Badanie jakości materiałów izolacyjnych
Nasze obudowy izolacyjne są wykonane z różnych termoplastycznych tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne są dobierane optymalnie pod względem właściwości elektrycznych i mechanicznych w zależności od zastosowania. Wszystkie tworzywa sztuczne stosowane przez firmę Phoenix Contact są zgodne z wymogami dyrektywy RoHS. Wszystkie tworzywa sztuczne używane przez firmę Phoenix Contact zostały wpisane do rejestru przez firmę Underwriters Laboratories Inc. (UL) w USA.
Cechy jakościowe 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).
| Właściwości | Jednostka/ poziom | Poliamid PA | Poliamid PA | Poliamid PA-GF | Poliamid PA-GF | Poliwęglan PC-GF |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Długotrwała temperatura użytkowania, DIN IEC 60216 | [°C] | <130 | <125 | 120 | 120 | 130 |
| Temperatura zastosowania (bez obciążenia mechanicznego) | [°C] | -60 | -60 | -60 | -60 | -60 |
| Wytrzymałość na przebicia elektryczne, IEC 60243-1/DIN VDE 0303-21 | [kV/cm] | 600 | 600 | 550 | 475 | 175 |
| Odporność na prądy upływowe, IEC 60112/DIN VDE 0303-1 | CTI... | dobra | dobra | dobra | dobra | dobra |
| Odporność na warunki tropikalne i termity | ||||||
| Rezystancja właściwa skrośna IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31 | [Ω·cm] | 1012 | 1012 | 1012 | 1012 | >1014 |
| Rezystancja powierzchniowa IEC 60093/VDE 0303-30, IEC 60167/VDE 0303-31 | [W] | 1010 | 1010 | 1012 | 1012 | >1014 |
| Klasa palności wg UL 94 | V0 | V2 | V0 | HB | V0 |
Właściwości materiałów izolacyjnych – IEC 60210-1/UL 746 B
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:
| UL 94 V2 | UL 94 V0 | |
|---|---|---|
| TI | 105°C | 125°C |
| RTI | 125°C | 130°C |
Do zastosowań w wysokich temperaturach dostępne są np. złączki ceramiczne.
Palność powierzchniowa – ASTM E 162
Powyższa norma określa warunki badania i oceny parametrów rozprzestrzeniania się płomienia pod wpływem wysokiej temperatury. Do oceny palności powierzchniowej tworzyw sztucznych zgodnie z normą ASTM E 162 określa się „współczynnik rozprzestrzeniania się płomienia”, który opisuje rozprzestrzenianie się płomienia w określonych warunkach próby.
W tym celu próbkę (152 mm x 457 mm x maks. 25,4 mm) napromieniowuje się pod kątem 30° źródłem ciepła (815°C) i zapala od góry otwartym płomieniem. W trakcie 15-minutowego badania określa się czas, po jakim czoło płomienia dotrze do dwóch punktów pomiarowych oddalonych od siebie o 76 mm. Iloczyn określonego w ten sposób czasu rozchodzenia się płomienia oraz obliczonego współczynnika wydzielania ciepła stanowi „współczynnik rozprzestrzeniania się płomienia”. W przypadku amerykańskich pojazdów szynowych maksymalna wartość graniczna wynosi 35. W trakcie badania obserwuje się i ocenia powstawanie kropli stopionego tworzywa. Złączki szynowe firmy Phoenix Contact charakteryzują się współczynnikiem rozprzestrzeniania płomienia wynoszącym 5, a podczas spalania nie oddzielają się od nich krople. Spełniają zatem z dużą zapasem warunki określone przez Federalną Agencję Kolejową USA (Federal Railroad Administration, w skrócie FRA).
Wytwarzanie spalin – ASTM E 662
Norma ASTM E 662 określa procedurę oceny właściwej gęstości optycznej dymu (zadymienie) podczas spalania otwartym płomieniem lub tlenia się. Bierze się do tego pod uwagę procentową przepuszczalność światła w stosunku do objętości komory spalania. Badaniu poddaje się próbkę (76 mm x 76 mm x maks. 25 mm), którą umieszcza się w komorze dymowej (patrz ilustracja) o parametrach określonych przez NBS (National Bureau of Standards). Próbkę napromieniowuje się ciepłem 2,5 W/cm2. Następnie przez 20 minut symulowane są następujące procesy:
- spalanie przy otwartym płomieniu
- tlenie, bez powstawania otwartego płomienia
Dla obu procesów obowiązują wartości graniczne gęstości zadymienia mierzone po 1,5 i 4 minutach.
a. Właściwa gęstość optyczna spalin (Ds1,5) – wartość graniczna 100
b. Właściwa gęstość optyczna spalin (Ds4) – wartość graniczna 200
c. Maksymalna gęstość spalin (Dm) podczas 20 minut.
Poliamidy stosowane w złączkach szynowych firmy Phoenix Contact spełniają wszystkie wymagania Federalnej Agencji Kolejowej (FRA) wg ASTM E 662.
Palność – NF F 16-101
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.
| Współczynnik | Indeks tlenowy | Rozżarzony drut |
|---|---|---|
| I 0 | 70% | 960°C, brak płomienia |
| I 1 | 45% | 960°C, brak płomienia |
| I 2 | 32% | 960°C, brak płomienia |
| I 3 | 28% | 850°C, brak płomienia |
| I 4 | 20% | 850°C, płomień gaśnie szybko |
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.
Toksyczność spalin – SMP 800-C
Norma SMP 800-C opisuje maksymalne dopuszczalne stężenia substancji trujących w spalinach podczas spalania tworzyw sztucznych. W porównaniu z normą BSS 7239 (standard firmy Boeing) powyższa norma określa dokładniejszą metodę jakościowej i ilościowej oceny toksycznych spalin powstających podczas całkowitego spalania badanej próbki. Spaliny z tych pomiarów są pobierane z komory NBS do badań wg ASTM E 662. Obowiązują te same parametry czasowe, co w przypadku normy ASTM E 662. Dane są rejestrowane przez 20 minut. Wartości graniczne substancji toksycznych w spalinach w [ppm] wg SMP 800-C:
tlenek węgla (CO) – 3500
dwutlenek węgla (CO2) – 90 000
tlenki azotu (NOX) – 100
dwutlenek siarki (SO2) – 100
kwas solny (HCl) – 500
klas bromowodorowy (HBr) – 100
kwas fluorowodorowy (HF) – 100
kwas cyjanowodorowy (HCN) – 100
W poliamidach stosowanych przez firmę Phoenix Contact stężenia tych substancji są wielokrotnie niższe od wartości krytycznych.
Bezhalogenowe środki uniepalniające – DIN EN ISO 1043-4
Do halogenów zalicza się pierwiastki chemiczne fluor, chlor, brom i jod. Jedną z charakterystycznych właściwości związków halogenów jest ich zdolność do ograniczania palności w przypadku zastosowania jako domieszki do tworzywa sztucznego. W badaniach ochrony przeciwpożarowej wykazano jednak zależność między uwalnianiem trujących gazów a zawartością halogenów. Złączki szynowe systemu CLIPLINE complete są wykonane z poliamidu 6.6 (PA 6.6) zaliczanego do klasy palności UL 94 V0. Zamiast środka uniepalniającego na bazie halogenów stosuje się w nich cyjanuran melaminy. Zatem żadne złączki szynowe Phoenix Contact nie zawierają halogenów.
Odporność na prądy pełzające (CTI) – DIN EN 60112
Wilgoć i zanieczyszczenia ułatwiają powstawanie śladów pełznych na powierzchni tworzywa sztucznego. Pod pojęciem „powstawania śladów pełznych” należy rozumieć samoistne tworzenie się ścieżek przewodzących między sąsiadującymi ze sobą potencjałami. Jest tu uwzględniana zależność potencjałów od ich różnicy napięcia pod wpływem elektrolitów. Wartość CTI tworzywa sztucznego wskazuje, w jakim stopniu utrudnione jest tworzenie śladów pełznych. Na próbce 20 mm x 20 mm x 3 mm umieszcza się dwie elektrody platynowe w odległości 4 mm. Do obu elektrod podawane jest napięcie probiercze określone w normie. Następnie na elektrody co 30 sekund kapie kropla roztworu testowego. Badanie określa maksymalną wartość napięcia, przy której nakapanie 50 kropli nie spowoduje prądu zwarciowego > 0,5 A. Tworzywa sztuczne używane przez firmę Phoenix Contact charakteryzują się wartością CTI wynoszącą 600 i są zaliczane do najwyższej kategorii napięciowej.
Badanie rozżarzonym drutem – IEC 60695-2-11
W warunkach przeciążenia może dojść do bardzo silnego rozgrzania metalowych elementów przewodzących w złączce szynowej lub podłączonych przewodów. To dodatkowe ciepło ma również wpływ na obudowę z tworzywa sztucznego. Elementy elektrotechniczne są poddawane badaniu rozżarzonym drutem, które symuluje to źródło zagrożeń. Drut podgrzewa się do określonej temperatury 550°C, 650°C, 750°C, 850°C lub 960°C. Następnie drut jest dociskany pod kątem prostym w sposób pokazany na ilustracji do najcieńszego miejsca obudowy. Siła wynosi 1 N. Badanie uznaje się za zakończone wynikiem pozytywnym, jeśli, – podczas próby nie powstanie płomień ani nie dojdzie do żarzenia – płomień i/lub żarzenie wygaśnie samoistnie w ciągu 30 sekund po wycofaniu druta – bibułka podłożona pod drut nie zapali się od spadających płonących kropli tworzywa. Poliamidy używane do produkcji obudów firmy Phoenix Contact spełniają najbardziej rygorystyczne wymagania badania rozżarzonym drutem przy 960°C (najwyższa kategoria).
Badanie płomieniem igłowym – IEC 60947-7-1/-2
Ważnym kryterium zastosowania złączek szynowych jest reakcja na ogień w bezpośrednim kontakcie ze źródłem płomienia. Źródłami takimi mogą być np. łuki elektryczne na odstępie izolacyjnym powierzchniowym. Złączki nie mogą podsycać płomienia ani przyspieszać palenia, zaś tworzywa, z których są wykonane, powinny gasnąć samoczynnie. To badanie odporności na ogień ma na celu zweryfikowanie odporności elementów na kontakt z bezpośrednio oddziałującym zewnętrznym źródłem płomienia. W ramach badania do krawędzi lub powierzchni badanych próbek przykłada się otwarty płomień z palnika na butan pod kątem 45° przez czas 10 s (patrz rysunek). Następnie obserwuje się zachowanie badanej próbki po wycofaniu źródła płomienia. Badanie uznaje się za zakończone wynikiem pozytywnym, jeśli:
- płomień i/lub żarzenie wygaśnie samoistnie w ciągu 30 sekund po wycofaniu druta
- bibułka podłożona pod badaną próbkę nie zapali się od spadających, płonących kropli tworzywa.
Dzięki zastosowaniu wysokiej jakości tworzyw sztucznych oraz odpowiedniej konstrukcji wszystkie złączki szynowe Phoenix Contact pomyślnie przechodzą badanie płomieniem igłowym.
Kaloryczność tworzywa sztucznego – DIN 51900-2/ASTM E 1354
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:
| DIN 51900-2: | ASTM E 1354: | ||
|---|---|---|---|
| Poliamid 66 V2 | ok. 30 MJ/kg | Poliamid 66 V2 | ok. 22 MJ/kg |
| Poliamid 66 V0 | ok. 32 MJ/kg | Poliamid 66 V0 | ok. 24 MJ/kg |
| Dla porównania: olej opałowy | ok. 44 MJ/kg |
Aby obliczyć obciążenie ogniowe poszczególnych elementów, należy pomnożyć wartość opałową danego poliamidu przez ich masę.
Klasyfikacja palności – UL 94
Norma UL 94 opisuje badania palności, które mają szczególne znaczenie w zastosowaniach elektrotechnicznych. Kluczowe znaczenie ma tutaj reakcja na ogień. Klasyfikację przeprowadza się zgodnie z normą UL 94 HB (spalanie poziome) lub UL 94 V (spalanie pionowe). Z badań wynika, że klasyfikacje 94 V0/1/2 mają wyższą rangę niż klasyfikacje 94 HB.
UL 94 V0/1/2
Po fazie kondycjonowania próbkę mocuje się pionowo i przykłada płomień wielokrotnie przez 10 sekund. Między przyłożeniami płomienia mierzy się czas, po jakim próbka gaśnie. Następnie ocenia się czas dopalania i powstawanie kropli stopionego tworzywa. Tworzywa sztuczne stosowane w złączkach szynowych Phoenix Contact spełniają najwyższe wymagania jakościowe i zaliczane są do klasy materiałowej V0.
| Klasyfikacja | UL 94 V0 | UL 94 V1 | UL 94 V2 |
|---|---|---|---|
| Czas palenia po każdym przyłożeniu płomienia | < 10 s | < 30 s | < 30 s |
| Łączny czas palenia po dziesięciu przyłożeniach płomienia | < 50 s | < 250 s | < 250 s |
| Czas żarzenia po drugim przyłożeniu płomienia | < 30 s | < 60 s | < 60 s |
| Całkowite spalenie | Nie | Nie | Nie |
| Zapłon waty pod próbką | Nie | Nie | Nie |
Powrót do przegladu
- Więcej informacji
- Badania jakości
-
- Kontrola jakości połączeń elektrycznych
- Badanie jakości materiałów izolacyjnych
- Technika przyłączeniowa i szyny DIN
PHOENIX CONTACT Sp. z o.o
51-317 Wrocław
"$pageName" na