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Controllo sulla qualità dei materiali isolanti

Le custodie isolanti sono formate da vari materiali termoplastici. Il materiale ottimale viene scelto in funzione dell'uso e in base alle proprietà elettriche e meccaniche. Tutte le plastiche utilizzate da Phoenix Contact sono conformi alla normativa RoHS. Tutte le plastiche utilizzate da Phoenix Contact sono nell'elenco UL (Underwriters Laboratories Inc.) presente negli USA.

Caratteristiche qualitative dei materiali isolanti

Materiale termoplastico
La maggior parte delle custodie isolanti di Phoenix Contact è realizzata in materie termoplastiche, che si suddividono in materiali amorfi e parzialmente cristallini. I materiali termoplastici vengono stampati ad iniezione con un sistema vantaggioso ed ecologico, sono inoltre facilmente riciclabili e riutilizzabili. Numerosi materiali, differentemente modificati, soddisfano gli elevati requisiti dei moduli elettrici ed elettronici, apparecchiature e impianti in relazione alle proprietà meccaniche, termiche ed elettriche. Questo materiale termoplastico è senza alogenati, pertanto non produce vapori di combustione che, da soli o in combinazione con l’umidità dell’aria, generano piogge corrosive. Inoltre, nel materiale non sono inclusi composti al silicone, formaldeide, PCB e PCT.

Comportamento delle materie plastiche sotto effetto della temperatura (temperature di esercizio)
A fronte di un'esposizione prolungata al calore, le materie plastiche subiscono sempre un cosiddetto invecchiamento termico che provoca l'alterazione delle proprietà meccaniche ed elettriche. Tale effetto viene amplificato da agenti esterni, quali ad esempio radiazioni, ulteriori sollecitazioni meccaniche, chimiche o elettriche. Test speciali effettuati su alcuni campioni consentono di determinare le caratteristiche che permettono di procedere ad una valida comparazione tra i vari materiali. Tuttavia è possibile trasferire solo limitatamente queste caratteristiche ai fini della valutazione degli stampati plastici in oggetto; ne consegue che il progettista può disporre soltanto di un valore indicativo alquanto approssimativo per la scelta di un materiale plastico. La norma IEC 60947‑7‑1/EN 60947‑7‑1 definisce, per i morsetti componibili a carico nominale, un aumento di temperatura ammissibile di 45 K. Tale requisito viene soddisfatto dai morsetti Phoenix Contact.

Comportamento alla combustione delle materie plastiche (UL 94)
I test sulla combustibilità per le materie plastiche sono state definite dagli Underwriters Laboratories (USA) nella normativa UL 94. Questa è valida per tutti i campi applicativi, anche nel settore dell'elettrotecnica. Durante i test in laboratorio si procede alla verifica del comportamento della combustione del materiale plastico sotto l'azione diretta di una fiamma. Le classi di valutazione sono suddivise, in funzione di una resistenza crescente alla fiamma, in HB, V1, V2, V0. I risultati di prova sono riportati nelle cosiddette "Yellow Cards" e vengono pubblicati annualmente nella Recognized Component Directory.

Materiale termoplastico: poliammide non rinforzato, PA
Phoenix Contact utilizza la poliammide, un moderno materiale isolante parzialmente cristallino, in assenza del quale sarebbe oggi impossibile concepire elettrotecnica ed elettronica. Occupa da tempo una posizione predominante ed è approvato dai principali enti normativi quali CSA, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE ecc. Anche ad elevate temperature di esercizio, il poliammide presenta ottime qualità elettriche, meccaniche e chimiche. Grazie al trattamento stabilizzante contro l'invecchiamento termico sono ammessi picchi di temperature temporanee sino a circa 200 °C. Il punto di fusione è compreso, secondo il modello (PA 4.6, 6.6, 6.10 etc.), tra 215 °C e 295 °C. Il poliammide assorbe umidità dall'ambiente, in media il 2,8%. Non si tratta però di acqua di cristallizzazione immagazzinata nel materiale isolante, bensì di gruppi H2O chimicamente legati a formare strutture molecolari. Il materiale isolante diviene quindi elastico ed infrangibile, anche a temperature fino - 40 °C. Secondo la norma UL 94, PA raggiunge classi di combustibilità da V2 a V0.

Materiale termoplastico: poliammide rinforzato con fibre di vetro, PA-F
Il poliammide rinforzato con fibre di vetro si contraddistingue per l'elevato grado di rigidità e durezza, come pure per la temperatura di esercizio ancora maggiore rispetto al materiale non rinforzato. Per questa ragione è indicato, ad esempio, per applicazioni nell'ambito della protezione contro le sovratensioni. Assorbe meno umidità della normale poliammide. Le rimanenti proprietà sono in linea di massima analoghe. A norma UL 94, il poliammide rinforzato con fibra di vetro raggiunge la classe di combustibilità da HB a V0, disponibilità di materiali V0 per lo più in colorazione nera.

Materiale termoplastico: ABS
Il composto stampato termoplastico ABS viene utilizzato per i prodotti che, oltre ad un'elevata resistenza e rigidità meccanica, devono presentare anche buone proprietà d'urto e di resilienza. I prodotti si contraddistinguono per una buona resistenza agli agenti chimici e alle incrinature da tensioni interne in presenza di una particolare durezza e qualità della superficie. I valori delle proprietà caratteristiche e termiche presentano una buona stabilità dimensionale sia a basse che ad elevate temperature. Nei prodotti in ABS è del tutto possibile anche l'applicazione di sistemi metallici superficiali, ad esempio il nickel. La classe della combustibilità del composto stampato utilizzato è conforme alla UL 94 per HB fino a V0.

Materiale termoplastico: cloruro di polivinile, PVC
Il PVC è resistente alle soluzioni saline, ai diluenti e ai concentrati, oltre che alla maggior parte degli acidi diluiti o concentrati fino all'acido solforico fumante e all'acido nitrico concentrato. Senza protezione contro le fiamme, il PVC è difficilmente ignifugo (B1 a norma DIN 4102 e UL 94 V0).

ProprietàUnità/
livello
Poliammide
PA
Poliammide
PA
Poliammide
PA-GF
Poliammide
PA-GF
Policarbonato
PC-GF
Temperatura d’esercizio costante, DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
Temperatura di esercizio (senza carico meccanico)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidità dielettrica, IEC 60243-1/ DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Resistenza alle correnti superficiali, IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...BuonaBuonaBuonaBuonaBuona
Resistenza a climi tropicali e termiti      
Resistività specifica di massa
IEC 60093 / VDE 0303-30, IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Resistenza superficiale
IEC 60093 / VDE 0303-30, IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Classe di combustibilità a norma UL 94 V0V2V0HBV0
ProprietàUnità/
livello
Poliammide
PA
Poliammide
PA
Poliammide
PA-GF
Poliammide
PA-GF
Policarbonato
PC-GF
Temperatura d’esercizio costante, DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
Temperatura di esercizio (senza carico meccanico)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidità dielettrica, IEC 60243-1/ DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Resistenza alle correnti superficiali, IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...BuonaBuonaBuonaBuonaBuona
Resistenza a climi tropicali e termiti      
Resistività specifica di massa
IEC 60093 / VDE 0303-30, IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Resistenza superficiale
IEC 60093 / VDE 0303-30, IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Classe di combustibilità a norma UL 94 V0V2V0HBV0
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Proprietà isolanti - IEC 60210-1 / UL 746 B

Nei seguenti test verrà simulato, per un lungo periodo di tempo, un carico maggiore sul morsetto componibile. Il comportamento della materia plastica a temperature elevate costanti viene descritto in riferimento alla sua resistenza alla trazione e alla proprietà d'isolamento. Le norme IEC 60216 e UL 746 B indicano un indice di temperatura che consente di determinare la durata delle materie plastiche in condizioni di sollecitazioni termiche. I valori caratteristici per queste due proprietà sono indicati

  • meccanicamente come valore TI a norma IEC 60216
  • elettricamente come valore RTI a norma UL 746 B.

IEC 60216 – Valore TI
La resistenza alla trazione viene misurata per 5.000 ore e il risultato estrapolato su 20.000 ore. Ciò consente di determinare la temperatura alla quale, dopo queste 20.000 ore, la resistenza alla trazione si dimezza.
UL 746 B – Valore RTI
Il valore RTI indica la temperatura d'esercizio massima, prima che si verifichi una scarica elettrica in determinate condizioni di prova. Le poliammidi utilizzate da Phoenix Contact sono classificate come segue:

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

Per l'impiego a temperature elevate, sono disponibili ad esempio morsetti in ceramica.

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Propagazione della fiamma - ASTM E 162

Prova di propagazione della fiamma  

① Riscaldamento per irradiazione ② Fiamma ③ Campione in plastica

La normativa sopra citata prevede il controllo e la valutazione della propagazione di un incendio sotto l'azione del calore. Per valutare l'infiammabilità della superficie delle materie plastiche si determina un "Flame Spread Index" secondo ASTM E 162, che fornisce informazioni sulla propagazione della fiamma in determinate condizioni di prova.

A tale scopo un campione (152 mm x 457 mm x max. 25,4 mm) viene irradiato con una fonte di calore (815 °C) ad un angolo di circa 30° e acceso con una fiamma libera messa a contatto con la parte superiore. Durante i 15 minuti di prova, si calcola il tempo necessario, al fronte della fiamma, per raggiungere due punti di misurazione distanziati di 76 mm. Dal prodotto di questo tempo di propagazione della fiamma, e di un fattore di sviluppo del calore, viene calcolato il "Flame Spread Index". Nei trasporti ferroviari americani il valore limite massimo è pari a 35. Inoltre, durante il test, viene osservato e valutato il gocciolamento di particelle incandescenti dalla plastica. I morsetti componibili di Phoenix Contact ottengono un Flame Spread Index di 5, senza bruciare. Pertanto i morsetti sono ben al di sotto dei valori massimi ammissibili del "Federal Railroad Administration (FRA)" del Dipartimento dei Trasporti degli Stati Uniti.

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Densità ottica dei fumi - ASTM E 662

Formazione di fumo nella camera di densità dei fumi emessi  

① Riscaldatore per irradiazione ② Fiamma ③ Campione in plastica

La normativa ASTM E 662 descrive una procedura per la valutazione della densità ottica specifica del fumo (opacità del fumo) durante un incendio con fiamme libere o un incendio a combustione lenta. Inoltre viene esaminata la trasparenza rispetto al volume della camera di combustione. E' stato testato un campione (76 mm x 76 mm x max. 25 mm) in una camera di densità del fumo definita dal NBS (National Bureau of Standards) (vedere figura). Il campione viene irradiato con un calore pari a 2,5 W/cm2. Infine vengono simulati i seguenti processi per 20 minuti:

  1. Combustione sotto l'azione diretta di una fiamma
  2. Combustione senza fiamma, prevenzione di una fiamma libera

Vi sono valori limite speciali della densità ottica dei fumi per entrambi i processi, che vengono registrati dopo 1,5 e 4 minuti.

a. Densità ottica specifica del fumo (Ds1,5) – Valore limite 100
b. Densità ottica specifica del fumo (Ds4) – Valore limite 200
c. Densità massima del fumo (Dm) durante i 20 minuti di prova.

Le poliammidi utilizzate per i morsetti componibili di Phoenix ‍Contact soddisfano, secondo ASTM E 662, tutti i requisiti della "Federal Railroad Administration (FRA)" del U.S Department of Transportation.

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Resistenza al fuoco - NF F 16-101

La NF F 16-101 descrive la resistenza al fuoco dei materiali plastici in base a due indici (I ed F). Vengono eseguiti i seguenti test: test del filo incandescente, indice dell'ossigeno, opacità del fumo, tossicologia del fumo.

IndiceIndice dell'ossigenoFilo incandescente
I 070 %960 °C, senza formazione di fiamma
I 145 %960 °C, senza formazione di fiamma
I 232 %960 °C, senza formazione di fiamma
I 328 %850 °C, senza formazione di fiamma
I 420 %850 °C, senza formazione di fiamma

1. Determinazione dell'indice I (0 - 4) L'indice I viene determinato sulla base dei risultati del test del filo incandescente e dell'indice dell'ossigeno utilizzando la seguente tabella, dove I 0 corrisponde alla classificazione migliore e I 4 alla classificazione peggiore.
2. Determinazione dell'indice di fumo F (0 - 5) Base per tale determinazione sono l'opacità e la tossicità del fumo. Valori critici sono le seguenti concentrazioni di sostanze in [ppm]:

Monossido di carbonio (CO) – 1750
Biossido di carbonio (CO2) – 90.000
Acido cloridrico (HCl) – 150
Acido bromidrico (HBr) – 170
Acido cianidrico (HCN) – 55
Acido fluoridrico (HF) – 17
Anidride solforosa (SO2) – 260

In base ai risultati della prova si delinea un indice di fumo che, a seconda del valore, rientra nelle classi F 0 – F 5. In questo caso F 0 rappresenta la classificazione migliore e il valore F 5 la classificazione peggiore. I morsetti componibili di Phoenix Contact arrivano alla classificazione I 2/F 2.

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Tossicità dei gas di scarico - SMP 800 C

La normativa SMP 800-C descrive i valori massimi consentiti dei fumi nocivi durante la combustione di un materiale plastico. Rispetto a BSS 7239 (Boeing Standard), questa normativa segnala processi di misurazione più precisi per la determinazione qualitativa e quantitativa dei fumi nocivi che si vengono a formare nel corso della combustione completa del campione. I fumi di queste misurazioni vengono prelevati dalla camera di prova NBS del test ASTM E 662. Anche in questo caso vale lo stesso schema temporale utilizzato per ASTM E 662. I dati vengono registrati per 20 minuti. Valori limite SMP 800-C dei fumi tossici in [ppm]:

Monossido di carbonio (CO) – 3500
Biossido di carbonio (CO2) – 90.000
Ossidi di azoto (NOX) – 100
Anidride solforosa (SO2) – 100
Acido cloridrico (HCl) – 500
Acido bromidrico (HBr) – 100
Acido fluoridrico (HF) – 100
Acido cianidrico (HCN) – 100

I poliammidi utilizzati da Phoenix Contact sono molto al di sotto delle concentrazioni critiche.

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Ritardanti di fiamma senza alogenati - DIN EN ISO 1043-4

Varianti di colori  

Varianti di colori

Sono alogenati gli elementi chimici fluoro, cloro, bromo e iodio. Una proprietà dei composti alogenati consiste nella riduzione della combustibilità in caso di impiego nelle materie plastiche. Per le indagini sulla sicurezza contro gli incendi è stato preso in considerazione il rilascio di gas tossici e alogeni. I morsetti componibili della gamma CLIPLINE complete sono realizzati in poliammide 6.6 (PA 6.6) con grado di estinguenza delle materie plastiche secondo UL 94 V0. Al posto dei ritardanti di fiamma contenenti alogenati viene utilizzata la melamina cianurata. I morsetti componibili di Phoenix Contact sono quindi sempre privi di alogenati.

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Formazione di percorsi di dispersione (CTI) - DIN EN 60112

Formazione di percorsi di dispersione sul campione  

Formazione di percorsi di dispersione

L'umidità e la sporcizia favoriscono la formazione di percorsi di dispersione sulla superficie dei materiali plastici. La dispersione è la formazione di collegamenti conduttivi fra potenziali confinanti. E' necessario tenere conto della dipendenza dei potenziali dalla loro differenza di tensione sotto influenze elettrolitici. Il valore CTI di un materiale plastico indica in che misura la formazione di percorsi dispersivi può essere impedita. Su un campione di 20 mm x 20 mm x 3 mm a una distanza di 4 mm vengono fissati due elettrodi di platino. Ai due elettrodi viene applicata una tensione di prova secondo il requisito standard. Poi un dispositivo con soluzione di prova fa cadere una goccia sugli elettrodi ogni 30 secondi. L'esperimento serve a valutare il valore massimo della tensione, al quale i campioni resistono per il periodo di prova con 50 gocce senza corrente di cortocircuito > 0,5 A. I materiali plastici utilizzati da Phoenix ‍Contact rientrano nella massima categoria di tensione di prova con un valore CTI di 600.

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Test del filo incandescente - IEC 60695-2-11

Test del filo incandescente su un morsetto componibile  

Test del filo incandescente

In caso di sovraccarico le parti conduttrici in metallo dei morsetti componibili o dei conduttori collegati possono riscaldarsi molto, con ripercussioni anche sulla custodia in plastica. Per i componenti elettrici, è il test del filo incandescente a simulare questo pericolo. Un filo incandescente viene portato alla temperatura di 550 °C, 650 °C, 750 °C, 850 °C o 960 °C. Come mostrato in figura, questo filo incandescente viene poi spinto perpendicolarmente al punto più sottile della custodia campione. La forza è pari a 1 N. La prova si considera superata se – durante la prova non si formano fiamme e non ha luogo un processo di incandescenza – le fiamme o i processi di incandescenza si estinguono entro 30 secondi dall'allontanamento della fiamma, – la superficie sottoposta al filo incandescente in carta velina non si incendia in caso di gocce infuocate che cadono. Le poliammidi utilizzate per le custodie di Phoenix Contact soddisfano tutti i requisiti del test con filo incandescente a 960 °C (massimo livello).

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Test delle fiamme aghiformi - IEC 60947-7-1/-2

Test delle fiamme aghiformi su un morsetto  

Test delle fiamme aghiformi

Per l'impiego di morsetti componibili, la resistenza al fuoco al contatto diretto con una fonte di innesco è un criterio decisivo. Tali fonti di innesco possono essere ad esempio gli archi che si vengono a creare sulla linea di fuga. I morsetti non devono favorire o accelerare gli incendi, le materie plastiche devono reagire con un comportamento autoestinguente. Con questa prova d'incendio viene simulato il comportamento dei componenti in presenza di una fonte di innesco esterna, che dall'esterno agisce direttamente su di loro. Nel corso del test una fiamma di gas butano, viene applicata ad un angolo di 45° sul bordo o sulla superficie del campione per oltre 10 secondi (vedere figura). Quindi viene osservato il comportamento del campione senza fonte di accensione. La prova si considera superata se

  • le fiamme o i processi di incandescenza si estinguono entro 30 secondi dall'allontanamento della fiamma,
  • dall'appoggio in carta velina sotto il filo a incandescenza non cadono gocce incandescenti.

Tutti i morsetti componibili di Phoenix Contact superano il test con fiamma aghiforme grazie ai materiali di alta qualità utilizzati e alla loro forma costruttiva.

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Potere calorifico della plastica - DIN 51900-2/ASTM E 1354

A causa delle esperienze fatte nel corso di grandi incendi, gli impianti tecnici vengono classificati sempre più frequentemente anche in base alla quantità di calore rilasciata in caso di incendio. L'obiettivo è limitare lo sviluppo di calore in relazione alla superficie.

Carico d'incendio

Per carico di incendio si intende la quantità di energia sviluppata in un incendio su una determinata superficie. Il valore del carico d'incendio si esprime in MJ/m2. Maggiore è il potere calorifico e la presenza di una sostanza, maggiore è la quantità di energia liberata in un incendio. I valori calorifici delle poliammidi sono relativamente alti. Pertanto, nella determinazione del carico d'incendio vengono considerati in misura sempre maggiore anche i valori calorifici dei morsetti componibili. Valori calorifici dei materiali utilizzati da Phoenix Contact secondo

DIN 51900-2: ASTM E 1354: 
Poliammide 66 V2ca. 30 MJ/kgPoliammide 66 V2ca. 22 MJ/kg
Poliammide 66 V0ca. 32 MJ/kgPoliammide 66 V0ca. 24 MJ/kg
  A confronto: olio combustibileca. 44 MJ/kg

Per calcolare il carico d'incendio dei singoli componenti, si moltiplica il potere calorifico della rispettiva poliammide per il peso del componente.

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Classificazione dell'infiammabilità UV ad ampio spettro - UL 94

Prova secondo UL 94  

Prova secondo UL 94

La normativa UL 94 descrive le prove di combustibilità particolarmente significative per il settore elettrotecnico. La resistenza al fuoco costituisce uno dei fattori fondamentali. La classificazione si suddivide in UL 94 HB (Horizontal Burn) e UL 94 V (Vertical Burn). Dalla prova risulta che le classificazioni 94 V0/1/2 hanno più valore della classificazione 94 HB.

UL 94 V0/1/2

Dopo un trattamento preliminare l'asta di prova viene bloccata in posizione verticale ed esposta più volte all'azione di una fiamma per 10 secondi. Tra un'esposizione e l'altra viene misurato il tempo impiegato dall'asta di prova a spegnersi. Infine vengono valutati i tempi di post-combustione e il gocciolamento di particelle incandescenti. La plastica usata per i morsetti componibili Phoenix Contact soddisfa i criteri di qualità più elevati per la classificazione come materiale V0.

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ClassificazioneUL 94 V0UL 94 V1UL 94 V2
Durata della combustione dopo ogni esposizione alla fiamma< 10 s< 30 s< 30 s
Durata complessiva della combustione dopo dieci esposizioni alla fiamma< 50 s< 250 s< 250 s
Durata dell'incandescenza dopo la seconda esposizione alla fiamma< 30 s< 60 s< 60 s
Erosione completaNoNoNo
Infiammazione del cotone sotto il campioneNoNoNo

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