Materialprovning Vid materialprovning testas plintarna med avseende på materialförändringar. I fokus för materialprovningen står längre belastningstester i form av konstant högre temperaturer, krypsträcksbildning genom fukt och smuts samt simulerat åldrande av materialen.

Hur åldrandet sker spelar en viktig roll när det gäller radplintar med långa livscykler. I detta test påvisas kontaktkvaliteten med hjälp av ett simulerat åldrande. För att simulera mångårig användning monteras fem radplintar horisontellt på en skena och seriekopplas med ledare i den dimensionerade anslutningsförmågan. Spänningsfallet mäts på varje radplint – radplintarna är anslutna till varandra med 300 mm långa ledare. I klimatskåpet ställs den lägsta temperaturen in på +20 °C. Den övre temperaturen ska däremot ställas in så att den max. tillåtna drifttemperaturen (max. +120 °C) för provobjektet uppnås under den 10 minuter långa hålltiden. Under uppvärmningsfasen och hålltiden med max. temperatur är märkströmmen inkopplad. På så sätt kan den max. tillåtna drifttemperaturen (maximalt +130 °C) uppnås för provobjektet. Därefter följer nedkylningsfasen. Spänningsfallet mäts efter 24 cykler i nedkylt tillstånd (ca +20 °C). Testet omfattar totalt 192 cykler. Spänningsfallet får inte överskrida 3,2 mV i början av testet. Under och efter testet får spänningsfallet inte överskrida 4,8 mV, eller 1,5 gånger det värde som uppmättes efter den 24:e cykeln. Radplintarna från Phoenix Contact är konstruerade för att ha en extremt lång livslängd även under krävande temperaturförhållanden. Både plastmaterial och metalldelar har tillräckliga säkerhetsreserver.

Sedan mars 2013 gäller EN 45545-2 istället för de tidigare nationella brandskyddsstandarderna. Den senaste versionen EN EN 45545-:2013+A1:2015 definierar kraven på brandtålighet hos material och komponenter. För att plastmaterial ska godkännas för vissa drift- och konstruktionsklasser på spårfordon beskriver standarden så kallade Hazard Levels (HL) som bygger på testmetoder för fastställande av risknivåer. HL 3 motsvarar de högsta kraven. Följande kontroller genomförs för att kvalificera plastmaterial för elektrotekniska applikationer:

• Syreindex enligt DIN EN ISO 4589-2
• Rökgasutveckling enligt EN ISO 5659-2 (25 kW/m²)
• Rökgastoxicitet NF X70-100-2 (600 °C)
• Vertikalt litet bränntest enligt EN 60695-11-10
  De oförstärkta polyamiderna med flamskyddsklass UL 94 V0 som används i radplintarna från Phoenix Contact uppfyller de högsta kraven. De uppfyller kraven för flamskyddsklass HL3 enligt de tester som beskrivs i R-fraserna R22, R23, R24 och R26.

Standarden UL 94 beskriver brännbarhetstester som har fått särskild betydelse för elektroteknik. I fokus står materialets brandtålighet. Indelningen sker i UL 94 HB (Horizontal Burn), eller UL 94 V (Vertical Burn). Av provuppställningen kan man sluta sig till att klassificeringsnivåerna UL-94-V0/1/2 är högre än klassificeringsnivåerna UL-94HB.

UL 94 V0/1/2
Efter en konditionering fästs teststaven vertikalt och exponeras för en öppen låga flera gånger under 10 sekunder. När teststaven exponerats för lågan mäts tiden tills teststaven slocknar. Därefter utvärderas efterbrinningstiderna och droppbeteendet. Det plastmaterial som används i radplintar från Phoenix Contact uppfyller de högre kraven för en klassificering som V0-material.

Brandbelastning definieras som den mängd energi som vid en brand frigörs på en bestämd yta. Värdet för brandbelastning uttrycks i MJ/m². Värdet beräknas med hjälp av värmevärdet för en substans och utbränningsfaktorn (DIN 18230-1). Ju högre värmevärde och ju större mängd material, desto större blir den energimängd som frigörs vid en brand. Desto större blir därmed även den möjliga brandbelastningen. Det gäller alla komponenter som monterats i applikationen som ska observeras. Värmevärden för polyamider som t.ex. PA 6.6 är relativt höga (jmf: värmevärdet för eldningsoljan som ligger på ca 44 MJ/kg). Därför begärs i allt högre utsträckning även värmevärden för radplintar för att fastställa brandbelastningen. Värmevärden för plastmaterial enligt DIN 51900-2 och ASTM E 1354 som Phoenix Contact använder återfinns i tabellen nedan. För att beräkna brandbelastningen hos enskilda komponenter måste den aktuella polyamidens värmevärde multipliceras med delvikten och antalet monterade artiklar. Värmeavgivningen dokumenteras i konkalorimeter enligt ISO 5660-1 för plastmaterialen.

Vid överbelastning kan strömförande metalldelar i radplintar eller anslutna ledare bli mycket heta. Denna förhöjda värme påverkar även isolationsmaterialet på kapslingen av plastmaterial. För att simulera denna riskfaktor hos elektrotekniska komponenter hettas en tråd upp till en bestämd temperatur(+550 °C, +650 °C, +750 °C, +850 °C eller +960 °C). I enlighet med bilden pressas sedan tråden i den högra vinkeln med en kraft på 1 N mot provobjektets tunnaste kapslingsdel.
Provningen anses vara godkänd vid följande resultat:

• Ingen låga eller glöd uppstår under provningen
• Lågor och glöd slocknar inom 30 sekunder efter att glödtråden har avlägsnats
• Underlaget av silkespapper under glödtråden antänds inte av nedfallande brännande droppar

De polyamider som Phoenix Contact använder som material i kapslingarna uppfyller genomgående de högsta kraven i glödtrådstestet vid den högsta temperaturen, +960 °C (maximal temperaturnivå).

I det tillhörande testet simuleras en förhöjd värmebelastning på radplintarna under en längre tid. För att göra detta observeras plastmaterialens beteende vid konstant höga temperaturer i förhållande till draghållfastheten (mekanisk flexibilitet). Enligt standarden krävs det minst tre, men ännu hellre fyra olika temperaturmätrader på ett provstycke. Beroende på specifikationen mäts draghållfastheten före och efter lagringen under 500 h–5 000 h. Resultatet extrapoleras sedan till 10 000 h (HCI) och 20 000 h (TI). På så sätt fastställs temperaturen som uppmäts när draghållfastheten har sjunkit till hälften efter de 20 000 timmarna. Standarderna IEC 60216 definierar TI som ett temperaturindex som kan användas för att bedöma plastmaterials livslängd under värmebelastning.
TI-värden enligt UL 94 V2: +105 °C
TI-värden enligt UL 94 V0: +125 °C

Luftfuktigheten beror på temperatur och lufttryck. Ju varmare luften är, desto mer fukt kan den absorbera. En luftfuktighet på 100 % återspeglar maximal mättnad av vattenånga i luften vid den aktuella temperaturen. Provningen som beskrivs här omfattar en eller flera temperaturcykler vid hög luftfuktighet (>90 till 100 % vid +40 °C eller +55 °C). Plintkapslingar består vanligtvis av polyamid. Dessa plastmaterial absorberar proportionellt vatten, vilket medför att deras elasticitet ändras. Polyamiderna PA6 och PA66 kan absorbera vattenhalter på mer än åtta viktprocent om de lagras flera dagar i vatten vid t.ex. +80 °C. Fuktupptagning ger dessutom upphov till att måtten ändras p.g.a. uppsvällningseffekten. Vid faktiska klimatförhållanden absorberar polyamid ca 2 till 4 % fukt vid en ändring av längden från 0,6 till 0,8 %. Efter att provningscyklerna slutförts måste man med hjälp ett isolationstest och en kontroll av att ledarens fastsättning, säkerställa att radplintarna sitter ordentligt fast, att de går att använda och fungerar korrekt.
Vid provningsnivå A genomgår radplintarna två cykler vid +40 °C.
Vid provningsnivå B genomgår radplintarna en cykel vid +55 °C.

Följande provning med torr värme syftar till att kunna bedöma om en komponent lämpar sig för att användas, lagras eller transporteras vid höga temperaturer.

Man skiljer här mellan värmeavgivande och icke-värmeavgivande provobjekt. Radplintar klassas som icke-värmeavgivande och omfattas därför av provningsscenario provning Bb (med gradvis förändring av temperaturen). Exponeringens temperatur och tidslängd definierar intensiteten. På radplintar måste man i efterhand kontrollera att de sitter ordentligt fast och fungerar korrekt. Utför därför ett isolationstest och kontrollera att ledaren sitter fast.

Intensiteten för radplintar från Phoenix Contact ligger på +85 °C och 168 h.

Den nyckelroll som metalldelarna i elektriska anslutningar spelar blir särskilt tydlig i aggressiva miljöer. Korrosionsfria kontaktytor är en förutsättning för lågohmiga och högpresterande anslutningar. Denna provmetod beskriver en korrosionsprovning i ett kondensvattenklimat med svaveldioxidhaltig atmosfär. I denna miljö bildas sura föreningar < pH 7 som angriper metallytor. I en testkammare leds två liter destillerat vatten och en liter SO2-gas in. Vid +40 °C testtemperatur bildas svavelsyrlighet under testförloppet (H2SO3). Efter åtta timmars testtid torkar provobjekten under 16 timmar med öppen dörr. När testet är över okulärbesiktigas provobjekten och deras övergångsresistans mäts för att närmare kontrollera hur korrosionstestet har påverkat kontaktpunkten. Radplintar från Phoenix Contact skapar högkvalitativa, gastäta anslutningar som inte påverkas av aggressiva ämnen.

Särskilt inom varvsindustrin och vid offshore-tillämpningar måste tekniska komponenter fungera permanent i korrosiva atmosfärer. Salthalten i luften i kombination med den höga luftfuktigheten ställer höga krav på de metalldelar som används. Med denna standard som grund simuleras belastningarna vid havsklimat. Metalldelarnas och korrosionsskyddets motståndskraft testas med hjälp av saltdimma i korrosiv atmosfär. Provobjekten placeras i testkamrarna och besprutas findoserat med en 5 procentig natriumkloridlösning (NaCl: pH-värde 6,5–7,2) vid en temperatur på +35 °C under 96 timmar. För att bättre kunna bedöma hur kontaktpunkterna påverkas, utförs förutom en okulärbesiktning även en elektrisk provning av provobjekten efter att provningen slutförts. Oberoende av vilken anslutningsteknik som används för radplintarna från Phoenix Contact ger radplintarna upphov till gastäta anslutningar. Detta innebär att kontaktpunkterna är skyddade mot korrosion även vid extrema klimatförhållanden.

Fukt och smuts främjar krypsträcksbildning på plastmaterialens ytor. När ledande anslutningar bildas mellan intilliggande potentialer uppstår krypsträcksbildning. Hur potentialerna är beroende av sin spänningsskillnad under elektrolytisk påverkan tas med i beräkningarna. CTI-värdet för ett plastmaterial visar hur väl denna krypsträcksbildning förhindras. Två platinaelektroder fästs med 4 mm:s avstånd till ett provstycke på 20 mm x 20 mm x 3 mm. En testspänning enligt standarduppgifter appliceras på båda elektroderna. En anordning med elektrolytlösning droppar därefter en droppe på elektroderna var 30:e sekund. Försöket utvärderar det maximala spänningsvärdet utan ett strömflöde > 0,5 A. De plastmaterial som används av Phoenix Contact ligger med ett CTI-värde på 600 i den högsta testspänningskategorin.

Ett annat viktigt säkerhetskriterium för användning av radplintar är brandtåligheten vid direkt kontakt med en brandkälla. Sådana flammande antändningskällor kan t.ex. vara ljusbågar på en krypsträcka. Plintarna får inte främja eller påskynda en brand. Plastmaterialen måste vara självsläckande. Med detta brandtest simuleras komponenternas beteende när de utsätts för en extern antändningskälla som inverkar direkt på dem. I provmetoden riktas en öppen låga av butangas i en vinkel på 45° i över 10 sekunder mot en kant eller yta på provobjektet (se bild). Därefter observeras provobjektets tillstånd utan antändningskälla
. Provningen anses vara godkänd om lågor och/eller glöd slocknar inom 30 sekunder efter att lågan avlägsnats och om underlaget av silkespapper under provobjektet inte antänts av nedfallande brinnande droppar. Tack vare förstklassiga plastmaterial och en ändamålsenlig konstruktion klarar alla radplintar från Phoenix Contact detta test med spetslåga.

För att utvärdera ytbrännbarheten och lågans spridning hos plastmaterial används det så kallade Flame Spread-indexet i enlighet med ASTM E 162. Provet bestrålas med en värmekälla och antänds därefter med en öppen låga. Medan provningen pågår beräknas tiden för när flamfronten når två mätpunkter på olika avstånd från varandra. Flamspridningstiden och en beräknad värmeutvecklingsfaktor ger upphov till Flame Spread-indexet. Dessutom iakttas och utvärderas plastmaterialets droppbeteende under provningen. I USA är det max. tillåtna Flame-Spread-indexet 35. Radplintar från Phoenix Contact uppnår ett Flame-Spread-Index på 5 och dropparna fattar inte eld. Det innebär att värdet ligger långt under tillåtna maxvärden från Federal Railroad Administration (FRA) som lyder under USA:s transportdepartement.

EN ISO 5659-2 beskriver en metod för att bedöma rökutvecklingen hos ett material vid en brand med extra strålningsvärme. Provningen utförs på totalt sex provstycken, men med varje provstycke för sig i en lufttätt förslutningsbar testkammare. Provstyckena måste vara kvadratiska (75 mm x 75 mm), ha en jämn yta och inte vara tjockare än 25 mm. De lindas in i aluminiumfolie så att det enda som är fritt är en exponeringsyta på ovansidan med måtten 65 mm x 65 mm. Vid provningen fixeras provstycket horisontellt i ett fäste och exponeras för en bestrålning på 25 kW/m² under 10 minuter. Provningen utförs på tre prov med tändlåga och på tre prov utan. I detta skede registreras den optiska röktätheten. Först mäts ändringar av värdet i mV för den fokuserade ljusstrålen som träffar en fotosensor. (Maximal ljusintensitet = 100 %, mörker = 0 %.)
Med hjälp av följande formel beräknas de fastställda värdena om och anges sedan som röktäthet:
Dsmax = 132 * log 10/100 Tmin

Bildbeskrivning: 1. Optiskt mätsystem 2. Tryckregulator 3. Ljussträcka 4. Övre luftinloppsöppning (övre område) och nedre luftutloppsöppning, anslutna till utsugningsfläkten (på golvet) 5. Kammare 6. Konvärme 7. Fönster 8. Tändlågsbrännare 9. Provstycke i hållare för provstycke 10. Våg 11. Låsbar dörr 12. Optiskt fönster 13. Ljuskälla

DIN EN ISO 4589-2 beskriver en provning för att utvärdera plastmaterials brandtålighet med hjälp av ett syreindex (OI). För t.ex. plastmaterial som används inom elindustrin måste en platta med en längd mellan 70 och 150 mm, en bredd på 6,5 mm (±0,5 mm) och en tjocklek på 3 mm (±0,25 mm) användas för provningen. Den här plattan monteras lodrätt stående i en glascylinder, spolas med en av ström syre-kvävgasström och tänds vid den övre kanten med en propangaslåga. Därefter analyseras brinnegenskaperna vid olika syrehalter i gasströmmen. Vid antändningen tänds en låga i upp till 30 s med en efterföljande paus på 5 s. Lågan tänds upprepade gånger i steg om 5 sekunder tills provstycket brinner på ytan. Målet är att uppnå en brinntid på 180 s efter att propangaslågan avlägsnats. Mätt från den antända kanten ska inte mer än 50 mm brinnande ha droppat ned eller smälts bort. Brandavbrott på ≤1 s tillåts. Om lågan slocknar innan de 180 s löpt ut bedöms mätningen som ”O“ och andelen syre höjs för nästa cykel. Om lågan varit tänd under de 180 s bedöms mätningen som ”X“ och andelen syre reduceras för nästa cykel. Vid flera provstycken fastställs en precision för syregränsvärdet (där provet fortfarande brinner) på ≤1 % till ”O“ cykler. Detta används senare för att beräkna syreindex OI.

1. Kamin
2. Kaminlucka
3. Hållare för provstycke
4. Trådgallerskärm
5. Diffusor och en blandningskammare
6. Valfri temperaturmätare
7. Rör
8. Provstycke
9. Syre-kväve-blandning
10. Antändningskälla

EN 60695-11-10 definierar hur brandtåligheten bedöms. Materialet tänds med en standardiserad 50 W-spetslåga. För att göra det måste man först tillverka ett rektangulärt, stavformat provobjekt. Detta provobjekt måste ha måttet 125 mm x 13 mm x och en tjocklek på mellan 0,1 till 12 mm. Vid provmetod ”A“ används tre teststavar. Vid provningen fästs varje stav vågrätt och den linjära brinnhastigheten mäts. För detta ändamål har tidigare två markeringar vardera satts dit vid 25 mm och 100 mm. Beroende på utbränningen sker klassificeringen i ”HB//HB 40//HB 75// eller om 100 mm-markeringen överskrids sker den med

v= L/t * 60 s/min

v = brandhastighet
L = längd skadans mått
t = tid

För provmetod ”B“ behövs fem teststavar där varje stav hängs upp lodrätt i en ände och den fria änden tänds med en testlåga under 10 s. Det finns ett underlag av bomull under provobjektet. Därefter fastställs efterbrinntiden t1. Direkt därefter exponeras staven en andra gång för lågan under 10 s. Den här gången mäts efterbrinntiden t2 och efterglödningstiden t3. När detta sker får inga brinnande droppar falla ned och antända underlaget. Mätvärdena beräknas på följande sätt för utvärderingen:

tf = (t1,1 +t2,1)(t1,2 +t2,2)(t1,3 +t2,3)(t1,4 +t2,4)(t1,5 +t2,5)