰熄灭。

分析GWFI测试结果可以发现（如图1所示），测试温度超过一定温度（800℃）试样烧成两半之后，继续升温进行GWFI测试，火焰熄灭的时间是不稳定的，且火焰熄灭时间t₂大约在60s左右，即试样有焰和/无焰燃烧的最长持续时间t_R 在 30 s 左右。

图1 小尺寸样品GWFI测试温度与火焰熄灭时间趋势图

也可以说，对于烧成两半的材料，其火焰熄灭时间，即GWFI的判定与温度的关联性不高，因为此种火焰熄灭是因为没有有效的材料供其灼烧。那么对于试样烧成两半情况下的测试温度，其GWFI的判定结果根据熄灭时间来判定是没有价值的。

就上述试验，假定对于烧成两半试样，没有有效的灼烧面积供其灼烧，该温度下的GWFI测试结果是不合适的。既然是由于有效的灼烧面积和材料不够，那么提供更大的尺寸的样板进行测试，观察其熄灭时间与测试温度关系以及烧成两半的现象。

图 2 尺寸样品GWFI 测试烧至开裂现象的测试后样品

2.1 大尺寸注塑样品的 GWFI 测试

对厚度为2mm的大尺寸的注塑样板（大方板 100 mm×100 mm）进行一系列温度（800℃、825℃、850℃、875℃、900℃、930℃）的 GWFI 测试，每个温度条件下重复测试3片，GWFI测试结果如表2所示。

测试过程中温度超过一定温度后（825℃），U型头一触样品就开始起火，当U型头离开样品后，火焰灼烧样品孔洞上部分的材料，直至样品上半部分烧至开裂，带火焰的熔融物快速向下流动（同时也极易将火焰浇灭），进而灼烧孔洞下半部分材料烧至两半，引起火焰熄灭。这种灼烧现象与小尺寸注塑样品的GWFI 测试一致。

图3 大尺寸样品GWFI测试温度与火焰熄灭时间趋势

分析 GWFI 测试结果发现，测试温度超过定温度（825℃）试样烧成两半之后，继续升温行GWFI 测试，火焰熄灭的时间是不稳定的，但基本都大于60s（如图 3 所示），即试样有焰和/焰燃烧的最长持续时间t_R 大于30s。与小尺寸注塑样品的GWFI测试结果相印证，进而说明对于烧成两半的材料，其火焰熄灭时间，即GWFI的判定与温度的关联性不高。但是也有不同的地方，即对于样品孔洞上部分烧开和烧成两半的样品，即对于样品孔洞上部分烧开和烧成两半的样品，其火焰熄灭时间均在 60s以上，那么就说明大寸的样板可以提供足够的有效灼烧面积供其燃烧，同时也说明上部分烧开和烧成两半的样品，其 GWFI 是不通过/不合格的。同时也说明，小尺寸注塑样品的 GWFI 测试中，对于那些烧开或烧成两半的样品，其熄灭时间是没有意义的，可以直判定其为不通过/不合格。

由此证明，样品上半部分烧开或烧至两半的现象，属于标准中所提到的烧尽现象。

图 4  大尺寸样品 GWFI 测试后样品烧至开裂现象

其中，同种材料制出不同尺寸的样板，其GWFI的临界温度不同，这其实主要跟材料的注塑工艺有关，不同的注塑工艺及模具结构，会导致样品结构、添加物的分散均匀性法严格保持一致、结果存在一定的差异也是合理的。

3 、结论

通过以上对不同尺寸大小的注塑样品进行GWFI 测试，比较二者在熄灭时间与温度和灼烧现象的关系， 可得出以下结论：

1）小尺寸样品烧至开裂或烧成两半时，因不能提供足够的有效燃烧面积供其灼烧，火焰大约在60s左右熄灭，导致火焰熄灭时间与温度的关联性不高；

2）大尺寸样品烧至开裂或烧成两半时，火焰熄灭时间均在60s上，可提供足够的有效燃烧面积供其灼烧；

3）样品烧开或烧成两半的现象为标准中的烧尽现象，可直接判定该温度下的GWFI结果不合格/不通过。