灼热丝是一个固定规格尺寸的电阻丝环,用直径为 4mm ,孔径为1.0mm的镍/ 铬(80 / 20)丝制成。 灼热丝内带有热电偶,将其放置于灼热丝顶部 后面钻好的小孔里,热电偶的顶部及其四周应保证有很好的热接触。
灼热丝的温度是灼热丝试验的关键因素,温度变化可对材料的温度要求产生影响。 可利用灼热丝上流过的电流来实现温度控制。调节电流值即可对灼热丝的温度调节。从试验样品上落下的燃烧颗粒可能引起的燃烧蔓延,在试验样品下面放置规定的铺底层。 铺底层是一块厚度至少为 10mm 的平松木板,在其上表面 要紧裹一层包装绢纸,面积为210mm*297mm ,位于灼热丝到试验样品作用点下面。
灼热丝试验温度校准需要用厚度为0.06mm,纯度为99.9%,面积为2平方毫米的银箔进行校验。
试验流程:
标准规定,在样品进行预处理同时,铺底层使用的 绢纸和松木板也要进行预处理,用机械限值的方法来调 节贯穿样品的深度限值采用。 灼热丝试验流程图如图 1 所示。接入电流,过程要缓慢,顺时针调节加热电源 上的“电流调节”旋钮,不要大电流进行迅速升温。灼热丝温度在 750℃稳定后,进行灼热丝试验。
图 1 试验流程图
注意事项:
1、对试验样品预处理时,灼热丝试验是很重要的准备工作。不同的温度和湿度环境,样品的起燃性能、火焰蔓延性能以及自熄灭能力有不同的状态。 标准规定,在试验开始之前,试验样品放置在温度23± 2℃ 、相对湿度45 ~ 55% 的环境下调节至少48h。环境温、湿度对试验有重要影响,试验室应 配备温、湿度测量仪器,如果达不到标准要求,可利用空气控制装置进行大气循环的调控。
2 、检查试验箱门能否关闭 本试验操作时应在无空气流通的条件下进行, 因为试验期间氧气有损耗,试验箱的容积不会因此 影响实验结果。 试验时没有关好试验箱门会有两点 影响:一是灼热丝散热相对较快,开着试验箱的门会有流动空气影响灼热丝试验温度,使其无法很好地保持规定温度,同时也影响燃烧着火点;二是当试验箱门打开时,由于试验箱内的氧气相对充足,一旦样 品燃烧着火,很难自动熄灭。
3、对样品施加的压力及深度 灼热丝对样品施加的压力和压力深入度会影响灼热丝试验的结果。 实验装置设的灼热丝在一个水平面上,GB/ T 5169. 10-2017 中规定对试验样品施加 0.95 ~1.0N 的力,灼热丝或试验样品应一直保持此压力在水平方向相对移动。同时标准还规定了灼热丝 施加的深度,也就是利用灼热丝试验装置上的机械卡位限制到7mm。 压力可利用计量合格的砝码来控制。 开始试验前应按标准要求制取和装夹试样,使样品夹具与灼热丝之间的距离,满足标准规定样品的压入深度要求。在规定的试验时间内,压入深度影响灼热丝释放给样品的热量,就有可能会影响试验结果。
4 、加热电流对试验的影响 灼热丝用电加热到标准规定的温度,试验开始前这一温度和加热电流应恒定在 60s,为了热辐射不影响试验样品,在加热期间应有一定距离或屏蔽。 将灼热 丝的顶部与试验样品按规定的时间接触,加热期间保持电流恒定。 在试验过程中温度的变化较大,当在调节加热电流进行升温是,灼热丝达到试验温度就立刻接触样品,容易出现比规定的试验温度更高的热冲击, 温度过冲高于规定的试验温度,这样会影响对试验结果的判定,存在对合格样品误判的可能。
5、 灼热丝可燃性指数(GWFI)结果的判定 试验完成后,根据标准和试验现象对试验结果判定合格与否。 如果试验样品没有起燃或试验样品的火焰或灼热在移开灼热丝之后 30s 熄灭且没有引 燃铺底层,就判定试验合格。 试验期间应该用计量合格的计时装置对样品起燃时间、火焰熄灭时间、铺设层起燃时间和熄灭时间进行记录。
家电产品中的安全性是*受人们关注的问题。家电产品耐燃性对家电产品的安全性可产生直接的影响。 一旦家电产品的非金属材料质量不过关,产品易故障或者发生因过载而使材料燃烧等现象,而且其劣化可能会降低设备安全性,进行灼热丝试验是测试电工电子产品着火危险的*方法。非金属材料的灼热丝试验是对电器产品材料耐燃性能测试的一种重要项目。 本试验是采用模拟方法评定非金属材料的耐燃性,具体过程是模拟灼热元件或过载电阻之类的热源或点火源在短时间所造成的热应力。灼热丝试验适用于电工电子产品、家用电器产品的非金属绝缘材料零件,如:开关外壳、电源线接线端子等。
当高分子材料被水或被电解质溶液污染时,其表面 在外加电场的作用下会产生泄漏电流。由于污染层的电 导率不均匀,该电流产生的热量将使污染层中某些区域 内的水分率先蒸发,从而形成电阻较高的干带。干带导 致电流中断,引发电火花,电火花产生的热量加剧材料 发生降解碳化。如果降解碳化的产物挥发,或者在外力 的作用下离开材料表面,那么放电只会发生在*初形成 的位置而不会向其它区域延伸,这种情况下材料被击穿 也只是被点蚀。如果降解碳化的产物留在材料表面,那 么其较低的电阻将使电场强度集中于此,引发放电重复 发生,使其周围产生更多的低电阻区域,*终形成碳化 物的通路,导致材料失效,即漏电起痕。
国际电工委员会(IEC)制定了 IEC 60112[2] 和 IEC 60587[3] 两种标准试验方法,前者又称滴液法,适于工 作环境较为温和的材料,后者又称斜板法,适用于高压 或者在较为恶劣条件下工作的材料。IEC 60112 标准试 验方法规定试样应水平放置在金属板或玻璃板上,滴液 装置在样品正上方 300mm,两电极材质为铂,间距为 4mm,交流频率为 48~60 Hz,电压从 100 V 开始每次提 高 25 V 直到 600V 或者直到发生电痕破坏。相对漏电起 痕指数(CTI)则定义为试验液滴下 50 滴时不发生电痕 破坏的*电压值,对于 600 V 下仍不发生电痕破坏的 样品,规定用滴液 50 滴后的侵蚀深度来表征其耐电痕性。 IEC60587 则规定试样 45°倾斜放置,试验液的导管安 装在试样上部并以一定的液流量持续加液,两电极材质 为不锈钢,间距为 50mm,高压端放置在试样上部,接 地端放置在试样下部,交流频率为 48~62 Hz,在规定的 电压和液流量下进行测试,记录发生电痕破坏所用的时 间以表征试样的耐漏电起痕性。
漏电起痕现象是高分子材料特有的绝缘破坏形式, 其本质是电火花热作用下的热击穿。这一现象的产生与 材料自身的性质以及环境因素有着密切的联系。提高导 热率、憎水性、制品表面光滑程度、降低降解过程中的 成碳量,都可以起到提高材料耐漏电起痕性的作用。另外, 随着电子电气行业的发展,高分子绝缘材料的使用范围 更加广泛,应该关注其在非常规条件下的耐漏电起痕性,影响高分子材料的耐漏电起痕因素有以下几点
1、材料导热能力的影响
导热能力对耐漏电起痕性的影响体现在放电阶段, 此时,导热能力较强的材料可以导出电火花产生的热量, 降低放电区域的温度,延缓材料的降解与电痕的发展。 通常使用具有良好绝缘性和高热导率的填料来提高材料,试验人员通过氮化铝与氮化硼对硅橡胶耐漏电起痕性的影响试验测试研究发现,相对于氮化铝可以更大幅度提高硅橡胶的导热率,使热量 分散的同时又延缓了干带的形成,因此测试过程中添加氮化硼的硅橡胶中心区域的温度一直保持在 130℃左右,耐 漏电起痕性也得到了显著的提升,而 AlN 的添加则无法 抑制硅橡胶中心区域温度的升高,亦无法提升其耐漏电起痕性。。结果表明,导热率与蚀损质量负相关, 即导热率越高,蚀损质量越低,耐漏电起痕性越强。
2、污染液与亲水性的影响
在不同的工作环境下,高分子材料接触的污染液 有所不同,其耐漏电起痕性也会产生差异,一般来说 电导率越高,泄漏电流越大,电痕也就更容易产生。
3、降解过程与产物的影响
电痕破坏的*终步骤是材料在电火花的热作用下发 生降解。早期的研究表明,聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯等乙烯基聚合物在降解时,其侧基可以与氢结合,形 成挥发性化合物,留下单双键交替主链结构。芳香族聚 合物降解时会首先形成苯基自由基,然后重新结合形成 类似石墨的结构,这些以碳碳双键为骨架的结构导电性 较好,有利于电痕的发展。而聚酰胺、硅橡胶等聚合 物,热降解的产物以单键碳与杂原子为主,导电性较差, 电痕发展受阻。
4、特殊工作环境的影响
高分子材料在高海拔地区的使用有时会受到气压的 限制,低气压下的耐漏电起痕性除了与氧气含量有关之 外,还与材料的化学结构有关。实验人员探究了低气 压(50kPa)时不同高分子材料的耐漏电起痕性,发现随 着气压的降低,聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的 CTI 降低,环氧树脂的 CTI 几乎不变,聚碳酸酯(PC)的 CTI 大幅提高。分析认为,PBT 有较长的碳链,在正常 情况下倾向于与氧气结合形成二氧化碳,但是在低气压 下,氧气的含量不足,大量的碳在材料表面聚集,加速 了碳痕的形成。环氧树脂分子链中苯环占了很大的比例, 即使在正常的大气压下,表面成碳的速度也远大于碳与 氧气结合形成二氧化碳离开材料表面的速度,因此空气 中的氧含量对环氧树脂的耐漏电起痕性没有太大的影响。 而 PC 的氧指数相对较高,在氧含量较低时难以燃烧, 碳痕的形成也就非常困难,因此 CTI 值大幅提高