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绝缘材料的质量检测

菲尼克斯电气的绝缘外壳由各种热塑性塑料制成。根据具体应用,基于材料的电气和机械性能,选择合适的材料。菲尼克斯电气所使用的塑料均符合RoHS标准。菲尼克斯电气所使用的塑料均通过了美国UL(美国保险商实验室公司)认证。

绝缘材料的质量特性

热塑性塑料
菲尼克斯电气的大多数绝缘外壳由热塑性塑料制成。大体说来,这些材料可分为非晶体和半晶体物质。热塑性材料能通过注塑成型来加工,经济高效,并对环境无害, 有利于回收再利用。菲尼克斯电气使用多种材料,经多种不同方法处理,以满足电气与电子模块、设备和系统在其机械、热学和电气特性等方面的高要求。热塑性材料不含卤素,即不会形成燃烧烟雾,从而避免单独或与湿气结合而形成腐蚀性冷凝。此外,它不包硅化物、甲醛、多氯联苯(PCB)或聚氯三联苯(PCT)。

温度(工作温度)对塑料性能的影响
如果长期处于高温状态,所有塑料都将经受热老化过程。热老化过程会改变材料的机械和电气特性。一些外部因素如辐射、过大的机械力或其它化学、电气方面的影响将加剧塑料老化现象。人们对不同的塑料样品进行了特殊测试,了解其特性并加以分析、比较。但是,这些参数对注塑零件的评估有一定的局限性,仅为材料的选择提供一个粗浅的范围。根据IEC 60947-7-1/EN 60947-7-1标准的规定,对于额定负载下的接线端子,其温度上升的最大范围为45 K。菲尼克斯电气的接线端子均能满足这一要求。

塑料的阻燃特性(UL 94)
美国保险商实验室在UL 94标准中对塑料的阻燃测试做了规定。此规定适用于所有应用领域,尤其适用于电气工程领域。在测试实验室进行水平或垂直实验,利用明火火焰检测塑料材料的阻燃特性。阻燃能力由弱到强分为四个等级:HB、V1、V2和V0。测试结果将保存在称为“黄卡(Yellow Cards)”的记录中并且每年均在认证元件目录(Recognized Component Directory)中发布。

热塑性材料:非增强型聚酰胺(尼龙PA)
菲尼克斯电气使用的是半晶体绝缘材料(尼龙),它是现代电气工程和电子技术领域中不可或缺的材料。该材料不仅长期以来占据领先地位,而且经过了CSA、KEMA、PTB、SEV、UL、VDE等相关认证机构的使用认证。聚酰胺(尼龙)在高温下仍可保持很好的电气、机械、化学及其它性能。由于其耐热老化的特性,瞬时温度峰值可达到200°C左右。根据尼龙的型号(PA 4.6、6.6、6.10等),其熔点约在215°C到295°C之间。尼龙可吸收周围环境中约2.8%的湿气。但这种湿气并不以结晶水的形式直接存在于塑料中,而是以H2O分子团的化学形式存在于分子结构中。因此,即使在-40°C的低温下,尼龙仍能保持韧性而不脆裂。根据UL 94标准的规定,尼龙的阻燃等级为V2和V0。

热塑性材料:玻璃纤维增强型聚酰胺(尼龙PA-F)
与非增强型尼龙相比,玻璃纤维增强型尼龙具备更高的机械强度和硬度,以及更高的工作温度。这意味着,玻璃纤维增强型尼龙还适用于电涌保护。与非增强型尼龙相比,增强型尼龙吸收的水分较少。除此之外,这两种材料的其他特性类似。根据UL 94标准的规定,纤维增强型尼龙的阻燃等级在HB至V0之间,其中V0型材料一般为黑色。

热塑性材料:ABS
工程塑料ABS适用于对冲击、缺口冲击、机械稳定性和强度都有很高要求的产品。由于这些产品具有特殊的表面特性和良好的硬度,其抗化学腐蚀能力和机械韧性都很强。这种热塑性材料无论在低温和高温的环境下均不易变形。可对ABS产品的金属表面进行镀层处理,如镀镍。根据UL 94标准的规定,ABS的阻燃等级在HB到V0之间。

热塑性材料:聚氯乙烯(PVC)
PVC对盐溶液、稀(浓)的碱性溶液及大多数稀(浓)的酸性溶液(除发烟硫酸、浓硝酸或两者的混酸)都有很强的抗腐蚀性。即使在无防火设备的情况下,PVC也具备阻燃能力(DIN 4102 B1到UL 94 V0之间)。

特性单位/
等级
聚酰胺
PA
聚酰胺
PA
聚酰胺
PA-GF
聚酰胺
PA-GF
聚碳酸酯
PC-GF
连续温度,DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
使用温度(无机械负载)[°C]-60-60-60-60-60
介电强度,IEC 60243-1 / DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
爬电电阻,IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...良好良好良好良好良好
抗热带气候和白蚁侵害性      
内部电阻
IEC 60093 / VDE 0303-30、IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
表面电阻
IEC 60093 / VDE 0303-30、IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
阻燃等级UL 94 V0V2V0HBV0
特性单位/
等级
聚酰胺
PA
聚酰胺
PA
聚酰胺
PA-GF
聚酰胺
PA-GF
聚碳酸酯
PC-GF
连续温度,DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
使用温度(无机械负载)[°C]-60-60-60-60-60
介电强度,IEC 60243-1 / DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
爬电电阻,IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...良好良好良好良好良好
抗热带气候和白蚁侵害性      
内部电阻
IEC 60093 / VDE 0303-30、IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
表面电阻
IEC 60093 / VDE 0303-30、IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
阻燃等级UL 94 V0V2V0HBV0
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绝缘材料特性 – IEC 60210-1 / UL 746 B

以下测试模拟在一段较长的时间内给端子加大负载的场景。通过塑料的抗张强度和绝缘特性来描述塑料受到持续高温作用时的变化。IEC 60216与UL 746 B标准规定的温度指数可确定塑料在受热符合的情况下的使用寿命。两种特性的特征值规定如下:

  • 机械特性符合IEC 60216标准的TI值
  • 电气特性符合UL 746 B标准的RTI值

IEC 60216 – TI值
抗张强度要测5000小时,并将结果外推到20,000个小时。20,000小时过后,记录抗张强度降低至一半处的温度值。
UL 746 B – RTI值
RTI值表示在某些测试条件下发生击穿放电之前的最高工作温度。菲尼克斯电气使用的聚酰胺材料分为以下几类:

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

对于高温应用,我们也提供陶瓷接线端子。

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表面阻燃测试 – ASTM E 162

表面阻燃测试  

① 照射热源 ② 火焰 ③ 塑料样品

热辐射作用下的火势扩散遵照上述标准进行测试以及评估。塑料表面的火势扩散指数可根据标准ASTM E 162的“火势扩散指数”进行划分。“火势扩散指数”描述了规定条件下的火势蔓延特性。

取样品(152 x 457 x 25.4 mm(最大值)),利用热源(815°C)以30°方向给样品加热,同时用明火点燃测试板上端。测试时间定为15分钟,在该段时间内,计算测试板上两个相距76 mm的测量点发生燃烧所需的时间。将火势蔓延时间与计算出的热辐射系数相乘便可得出“火势扩散指数”。在美国轨道交通行业中,火势扩散指数的上限为35。此外,在测试中需对塑料的滴落特性进行观察与评估。菲尼克斯电气接线端子的火焰扩散指数值为5,燃烧滴落物无火焰。这个数值远低于美国交通部联邦铁路管理局(FRA)规定的上限。

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烟雾生成测试 – ASTM E 662

在烟雾密度测试箱中生成烟雾  

① 照射热源 ② 火焰 ③ 塑料样品

ASTM E 662规定了明火或暗火燃烧情况下的不透光烟雾密度的评估方法。为此,观测传入燃烧测试室内的光量百分比。测试时将规格为76 mm x 76 mm x 25 mm(最大)的样品放入符合NBS(美国国家标准局)规范的烟雾密度测试箱中(如图所示)。对测试件进行2.5 W/cm²的热辐射。对以下过程进行20分钟的模拟:

  1. 明火燃烧
  2. 使用暗火,避免明火

在1.5分钟或4分钟后对两个过程的烟雾光密度的特殊限定值进行记录。

特定光学烟雾密度(Ds1.5)– 限值100
b. 特定光学烟雾密度(Ds4)– 限值200
c. 20分钟内的最大光学烟雾密度(Dm)

菲尼克斯电气接线端子所使用的尼龙满足美国交通部下属联邦铁路管理局(FRA)ASTM E 662标准的所有要求。

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燃烧特性 – NF F 16-101

NF F 16-101标准用指数I和指数F,对塑料的燃烧特性进行描述。其指数等级可通过下列测试数据来确定:灼热丝测试、氧指数、烟雾不透光度、烟雾毒性。

指数氧指数灼热丝
I 070%960°C,无火焰
I 145%960°C,无火焰
I 232%960°C,无火焰
I 328%850°C,无火焰
I 420%850°C,无火焰

1. 确定指数I(0 - 4)见下表,根据灼热丝测试的结果和氧指数即可确定指数I。其中,I 0表示最优,而I 4表示最差。
2. 确定烟度指数F(0 - 5)可根据烟雾不透光度和烟雾毒性确定烟度指数。以下为关键物质的浓度[ppm]:

一氧化碳(CO)– 1750
二氧化碳(CO2)– 90,000
盐酸(HCl)– 150
氢溴酸(HBr)– 170
氰化氢(HCN)– 55
氢氟酸(HF)– 17
二氧化硫(SO2)– 260

通过测试结果记录烟度指数,并根据具体数值分为F 0至F 5级。其中,F 0表示最优,而F 5表示最差。菲尼克斯电气的接线端子可达到I 2/F 2级别。

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烟雾毒性检测 – SMP 800-C

SMP 800-C标准规定了塑料燃烧时烟雾毒性的最大允许值。与BSS 7239(波音标准)相比,本标准规定了更精确的燃烧烟雾毒性定性和定量测量方法。测试时使用的烟雾采集自ASTM E 662测试使用的NBS测试箱。测试时序与ASTM E 662测试一致。记录20分钟内的数据。SMP 800-C毒性烟雾限值(ppm):

一氧化碳(CO)– 3500
二氧化碳(CO2)– 90,000
氮氧化物(NOX)– 100
二氧化硫(SO2)– 100
盐酸(HCl)– 500
氢溴酸(HBr)– 100
氢氟酸(HF)– 100
氰化氢(HCN)– 100

菲尼克斯电气采用的尼龙烟雾毒性远低于临界浓度。

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无卤素防火保护 – DIN EN ISO 1043-4

颜色多样  

颜色多样

卤族元素即指氟、氯、溴和碘等化学元素。卤族化合物的特性之一是将卤素添加到塑料中可降低塑料的可燃性。消防安全调查表明,塑料燃烧所释放的有毒气体与卤素存在关联。CLIPLINE complete系列的接线端子产品由尼龙6.6(PA 6.6)制成,其防火等级为UL 94 V0。此类产品用氰尿酸三聚氰胺取代了含卤素的阻燃剂。因此,菲尼克斯电气的接线端子产品完全不含卤素。

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相对漏电起痕指数(CTI) – DIN EN 60112

测试件的爬电距离  

爬电距离

空气湿度和表面污染情况容易导致塑料表面上形成爬电距离。爬电距离的形成所指的是相邻电位之间产生的导电连接。此外,应考虑电位在电解影响下对电压差的依赖性。塑料的CTI值用于评价到何种电压等级为止不发生爬电距离。在测试件(20 mm x 20 mm x 3 mm)上放置两个相距4 mm的铂电极。然后对两个电极施加DIN EN 60112标准指定的测试电压。以每30秒一滴的速率将测试溶液滴到测试设备附近的铂电极上。该测试评估材料表面滴落50滴测试溶液后短路电流不超过0.5 A时的最高电压值。菲尼克斯电气使用的塑料符合最高的测试电压类别,其CTI值高达600。

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灼热丝测试 – IEC 60695-2-11

接线端子上的灼热丝测试  

灼热丝测试

在过载的情况下,接线端子或所连接导线的导电金属部件可能会出现显著的发热状况。这种多余的热量会对塑料外壳产生影响。灼热丝测试模拟了对电子元件造成的危险。在灼热丝测试中,将一根灼热丝加热到特定的温度(550°C、650°C、750°C、850°C或960°C)。如图所示,将灼热丝垂直按压到测试件外壳中最薄的部分上。使用的按压力为1 N。以下情况视为灼热丝测试通过:– 在测试期间无火焰或火热过程出现 – 灼热丝被移除后,测试件的火焰或红热在30秒钟内熄灭 – 位于灼热丝下方的丝质垫纸不被燃烧滴落物点燃。菲尼克斯电气接线端子外壳材料所用的塑料可满足960°C(最高温度)的灼热丝测试的所有要求。

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针焰测试 – IEC 60947-7-1/-2

接线端子上的针焰测试  

针焰测试

接线端子与火源直接接触时的燃烧特性是重要的测试指标。火源可以是某个漏电路径上的电弧。接线端子不应助燃或促燃,其使用的塑料件必须具有阻燃作用。此防火测试中,采用外部火源直接靠近测试部件,从外面直接对该部件作用,来模拟部件的阻燃行为。在该测试中,以45°角将丁烷气产生的明火火焰施加在试件的某个外边或表面,持续时间10秒钟(见图)。随后观察测试件撤离火焰后的反应。以下情况视为测试通过:

  • 火焰被移除后,测试件的火焰或红热在30秒钟内熄灭。
  • 位于测试件下方的丝质垫纸不被燃烧滴落物点燃。

由于采用高质量塑料材料以及特殊的构造,菲尼克斯电气的所有接线端子都通过了针焰测试。

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塑料的生热值 – DIN 51900-2/ASTM E 1354

根据火灾经验,基于火灾时的散热量对技术系统进行分类, 以便限制该区域产生的热量。

燃烧负荷

燃烧负荷指的是燃烧期间某个特定区域内所释放出的能量。燃烧负荷值通常以MJ/m²表示。某种物质的量越大以及其热值越高,在燃烧期间所释放出的能量也就越大。尼龙的热值相对较高。为此,燃烧负荷测试也包括接线端子的热值测定。菲尼克斯电气使用的塑料,其热值符合:

DIN 51900-2: ASTM E 1354: 
尼龙66 V2约为30 MJ/kg尼龙66 V2约为22 MJ/kg
尼龙66 V0约为32 MJ/kg尼龙66 V0约为24 MJ/kg
  对比:热燃油约为44 MJ/kg

为计算单个部件的燃烧负荷,每部分尼龙的生热值必须乘以部件的重量。

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阻燃等级 – UL 94

测试设置符合UL 94  

测试设置符合UL 94

UL 94阻燃性测试对于电气工程领域非常重要。其核心内容是物质的燃烧特性。测试分为UL 94 HB(水平燃烧)或UL 94 V(垂直燃烧)两类。在测试设置中,94 V0/1/2等级比94 HB等级测试更严格。

UL 94 V0/1/2

在预处理之后,将测试棒垂直夹持,进行多次火焰加热,每次持续10秒。记录每次材料燃烧至熄灭的时间长度。随后还需对二次燃烧时间及滴落特性进行评估。菲尼克斯电气接线端子使用的塑料满足高级别标准,为V0级阻燃材料。

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分类UL 94 V0UL 94 V1UL 94 V2
每次点燃后的燃烧持续时间< 10 s< 30 s< 30 s
10次总燃烧持续时间< 50 s< 250 s< 250 s
第二次燃烧后的红热时间< 30 s< 60 s< 60 s
完全燃烧
测试样品下面的棉团燃烧

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