電氣電子產(chǎn)品用非金屬材料重要性能及其測試一站式解決方案(共8頁)

1、 標準集團（香港）有限公司StandardInternationalGroup(HK)Limited標準集團（香港）有限公司電氣電子產(chǎn)品用非金屬材料重要(zhngyo)性能及其測試(csh)一站式解決(jiju)方案摘要：電氣電子產(chǎn)品用非金屬材料的各種性能對電氣電子產(chǎn)品的安全性和可靠性起到至關(guān)重要的作用。本文主要簡要介紹了非金屬材料耐熱、耐燃、耐漏電起痕性能的測試方法，并結(jié)合電氣電子產(chǎn)品相應的標準，分析認證過程中常見的不符合情況，提出應對措施。關(guān)鍵詞：耐熱性能;耐燃性能;耐電痕化指數(shù);灼熱絲試驗;針焰試驗;耐電痕化實驗;方法;標準電氣電子非金屬材料的各種性能(如：阻燃性能、熱性能、電氣性能、物

2、理性能和老化性能等)對電氣電子產(chǎn)品的安全性和可靠性起到至關(guān)重要的作用，特別是耐熱、耐燃及耐電痕化性能。若電氣電子產(chǎn)品中非金屬材料性能不符合相關(guān)標準要求，可能致使材料軟化、變形、燃燒、漏電，甚至發(fā)生電氣火災。1耐熱性能1.1球壓試驗球壓試驗作為電工產(chǎn)品的非金屬材料的耐熱試驗，用于評估電工產(chǎn)品及其零部件的固體絕緣材料(不包括陶瓷)的耐熱性能。試驗過程是用一個20N0.2N的負荷通過半徑2.5mm的鋼球壓在厚度不小于3mm的平面樣品表面，在試驗溫度下保持1h，冷卻后測量壓痕的尺寸。通過壓痕尺寸大小來評估樣品在試驗溫度下的耐熱軟化情況。規(guī)定壓痕最大尺寸不超過2.0mm為合格。球壓試驗標準為GB/T51

3、69.21電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第21部分：非正常熱球壓試驗。在試驗中需要注意：(1)加熱箱的試驗溫度：整個試驗過程中，需要控制加熱箱溫度，使其保持良好的熱平衡和穩(wěn)定的溫度，特別是開門關(guān)門中對溫度變化的控制;(2)球壓裝置：確保壓力球表面圓滑，壓力球磨損而不圓滑會使負載作用在試驗樣品表面的力受到影響，使試驗結(jié)果引起偏差;樣品支架牢固地支撐試驗樣品在水平狀態(tài);樣品支架要有足夠的強度去支撐負載裝置;試驗樣品從加熱箱安裝和移出期間，樣品支架要有足夠的質(zhì)量來阻止試驗裝置的溫度明顯減小;支架的表面要平滑;(3)試驗樣品：樣品厚度符合標準要求，上下表明平行，且表面平整光滑，無明顯凹凸組織;(4)壓痕測量

4、：壓痕邊界兩切點之間的最大間距。測量方法有投影法、三維數(shù)字顯微鏡、發(fā)射法、圖像測量法等，可根據(jù)實際情況采取不同的方法。需要指出的是，不同的方法均需要多次測量，充分考慮各種因素對測試結(jié)果的影響，測量出相對準確的壓痕直徑。1.2維卡軟化(runhu)溫度維卡軟化(runhu)溫度是用于控制產(chǎn)品質(zhì)量和判斷材料(cilio)耐熱性能的一個重要指標，試驗按照GB/T1633進行，壓針橫截面積為1mm2，施加負荷后，通過加熱?；蚝嫦涫箻悠飞郎兀攭横槾倘霕悠飞疃葹?mm時的溫度為維卡軟化溫度。參考維卡軟化溫度值，配合材料外觀特征和加工工藝等因素綜合判定，能作為球壓試驗結(jié)果的初步審核條件。1.3熱變形溫度熱

5、變形溫度是用于評估材料的耐熱機械性能。試驗按照GB/T1634進行。熱變形溫度是衡量塑料耐熱性能的又一主要指標，與維卡軟化點溫度相比，熱變形溫度值更接近于球壓試驗的臨界溫度值。但熱變形溫度的試驗方法受到材料自身工藝因素影響較大，將熱變形溫度作為參考要素時應考慮材料工藝。GB4706.1-2005家用和類似用途電器的安全第1部分：通用要求標準中，30.1“對于非金屬材料制成的外部零件、用來支撐帶電部件(包括連接)的絕緣材料零件以及提供附加絕緣或加強絕緣的熱塑材料零件，其惡化可導致器具不符合本標準，應充分耐熱。通過按IEC60695-10-2(GB/T5169.21)對有關(guān)的部件進行球壓試驗確定其

6、是否合格?！睒藴手袑⒎墙饘俨牧戏譃橥獠苛悴考椭螏щ姴考牧慵ㄟ^器具溫升最高值或標準要求的球壓最低溫度來判定是否合格。通常情況下，外部零部件球壓溫度為75，支撐帶電部件的零件為125。GB4943-2001信息技術(shù)設備(shbi)的安全標準中，4.5.2“直接(zhji)安裝上帶危險電壓零部件的熱塑性塑料件應能耐異常熱?！蓖ㄟ^球壓試驗來檢驗其是否合格，同樣根據(jù)最高溫升或最低溫度來進行試驗，對支撐(zh chng)一次電路零部件的熱塑性塑料件球壓溫度至少為125。GB8898-2001音頻、視頻及類似電子設備安全要求標準中，7.2“如果在預期使用時，與電網(wǎng)電源導電連接的零部件承載的穩(wěn)態(tài)電流

7、大于0.2A，而且會由于接觸不良而大量發(fā)熱，則支撐這些零部件的材料應是耐熱的絕緣材料。”通過一定條件下的維卡軟化溫度來檢驗是否合格。通常情況，維卡軟化溫度至少為150。在產(chǎn)品認證或各種抽查中，經(jīng)常有非金屬材料耐熱性能不符合標準要求的情況，其主要原因：(1)未根據(jù)使用環(huán)境要求選用合適的材料。例如：ABS材料具有超強的易加工型、外觀特性、低蠕變性、優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性及高抗沖擊強度等。其維卡軟化溫度：70(樹脂)，129(耐熱級)，耐熱級熱變形溫度109。通常情況，維卡軟化溫度低于150的材料，125球壓試驗不合格概論較大，而ABS的維卡軟化溫度明顯偏低，其受熱的機械性能較弱，若不進行耐熱改性，很難通

8、過125球壓試驗，因此該材料不適合作為支撐帶電部件，特別是接線端子、插頭以及連接器內(nèi)膽等。而PA(尼龍)、PC(聚碳酸酯)、PBT(聚對苯二甲酸丁二酯)一般具有較高的維卡軟化溫度(170)，可以經(jīng)受較高溫度的球壓試驗，可以使用在接線端子、插頭以及連接器內(nèi)膽等支撐帶電部件。(2)非金屬材料的質(zhì)量，有些非金屬材料具有較好的耐熱性能，但因為含有大量雜質(zhì)或加入大量回收料，導致耐熱性能降低，不符合標準要求。如含有大量雜質(zhì)的PBT，其分子量降低，玻璃化溫度相應的降低，熱變形溫度降低，造成維卡軟化溫度降低，最終致使125球壓試驗不合格。2耐燃性能2.1灼熱絲試驗灼熱絲試驗就是利用模擬技術(shù)評定灼熱元件或過載電

9、阻之類的熱源在短時間內(nèi)造成熱應力影響的著火危險性。試驗標準為GB/T5169.11，試驗的灼熱絲是一個規(guī)定的電阻絲環(huán)，用電加熱到規(guī)定的溫度，使灼熱絲的頂端接觸樣品達到規(guī)定的一段時間(30s)，然后離開，觀察和測量樣品的燃燒情況，灼熱絲離開后30s內(nèi)樣品不再燃燒并且不引燃絹紙則判定為通過該溫的灼熱絲試驗。灼熱絲試驗中，試驗儀器對結(jié)果的影響較大，采用符合標準要求的灼熱絲試驗裝置，對得到正確的試驗結(jié)果起著決定性的作用。2.2灼熱(zhur)絲可燃性指數(shù)(zhsh)灼熱(zhur)絲可燃性指數(shù)是指材料能通過灼熱絲試驗的最高溫度。例如某材料灼熱絲可燃性指數(shù)檢測結(jié)果為：GWFI：900/2.0，則表示該材

10、料厚度不小于2.0mm時，灼熱絲試驗能通過的最高溫度是900。試驗標準為GB/T5169.12。2.3灼熱絲起燃溫度灼熱絲起燃溫度是指比連續(xù)三次試驗均不會引起規(guī)定厚度的試驗樣品起燃(持續(xù)時間超過5s)的灼熱絲最高溫度高25K(900960之間高30K)的溫度，它描述的是材料在規(guī)定厚度下灼熱絲試驗中燃燒持續(xù)時間不超過5s的最高溫度等級。試驗標準為GB/T5169.13。2.4標稱50W(20mm)火焰燃燒分為水平燃燒和垂直燃燒。水平燃燒試驗用矩形條狀試驗樣品的一端，使樣品呈水平狀態(tài)，自由端則與規(guī)定的試驗火焰接觸。用測量線性燃燒率的方法評定水平放置的條狀樣品的燃燒特性。水平燃燒的等級分為HB40、

11、HB和HB75。試驗標準為GB/T5169.16。垂直燃燒試驗用矩形條狀試驗樣品的一端，使樣品呈垂直狀態(tài)，自由端則與規(guī)定的試驗火焰接觸。用測量余焰和余灼時間、火焰微粒的燃燒程度和滴落程度的方法評定垂直放置的樣品的燃燒特性。垂直燃燒試驗的樣品與水平燃燒的樣品尺寸一樣，但試驗要進行兩組，其中一組試驗的樣品只進行常態(tài)處理(232)、濕度(505)%，處理至少48h)，另一組樣品在(702)的條件下老化(1682)h。依據(jù)試驗結(jié)果將燃燒等級分為V-0、V-1、V-2或不能用垂直燃燒法進行分級，試驗標準為GB/T5139.16。2.5針焰試驗(shyn)針焰試驗是評定可能由其他著火元件產(chǎn)生(chnshn

12、g)的小火焰對試驗樣品的影響。試驗用內(nèi)徑0.5mm的針產(chǎn)生(chnshng)的12mm高的火焰施加在試驗樣品表面，記錄樣品燃燒以及滴落物情況。移去針焰后樣品及鋪底層的余焰或余灼時間小于30s(對于印刷電路板為15s)為合格。試驗標準為GB/T5169.5。電氣電子產(chǎn)品部件或零部件在故障或過載條件下，可能達到過高的溫度或點燃它們附近的零件，或遇到明火時是否能阻礙或延緩燃燒。電氣電子產(chǎn)品標準中對非金屬材料耐燃性能提出要求。GB4706.1-20屬材料零件，對點燃和火焰蔓延應是具有抵抗力的?！蓖ǔＧ闆r，外部零件進行550灼熱絲試驗，或試驗樣品不厚于相關(guān)部件的情況下，材料燃燒等級至少為HB40。對于支

13、撐帶電部件，按照有無人照管進行分類，對有人照管工作載流超過0.5A，灼熱絲溫度為750，不超過0.5A，則650。對無人照管工作載流超過0.2A，灼熱絲可燃性指數(shù)為850，灼熱絲起燃溫度至少為775，750灼熱絲試驗。對無人照管工作載流小于0.2A，灼熱絲起燃溫度為675，650灼熱絲試驗。其中，若灼熱絲試驗后燃時間大于2s，則在周圍部件進行針焰試驗，若試驗樣品不厚于相關(guān)部件的情況下，材料燃燒等級為V-0或V-1的部件不進行針焰試驗。灼熱絲試驗針對非金屬材料部件，考核部件的燃燒性能，灼熱絲可燃性指數(shù)和灼熱絲起燃溫度針對非金屬材料制成的標準樣塊，考核材料的燃燒性能。其實驗設備和方法相同，可等效使

14、用，但需特別注意厚度，如果產(chǎn)品標準只規(guī)定要經(jīng)受某一溫度的灼熱絲試驗，那么材料的GWFI結(jié)果大于或等于產(chǎn)品標準中規(guī)定的溫度數(shù)值，并且材料的厚度不大于實際使用的最小厚度，就認為該材料滿足標準要求。需要指出，GB4706.1標準中，在材料灼熱絲可燃性指數(shù)高于灼熱絲試驗溫度時，仍然需要進行灼熱絲試驗，用于判定周圍部件是否進行針焰試驗，主要是因為灼熱絲可燃性指數(shù)中火焰燒然不超過5s均為滿足要求，而針焰試驗判定條件為灼熱絲試驗后燃時間大于2s，兩項試驗判定中對燃燒時間要求不同。在產(chǎn)品認證或各種抽查中，經(jīng)常有非金屬材料耐燃性能不符合標準要求的情況(qngkung)，其主要原因是材料的阻燃等級不夠，一般說來，

15、經(jīng)受550灼熱絲試驗(shyn)其阻燃等級應達到HB40，而經(jīng)受(jngshu)750灼熱絲試驗應該其阻燃等級至少應達到V-1級，需根據(jù)使用環(huán)境選擇合適的阻燃材料，不同的材料可根據(jù)添加阻燃劑改性，達到不同的阻燃等級。針焰試驗不符合標準要求的原因分析：一般說來，兩種情況進行針焰試驗：標準明確規(guī)定必須進行針焰試驗;另一種情況是由于產(chǎn)品的某部位規(guī)定范圍內(nèi)的其他材料進行灼熱絲試驗后燃時間大于2s，而且該部位沒有火焰屏蔽裝置，那么該部位需進行針焰試驗。第二種情況下進行的針焰試驗往往容易造成不合格，因為進行針焰試驗的部位(如外殼等)很多本來是在標準沒有直接規(guī)定較高的阻燃要求，所以在產(chǎn)品設計時可能沒有考慮到

16、這些部位要經(jīng)受嚴酷的針焰試驗，并未使用高阻燃的材料。因此要避免針焰試驗不合格的出現(xiàn)一般方法有：(1)提高其他相關(guān)聯(lián)部位需進行灼熱絲試驗材料的阻燃等級，避免灼熱絲試驗起火或后燃大于2s，從而避免進行針焰試驗;(2)直接提高進行針焰試驗的材料的阻燃等級，使其能經(jīng)受針焰試驗;(3)把需要進行針焰試驗的部位進行屏蔽。3耐(相比)電痕化指數(shù)絕緣材料在電場的作用下，由于受到水和雜質(zhì)的污染，在表面形成閃絡現(xiàn)象，慢慢破壞材料的絕緣結(jié)構(gòu)，形成導電通道，造成短路。這種現(xiàn)象就是電痕化。而絕緣材料表面抗漏電起痕的能力，稱為耐漏電起痕。耐漏電起痕試驗主要是模擬電氣電子產(chǎn)品在實際使用中不同極性帶電部件在絕緣材料表面沉積的

17、導電物質(zhì)是否引起絕緣材料表面爬電、擊穿短路和起火危險而進行的檢驗。電氣電子產(chǎn)品在使用過程中，由于環(huán)境的污染導致絕緣材料表面有污物、潮氣而產(chǎn)生漏電，由此誘發(fā)的腐蝕而損壞絕緣性能。試驗按照標準GB/T4207(IEC60112)進行，耐漏電起痕試驗可測量在電壓最高600V時固體電絕緣材料的相對耐電痕化性能。相比電痕化試驗就是測量不引起電痕化的最高電壓。試驗中電壓按每25V一個等級施加在樣品表面的鉑電極上，樣品在經(jīng)受規(guī)定滴數(shù)(50滴)、體積(20mm3)和濃度的電解液后，試驗中過電流不超過0.5A且樣品不起燃則樣品通過該電壓等級的電痕化試驗。耐漏電(lu din)起痕試驗是一種模擬(mn)極惡劣條件

18、的加速試驗以檢驗絕緣材料是否會形成漏電痕跡，從而(cng r)能在短時間內(nèi)區(qū)別固體絕緣材料抗漏電起痕的能力，保證產(chǎn)品在特定環(huán)境條件下的使用安全。GB4706.1-2005中，29.2條款中對不同材料組別的耐漏電起痕指數(shù)提出限制要求。首先確定材料的環(huán)境污染等級，根據(jù)污染等級確定材料組別，最后確定耐漏電起痕指數(shù)，通常情況：(1)正常工作條件不進行;(2)嚴酷工作條件，即導電沉積物量小，但電應力作用時間長或?qū)щ姵练e物量大，但電應力作用時間短，此種情況下進行該實驗，施加電壓為175V;(3)極嚴酷工作條件，即導電沉積物量大，而電應力作用時間長，或?qū)щ姵练e物量極大，而電應力作用周期短，該實驗施加電壓為250V。耐漏電起痕不符合標準要求的原因分析：沒有根據(jù)使用環(huán)境選擇合適的絕緣材料，材料的耐漏電起痕性能與材料自身結(jié)構(gòu)關(guān)系較大，大部分聚合物絕緣材料的耐漏電起痕性能都很差，其中聚四氟乙烯、硅橡膠、脂環(huán)族環(huán)氧的酸酐固化物較好。具有共軛結(jié)構(gòu)的聚合物如聚氯乙烯，聚酯酸乙烯酯，其耐漏電起痕性較差，但聚四氟乙烯，硅橡膠因主鏈鍵能較高不易分解，則耐漏電起痕性較高。含有各種芳香族結(jié)構(gòu)的酚醛樹脂、聚二苯醚樹脂、雙酚A型環(huán)氧樹脂、聚碳酸酯等的耐漏電起痕性差，而脂環(huán)族環(huán)氧樹脂六氫苯酐的固化物卻很好，加入填料氫氧化鋁則更好。因此，需要根據(jù)污染等級選擇合適的材料