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絕緣材料的品質檢驗

我們的絕緣外殼由多種熱塑性材料製成。可根據應用並基於材料的電氣和機械屬性,選擇最適合的材料。菲尼克斯電氣使用的所有塑膠都符合 RoHS 標準。菲尼克斯電氣使用的所有塑膠全都獲得了美國 UL (Underwriters Laboratories Inc.) 的認證。

絕緣材料的質量特徵

熱塑性塑膠
我們大部分的絕緣外殼均採用熱塑性材料製成。大體來說,這些材料可以分為非晶狀物質和半晶狀物質。我們使用高效環保的注塑工藝加工熱塑性塑膠。它們具有良好的回收利用特性,可以重複利用。至於材料的機械、熱能和電氣屬性,我們還通過不同的方式對多種材料進行改良,來滿足電氣和電子模組、設備和系統的嚴苛要求。熱塑性塑膠不含鹵素,也就是說不會形成燃燒氣體,不會導致腐蝕性的冷凝或產生濕度。並且也不含矽化合物、甲醛、PCB 或 PCT。

受溫度(工作溫度)影響的塑膠特性
所有塑膠被長時間加熱時,都會經歷熱老化過程。此過程會導致材料的機械和電氣屬性發生變化。輻射、其他機械、化學或電應力等外部影響還會加劇此影響。對樣本進行特殊測試可得到特性資料,從而提供對比不同塑膠的良好方法。但這些特性只能有限地應用於注塑部件的評估,並且在設計師選擇塑膠材料時可為其提供粗略的指引。IEC 60947-7-1/EN 60947-7-1 規定:一般負載下的接線端子允許有 45 K 的溫升。菲尼克斯電氣接線端子可以滿足這個要求。

塑膠的易燃性特徵 (UL 94)
UL 實驗室(美國)的 UL 94 標準定義了塑膠的易燃性試驗。此標準適用於各領域的應用,尤其是電氣工程領域。在測試實驗室進行水平或垂直測試,用明火確定塑膠材料的易燃性。按阻燃性能上升順序,評估類別分別為 HB、V1、V2、V0。試驗結果記錄在「黃卡」上,並且每年發佈到認可零件目錄中。

熱塑性塑膠:非強化聚醯胺、PA
我們使用現代的半晶狀絕緣材料聚醯胺,目前是電氣工程和電子元件中不可或缺的組成部分。它長期佔據主導地位並且被 CSA、KEMA、PTB、SEV、UL、VDE 等相關核准部門授權使用。聚醯胺具有優秀的電氣、機械和化學性能,即使是在較高的工作溫度下亦是如此。由於熱老化穩定性,可承受高達 +200°C 的短暫峰值溫度。取決於類型(PA 4.6、6.6、6.10 等),其熔點在 215°C 至 295°C 之間。聚醯胺可吸收週圍環境中平均 2.8% 的濕氣。但是,此濕度並非塑膠本身中的結晶水,而是分子結構中的化學鍵合 H2O 組。這使得塑膠變得有彈性,即使是在低達 -40°C 的環境中,也能防止破裂。根據 UL 94,PA 的阻燃等級為 V2 - V0。

熱塑塑膠:玻纖強化聚醯胺,PA-F
玻纖強化聚醯胺的剛度和硬度更大,工作溫度也比非強化材料高。這意味著它們也適用於電湧保護等應用。強化聚醯胺吸收的水分比非強化材料吸收的少。否則,屬性大致相同。根據 UL 94,纖維強化聚醯胺的阻燃等級為 HB - V0,但 V0 材料通常只有黑色。

熱塑塑膠:ABS
我們使用熱塑性模塑膠 ABS 生產那些除了較高的機械穩定性和硬度外,還必須具備良好的衝擊和缺口衝擊屬性的產品。這些產品的表面品質和硬度特殊,因此具有耐化學品和應力破裂的特點。無論溫度高還是低,熱屬性特徵可提供良好的尺寸穩定性。ABS 產品可塗鍍金屬表層,例如鎳。根據 UL 94,所使用的模塑膠的阻燃等級為 HB - V0。

熱塑性塑膠:聚氯乙烯、PVC
PVC 抗鹽溶液、稀釋和濃縮的鹼液以及大多數稀釋和濃縮的酸液,發煙硫酸和濃硝酸除外。PVC 阻燃,即使沒有滅火裝備也可(根據 DIN 4102 - UL 94 V0,為 B1)。

屬性單位/
級別
聚醯胺
PA
聚醯胺
PA
聚醯胺
PA-GF
聚醯胺
PA-GF
聚碳酸酯
PC-GF
持續溫度,DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
工作溫度(無機械負荷)[°C]-60-60-60-60-60
抗電強度,IEC 60243-1 / DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
防漏電,IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...良好良好良好良好良好
熱帶適應性好,防白蟻      
特定接觸電阻
IEC 60093 / VDE 0303-30,IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
表面電阻
IEC 60093 / VDE 0303-30,IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
阻燃等級 UL 94 V0V2V0HBV0
屬性單位/
級別
聚醯胺
PA
聚醯胺
PA
聚醯胺
PA-GF
聚醯胺
PA-GF
聚碳酸酯
PC-GF
持續溫度,DIN IEC 60216[°C]< 130< 125120120130
工作溫度(無機械負荷)[°C]-60-60-60-60-60
抗電強度,IEC 60243-1 / DIN VDE 0303-21[kV/cm]600600550475175
防漏電,IEC 60112 / DIN VDE 0303-1CTI...良好良好良好良好良好
熱帶適應性好,防白蟻      
特定接觸電阻
IEC 60093 / VDE 0303-30,IEC 60167 / VDE 0303-31

[Ω cm]

1012101210121012> 1014
表面電阻
IEC 60093 / VDE 0303-30,IEC 60167 / VDE 0303-31
[W]1010101010121012> 1014
阻燃等級 UL 94 V0V2V0HBV0
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絕緣材料屬性 – IEC 60210-1 / UL 746 B

在下面的試驗中,在長時間內模擬在接線端子不斷增加負荷。對持續高溫下塑膠特性的抗拉強度和絕緣屬性方面進行了描述。IEC 60216 和 UL 746 B 規定了一個溫度指數,通過該指數可以得出塑膠在熱負荷下的使用壽命。下面為這兩個屬性規定了特徵值:

  • 根據 IEC 60216,機械上作為 TI 值
  • 根據 UL 746 B,電氣上作為 RTI 值

IEC 60216 – TI 值
抗拉強度經過 5000 個小時的試驗,並且結果被外推到 20,000 個小時。20,000 個小時後,將記錄抗拉強度降低一半時的溫度。
UL 746 B – RTI 值
在某些試驗條件下,RTI 值需要先指明最高的工作溫度,然後才能進行擊穿放電。菲尼克斯電氣所採用的聚醯胺分類如下:

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

例如,陶瓷接線端子可在較高溫度下使用。

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表面可燃性 – ASTM E 162

表面可燃性試驗  

① 輻射加熱器 ② 火焰 ③ 塑膠樣本

按上述標準試驗並評估了在熱影響下火焰的擴散情況。在塑膠表面可燃性可依據 ASTM E 162 的「火焰擴散指數」進行評估,該指數規定測驗條件下的火勢蔓延行為。

為此,用一個 815 °C 的熱源以 30° 角加熱一個樣本(152 mm x 457 mm x 最大 25.4 mm),同時用明火點燃測試板頂端。在 15 分鐘的試驗期間,計算兩個測量點(相距 76 mm)發生燃燒所需的時間。將火勢蔓延時間與所計算出的熱輻射因數相乘便可得出「火焰擴散指數」。美國軌道交通行業規定的最大極限值是 35。此外,在試驗期間,還對塑膠的滴落特性進行了觀察與評估。菲尼克斯電氣的接線端子的火焰擴散指數為 5,形成的是不燃燒的液滴。這種接線端子遠低於美國交通部聯邦鐵道局 (FRA) 所許可的最大值。

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煙氣生成 – ASTM E 662

煙霧密度測試室內生煙  

① 輻射加熱器 ② 火焰 ③ 塑膠樣本

ASTM E662 標準規定了在出現明火或暗火時對煙霧的特定光學密度的評估過程。為此,需要對傳入燃燒室內的光量百分比進行觀察。依據 NBS(國家標準局)的規定,在煙霧密度測試室內對樣本(76 mm x 76 mm x 最大 25 mm)進行測試(見圖)。對測試對象進行 2.5 W/cm² 的熱輻射。對以下過程進行 20 分鐘的模擬:

  1. 用明火燃燒
  2. 使用暗火,避免明火

在 1.5 和 4 分鐘之後,對兩個過程的煙霧光密度的特殊極限值進行記錄。

a. 特定煙霧光密度 (Ds1.5),極限值 100
b. b. 特定煙霧光密度 (Ds4),極限值 200
c. 20 分鐘內最大的煙霧密度 (Dm)

菲尼克斯電氣接線端子所使用的聚醯胺滿足美國交通部聯邦鐵道局 (FRA) 的要求,並符合 ASTM E 662 標準的規定。

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防火性能 – NF F 16-101

NF F 16-101 描述了基於兩個指數(I 和 F)的塑膠防火性能。同樣執行以下試驗:灼熱絲試驗、氧指數、煙氣混濁度、煙氣毒性。

指數氧指數灼熱絲
I 070%960 C,無火焰形成
I 145%960 C,無火焰形成
I 232%960 C,無火焰形成
I 328%850 C,無火焰形成
I 420%850 C,無火焰形成

1. 確定指數 (0 - 4) 使用下表,依據灼熱絲試驗結果和氧指數確定指數 I。在此,I 0 為最佳等級,而 I 4 為最差。
2. 確定煙指數 F (0 - 5) 基於煙氣混濁度和煙氣毒性確定。下列濃度 [ppm] 至關重要:

一氧化碳 (CO) – 1750
二氧化碳 (CO2) – 90,000
鹽酸 (HCl) – 150
氫溴酸 (HBr) – 170
氰化氫 (HCN) – 55
氫氟酸 (HF) – 17
二氧化硫 (SO2) – 260

基於試驗結果記錄煙指數,並根據數值將其定義為 F0 – F5 級。在此,F 0 為最佳等級,而 F 5 為最差。菲尼克斯電氣接線端子可達到 I 2/F 2 級別。

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煙氣毒性 – SMP 800-C

SMP 800 C 規定了塑膠燃燒時煙氣毒性的最大許可值。相較於 BSS 7239(波音標準),這個標準對測試對象在完全燃燒時煙氣毒性的定性和定量分析更為精確。這些供測試的煙氣來自 ASTM E 662 測試的 NBS 測試室。此處,時間方法與 ASTM E 662 中的一樣有效。記錄數據超過 20 分鐘。毒性煙氣 SMP 800 C 極限值 [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
鹽酸 (HCl) – 500
氫溴酸 (HBr) – 100
氫氟酸 (HF) – 100
氰化氫 (HCN) – 100

菲尼克斯電氣所採用的聚醯胺測定值遠遠低于臨界值。

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不含鹵素的防火保護 – DIN EN ISO 1043-4

顏色種類  

顏色種類

鹵族元素即指氟、氯、溴和碘等化學元素。鹵素複合物的一項特性是將鹵素添加在塑膠中可降低塑膠的可燃性。已在火災安全調查中定義了釋放的毒氣和鹵素之間的關係。CLIPLINE complete 系列的接線端子採用聚醯胺 6.6(PA 6.6)製成,防火等級為 UL 94 V0。使用三聚氰胺氰尿酸鹽,而非包含鹵素的防火劑。因此,菲尼克斯電氣的所有接線端子完全不含鹵素。

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相對電痕指數 (CTI) – DIN EN 60112

試件爬电  

爬电

濕度和污染促進了塑膠表面爬電距離的形成。爬電距離形成指鄰近電位之間發生導電連接。受電解影響,考慮到了電壓差上電位的相關性。塑膠的 CTI 值表示預防爬電距離形成的程度。在尺寸為 20 mm x 20 mm x 3 mm 的試件上,將兩個鉑電極相隔 4 mm 分開放置。在這兩個電極施加標準規定的測試電壓。使用試驗儀器以每 30 秒一滴的速度將測試溶液滴在電極上。此測試評估滴下 50 滴且短路電流不會 > 0.5 A 時的最大電壓值。菲尼克斯電氣使用的塑膠被歸類為最高測試電壓類別,其中 CTI 值為 600。

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灼熱絲試驗 – IEC 60695-2-11

對接線端子進行灼熱絲試驗  

灼熱絲試驗

如果過載,接線端子或所連接導體的導電金屬部件會嚴重發熱。此額外熱量會影響塑膠外殼。灼熱絲試驗模擬了電氣組件的危險源。將灼熱絲加熱到指定溫度:550 C、650 C、750 C、850 C 或 960 C。如圖所示,然後將灼熱絲以正確的角度按壓到測試對像外殼的最薄點處。使用 1 N 的力即可。以下情況試驗視為通過:– 試驗期間無火焰或灼熱過程 – 在移除灼熱絲的 30 秒內,火焰或灼熱過程熄滅 – 灼熱絲下的描圖紙未被燃燒物質落下來的液滴點燃。菲尼克斯電氣使用的聚醯胺外殼材料滿足灼熱絲試驗(960 C,最高級別)的要求。

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針焰試驗 – IEC 60947-7-1/-2

對接線端子進行針焰試驗  

針焰試驗

就接線端子的使用而言,直接接觸點火源時,防火性能是一大主要標準。點火源可以是沿著爬電距離的電弧等。接線端子不得助長火勢,塑膠必須具備自滅火屬性。此防火試驗模擬了直接遭遇外部點火源時組件的行為。在此試驗中,將加注了丁烷氣的明火以 45  角保持貼近測試對象的邊緣或表面達 10 秒(見圖)。然後觀察無點火源的測試對象的行為。以下情況測試視為通過:

  • 在移除火焰的 30 秒內,火焰或灼熱過程熄滅。
  • 測試對象下的描圖紙未被燃燒物質落下來的液滴點燃。

由於採用高等級塑膠和結構化設計,所有菲尼克斯電氣的接線端子都通過了針焰試驗。

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塑膠的熱值 – DIN 51900-2/ASTM E 1354

由於有過災難性火災方面的經歷,我們也在根據散熱量對技術系統進行分級。這樣做是爲了限制這方面的生熱。

火災負荷

火災負荷被定義為燃燒期間在某一區域釋放的能量。火災負荷值通常用 MJ/m² 表示。物質的熱值和存在性越高,燃燒期間釋放的能量總量就越大。聚醯胺的熱值相對較高。出於這個原因,接線端子的熱值也逐漸被包括到火災負荷的確定中。菲尼克斯電氣使用的塑膠的熱值依據:

DIN 51900-2: ASTM E 1354: 
聚醯胺 66 V2大約 30 MJ/kg聚醯胺 66 V2大約 22 MJ/kg
聚醯胺 66 V0大約 32 MJ/kg聚醯胺 66 V0大約 24 MJ/kg
  用於對比:加熱油大約 44 MJ/kg

若要計算每個組件的火災負荷,每個聚醯胺的熱值必須乘以部件重量。

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可燃性等級 – UL 94

測試設定依據 UL 94  

測試設定依據 UL 94

UL 94 對阻燃試驗進行了規定,該試驗對電氣工程特別重要。防火性能為主要焦點。性能等級依據 UL 94 HB(水平燃燒)或 UL 94 V(垂直燃燒)進行劃分。測試設定中 94 V0/1/2 等級比 94 HB 等級測試更嚴格。

UL 94 V0/1/2

在預處理之後,將測試試樣垂直夾持,並進行多次火焰加熱,每次持續時間為 10 秒。記錄每次測試試樣燃燒至熄滅的時間長度。之後對二次燃燒時間及熔體滴落進行評估。菲尼克斯電氣接線端子所用的塑膠作為 V0 材料滿足分級的高等級標準。

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等級UL 94 V0UL 94 V1UL 94 V2
每次點燃後的燃燒時間< 10 s< 30 s< 30 s
十次燃燒的總燃燒時間< 50 s< 250 s< 250 s
二次燃燒後的發熱時間< 30 s< 60 s< 60 s
完全燃燒
樣本下面的脫脂棉燃燒

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