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Contrôle de la qualité des matériaux isolants

Les boîtiers isolants se composent de différents matériaux thermoplastiques. Le matériau plastique optimal est choisi à partir de ses propriétés électriques et mécaniques. Tous les plastiques utilisés par Phoenix Contact sont conformes aux directives RoHS. Tous les plastiques utilisés par Phoenix Contact sont répertoriés auprès d'UL (Underwriters Laboratories Inc.) aux Etats-Unis.

Caractéristiques de qualité des matériaux isolants

Thermoplastique
La majorité de nos boîtiers isolants est réalisée dans des thermoplastiques que l'on peut diviser en gros en matériaux amorphes et partiellement cristallins. Les thermoplastiques sont mis en œuvre de façon économique et écologique grâce au moulage par injection et sont facilement recyclables et réutilisables. L'utilisation de nombreux matériaux modifiés divers nous permet de répondre aux contraintes rigoureuses imposées aux modules, appareils et installations électriques et électroniques en matière de propriétés mécaniques, thermiques et électriques. Ce thermoplastique est exempt d'halogène, on n'observe donc pas de vapeurs de combustion entraînant, seules ou combinées à l'humidité de l'air, des dépôts corrosifs. Il est en outre aussi exempt de silicone, de formaldéhyde, PCB et PCT.

Comportement des plastiques en cas d'effet thermique (températures d'utilisation)
Lorsque les plastiques sont soumis à l'action prolongée de la chaleur, ils subissent toujours un vieillissement dit thermique, qui modifie leurs propriétés mécaniques et électriques. Les influences extérieures, rayonnements et autres contraintes mécaniques, chimiques ou électriques, renforcent cet effet. Des essais spéciaux sur des échantillons permettent d'obtenir des indicateurs qui autorisent des comparaisons valables entre ces matériaux. L'extrapolation de ces indicateurs pour évaluer les pièces plastiques moulées est cependant limitée et n'offre au fabricant qu'une valeur de référence très approximative pour choisir une matière plastique. La norme CEI 60947-7-1/EN 60947-7-1 fixe l'augmentation de température admissible pour les blocs de jonction dans les conditions de sollicitations nominales à 45 K. Les blocs de jonction Phoenix Contact satisfont à cette exigence.

Comportement au feu des plastiques (UL 94)
Les essais d'inflammabilité des plastiques ont été définis par les Underwriters Laboratories (USA) dans la norme UL 94. Elle s'applique à tous les domaines, en particulier à l'électrotechnique. Un essai horizontal ou vertical teste, dans un laboratoire d'essai, le comportement au feu des matières synthétiques sous l'effet d'une flamme nue. Les matériaux sont classés, par ordre croissant d'ininflammabilité, en HB, V1, V2, V0. Les résultats des essais sont consignés sur les « yellow cards » et publiés, une fois par an, dans le Recognized Component Directory.

Thermoplastique : polyamide non renforcé, PA
Nous utilisons comme isolant le polyamide, un matériau moderne, partiellement cristallin, désormais indispensable dans l'électrotechnique et l'électronique. Il y occupe depuis longtemps une place prédominante et est homologué par les organismes compétents comme CSA, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE etc. Le polyamide présente d'excellentes propriétés électriques, mécaniques, chimiques et autres, même à des températures d'utilisation élevées. La stabilisation par vieillissement thermique permet des températures de pointe de courte durée jusqu'à environ 200 °C. Le point de fusion est compris, selon le type (PA 4.6, 6.6, 6.10 etc.), entre 215 °C et 295 °C. Le polyamide absorbe l'humidité ambiante, en moyenne 2,8 %. Il ne s'agit pas ici d'eau cristalline interstitielle, mais de groupes H2O à structure moléculaire chimiquement liés. Ceci le rend élastique et incassable même à des températures allant jusqu'à - 40 °C. Selon UL 94, le PA atteint la classe d'inflammabilité V2 à V0.

Thermoplastique : polyamide renforcé aux fibres de verre, PA-F
Les polyamides renforcés aux fibres de verre se distinguent par leur rigidité et leur dureté élevées ainsi que par des températures d'utilisation supérieures à celles du matériau non renforcé. De ce fait, ils peuvent être utilisés dans le domaine des parafoudres basse tension. Ils absorbent moins d'humidité que le polyamide non renforcé. Ils présentent par ailleurs des propriétés similaires. Selon UL 94, les polyamides renforcés aux fibres de verre atteignent la classe d'inflammabilité HB à V0, les matériaux de la classe V0 n'étant généralement disponibles qu'en noir.

Thermoplastique : ABS
La masse thermoplastique moulable ABS est utilisée pour les produits qui doivent présenter, outre une résistance mécanique et une rigidité élevées, de bonnes propriétés contre les chocs et les entailles. Ces produits offrent une résistance aux produits chimiques et à la corrosion fissurante, avec une qualité de surface et une dureté particulières. Leurs propriétés thermiques caractéristiques leur assurent une bonne stabilité dimensionnelle à haute comme à basse température. Les produits en ABS se prêtent parfaitement à l'application sur la surface d'un revêtement métallique, par ex. nickel. Selon UL 94, classe d'inflammabilité des masses moulables utilisées entre HB et V0.

Thermoplastique : polychlorure de vinyle PVC
Le PVC résiste aux solutions salines, aux lessives alcalines diluées ou concentrées, ainsi qu'à la plupart des acides concentrés ou dilués, à l'exception de l'acide sulfurique partiellement déshydraté (oleum) et de l'acide nitrique concentré. Le PVC est difficilement inflammable sans ignifugation (B1 selon DIN4102 à UL94 V0).

PropriétésUnité /
degré
Polyamide
PA
Polyamide
PA
Polyamide
PA-GF
Polyamide
PA-GF
Polycarbonate
PC-GF
Température d'utilisation permanente, DIN CEI 60216[°C]< 130< 125120120130
Température d'utilisation (sans sollicitation mécanique)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidité diélectrique, CEI 60243-1/DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Résistance aux courants de fuite, CEI 60112/DIN VDE 0303-1CTI...BonneBonneBonneBonneBonne
Résistance au climat tropical et aux termites      
Résistance de contact spécifique
CEI 60093 / VDE 0303-30, CEI 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Résistance superficielle
CEI 60093 / VDE 0303-30, CEI 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Classe d'inflammabilité selon UL 94 V0V2V0HBV0
PropriétésUnité /
degré
Polyamide
PA
Polyamide
PA
Polyamide
PA-GF
Polyamide
PA-GF
Polycarbonate
PC-GF
Température d'utilisation permanente, DIN CEI 60216[°C]< 130< 125120120130
Température d'utilisation (sans sollicitation mécanique)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidité diélectrique, CEI 60243-1/DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Résistance aux courants de fuite, CEI 60112/DIN VDE 0303-1CTI...BonneBonneBonneBonneBonne
Résistance au climat tropical et aux termites      
Résistance de contact spécifique
CEI 60093 / VDE 0303-30, CEI 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Résistance superficielle
CEI 60093 / VDE 0303-30, CEI 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Classe d'inflammabilité selon UL 94 V0V2V0HBV0
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Propriétés des matériaux isolants - CEI 60210-1 / UL 746 B

Dans les essais suivants, une charge accrue du bloc de jonction est simulée sur une période prolongée. Le comportement des plastiques à des températures élevées constantes est décrit en fonction de leur résistance à la traction et de leur caractéristique d'isolement. Les normes CEI 60216 et UL 746 B spécifient un indice de température fournissant une indication sur la durée de vie des plastiques en charge thermique. Les valeurs caractéristiques de ces deux propriétés sont indiquées comme suit :

  • l'aspect mécanique selon CEI 60216 en tant que valeur TI
  • aspect électrique selon UL 746 B en tant que valeur RTI.

CEI 60216 – valeur TI
La résistance à la traction est mesurée durant 5 000 heures et le résultat extrapolé sur 20 000 heures. On retient alors la température à laquelle la résistance à la traction a diminué de moitié après les 20 000 heures mentionnées.
UL 746 B – valeur RTI
La valeur RTI indique la température de service maximale avant un claquage électrique dans des conditions d'essai données. Les polyamides utilisés par Phoenix Contact se caractérisent comme suit :

 UL 94 V2UL 94 V0
TI105 °C125 °C
RTI125 °C130 °C

Pour une utilisation avec des températures supérieures, des blocs de jonction en céramique sont, par exemple, disponibles.

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Inflammabilité superficielle - ASTM E 162

Essai dinflammabilité superficielle  

① Radiateur ② Flamme ③ Echantillon plastique

La propagation d'un incendie sous l'influence de la chaleur est contrôlée et évaluée dans la norme mentionnée ci-dessus. Pour évaluer l'inflammabilité superficielle des plastiques, un « Flame-Spread Index » déterminé selon la norme ASTM E 162 permet de représenter la propagation des flammes dans des conditions d'essai prédéfinies.

A cet effet, un échantillon (152 x 457 x maximum 25,4 mm) est éclairé à un angle de 30° par une source de chaleur (815 °C), et enflammé à l'extrémité supérieure par une flamme nue. Pendant les 15 minutes que durent le test, on définit la durée au cours de laquelle le front de la flamme atteint deux points de mesure situés à 76 mm de distance l'un de l'autre. L'indice « Flame-Spread-Index » est le résultat du produit de cette durée de propagation des flammes avec un coefficient de propagation thermique calculé. Pour les transports ferroviaires américains, la valeur limite maximale est de 35. Par ailleurs, la production de gouttelettes enflammées de plastique est observée et évaluée pendant l'essai. Les blocs de jonction de Phoenix Contact atteignent un indice « Flame-Spread-Index » de 5 et ne génèrent pas de gouttelettes enflammées. Ainsi les blocs de jonction se situent bien en-dessous des valeurs maximales admissibles de la norme « Federal Railroad Administration (FRA) » du Ministère Américain des transports.

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Formation de gaz de combustion - ASTM E 662

Emission de fumée dans la chambre étanche à la fumée  

① Radiateur ② Flamme ③ Echantillon plastique

La norme ASTM E 662 propose une méthodologie pour évaluer la densité optique spécifique de la fumée (opacité) en cas d'incendie à l'air libre ou de combustion incandescente. Pour cela, on tient compte de la densité optique proportionnelle par rapport au volume de la chambre de combustion. Un échantillon (76 mm x 76 mm x maximum 25 mm) est testé dans une chambre présentant une densité de fumée définie par le NBS (National Bureau of Standards) (voir figure). L'éprouvette est éclairée par une chaleur de 2,5 W/cm2. Puis les processus suivants sont simulés pendant 20 minutes :

  1. Combustion avec flamme nue
  2. Combustion incandescente, sans flamme nue

Des valeurs limites de l'épaisseur optique propres à chacun des processus sont reprises après 1,5 et 4 minutes.

a. Epaisseur optique spécifique (Ds1,5) – valeur limite 100
b. Epaisseur optique spécifique (Ds4) – valeur limite 200
c. Epaisseur de fumée maximale (Dm) pendant 20 minutes.

Les polyamides utilisés pour les blocs de jonction de Phoenix Contact satisfont, selon ASTM E 662, à toutes les exigences de la « Federal Railroad Administration (FRA) » du Ministère Américain des transports.

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Comportement au feu - NF F 16-101

La norme NF F 16-101 décrit à l'aide de deux indices (I et F) le comportement au feu des plastiques. Les test suivants ont donc été effectués : essai au fil incandescent, indice limite d'oxygène, opacité des gaz de combustion, toxicologie des gaz de combustion.

IndiceIndice d'oxygèneFil incandescent
I 070 %960 °C, aucune formation de flammes
I 145 %960 °C, aucune formation de flammes
I 232 %960 °C, aucune formation de flammes
I 328 %850 °C, aucune formation de flammes
I 420 %850 °C, aucune formation de flammes

1. Détermination de l'indice I I (0 - 4) L'indice I est déterminé au moyen du tableau suivant à partir des résultats de l'essai au fil incandescent et de l'indice d'oxygène. Ainsi, I0 correspond à la meilleure classification et I4 à la pire.
2. Détermination de l'indice de fumée F (0 - 5) Cet indice est basé sur l'opacité et la toxicité des gaz de combustion. Les concentrations suivantes exprimées en [ppm] sont considérées comme critiques :

Monoxyde de carbone (CO) – 1750
Dioxyde de carbone (CO2) – 90 000
Acide chlorhydrique (HCl) – 150
Acide hydrobromique (HBr) – 170
Acide cyanhydrique (HCN) – 55
Acide fluorhydrique (HF) – 17
Dioxyde de soufre (SO2) – 260

Les résultats des essais permettent d'établir un indice de fumée affecté aux classes F0 à F5 selon sa valeur. Ainsi, F0 correspond à la meilleure classification et F5 à la pire. Les blocs de jonction de Phoenix Contact correspondent à une classification I2 / F2.

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Toxicité des fumées - SMP 800-C

La norme SMP 800-C décrit les valeurs maximales admissibles pour les gaz toxiques lors de la combustion d'un plastique. Par rapport à la norme BSS 7239 (Boeing Standard), cette norme spécifie des procédures de mesure plus précises pour la détermination qualitative et quantitative des gaz de combustion toxiques libérés lors de la combustion totale de l'éprouvette. Les gaz de combustion de ces mesures découlent de la chambre NBS de l'essai ASTM E 662. Le schéma temporel de l'ASTM E 662 s'applique ici aussi. Les données sont enregistrées pendant 20 minutes. Valeurs limites SMP 800 C pour les gaz de combustion toxiques exprimées en [ppm] :

Monoxyde de carbone (CO) – 3500
Dioxyde de carbone (CO2) – 90 000
Oxyde d'azote (NOX) – 100
Dioxyde de soufre (SO2) – 100
Acide chlorhydrique (HCl) – 500
Acide hydrobromique (HBr) – 100
Acide fluorhydrique (HF) – 100
Acide cyanhydrique (HCN) – 100

Les polyamides utilisés par Phoenix Contact présentent des valeurs nettement inférieures aux concentrations critiques.

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Protection contre les flammes exempte d'halogène - DIN EN ISO 1043-4

Coloris disponibles  

Coloris disponibles

Les halogènes sont les éléments chimiques suivants : le fluor, le chlore, le brome et l'iode. Les composés halogénés se caractérisent notamment par la diminution de la combustibilité en cas d'utilisation dans des plastiques. Dans le cadre de recherches en matière de protection incendie, la relation entre les gaz toxiques libérés et les halogènes a été constatée. Les blocs de jonction du système CLIPLINE complete sont réalisés en polyamide 6.6 (PA 6.6) avec la classification de protection incendie UL 94 V0. Les agents ignifuges halogénés sont remplacés par du cyanurate de mélamine. Les blocs de jonction de Phoenix Contact sont ainsi totalement et sans exception exempts d'halogène.

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Cheminement du courant de fuite - DIN EN 60112

Cheminement du courant de fuite sur léchantillon dessai  

Cheminement du courant de fuite

L'humidité et la poussière favorisent le cheminement du courant de fuite sur la surface en plastique. Le cheminement du courant de fuite correspond à la formation de connexions conductrices entre des potentiels voisins. La relation de dépendance des potentiels par rapport à leur différence de tension sous des influences électrolytiques est prise en considération. La valeur CTI d'un plastique indique dans quelle mesure ce cheminement du courant de fuite peut être entravé. Deux électrodes de circuit imprimé sont disposées sur un échantillon d'essai de 20 mm x 20 mm x 3 mm avec 4 mm d'écart. Une tension d'essai conforme à la prescription de la norme est appliquée sur les deux électrodes. Ensuite, un dispositif contenant une solution d'essai verse une goutte sur les électrodes toutes les 30 secondes. L'essai détermine la valeur de tension maximale pour laquelle 50 gouttes peuvent être déposées sans générer de courant de court-circuit > 0,5 A. Les plastiques utilisés par Phoenix Contact ont une valeur CTI de 600, ce qui les classe dans la catégorie supérieure de tension d'essai.

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Essai au fil incandescent - CEI 60695-2-11

Essai au fil incandescent sur un bloc de jonction  

Essai au fil incandescent

En cas de surcharge, les pièces métalliques conductrices du bloc de jonction ou des conducteurs raccordés peuvent s'échauffer fortement. Cette chaleur supplémentaire influe sur le boîtier plastique. Dans le cas de composants électrotechniques, l'essai au fil incandescent simule cette source de danger. Un fil incandescent est chauffé à une température définie de 550 °C, 650 °C, 750 °C, 850 °C ou de 960 °C. Comme illustré dans la figure, ce fil incandescent est alors appuyé au niveau de l'angle droit contre l'emplacement de boîtier le plus fin de l'éprouvette. La force est de 1 N. L'essai est concluant, – lorsqu'aucune flamme, ni aucun phénomène d'incandescence ne se produit pendant l'essai – lorsque les flammes ou phénomènes d'incandescence disparaissent dans les 30 secondes suivant le retrait du fil incandescent – lorsque la couche de papier de soie située sous le fil incandescent ne s'enflamme pas suite à la chute de gouttes brûlantes. Les polyamides utilisés par Phoenix Contact comme matériaux des boîtiers satisfont pleinement aux exigences de l'essai au fil incandescent à 960 °C (niveau le plus élevé).

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Essai au brûleur-aiguille - CEI 60947-7-1/-2

Essai au brûleur-aiguille sur un bloc de jonction  

Essai au brûleur-aiguille

Pour l'utilisation des blocs de jonction, le comportement au feu en cas de contact direct avec une source d'ignition est un critère important. Une source d'ignition peut, par exemple, être un arc électrique sur une ligne de fuite. Les blocs de jonction ne doivent pas favoriser ou accélérer les feux et les plastiques doivent être autoextinguibles. Cet essai permet de simuler le comportement d'une pièce vis-à-vis d'une source d'ignition externe agissant directement sur cette pièce. L'essai consiste à appliquer une flamme nue de gaz butane, à un angle de 45 ° pendant 10 secondes sur une arête ou la surface de l'éprouvette (voir figure). Ensuite, le comportement de l'éprouvette sans source d'ignition est observé. L'essai est concluant

  • lorsque les flammes ou phénomènes d'incandescence s'éteignent dans les 30 secondes suivant le retrait de la source d'ignition ;
  • lorsque le support en papier de soie situé sous l'éprouvette ne s'enflamme pas par l'intermédiaire de gouttelettes brûlantes.

Tous les blocs de jonction de Phoenix Contact sont soumis, en raison des plastiques utilisés et de leur conception, à l'essai au brûleur-aiguille.

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Valeur calorifique du plastique - DIN 51900-2 / ASTM E 1354

Sur la base de l'expérience en matière d'incendie, les installations techniques sont de plus en plus souvent classées en fonction de la quantité de chaleur dégagée en cas d'incendie. L'objectif est de limiter le dégagement de chaleur par rapport à la surface.

Charge calorifique

La charge calorifique se définit comme la quantité d'énergie libérée sur une surface donnée en cas d'incendie. La valeur de la charge calorifique est généralement exprimée en MJ/m2. Plus le pouvoir calorifique et la teneur d'une substance sont élevés, plus la quantité d'énergie libérée en cas d'incendie est importante. Le pouvoir calorifique des polyamides est relativement élevé. Aussi, le pouvoir calorifique des blocs de jonction est de plus en plus souvent pris en compte lors de la détermination de la charge calorifique. Pouvoir calorifique des plastiques utilisés par Phoenix Contact selon :

DIN 51900-2 : ASTM E 1354 : 
Polyamide 66 V2env. 30 MJ/kgPolyamide 66 V2env. 22 MJ/kg
Polyamide 66 V0env. 32 MJ/kgPolyamide 66 V0env. 24 MJ/kg
  A titre de comparaison : fioulenv. 44 MJ/kg

Pour calculer la charge calorifique des composants individuels, le pouvoir calorifique de chaque polyamide doit être multiplié par le poids de la pièce.

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Classification d'inflammabilité - UL 94

Méthode de test selon UL 94  

Méthode de test selon UL 94

La norme UL 94 décrit des tests d'inflammabilité, qui ont acquis une importance particulière dans le domaine de l'électrotechnique. Le comportement au feu est le point central de ces essais. La classification fait la distinction entre UL 94 HB (Horizontal Burn) et UL 94 V (Vertical Burn). La configuration des essais spécifie que les classifications 94 V0/1/2 sont supérieures aux classifications 94 HB.

UL 94 V0/1/2

Après conditionnement, l'échantillon est positionné verticalement et soumis à une flamme pendant 10 secondes à plusieurs reprises. Entre chaque application de la flamme, le délai d'extinction de l'échantillon est mesuré. Ensuite, les durées de persistance à la flamme et la production de gouttelettes enflammées sont analysées. Le plastique utilisé pour les blocs de jonction de Phoenix Contact satisfait aux critères les plus stricts et bénéficie d'une classification en tant que matériau V0.

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ClassificationUL 94 V0UL 94 V1UL 94 V2
Durée de combustion après chaque application de la flamme< 10 s< 30 s< 30 s
Durée de combustion totale après dix applications de la flamme< 50 s< 250 s< 250 s
Durée d'incandescence après la deuxième application de la flamme< 30 s< 60 s< 60 s
Combustion complèteNonNonNon
Inflammation de la ouate sous l'échantillonNonNonNon

PHOENIX CONTACT Ltd

8240 Parkhill Drive
Milton, Ontario L9T 5V7
1-800-890-2820

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