1、 標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（香港）有限公司StandardInternationalGroup(HK)Limited標(biāo)準(zhǔn)集團(tuán)（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(cè)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(duì)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(jiǎn)要介紹了非金屬材料耐熱、耐燃、耐漏電起痕性能的測(cè)試方法，并結(jié)合電氣電子產(chǎn)品相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，分析認(rèn)證過(guò)程中常見(jiàn)的不符合情況，提出應(yīng)對(duì)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(yàn);針焰試驗(yàn);耐電痕化實(shí)驗(yàn);方法;標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(zāi)。1耐熱性能1.1球壓試驗(yàn)球壓試驗(yàn)作為電工產(chǎn)品的非金屬材料的耐熱試驗(yàn)，用于評(píng)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(yàn)過(guò)程是用一個(gè)20N0.2N的負(fù)荷通過(guò)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(yàn)溫度下保持1h，冷卻后測(cè)量壓痕的尺寸。通過(guò)壓痕尺寸大小來(lái)評(píng)估樣品在試驗(yàn)溫度下的耐熱軟化情況。規(guī)定壓痕最大尺寸不超過(guò)2.0mm為合格。球壓試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T51

3、69.21電工電子產(chǎn)品著火危險(xiǎn)試驗(yàn)第21部分：非正常熱球壓試驗(yàn)。在試驗(yàn)中需要注意：(1)加熱箱的試驗(yàn)溫度：整個(gè)試驗(yàn)過(guò)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(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)中對(duì)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(huì)使負(fù)載作用在試驗(yàn)樣品表面的力受到影響，使試驗(yàn)結(jié)果引起偏差;樣品支架牢固地支撐試驗(yàn)樣品在水平狀態(tài);樣品支架要有足夠的強(qiáng)度去支撐負(fù)載裝置;試驗(yàn)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(lái)阻止試驗(yàn)裝置的溫度明顯減小;支架的表面要平滑;(3)試驗(yàn)樣品：樣品厚度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，上下表明平行，且表面平整光滑，無(wú)明顯凹凸組織;(4)壓痕測(cè)量

4、：壓痕邊界兩切點(diǎn)之間的最大間距。測(cè)量方法有投影法、三維數(shù)字顯微鏡、發(fā)射法、圖像測(cè)量法等，可根據(jù)實(shí)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(cè)量，充分考慮各種因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，測(cè)量出相對(duì)準(zhǔn)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(gè)重要指標(biāo)，試驗(yàn)按照GB/T1633進(jìn)行，壓針橫截面積為1mm2，施加負(fù)荷后，通過(guò)加熱?；蚝嫦涫箻悠飞郎?，當(dāng)壓針刺入樣品深度為1mm時(shí)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(yàn)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(píng)估材料的耐熱機(jī)械性能。試驗(yàn)按照GB/T1634進(jìn)行。熱變形溫度是衡量塑料耐熱性能的又一主要指標(biāo)，與維卡軟化點(diǎn)溫度相比，熱變形溫度值更接近于球壓試驗(yàn)的臨界溫度值。但熱變形溫度的試驗(yàn)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(shí)應(yīng)考慮材料工藝。GB4706.1-2005家用和類(lèi)似用途電器的安全第1部分：通用要求標(biāo)準(zhǔn)中，30.1“對(duì)于非金屬材料制成的外部零件、用來(lái)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(qiáng)絕緣的熱塑材料零件，其惡化可導(dǎo)致器具不符合本標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)充分耐熱。通過(guò)按IEC60695-10-2(GB/T5169.21)對(duì)有關(guān)的部件進(jìn)行球壓試驗(yàn)確定其

6、是否合格?！睒?biāo)準(zhǔn)中將非金屬材料分為外部零部件和支撐帶電部件的零件，通過(guò)器具溫升最高值或標(biāo)準(zhǔn)要求的球壓最低溫度來(lái)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(shè)備(shbi)的安全標(biāo)準(zhǔn)中，4.5.2“直接(zhji)安裝上帶危險(xiǎn)電壓零部件的熱塑性塑料件應(yīng)能耐異常熱。”通過(guò)球壓試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)其是否合格，同樣根據(jù)最高溫升或最低溫度來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)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(lèi)似電子設(shè)備安全要求標(biāo)準(zhǔn)中，7.2“如果在預(yù)期使用時(shí)，與電網(wǎng)電源導(dǎo)電連接的零部件承載的穩(wěn)態(tài)電流

7、大于0.2A，而且會(huì)由于接觸不良而大量發(fā)熱，則支撐這些零部件的材料應(yīng)是耐熱的絕緣材料?！蓖ㄟ^(guò)一定條件下的維卡軟化溫度來(lái)檢驗(yàn)是否合格。通常情況，維卡軟化溫度至少為150。在產(chǎn)品認(rèn)證或各種抽查中，經(jīng)常有非金屬材料耐熱性能不符合標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)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(qiáng)度等。其維卡軟化溫度：70(樹(shù)脂)，129(耐熱級(jí))，耐熱級(jí)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(yàn)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(jī)械性能較弱，若不進(jìn)行耐熱改性，很難通

8、過(guò)125球壓試驗(yàn)，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(duì)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(yàn)，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?yàn)楹写罅侩s質(zhì)或加入大量回收料，導(dǎo)致耐熱性能降低，不符合標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)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(yàn)不合格。2耐燃性能2.1灼熱絲試驗(yàn)灼熱絲試驗(yàn)就是利用模擬技術(shù)評(píng)定灼熱元件或過(guò)載電

9、阻之類(lèi)的熱源在短時(shí)間內(nèi)造成熱應(yīng)力影響的著火危險(xiǎn)性。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5169.11，試驗(yàn)的灼熱絲是一個(gè)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(dá)到規(guī)定的一段時(shí)間(30s)，然后離開(kāi)，觀察和測(cè)量樣品的燃燒情況，灼熱絲離開(kāi)后30s內(nèi)樣品不再燃燒并且不引燃絹紙則判定為通過(guò)該溫的灼熱絲試驗(yàn)。灼熱絲試驗(yàn)中，試驗(yàn)儀器對(duì)結(jié)果的影響較大，采用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的灼熱絲試驗(yàn)裝置，對(duì)得到正確的試驗(yàn)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(guò)灼熱絲試驗(yàn)的最高溫度。例如某材料灼熱絲可燃性指數(shù)檢測(cè)結(jié)果為：GWFI：900/2.0，則表示該材

10、料厚度不小于2.0mm時(shí)，灼熱絲試驗(yàn)?zāi)芡ㄟ^(guò)的最高溫度是900。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)均不會(huì)引起規(guī)定厚度的試驗(yàn)樣品起燃(持續(xù)時(shí)間超過(guò)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(yàn)中燃燒持續(xù)時(shí)間不超過(guò)5s的最高溫度等級(jí)。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5169.13。2.4標(biāo)稱(chēng)50W(20mm)火焰燃燒分為水平燃燒和垂直燃燒。水平燃燒試驗(yàn)用矩形條狀試驗(yàn)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(yàn)火焰接觸。用測(cè)量線性燃燒率的方法評(píng)定水平放置的條狀樣品的燃燒特性。水平燃燒的等級(jí)分為HB40、

11、HB和HB75。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5169.16。垂直燃燒試驗(yàn)用矩形條狀試驗(yàn)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(yàn)火焰接觸。用測(cè)量余焰和余灼時(shí)間、火焰微粒的燃燒程度和滴落程度的方法評(píng)定垂直放置的樣品的燃燒特性。垂直燃燒試驗(yàn)的樣品與水平燃燒的樣品尺寸一樣，但試驗(yàn)要進(jìn)行兩組，其中一組試驗(yàn)的樣品只進(jìn)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(yàn)結(jié)果將燃燒等級(jí)分為V-0、V-1、V-2或不能用垂直燃燒法進(jìn)行分級(jí)，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5139.16。2.5針焰試驗(yàn)(shyn)針焰試驗(yàn)是評(píng)定可能由其他著火元件產(chǎn)生(chnshn

12、g)的小火焰對(duì)試驗(yàn)樣品的影響。試驗(yàn)用內(nèi)徑0.5mm的針產(chǎn)生(chnshng)的12mm高的火焰施加在試驗(yàn)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(shí)間小于30s(對(duì)于印刷電路板為15s)為合格。試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5169.5。電氣電子產(chǎn)品部件或零部件在故障或過(guò)載條件下，可能達(dá)到過(guò)高的溫度或點(diǎn)燃它們附近的零件，或遇到明火時(shí)是否能阻礙或延緩燃燒。電氣電子產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)非金屬材料耐燃性能提出要求。GB4706.1-20屬材料零件，對(duì)點(diǎn)燃和火焰蔓延應(yīng)是具有抵抗力的?！蓖ǔＧ闆r，外部零件進(jìn)行550灼熱絲試驗(yàn)，或試驗(yàn)樣品不厚于相關(guān)部件的情況下，材料燃燒等級(jí)至少為HB40。對(duì)于支

13、撐帶電部件，按照有無(wú)人照管進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)有人照管工作載流超過(guò)0.5A，灼熱絲溫度為750，不超過(guò)0.5A，則650。對(duì)無(wú)人照管工作載流超過(guò)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(yàn)。對(duì)無(wú)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(yàn)。其中，若灼熱絲試驗(yàn)后燃時(shí)間大于2s，則在周?chē)考M(jìn)行針焰試驗(yàn)，若試驗(yàn)樣品不厚于相關(guān)部件的情況下，材料燃燒等級(jí)為V-0或V-1的部件不進(jìn)行針焰試驗(yàn)。灼熱絲試驗(yàn)針對(duì)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(duì)非金屬材料制成的標(biāo)準(zhǔn)樣塊，考核材料的燃燒性能。其實(shí)驗(yàn)設(shè)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(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定要經(jīng)受某一溫度的灼熱絲試驗(yàn)，那么材料的GWFI結(jié)果大于或等于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的溫度數(shù)值，并且材料的厚度不大于實(shí)際使用的最小厚度，就認(rèn)為該材料滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求。需要指出，GB4706.1標(biāo)準(zhǔn)中，在材料灼熱絲可燃性指數(shù)高于灼熱絲試驗(yàn)溫度時(shí)，仍然需要進(jìn)行灼熱絲試驗(yàn)，用于判定周?chē)考欠襁M(jìn)行針焰試驗(yàn)，主要是因?yàn)樽茻峤z可燃性指數(shù)中火焰燒然不超過(guò)5s均為滿(mǎn)足要求，而針焰試驗(yàn)判定條件為灼熱絲試驗(yàn)后燃時(shí)間大于2s，兩項(xiàng)試驗(yàn)判定中對(duì)燃燒時(shí)間要求不同。在產(chǎn)品認(rèn)證或各種抽查中，經(jīng)常有非金屬材料耐燃性能不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況(qngkung)，其主要原因是材料的阻燃等級(jí)不夠，一般說(shuō)來(lái)，

15、經(jīng)受550灼熱絲試驗(yàn)(shyn)其阻燃等級(jí)應(yīng)達(dá)到HB40，而經(jīng)受(jngshu)750灼熱絲試驗(yàn)應(yīng)該其阻燃等級(jí)至少應(yīng)達(dá)到V-1級(jí)，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(dá)到不同的阻燃等級(jí)。針焰試驗(yàn)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的原因分析：一般說(shuō)來(lái)，兩種情況進(jìn)行針焰試驗(yàn)：標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定必須進(jìn)行針焰試驗(yàn);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(jìn)行灼熱絲試驗(yàn)后燃時(shí)間大于2s，而且該部位沒(méi)有火焰屏蔽裝置，那么該部位需進(jìn)行針焰試驗(yàn)。第二種情況下進(jìn)行的針焰試驗(yàn)往往容易造成不合格，因?yàn)檫M(jìn)行針焰試驗(yàn)的部位(如外殼等)很多本來(lái)是在標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有直接規(guī)定較高的阻燃要求，所以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)可能沒(méi)有考慮到

16、這些部位要經(jīng)受?chē)?yán)酷的針焰試驗(yàn)，并未使用高阻燃的材料。因此要避免針焰試驗(yàn)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(jìn)行灼熱絲試驗(yàn)材料的阻燃等級(jí)，避免灼熱絲試驗(yàn)起火或后燃大于2s，從而避免進(jìn)行針焰試驗(yàn);(2)直接提高進(jìn)行針焰試驗(yàn)的材料的阻燃等級(jí)，使其能經(jīng)受針焰試驗(yàn);(3)把需要進(jìn)行針焰試驗(yàn)的部位進(jìn)行屏蔽。3耐(相比)電痕化指數(shù)絕緣材料在電場(chǎng)的作用下，由于受到水和雜質(zhì)的污染，在表面形成閃絡(luò)現(xiàn)象，慢慢破壞材料的絕緣結(jié)構(gòu)，形成導(dǎo)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(chēng)為耐漏電起痕。耐漏電起痕試驗(yàn)主要是模擬電氣電子產(chǎn)品在實(shí)際使用中不同極性帶電部件在絕緣材料表面沉積的

17、導(dǎo)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(xiǎn)而進(jìn)行的檢驗(yàn)。電氣電子產(chǎn)品在使用過(guò)程中，由于環(huán)境的污染導(dǎo)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(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)GB/T4207(IEC60112)進(jìn)行，耐漏電起痕試驗(yàn)可測(cè)量在電壓最高600V時(shí)固體電絕緣材料的相對(duì)耐電痕化性能。相比電痕化試驗(yàn)就是測(cè)量不引起電痕化的最高電壓。試驗(yàn)中電壓按每25V一個(gè)等級(jí)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(yàn)中過(guò)電流不超過(guò)0.5A且樣品不起燃則樣品通過(guò)該電壓等級(jí)的電痕化試驗(yàn)。耐漏電(lu din)起痕試驗(yàn)是一種模擬(mn)極惡劣條件

18、的加速試驗(yàn)以檢驗(yàn)絕緣材料是否會(huì)形成漏電痕跡，從而(cng r)能在短時(shí)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(duì)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(jí)，根據(jù)污染等級(jí)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(jìn)行;(2)嚴(yán)酷工作條件，即導(dǎo)電沉積物量小，但電應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng)或?qū)щ姵练e物量大，但電應(yīng)力作用時(shí)間短，此種情況下進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)，施加電壓為175V;(3)極嚴(yán)酷工作條件，即導(dǎo)電沉積物量大，而電應(yīng)力作用時(shí)間長(zhǎng)，或?qū)щ姵练e物量極大，而電應(yīng)力作用周期短，該實(shí)驗(yàn)施加電壓為250V。耐漏電起痕不符合標(biāo)準(zhǔn)要求的原因分析：沒(méi)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(shù)脂、聚二苯醚樹(shù)脂、雙酚A型環(huán)氧樹(shù)脂、聚碳酸酯等的耐漏電起痕性差，而脂環(huán)族環(huán)氧樹(shù)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(jí)選擇合適的材料