ISO 14624-22023 航天系统材料的安全性和兼容性第2部分电线绝缘和附属材料可燃性的测定标准立项发展报告

ISO14624-2:2023航天系统材料的安全性和兼容性第2部分：电线绝缘和附属材料可燃性的测定标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DeterminationofFlammabilityofElectrical-WireInsulationandAccessoryMaterialsforSpaceSystemsSafetyandCompatibility摘要随着航天技术的迅猛发展及其在深空探测、载人航天、商业航天等领域的广泛应用，航天器内部电气系统的安全性已成为任务成败和人员安全的关键制约因素。电线电缆作为航天器电能传输与信号控制的“神经网络”，其绝缘材料和附属材料的可燃性直接关系到航天器火灾风险水平。在航天器密闭且无法及时疏散的特殊环境中，材料燃烧还可能释放有毒气体并迅速蔓延，造成灾难性后果。因此，建立统一、科学、可复现的可燃性测定方法是国际航天标准化工作的核心议题之一。本报告围绕国际标准化组织（ISO）发布的ISO14624-2:2023《航天系统材料的安全性和兼容性第2部分：电线绝缘和附属材料可燃性的测定》展开系统研究。首先，报告梳理了该标准的立项背景与发展历程，回顾了ISO14624系列标准体系的整体架构及其在第2部分制定过程中的技术演进逻辑。其次，报告详细解析了标准的技术内容，包括适用范围、规范性引用文件、术语定义、试验装置与试样制备要求、试验程序、结果评定方法及试验报告要求。重点分析了该标准所采用的45°倾斜燃烧测试方法相较于传统水平燃烧和垂直燃烧方法的科学性与先进性。再次，报告对该标准的国内外应用现状、与各国及区域标准（如NASA-STD-6001、ECSS-Q-ST-70-21C、UL1581等）的协调性进行了对比分析。最后，报告对该标准的未来修订方向进行了展望，提出在新型轻质耐高温材料、增材制造导电结构、高电压大功率电气系统等新兴技术背景下，标准的适应性改进建议。本报告旨在为标准使用者提供全面深入的技术解读，为相关企业和研究机构的标准实施工作提供参考，同时也为未来标准的持续改进和国际协调提供建设性思路。关键词：航天系统材料；电线绝缘；可燃性测定；ISO14624；标准化；阻燃性能；安全性与兼容性Keywords:Spacesystemmaterials;Electrical-wireinsulation;Flammabilitydetermination;ISO14624;Standardization;Flameretardancy;Safetyandcompatibility1引言1.1研究背景航天器在轨运行期间处于微重力、密闭、富氧（特定舱段）或高纯氧（舱外服）等特殊环境中，火灾风险评估具有显著区别于地面环境的特征。微重力条件下，火焰传播的浮力对流消失，燃烧行为呈现低流速、低拉伸率、自熄灭倾向弱等特点，使得材料的实际可燃性与地面常重力测试结果可能存在显著差异。因此，自载人航天工程起步以来，国际主要航天机构均制定了针对性的材料可燃性测试规范，以确保航天器内部材料选用的安全可靠性。电线电缆作为航天器中分布最广、数量最多的组件之一，其绝缘材料和附属材料（包括扎带、护套、热缩管、连接器附件等）的可燃性是整器防火安全设计的重要内容。据统计，在NASA记录的在轨火灾事故及地面试验事故中，电气系统诱因占比居前，而其中因绝缘材料老化、损伤或过载导致的热分解和引燃是最主要的失效模式。因此，针对电线绝缘材料的专用可燃性测试方法标准具有极高的工程应用价值。1.2ISO14624系列标准概述ISO14624是国际标准化组织航空航天器与航天器分技术委员会（ISO/TC20/SC14）制定的关于航天系统材料安全性和兼容性的系列标准。该系列标准体系涵盖材料的可燃性、气味评定、有毒气体释放、热循环兼容性等多个维度，为航天器材料的筛选和验收提供了全面的测试方法框架。具体而言，该系列标准包括：-ISO14624-1：材料向上可燃性试验方法；-ISO14624-2：电线绝缘和附属材料可燃性的测定（本报告研究对象）；-ISO14624-3：舱内材料的可燃性试验方法；-ISO14624-4：材料燃烧产物中有毒气体释放的测定；-ISO14624-5：材料在pressurized富氧环境中的可燃性试验方法；-ISO14624-6：材料气味评定的试验方法；-ISO14624-7：固体材料在微重力环境下可燃性的测定。其中，ISO14624-2:2023是第2部分的最新版本，取代了此前版本（ISO14624-2:1999），在技术内容上进行了多项重要修订。2标准立项背景与制定历程2.1航天器电气系统防火需求的演进航天器电气系统的功率密度和电压等级随着任务复杂度的提升而持续增长。早期航天器（如20世纪60—70年代的水星、双子星座及阿波罗计划阶段）的电气系统功率通常在千瓦量级，而当前国际空间站（ISS）的电力系统已超过100千瓦，新一代深空探测器的太阳能电推进系统功率亦达到数十千瓦级别。功率密度的提升不仅意味着电流承载能力的提高，也意味着电缆故障时释放的热量显著增加，从而提高了绝缘材料热分解和引燃的风险。与此同时，航天器内部空间狭小、设备密集，电缆束布线紧凑，一旦发生绝缘材料的引燃和火焰蔓延，可能迅速波及相邻设备，造成连锁性灾害。因此，对电线绝缘材料可燃性评估的需求从最初的“定性筛选”逐步发展为“定量分级”和“多工况模拟”的更高要求。2.2ISO14624-2标准的历史沿革ISO14624-2最早于1999年发布（ISO14624-2:1999），其技术基础源于NASA和欧洲空间局（ESA）各自制定的内部规范。随着国际航天合作的深入以及商业航天参与主体的多元化，ISO/TC20/SC14认识到需要将各自的测试方法进行统一，以便于国际间材料认证结果的互认。1999年版标准主要参考了NASA-STD-6001中关于电线绝缘材料45°角测试的方法，但具体试验参数（如点火时间、样条尺寸、判定准则等）在不同航天机构之间存在差异。这给国际联合项目（如国际空间站多国合作舱段）的材料评审带来了不便。2023年版（ISO14624-2:2023）的修订工作于2018年正式启动，吸纳了各成员国约20余条修订意见，主要修订内容包括：-更新了规范性引用文件，与最新版ISO14624系列保持一致；-细化了试样制备和预调理条件；-增加了对多芯电缆试样和线束试样测试的规定；-引入了对自熄时间的更精确测量方法；-扩充了结果评定的判定类别及其对应描述；-完善了试验报告的信息要求。2.3标准制定工作机构本标准的制定和修订工作由ISO/TC20/SC14（航天系统和操作装置分技术委员会）下属的工作组WG3（材料与工艺）归口管理。该工作组由来自美国、中国、俄罗斯、法国、德国、意大利、日本、加拿大等航天大国的专家组成，其中美国航空航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）等机构的材料安全专家发挥了重要作用。中国航天标准化研究所和中国空间技术研究院的专家也积极参与了标准的审议和修订工作。3标准主要内容与技术解析3.1适用范围ISO14624-2:2023规定了用于航天器电线电缆绝缘材料和附属材料（包括但不限于电缆扎带、热缩管、编织护套、连接器尾附件等）可燃性测定的试验方法。该标准适用于在标准海平面大气条件下（温度和压力可控的试验环境）评估材料的相对可燃性。标准明确指出，该试验方法所获得的结果主要用于材料筛选和质量控制，不可直接用于预测材料在实际航天器火灾场景中的行为。在涉及富氧环境、高压环境或微重力条件等特殊场景时，应参照ISO14624系列其他部分的规定进行补充评估。3.2规范性引用文件本标准规范性引用了以下文件：-ISO14624-1，航天系统材料的安全性和兼容性第1部分：材料向上可燃性的测定-ISO14624-5，航天系统材料的安全性和兼容性第5部分：材料在加压富氧环境下可燃性的测定-ISO554，调节和/或试验用标准大气-ISO291，塑料——调节和试验用标准大气值得注意的是，2023年版不再引用已被撤回的ISO14624-6:1999（材料气味评定的试验方法），将该内容移至单独的标准编号（ISO14624-6:2023），与其保持技术上的独立引用关系。3.3术语和定义标准关键术语包括：-可燃性（flammability）：材料在规定的试验条件下，能够被引燃并维持火焰传播的能力；-自熄时间（self-extinguishingtime）：移开点火源后，试样上的持续火焰（或有焰燃烧）完全熄灭所需的时间；-烧焦长度（burnlength）：在规定的试验条件下，试样因燃烧而受损（碳化、热解或烧毁）的最大线性长度；-熔滴（moltendrip）：试样在燃烧过程中熔化并滴落的材料碎片，可能引燃位于下方的棉花或其他指示材料；-附属材料（accessorymaterials）：与电线配套使用的非导电性材料，如扎带、护套、标记套管等。3.4试验原理本试验方法的核心原理是：在标准试验箱内，将规定尺寸的试样以45°角固定，使用标准点火源（本生灯）在试样下端施加规定时间的火焰，观察并记录火焰传播行为、自熄性能、烧焦长度以及是否有熔滴引燃棉花等关键参数，据此判定材料的可燃性等级。选择45°倾斜角度进行测试，主要基于以下考虑：相较于水平测试（0°，火焰沿材料表面持续蔓延，区分度低），45°倾斜测试对材料阻燃性的判别更为敏感；相较于垂直测试（90°，火焰向上传播，条件过于严苛），45°更接近航天器布线中电缆通常的走向以及火灾早期火焰沿电缆护套传播的实际情况。该角度能够在合理的测试时间内区分不同阻燃等级的材料，具有良好的工程相关性。3.5试验装置标准对试验装置的规定包括：-试验箱体：由不燃材料制成，内壁为深色，设有前窗以观察试验过程，顶部设有排气口，底部设有进风口。内部尺寸应能容纳试验支架、点火源和收集装置，同时须保证箱内气流不超过0.1m/s，避免外部气流干扰燃烧行为。-试样支架：以45°±1°角固定试样，支架材料须为不燃材料（如不锈钢），并确保试样下端距点火源轴线的距离符合规定。-点火源：采用本生灯（Bunsenburner），管内径9.5mm±0.5mm，以技术甲烷（purity≥98%）或丙烷为燃料，火焰总高度约100mm，内焰高度约35mm。点火源应能在规定时间内提供稳定的标定热流。-计时装置：精度不低于0.1s。-量具：用于测量烧焦长度的游标卡尺或等效量具，精度不低于0.5mm。-脱脂棉：用于检测燃烧熔滴是否具有引燃能力，放置于试样下方规定位置。3.6试样制备电线绝缘材料的试样制备因材料形态不同而有所区别：-从电线上去除的绝缘材料：沿电线轴向截取规定长度的绝缘管（通常为200mm±5mm），在去除导体时应避免损伤绝缘内壁。若绝缘材料呈扁平或带状形态，则按规定的宽度（通常为13mm±0.5mm）切割成条状试样。-整体电线试样：对于线径较小（外径≤3mm）的电线，可采用完整电线（含导体）直接作为试样，长度与上述一致。该方法更接近实际使用状态，但需要注意导体对传热的影响。-附属材料（如扎带、热缩管等）：按其实际形态制备，尽可能模拟实际使用状态。对于扎带类产品，应在不施加拉伸应力的自然状态下固定；对于热缩管，应在完全收缩状态下测试。所有试样在试验前须在温度23℃±2℃、相对湿度50%±5%的条件下进行至少24小时的预调理。3.7试验程序试验程序的核心步骤包括：1.点火源标定：调节本生灯火焰至规定高度，使用标准铜块或等效热量计确认火焰热流密度在规定范围内。2.试样安装：将预调理后的试样固定在45°支架上，确保试样下端距点火源管口距离为规定值（通常为19mm±1mm）。3.施焰：将点火源移至规定位置，使火焰作用于试样下端，持续施焰时间根据材料用途分为15s和30s两个等级。4.移焰与观测：在規定施焰时间结束后移开点火源，立即启动计时，记录以下参数：-试样是否被引燃；-有焰燃烧持续的时间（自熄时间）；-火焰是否蔓延至试样上端夹具处；-是否有熔滴产生、熔滴是否引燃脱脂棉；-是否存在余辉（无焰燃烧）及其持续时间。5.烧焦长度测量：待试样完全冷却后，沿轴向测量从试样下端至燃烧受损区域最远端的距离。6.结果记录：将上述数据填入标准试验记录表。每批材料至少测试5个试样，取平均值作为最终结果（烧焦长度取最大值，自熄时间取平均值）。3.8结果评定标准将材料的可燃性分为以下等级：|等级|判定准则||------|---------||A级（自熄）|移焰后有焰燃烧在3s内自熄，烧焦长度不超过75mm，熔滴不引燃脱脂棉||B级（慢燃）|移焰后有焰燃烧在15s内自熄，烧焦长度不超过150mm，熔滴不引燃脱脂棉||C级（可燃）|不满足上述任一等级要求，即视为可燃，不建议在航天器内使用|对于用作电缆敷设于封闭线槽或线束中的材料，标准建议采用更严格的A级要求；对于敷设于开放空间且远离点火源的电缆，可适当放宽至B级。各航天器总体单位应在材料选用规范中明确规定所应满足的等级要求。3.9试验报告试验报告应至少包含以下信息：-材料名称、牌号、生产批号、供应商信息；-试样形态描述（绝缘管、扁平条、完整电线等）和尺寸信息；-预调理条件；-实际施焰时间；-各试样的引燃情况、自熄时间、烧焦长度、熔滴行为观测结果；-最终可燃性等级判定；-试验环境条件（温度、湿度、大气压）；-任何偏离标准程序的说明。4标准实施与应用现状4.1国内外应用情况ISO14624-2:2023已被多个国家和国际组织的航天项目广泛采用。在载人航天领域，国际空间站各合作方的材料安全评审中，ISO14624-2作为电线绝缘和附属材料可燃性的基础判据之一，与各自内部规范并行使用。在无人航天器领域，越来越多的商业航天企业将该标准作为材料选型的默认依据，以简化国际客户和保险机构的审核流程。中国在航天器材料可燃性测试方面，已发布GJB2785《军用飞机材料可燃性试验方法》等相关标准，但在电线绝缘材料专用测试方法方面，尚未建立完全等效采用ISO14624-2的国家标准。中国航天标准化研究所目前正积极跟踪该标准的实施情况，探讨将其转化为国家标准的可行性。4.2与相关标准的协调性ISO14624-2:2023的测试原理与NASA-STD-6001的Test2（45°电线绝缘可燃性测试）具有较高的技术一致性，但具体参数存在差异。ECSS-Q-ST-70-21C（ESA标准）则采用了垂直燃烧测试作为主要筛选手段，并以45°测试作为补充。UL1581（美国电线电缆安全标准）主要面向民用领域，其VW-1垂直燃烧测试在点火次数、棉花指示物等方面与航天标准存在显著差异，不宜直接用于航天材料评审。ISO14624-