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Control de calidad de materiales aislantes

Nuestras carcasas aislantes están hechas de diferentes plásticos termoplásticos. El plástico adecuado se selecciona, orientado a la aplicación, por las características eléctricas y mecánicas. Todos los plásticos empleados por Phoenix Contact cumplen la norma RoHS. Todos los plásticos que emplea la empresa Phoenix Contact se incluyen en la lista UL (Underwriters Laboratories Inc.) de EE.UU.

Características de calidad de los materiales aislantes

Termoplástico
La mayor parte de nuestras carcasas aislantes consta de materiales termoplásticos que esencialmente pueden dividirse en materiales amorfos y parcialmente cristalinos. Los termoplásticos se elaboran mediante moldeo por inyección, a coste bajo y respetando el medio ambiente, y pueden reciclarse y reutilizarse fácilmente. Una gran cantidad de materiales modificados de diferente manera cubren las altas exigencias de los módulos eléctricos y electrónicos, dispositivos y equipos, en cuanto a las características mecánicas, térmicas y eléctricas. Este termoplástico no contiene halógenos; es decir, no se forman vapores de combustión que conducen, solos o en combinación con la humedad del aire, a precipitaciones corrosivas. Además, tampoco contiene combinaciones de siliconas, formaldehídos, PCB ni PCT.

Comportamiento de plásticos con cambios de temperatura (temperaturas de uso)
El efecto térmico de larga duración sobre los plásticos provoca siempre un envejecimiento térmico que conlleva una alteración de las propiedades mecánicas y eléctricas. Los efectos exteriores, p. ej. la radiación o las solicitaciones mecánicas, químicas o eléctricas adicionales, aumentan este efecto. Mediante pruebas especiales realizadas en piezas de ensayo pueden determinarse coeficientes que permiten una buena comparación de los plásticos entre sí. Sin embargo, estos coeficientes para la evaluación de piezas moldeadas de plástico solo pueden transmitirse condicionalmente, ofreciendo al constructor únicamente un valor orientativo para la elección de un material plástico. La norma IEC 60947-7-1/EN 60947-7-1 define para los bornes para carril un aumento de temperatura admisible de 45 K con carga nominal. Los bornes de Phoenix Contact cumplen este requisito.

Comportamiento frente al fuego de plásticos (UL 94)
Las pruebas de combustibilidad para plásticos han sido definidas por el Underwriters Laboratories (EE.UU.) en la norma UL 94. Esta norma es válida para todos los campos de aplicación, en particular para la electrotécnica. En un ensayo horizontal o vertical se comprueba el comportamiento de combustión del material plástico en el laboratorio de pruebas bajo la acción de una llama abierta. Los niveles de evaluación están clasificados en función del ascenso del comportamiento retardador de llama en las clases HB, V1, V2, V0. Los resultados de la prueba se presentan en las denominadas "Yellow Cards" y se publican anualmente en el Recognized Component Directory.

Termoplástico: poliamida sin reforzar, PA
Empleamos poliamida, un moderno material aislante de estructura molecular parcialmente cristalina; la electrotécnica y electrónica son hoy inconcebibles sin este material. Desde hace mucho tiempo, ocupa una posición dominante y está homologado por todas las entidades de aprobación competentes, tales como CSA, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE, etc. La poliamida también presenta excelentes valores eléctricos, mecánicos, químicos y demás propiedades para altas temperaturas de uso. Al estabilizarse el envejecimiento por calor, admite temperaturas punta de corta duración hasta aprox. 200 °C. El límite de fusión se sitúa según el tipo (PA 4.6, 6.6, 6.10, etc.) en el rango de 215 °C y 295 °C. La poliamida absorbe una media del 2,8 % de humedad del entorno. Sin embargo, no se trata de agua de cristalización, sino de grupos de H2O ligados químicamente a la estructura molecular. Así se obtiene un plástico elástico e irrompible, incluso a temperaturas de hasta 40 °C. Según UL 94, la PA alcanza la clase de combustibilidad V2 hasta V0.

Termoplástico: poliamida reforzada con fibras de vidrio, PA-F
Las poliamidas reforzadas con fibra destacan por su gran rigidez y dureza, y comparándolas con materiales sin reforzar, por soportar temperaturas de uso aún más altas. Por este motivo, estos materiales también son apropiados para el uso, p. ej., en el área de la protección contra sobretensiones. La absorción de humedad es inferior a la de la poliamida sin reforzar. Por lo demás, coinciden ampliamente los cuadros de propiedades. Las poliamidas reforzadas con fibra alcanzan según UL 94 la clase de combustibilidad HB hasta V0, a cuyo efecto los materiales V0 se suministran generalmente solo en color negro.

Termoplástico: ABS
Utilizamos el compuesto de moldeo termoplástico ABS para los productos que, además de una alta resistencia mecánica y rigidez, también deben presentar buenas propiedades de resistencia al choque y buenas propiedades de resiliencia. Los productos destacan por la resistencia a las sustancias químicas y a las fisuras por tensiones con especial acabado superficial y dureza. Las propiedades térmicas características presentan buena estabilidad de forma, tanto a altas como bajas temperaturas. La aplicación de sistemas superficiales metálicos, p. ej. níquel, es posible para productos ABS. La clase de combustibilidad de los compuestos de moldeo utilizados según UL 94 es de HB hasta V0.

Termoplástico: cloruro de polivinilo PVC
El PVC es resistente a las soluciones salinas, lejías diluidas y concentradas, así como a la mayoría de los ácidos diluidos y concentrados, a excepción del ácido sulfúrico fumante y ácido nítrico concentrado. El PVC es poco inflamable sin protección contra incendios (B1 según DIN 4102 hasta UL 94 V0).

PropiedadesUnidad/
Nivel
Poliamida
PA
Poliamida
PA
Poliamida
PA-GF
Poliamida
PA-GF
Policarbonato
PC-GF
Temperatura de uso permanente, DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
Temperatura de uso (sin carga mecánica)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidez dieléctrica, IEC 60243-1/DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Resistencia a las corrientes de fuga, IEC 60112/DIN VDE 0303-1CTI...buenabuenabuenabuenabuena
Resistencia al clima y a las termitas      
Resistencia de contacto específica
IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Resistencia superficial
IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Clase de combustibilidad según UL 94 V0V2V0HBV0
PropiedadesUnidad/
Nivel
Poliamida
PA
Poliamida
PA
Poliamida
PA-GF
Poliamida
PA-GF
Policarbonato
PC-GF
Temperatura de uso permanente, DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
Temperatura de uso (sin carga mecánica)[°C]- 60- 60- 60- 60- 60
Rigidez dieléctrica, IEC 60243-1/DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
Resistencia a las corrientes de fuga, IEC 60112/DIN VDE 0303-1CTI...buenabuenabuenabuenabuena
Resistencia al clima y a las termitas      
Resistencia de contacto específica
IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
Resistencia superficial
IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
Clase de combustibilidad según UL 94 V0V2V0HBV0
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Características de los materiales aislantes - IEC 60210-1 / UL 746 B

En los ensayos descritos a continuación se simula una carga elevada del borne para carril durante un periodo prolongado. El comportamiento de plásticos a temperaturas altas constantes se describirá con relación a su resistencia a la tracción y su propiedad aislante. Las normas IEC 60216 y UL 746 B indican un índice de temperatura que permite hacer una afirmación sobre la vida útil de plásticos sometidos a una carga térmica. Los valores característicos para estas dos propiedades se especifican

  • mecánicamente según IEC 60216 como valor TI
  • eléctricamente según UL 746 B como valor RTI.

IEC 60216 – valor TI
La resistencia a la tracción se mide durante 5000 horas y el resultado se extrapola a 20.000 horas. A tal efecto, se registra la temperatura a la que, después de las mencionadas 20.000 horas, se ha reducido a la mitad la resistencia a la tracción.
UL 746 B – valor RTI
El valor RTI indica la máxima temperatura de uso antes de que en determinadas condiciones de ensayo se produzca una descarga disruptiva eléctrica. Las poliamidas empleadas por Phoenix Contact se clasifican como sigue:

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

Para el uso a temperaturas más altas se suministran, p. ej., bornes de cerámica.

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Combustibilidad de la superficie - ASTM E 162

Comprobación de la combustibilidad de la superficie  

① Radiador de calefacción ② Llama ③ Ensayo de plástico

La propagación de un incendio bajo efecto del calor se examina y evalúa en la norma arriba mencionada. Para la valoración de la combustibilidad de la superficie de plásticos se determina, según ASTM E 162, un "índice de propagación de llama" que presenta una afirmación sobre la propagación de llama en condiciones de ensayo predeterminadas.

Para ello, se radia una muestra (152 mm x 457 mm x máximo 25,4 mm) en un ángulo de 30° con una fuente de calor (815 °C) y se enciende en el extremo superior con una llama libre. Durante la prueba de 15 minutos de duración se determina el tiempo en el que el frente de llamas alcanza dos puntos de medición separados de 76 mm. Del producto de este tiempo de propagación de las llamas y de un factor de formación de calor calculado resulta el "índice de propagación de llama". En el transporte ferroviario americano, el valor límite máximo es de 35. Además, en la prueba se observa y evalúa el comportamiento de goteo del plástico. Los bornes para carril de Phoenix Contact alcanzan un índice de propagación de llama de 5 y no gotean. De este modo, los bornes para carril se hallan muy por debajo de los valores máximos admisibles de la "Federal Railroad Administration (FRA)" (Administración Federal de Ferrocarriles) del Departamento de Transporte de los Estados Unidos.

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Formación de gas de combustión - ASTM E 662

Formación de humo en la cámara de densidad de humo  

① Radiador de calefacción ② Llama ③ Ensayo de plástico

En la norma ASTM E 662 se ha especificado un procedimiento para la valoración de la densidad óptica específica del humo (turbiedad del humo) durante un incendio con llama y/o un incendio sin llama. Para ello se observa la transparencia porcentual con relación al volumen de la cámara de combustión. Se comprueba una muestra (76 mm x 76 mm x máximo 25 mm) en una cámara de densidad de humo definida por la NBS (Oficina Nacional de Normas) (véase la figura). La pieza de ensayo se radia con un calor de 2,5 W/cm2. A continuación, durante 20 minutos se simulan los siguientes procesos:

  1. Combustión con llama abierta
  2. Incendio sin llama, evitación de una llama abierta

Se dispone de valores límite de la densidad de humo óptica para ambos procesos que se aceptan tras 1,5 y 4 minutos.

Densidad óptica de humo específica (Ds1,5) – valor límite 100
b. Densidad óptica de humo específica (Ds4) – valor límite 200
c. Densidad de humo máxima (Dm) durante los 20 minutos.

Las poliamidas utilizadas para los bornes para carril de Phoenix Contact cumplen según ASTM E 662 todos los requisitos de la "Federal Railroad Administration (FRA)" (Administración Federal de Ferrocarriles) del "U.S Department of Transportation" (Departamento de Transporte de los Estados Unidos).

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Comportamiento en fuego - NF F 16-101

La NF F 16-101 describe mediante dos índices (I y F) el comportamiento en fuego de los plásticos. Los siguientes ensayos se realizarán simultáneamente: ensayo de filamento incandescente, índice de oxígeno, opacidad del gas de combustión, toxicología del gas de combustión.

ÍndiceÍndice de oxígenoFilamento incandescente
I 070 %960 °C, sin formación de llamas
I 145 %960 °C, sin formación de llamas
I 232 %960 °C, sin formación de llamas
I 328 %850 °C, sin formación de llamas
I 420 %850 °C, sin formación de llamas

1. Determinación del índice I (0 - 4) El índice I se determina mediante la siguiente tabla a partir de los resultados del ensayo de filamento incandescente y del índice de oxígeno. A este respecto, I 0 equivale a la mejor clasificación e I 4 a la peor.
2. Determinación del índice de combustión F (0 - 5) Se basa en la opacidad y la toxicidad del gas de combustión. Se consideran críticas las siguientes concentraciones de sustancias en [ppm]:

Monóxido de carbono (CO) – 1750
Anhídrido carbónico (CO2) – 90.000
Ácido clorhídrico (HCl) – 150
Ácido bromhídrico (HBr) – 170
Ácido cianhídrico (HCN) – 55
Ácido fluorhídrico (HF) – 17
Dióxido de azufre (SO2) – 260

Mediante los resultados de ensayo se anota un índice de combustión que según el valor se asigna a las clases F 0-F 5. El valor F 0 corresponde a la mejor clasificación y el F 5 a la peor. Los bornes para carril de Phoenix Contact alcanzan la clasificación I 2/F 2.

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Toxicidad del gas de combustión - SMP 800-C

La SMP 800 C describe valores máximos admisibles de gases de combustión tóxicos durante la quema de un plástico. En comparación con la BSS 7239 (Boeing Standard), en esta norma se indican procedimientos de medición más exactos para la determinación cualitativa y cuantitativa de gases de combustión tóxicos que surgen durante la quema íntegra de la pieza de ensayo. Los gases de humo de estas mediciones se toman de la cámara de prueba NBS de la prueba ASTM E 662. En este caso, también es válido el mismo esquema de tiempo que en la ASTM E 662. El registro de datos se realiza a lo largo de un total de 20 minutos. Valores límite de la SMP 800 C de gases de combustión tóxicos en [ppm]:

Monóxido de carbono (CO) – 3500
Anhídrido carbónico (CO2) – 90.000
Óxido nítrico (NOX) – 100
Dióxido de azufre (SO2) – 100
Ácido clorhídrico (HCl) – 500
Ácido bromhídrico (HBr) – 100
Ácido fluorhídrico (HF) – 100
Ácido cianhídrico (HCN) – 100

Las poliamidas empleadas por Phoenix Contact se sitúan muy por debajo de las concentraciones críticas.

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Protección contra llamas sin halógenos - DIN EN ISO 1043‑4

Variantes de color  

Variantes de color

Se consideran halógenos los elementos químicos flúor, cloro, bromo y yodo. Una característica de las combinaciones de halógenos se refiere a la reducción de la combustibilidad en la utilización de plásticos. En las investigaciones técnicas de protección contra incendios, se constató una relación entre los gases tóxicos liberados y los halógenos. Los bornes para carril del sistema CLIPLINE complete se fabrican con poliamida 6.6 (PA 6.6) con la clasificación de protección contra incendios UL 94 V0. Para los productos ignífugos, se utiliza el cianurato de melamina en lugar de productos halógenos. Por consiguiente, los bornes para carril de Phoenix Contact están libres de halógenos permanentemente y sin excepción.

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Formación de líneas de fuga (CTI) - DIN EN 60112

Formación de líneas de fuga en el cuerpo de prueba  

Formación de líneas de fuga

La humedad y la suciedad favorecen la aparición de líneas de fuga en la superficie del plástico. La formación de líneas de fuga es la formación de conexiones conductivas entre potenciales contiguos. Se tiene en cuenta la dependencia de los potenciales respecto a su diferencia de tensión bajo influencias electrolíticas. El valor CTI de un plástico indica en qué grado se evita esta formación de líneas de fuga. Dos electrodos de platino se colocan sobre una pieza de ensayo de 20 mm x 20 mm x 3 mm con una distancia de 4 mm. Se aplica una tensión de prueba según la especificación normativa a los dos electrodos. A continuación, a través de un dispositivo con una solución de prueba cae una gota sobre los electrodos cada 30 segundos. El ensayo evalúa el valor máximo de tensión que se obtiene después de haber caído 50 gotas sin aparecer corriente de cortocircuito > 0,5 A. Los plásticos empleados por Phoenix Contact están clasificados con un valor CTI de 600 en la categoría de tensión de prueba máxima.

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Ensayo de filamento incandescente - IEC 60695-2-11

Ensayo de filamento incandescente en un borne para carril  

Ensayo de filamento incandescente

En caso de sobrecarga, las piezas metálicas bajo tensión del borne para carril o los conductores conectados pueden calentarse mucho. Este calor adicional también actúa sobre la carcasa de plástico. En componentes electrotécnicos, el ensayo de filamento incandescente simula esta fuente de peligro. Un filamento incandescente se calienta a una temperatura concreta de 550 °C, 650 °C, 750 °C, 850 °C o 960 °C. Como se representa en la figura, este filamento incandescente se presiona después en ángulo recto sobre el punto más delgado de la carcasa de la pieza de ensayo. La fuerza es de 1 N. El ensayo se considera aprobado, – si durante el ensayo no se forma ninguna llama o proceso incandescente – si las llamas y/o procesos incandescentes se extinguen después de 30 segundos tras haber retirado la llama – si la base del papel de seda dispuesto debajo del filamento incandescente no se inflama debido a la caída de gotas en combustión. Las poliamidas utilizadas por Phoenix Contact como material de carcasa cumplen en general los requisitos del ensayo de filamento incandescente a 960 °C (nivel máximo).

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Ensayo de la llama de aguja - IEC 60947-7-1/-2

Ensayo de la llama de aguja en un borne  

Ensayo de la llama de aguja

Un criterio importante para la inserción de bornes para carril es el comportamiento en fuego en contacto directo con una fuente de ignición. Estas fuentes de ignición flagrantes pueden ser p. ej. arcos voltaicos en una línea de fuga. Los bornes no deben favorecer o acelerar incendios, y los plásticos tienen que reaccionar de forma autoextinguible. Con este ensayo de incendio se simula el comportamiento de los módulos frente a una fuente de ignición externa que incide directamente sobre estos desde el exterior. En el ensayo se alimenta una llama libre con gas butano bajo un ángulo de 45° durante 10 segundos en un borde o superficie de la pieza de ensayo (véase figura). A continuación, se observa el comportamiento de la pieza de ensayo sin fuente de ignición. El ensayo se considera aprobado:

  • si las llamas y/o procesos incandescentes se extinguen después de 30 segundos tras haber retirado la llama,
  • si la base de papel de seda dispuesta bajo la pieza de ensayo no se inflama debido a la caída de gotas ardiendo.

Todos los bornes para carril de Phoenix Contact superan la prueba de llama de aguja por el empleo de plásticos de alta calidad y por la estructura de construcción.

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Valor calorífico del plástico - DIN 51900-2/ASTM E 1354

Debido a las experiencias en catástrofes producidas por incendios, las instalaciones técnicas se clasifican también cada vez más según el grado de emisión de calor en caso de incendio. El motivo es la limitación de la generación de calor con relación a la superficie.

Carga calorífica

La carga calorífica se define como la cantidad de energía liberada en un incendio sobre una superficie determinada. El valor de la carga calorífica se expresa habitualmente en MJ/m2. Cuanto mayor es el valor calorífico y la presencia de una sustancia, más grande es la cantidad de energía liberada en un incendio. Los valores caloríficos de las poliamidas son relativamente altos. De ahí que se incluyan cada vez más los valores caloríficos de bornes para carril en la determinación de la carga calorífica. Valores caloríficos de los plásticos empleados por Phoenix Contact según:

DIN 51900-2: ASTM E 1354: 
Poliamida 66 V2aprox. 30 MJ/kgPoliamida 66 V2aprox. 22 MJ/kg
Poliamida 66 V0aprox. 32 MJ/kgPoliamida 66 V0aprox. 24 MJ/kg
  Comparación: fueloilaprox. 44 MJ/kg

Para el cálculo de la carga calorífica de los módulos individuales, el valor calorífico de la poliamida correspondiente tiene que multiplicarse por el peso de los componentes.

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Clasificación de combustibilidad - UL 94

Ensayo según UL 94  

Ensayo según UL 94

La UL 94 describe las pruebas de combustibilidad, que han obtenido especial importancia para la electrotecnia. El punto más importante es el comportamiento en fuego. La clasificación se realiza en UL 94 HB (Horizontal Burn) o UL 94 V (Vertical Burn). De la estructura del ensayo se deduce que las calificaciones 94 V0/1/2 son de más valor que la calificación 94 HB.

UL 94 V0/1/2

Después del acondicionamiento, la barra de prueba se sujeta en vertical y se flamea varias veces, 10 segundos cada vez. Entre cada flameado, se mide el tiempo hasta que se apaga la barra de ensayo. A continuación, se evalúan los tiempos de poscombustión y el comportamiento de goteo. El plástico utilizado para el borne para carril de Phoenix Contact cumple los criterios de calidad para la clasificación como material V0.

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ClasificaciónUL 94 V0UL 94 V1UL 94 V2
Duración de la combustión después de cada flameado< 10 s< 30 s< 30 s
Duración de combustión total tras 10 exposiciones a llama< 50 s< 250 s< 250 s
Tiempo de incandescencia después del 2.º flameado< 30 s< 60 s< 60 s
Combustión completaNoNoNo
Inflamación del algodón debajo de la pieza de ensayoNoNoNo

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