Badanie jakości materiałów izolacyjnych

Tworzywa termoplastyczne
Większość naszych obudów izolacyjnych jest wykonana z termoplastycznych tworzyw sztucznych, które można podzielić na materiały amorficzne i częściowo krystaliczne. Tworzywa termoplastyczne kształtuje się niedrogą i ekologiczną metodą wtryskiwania; nadają się one do recyklingu i ponownego użycia. Znaczna liczba modyfikowanych w różny sposób materiałów spełnia wysokie wymagania modułów elektrycznych i elektronicznych oraz urządzeń i instalacji pod względem właściwości mechanicznych, termicznych i elektrycznych. Tworzywa termoplastyczne są bezhalogenowe, co oznacza, że przy spalaniu nie powstają gazy, które mogłyby same lub w połączeniu z wilgocią z powietrza prowadzić do powstania osadów korozyjnych. Ponadto nie zawierają związków krzemu, formaldehydu, PCB i PCT.

Właściwości tworzyw sztucznych pod wpływem temperatury (temperatury użytkowania)
W przypadku długotrwałego oddziaływania wysokiej temperatury na tworzywa sztuczne zawsze występuje tzw. starzenie termiczne, powodujące zmianę właściwości mechanicznych i elektrycznych. Efekt ten wzmacnia oddziaływanie czynników zewnętrznych, np. promieniowanie, dodatkowe obciążenia mechaniczne, chemiczne lub elektryczne. Przez specjalne badania próbek można określić parametry umożliwiające dobre porównanie tworzyw sztucznych. Parametrów tych można użyć do oceny elementów z tworzyw sztucznych tylko w ograniczonym zakresie. Służą one konstruktorom tylko jako wartość orientacyjna przy wyborze tworzywa sztucznego. Norma IEC 60947-7-1/EN 60947-7-1 określa dla złączek szynowych dopuszczalny przyrost temperatury 45 K przy obciążeniu znamionowym. Złączki szynowe Phoenix Contact spełniają to wymaganie.

Palność tworzyw sztucznych (UL 94)
Badania palności tworzyw sztucznych zostały zdefiniowane przez Underwriters Laboratories (USA) w normie UL 94. Obowiązuje ona dla wszystkich obszarów zastosowania, a szczególnie w zakresie elektrotechniki. W teście poziomym lub pionowym w laboratorium kontrolnym badana jest palność prętów tworzywa sztucznego poddanych działaniu otwartego płomienia. Palność tworzyw określa się, dzieląc je na klasy HB, V1, V2, V0 wg wzrastającej odporności na palenie. Wyniki badań są umieszczane w tzw. „Yellow Cards” i publikowane corocznie w Recognized Component Directory.

Termoplast: poliamid niewzmocniony, PA
Stosujemy nowoczesny, częściowo krystaliczny materiał izolacyjny poliamid, bez którego trudno byłoby wyobrazić sobie nowoczesną elektrotechnikę i elektronikę. Zajmuje on od dawna dominującą pozycję i posiada szereg dopuszczeń wydanych przez stosowne jednostki aprobujące, np. CSA, KEMA, PTB, SEV, UL, VDE i inne. Poliamid wykazuje bardzo dobre właściwości elektryczne, mechaniczne i chemiczne również podczas użytkowania w wysokich temperaturach. Dzięki stabilizacji starzenia termicznego dopuszczalna krótkotrwale szczytowa wartość temperatury wynosi ok. 200°C. Punkt topnienia w zależności od typu (PA 4.6, 6.6, 6.10 itd.) wynosi od 215°C do 295°C. Poliamid absorbuje wilgoć z otoczenia, średnio 2,8%. Nie jest to jednak wbudowana woda krystalizacyjna, lecz grupy H₂O związane chemicznie w cząsteczce. Dzięki temu tworzywo to jest elastyczne i odporne na rozerwanie, również w temperaturach do -40°C. PA osiąga klasę palności V2 do V0 według UL 94.

Termoplast: poliamid wzmocniony włóknem szklanym, PA-F
Poliamidy wzmocnione włóknem charakteryzują się dużą sztywnością i twardością oraz możliwością użytkowania w wyższych temperaturach w porównaniu do materiałów niewzmocnionych. Dzięki temu nadają się do stosowania np. w dziedzinie ochrony przed przepięciami. Absorpcja wilgoci jest mniejsza niż przy poliamidzie niewzmocnionym. Pozostałe właściwości są takie same. Poliamidy wzmocnione osiągają zgodnie z normą UL 94 zaszeregowanie do klasy palności HB do V0, przy czym materiały klasy V0 są dostępne najczęściej tylko w kolorze czarnym.

Termoplast: ABS
Masę termoplastyczną ABS stosuje się do produktów, które poza wysoką odpornością mechaniczną i sztywnością muszą posiadać również dobrą udarność. Produkty te charakteryzują się odpornością na działanie chemikaliów i szczelinową korozję naprężeniową przy wysokiej jakości powierzchni i twardości. Charakterystyczne wartości właściwości termicznych wskazują na wysoką trwałość kształtów zarówno w wysokich, jak i w niskich temperaturach. Na produkty z ABS można nanosić powłoki metaliczne, np. nikiel. Klasa palności masy wg normy UL 94 wynosi od HB do V0.

Termoplast: polichlorek winylu PCW
PCW jest odporny na działanie roztworów soli, rozcieńczonych i skoncentrowanych ługów oraz większości rozcieńczonych i skoncentrowanych kwasów z wyjątkiem zawierającego oleum kwasu siarkowego i skoncentrowanego kwasu azotowego. PCW bez zabezpieczeń przeciwpożarowych jest trudno zapalny (B1 wg DIN 4102 do UL 94 V0).

W opisanych poniżej testach symulowane jest podwyższone, długotrwałe obciążenie złączki szynowej. Celem badania jest określenie zachowania tworzyw sztucznych w wysokich temperaturach pod kątem ich wytrzymałości na rozerwanie oraz właściwości izolacyjnych. W normach IEC 60216 i UL 746 B zdefiniowano współczynnik temperaturowy opisujący żywotność tworzyw sztucznych w przypadku obciążenia cieplnego. Wartości charakterystyczne obu tych właściwości określa się

• dla właściwości mechanicznych jako współczynnik TI wg IEC 60216
• dla właściwości elektrycznych jako współczynnik RTI wg UL 746 B.

IEC 60216 – współczynnik TI
Odporność na rozciąganie mierzy się przez 5000 godzin, po czym dokonuje się ekstrapolacji wyniku na 20 000 godzin. Określa się przy tym temperaturę, przy której po upływie 20 000 godzin odporność na rozciąganie spadła o połowę.
UL 746 B – współczynnik RTI
Współczynnik RTI określa najwyższą temperaturę użytkowania, powyżej której w określonych warunkach testowych występuje przebicie elektryczne. Poliamidy stosowane w produktach firmy Phoenix Contact są zaklasyfikowane następująco:

Do zastosowań w wysokich temperaturach dostępne są np. złączki ceramiczne.

Norma NF F 16-101 za pomocą dwóch współczynników (I oraz F) definiuje palność tworzyw sztucznych. Wykonuje się następujące badania: badanie rozżarzonym drutem, indeks tlenowy, zmętnienie spalin, toksyczność spalin.

1. Wyznaczanie współczynnika I (0 – 4) Współczynnik I wyznaczany jest według poniższej tabeli na podstawie wyników badania rozżarzonym drutem oraz indeksu tlenowego. Wartość I0 odpowiada najlepszej, a I4 najgorszej klasie.
2. Wyznaczenie współczynnika zadymienia F (0 – 5) Podstawę stanowią zmętnienie i toksyczność spalin. Następujące stężenia substancji [ppm] są uznawane za krytyczne:

tlenek węgla (CO) – 1750
dwutlenek węgla (CO₂) – 90 000
kwas solny (HCl) – 150
klas bromowodorowy (HBr) – 170
kwas cyjanowodorowy (HCN) – 55
kwas fluorowodorowy (HF) – 17
dwutlenek siarki (SO₂) – 260

Na podstawie określonego w wyniku badania współczynnika zadymienia następuje przypisanie do klasy od F0 do F5. F0 to klasa najlepsza, a F5 najgorsza. Złączki szynowe firmy Phoenix Contact osiągają klasę I 2/F 2.

Na podstawie doświadczeń zebranych podczas pożarów urządzenia techniczne coraz częściej klasyfikuje się także pod względem ilości ciepła uwalnianego podczas pożaru. W istocie chodzi o ograniczenie wydzielania ciepła w przeliczeniu na jednostkę powierzchni.

Obciążenie ogniowe

Pod pojęciem „obciążenie ogniowe” rozumie się ilość energii uwalnianej w trakcie pożaru przypadającą na określone pole powierzchni. Obciążenie ogniowe wyraża się zwykle w MJ/m². Im wyższa wartość opałowa i ilość danej substancji, tym większa energia zostanie uwolniona w pożarze. Poliamidy charakteryzują się stosunkowo wysoką wartością opałową. Dlatego przy ustalaniu obciążenia ogniowego coraz częściej bierze się pod uwagę również wartość opałową złączek szynowych. Wartości opałowe sztucznych używanych w produktach firmy Phoenix Contact wg:

Aby obliczyć obciążenie ogniowe poszczególnych elementów, należy pomnożyć wartość opałową danego poliamidu przez ich masę.