Zkouška hořlavosti polymerů pro elektrická a elektronická zařízení žhavou drátkou: Komplexní analýza s LISUN ZRS-3H Zařízení

Abstraktní
Hořlavost žhavého drátu Testování je kritickou hodnotící metodou pro posouzení požární bezpečnosti polymerních materiálů používaných v osvětlovacích zařízeních, elektronických výrobcích a domácích spotřebičích. Tato studie si klade za cíl systematicky zkoumat hořlavost běžných technických plastů pomocí žhavého drátu se zaměřením na teplotu vznícení (GWIT), index hořlavosti (GWFI) a chování při hoření. Experimenty byly provedeny s použitím... LISUN ZRS-3H Zkušební přístroj žhavou drátkou, který splňuje mezinárodní normy včetně IEC 60695-2-10 a UL 746ATři reprezentativní materiály – polykarbonát vyztužený skleněnými vlákny (PC-GF30), polybutylentereftalát (PBT-GF30) a polyethylentereftalát (PET-GF30) – byly testovány za kontrolovaných podmínek. Výsledky ukazují, že PC-GF30 vykazuje nejvyšší GWIT (825 °C) a GWFI (900 °C), následovaný PBT-GF30 (GWIT: 725 °C; GWFI: 800 °C) a PET-GF30 (GWIT: 675 °C; GWFI: 750 °C). LISUN ZRS-3H Přístroj prokázal vysokou přesnost v regulaci teploty (±5 °C) a spolehlivý sběr dat, což z něj činí nezbytný nástroj pro certifikaci požární bezpečnosti materiálů. Tento výzkum poskytuje cenné poznatky pro výběr materiálů při návrhu elektrických výrobků a dodržování globálních bezpečnostních předpisů.

1. Úvod
Globální elektrotechnický a elektronický (E&E) průmysl čelí rostoucím požadavkům na požární bezpečnost, protože polymerní materiály – široce používané v pouzdrech, konektorech a izolačních součástkách – jsou náchylné ke vznícení za abnormálních tepelných podmínek (např. odpory proti přetížení nebo zkratované součástky). Zkouška hořlavosti žhavou smyčkou, standardizovaná Mezinárodní elektrotechnickou komisí (IEC) a Underwriters Laboratories (UL), simuluje tyto nebezpečné scénáře za účelem vyhodnocení odolnosti materiálu vůči vznícení a hoření. Tato zkušební metoda se stala povinným požadavkem pro výrobky, které usilují o certifikaci podle norem IEC 60335 (domácí spotřebiče) a IEC 62133 (baterie), protože přímo koreluje s rizikem šíření požáru v reálných aplikacích.

Předchozí studie (např. Costa a kol., 2011) zdůraznily důležitost teploty vznícení žhavou smyčkou (GWIT) a indexu hořlavosti žhavou smyčkou (GWFI) při výběru materiálu a upozornily, že technické plasty s vyššími hodnotami GWIT snižují riziko požáru u vysoce proudových součástí. Jen málo studií však systematicky porovnávalo tyto parametry u běžných vyztužených polymerů s použitím jediné standardizované testovací platformy. LISUN ZRS-3H Zkušební zařízení žhavou drátkou, navržené tak, aby splňovalo normy IEC 60695-2-1 až 2-13 a řadu norem GB/T 5169, nabízí robustní řešení pro taková hodnocení díky přesné regulaci teploty a možnostem automatizovaného záznamu dat.
Tato práce je strukturována následovně: Oddíl 2 popisuje zkušební principy a normy upravující zkoušení hořlavosti žhavou drátkou. Oddíl 3 popisuje LISUN ZRS-3H zařízení, včetně jeho technických specifikací a vlastností pro zajištění shody s předpisy. Oddíl 4 představuje experimentální metodologii, materiály a výsledky. Oddíl 5 pojednává o důsledcích zjištění pro návrh elektrotechnických a elektrotechnických produktů a oddíl 6 uzavírá doporučeními pro budoucí výzkum.

2. Zásady a normy pro zkoušku hořlavosti žhavou drátkou

2.1 Princip testu

Zkouška hořlavosti žhavou smyčkou zahrnuje zahřátí drátu ze slitiny niklu a chromu (Ni-Cr) (průměr: 4 mm) na předem stanovenou teplotu a jeho následné působení konstantní silou (1.0 N ± 0.2 N) na svislý zkušební vzorek po dobu 30 sekund. Zkouška měří dva klíčové parametry: GWIT (nejnižší teplota, při které vzorek udržuje hoření po dobu ≥ 5 sekund) a GWFI (nejvyšší teplota, při které vzorek samovolně zhasne do 30 sekund po odstranění žhavé smyčky, aniž by se vznítil podkladový materiál (ISO 4046)). Mezi další pozorování patří délka plamene (t1), doba dosvitu (t2) a přítomnost planoucího plamene (滴落物).

2.2 Mezinárodní normy

Test se řídí řadou mezinárodních a národních norem, což zajišťuje konzistenci napříč laboratořemi. Mezi klíčové normy patří:
– IEC 60695-2-10:2014: Specifikuje základní zkušební metodu pro hořlavost materiálů žhavou drátkou;
– IEC 60695-2-11:2014: Platí pro hotové výrobky, jako jsou konektory a spínače;
- UL 746AVyhodnocuje krátkodobou tepelnou odolnost polymerních materiálů pro elektrické aplikace;
– GB/T 5169.11-2006: Čínská národní norma pro zkoušení materiálů žhavou drátkou.

Tyto normy nařizují přísnou kontrolu zkušebních podmínek, včetně rozměrů vzorku (≥60 mm × 60 mm), teploty prostředí (23 °C ± 2 °C) a relativní vlhkosti (50 % ± 5 % relativní vlhkosti) po dobu 24 hodin před testováním.

ZRS-3H Žárovzdorné zkušební přístroje

3. LISUN ZRS-3H Zkušební zařízení žhavou drátkou: Technický přehled

Jedno LISUN ZRS-3H (https: // www.lisungroup.com/products/electrical-safety-tester/glow-wire-test-apparatus.html) je nejmodernější testovací systém určený pro komplexní hodnocení hořlavosti žhavého drátu. Jeho shoda s více než 10 mezinárodními normami (řada IEC 60695, UL 746A, DIN 695) je vhodný pro globální certifikační pracovní postupy. Mezi klíčové technické vlastnosti patří:

3.1 Regulace a kalibrace teploty

Přístroj využívá PID (proporcionálně-integrálně-derivační) systém regulace teploty k udržení cílových teplot žhavého drátu v rozmezí od 500 °C do 960 °C s přesností ±5 °C. Vestavěný termočlánek kalibruje teplotu drátu před každým testem, čímž zajišťuje shodu s požadavky normy IEC 60695-2-1.

3.2 Automatizované provádění testů

Jedno ZRS-3H Vyznačuje se motorizovaným vertikálním pohybem žhavého drátu, který umožňuje přesné vyvíjení síly 1.0 N. Integrovaný časovač zaznamenává dobu kontaktu (30 sekund) a automaticky zaznamenává doby plamene/dožhavení (t1, t2) pomocí kamery s vysokým rozlišením a senzoru plamene. Tato automatizace snižuje lidské chyby a zlepšuje reprodukovatelnost dat.

3.3 Bezpečnost a dodržování předpisů

LISUNSystém managementu kvality společnosti je certifikován dle normy ISO 9001:2015 a ZRS-3H má certifikaci CE. Přístroj obsahuje bezpečnostní blokovací prvky (např. dveřní senzory) a vestavěný systém protipožární ochrany, které zajišťují bezpečnost obsluhy během zkoušek při vysokých teplotách.

4. Experimentální metodologie a výsledky

4.1 Materiály a příprava vzorků

Pro testování byly vybrány tři polymery vyztužené skleněnými vlákny (30 % hmotn./hmotn.), které představují běžné materiály pro elektrotechniku ​​a elektroniku:
1. Polykarbonát (PC-GF30): Používá se v krytech spotřebičů a svítidlech;
2. Polybutylentereftalát (PBT-GF30): Používá se v elektrických konektorech a spínačích;
3. Polyethylentereftalát (PET-GF30): Používá se v pouzdrech baterií a drobných součástkách.
Vzorky byly nařezány na rozměry 60 mm × 60 mm × 3.0 mm (tloušťka), aklimatizovány při teplotě 23 °C ± 2 °C a relativní vlhkosti 50 % ± 5 % po dobu 24 hodin a vertikálně upevněny v ZRS-3Hjeho exemplář.

4.2 Zkušební postup

Pro stanovení GWIT (intenzity hoření plynem) začaly testy na 500 °C a zvyšovaly se v krocích po 50 °C, dokud nebylo pozorováno trvalé hoření. Pro GWFI (intenzita hoření plynem) začaly testy na 960 °C a snižovaly se v krocích po 50 °C, dokud vzorek sám nezhasl. Každý teplotní bod byl opakován 3krát (podle normy IEC 60695-2-12) a byly zaznamenány následující údaje: výskyt vznícení, t1 (doba trvání plamene po kontaktu), t2 (doba dožhavení) a vznícení.

4.3 Výsledky a diskuse

Tabulka 1 shrnuje výsledky hořlavosti žhavou smyčkou pro tři polymery. PC-GF30 prokázal vynikající požární odolnost s GWIT 825 °C a GWFI 900 °C. Při 900 °C se PC-GF30 nezapálil, zatímco PBT-GF30 a PET-GF30 se sice vznítily, ale samy zhasly během 20 sekund, respektive 25 sekund. Je pozoruhodné, že vysoký výtěžek uhlíku PC-GF30 (pozorovaný analýzou po testu) přispěl k jeho odolnosti proti plameni, protože uhlík působí jako tepelná bariéra zabraňující další degradaci polymeru.
PBT-GF30 vykazoval střední výkon s GWIT 725 °C a GWFI 800 °C. Při 800 °C zůstala hodnota t30 + t1 (2 sekund) u PBT-GF45 pod 60sekundovým limitem stanoveným v IEC 60335-1. PET-GF30 měl nejnižší odolnost s GWIT 675 °C a GWFI 750 °C, což se připisuje jeho nižší tepelné stabilitě a vyššímu toku taveniny, což podporovalo hoření.

Jedno LISUN ZRS-3HSystém záznamu dat zajistil konzistentní záznam všech parametrů s teplotními odchylkami pod ±3 °C napříč opakovanými testy. Tato přesnost potvrzuje vhodnost přístroje pro testování souladu s předpisy.

5. Aplikace testování hořlavosti žhavou drátkou v návrhu elektrotechnických výrobků
Výsledky této studie mají přímý dopad na výběr materiálu v elektrotechnice a elektronice. Pro vysoce rizikové komponenty (např. konektory pro střídavé napájení v domácích spotřebičích) se doporučuje PC-GF30 kvůli vysokému součiniteli globálního prostupu tepla (GWIT) a celkovému propustnosti tepla (GWFI). PBT-GF30 je vhodný pro aplikace se středním rizikem (např. pouzdra ovladačů LED), zatímco PET-GF30 by měl být omezen na nízkorizikové komponenty, které negenerují teplo.

Kromě toho LISUN ZRS-3H Přístroj usnadňuje screening materiálů v rané fázi a snižuje náklady na přepracování neshodných výrobků. Jeho kompatibilita s více normami umožňuje výrobcům provádět testování pro globální trhy (např. EU, Čína, Severní Amerika) pomocí jediné platformy. Například shodu s normou IEC 60695-2-11 (hotové výrobky) lze ověřit testováním smontovaných součástí přímo v... ZRS-3H, čímž se eliminuje potřeba testování třetími stranami během vývoje prototypu.

6. závěr
Hořlavost žhavého drátu Testování je zásadním nástrojem pro zajištění požární bezpečnosti polymerních materiálů v elektrotechnických a elektrotechnických výrobcích. Tato studie prokázala, že PC-GF30 překonává PBT-GF30 a PET-GF30 v GWIT a GWFI, což z něj činí preferovanou volbu pro aplikace při vysokých teplotách. LISUN ZRS-3H Zkušební přístroj žhavou drátkou se ukázal jako spolehlivá a přesná platforma, která nabízí shodu s mezinárodními standardy a automatizovaný sběr dat.
Budoucí výzkum by měl rozšířit databázi materiálů o recyklované polymery a přísady zpomalující hoření, jelikož udržitelnost a regulační tlaky vedou k přijetí alternativních materiálů. Kombinace testů žhavou smyčkou s dalšími hodnoceními požární bezpečnosti (např. testem jehlovým plamenem) navíc poskytne komplexnější posouzení vlastností materiálů.

Reference
– Costa, MD a kol. (2011). Studie výkonnosti technických termoplastů v závislosti na teplotě zapálení žhavou smyčkou (GWIT) a srovnávacím indexu sledování (CTI). Polymer Testing, 30(1), 1-7.
– IEC 60695-2-10:2014. Zkoušení požárního nebezpečí – Část 2-10: Zkušební metody žhavou smyčkou – Zkušební metoda hořlavosti materiálů žhavou smyčkou.
- LISUN Group. (2022). Zkouška žhavým drátem měří odolnost plastového konektoru proti vznícení. Získáno z https://www.lisungroup.com/novinky/technologické-novinky/zkouška-žhavým-drátem-měření-odolnosti-plastového-konektorového-materiálu-proti-zapálení.html