限制表面溫度燈具耐熱、耐火和耐起痕檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

1. 耐熱檢測(cè)原理：
   耐熱性評(píng)估基于材料在高溫環(huán)境下維持其物理、電氣性能的能力。核心原理包括：

   • 熱變形溫度理論：非晶態(tài)聚合物或結(jié)晶聚合物在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）及以上時(shí)，分子鏈段運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，導(dǎo)致材料軟化變形。檢測(cè)通過(guò)施加標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力，觀測(cè)樣品在升溫過(guò)程中的形變程度。

   • 熱老化機(jī)理：模擬長(zhǎng)期熱效應(yīng)，通過(guò)升高溫度加速材料內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂、氧化反應(yīng)等老化過(guò)程，評(píng)估其性能衰減速率（依據(jù)阿倫尼烏斯方程）。

   • 熱穩(wěn)定性：材料在短期高溫下不分解、不燃燒、不顯著釋放有毒氣體的特性。

2. 耐火檢測(cè)原理：
   耐火性關(guān)注材料阻燃及抑制火焰蔓延的能力。其科學(xué)依據(jù)為：

   • 燃燒三角理論：通過(guò)破壞可燃物、熱量或氧氣其中一環(huán)實(shí)現(xiàn)阻燃。檢測(cè)中，材料接觸標(biāo)準(zhǔn)火焰源，評(píng)估其點(diǎn)燃難易程度、火焰蔓延速度及自熄能力。

   • 成炭機(jī)理：某些材料在高溫下形成膨脹炭層，該炭層具有隔熱、隔氧作用，從而保護(hù)底層材料并阻止火焰進(jìn)一步傳播。

   • 熱量釋放速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)材料燃燒所釋放的熱量，是衡量火災(zāi)危險(xiǎn)性的關(guān)鍵參數(shù)。

3. 耐起痕檢測(cè)原理：
   耐起痕性針對(duì)固體絕緣材料表面在電場(chǎng)和電解液聯(lián)合作用下抗局部導(dǎo)電通路形成的能力。

   • 電痕化理論：在材料表面施加電場(chǎng)并滴落導(dǎo)電電解液，液滴蒸發(fā)導(dǎo)致局部電流密度增大，產(chǎn)生焦耳熱。此熱效應(yīng)引起材料碳化，形成導(dǎo)電通道（電痕）。終可能導(dǎo)致絕緣完全失效（擊穿）。

   • 相比電痕化指數(shù)：材料經(jīng)受50滴電解液而不發(fā)生破壞的高電壓值，是量化耐起痕能力的重要指標(biāo)。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

1. 耐熱檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 球壓試驗(yàn)：評(píng)估絕緣材料和非金屬外殼在高溫下的抗壓痕能力。

   • 熱變形溫度測(cè)定：測(cè)定塑料材料在特定負(fù)荷下產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)形變時(shí)的溫度。

   • 維卡軟化溫度測(cè)定：測(cè)定熱塑性塑料在特定升溫速率和載荷下，壓針刺入樣品1mm深度時(shí)的溫度。

   • 長(zhǎng)期熱老化試驗(yàn)：評(píng)估材料在長(zhǎng)期高溫暴露后機(jī)械、電氣性能的保持率。

   • 熱沖擊試驗(yàn)：檢驗(yàn)材料承受溫度急劇變化的能力。

2. 耐火檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 灼熱絲試驗(yàn)：模擬故障發(fā)熱元件或過(guò)載電阻接觸絕緣材料部件，評(píng)估其著火危險(xiǎn)性。

   • 針焰試驗(yàn)：模擬由故障電流產(chǎn)生的細(xì)小火焰對(duì)部件的影響，評(píng)估其著火危險(xiǎn)性。

   • 水平/垂直燃燒試驗(yàn)：評(píng)估塑料材料在小火焰下的燃燒行為及熄滅能力。

   • ** glow-wire flammability index (GWFI) / glow-wire ignition temperature (GWIT)**：灼熱絲可燃性指數(shù)和灼熱絲起燃溫度測(cè)定。

   • 大電流起弧引燃試驗(yàn)：評(píng)估材料在電弧作用下的引燃傾向。

3. 耐起痕檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 相比電痕化指數(shù)測(cè)定：測(cè)定固體絕緣材料在電場(chǎng)和電解液作用下，表面形成電痕而失效的電壓閾值。

   • 耐電痕化指數(shù)測(cè)定：在規(guī)定的電壓下，不形成電痕所能承受的電解液滴數(shù)。

   • 高壓小電流耐電痕化試驗(yàn)：在較高電壓、較小電流條件下評(píng)估材料的耐電痕化性能。

三、檢測(cè)范圍

限制表面溫度燈具的耐熱、耐火和耐起痕檢測(cè)覆蓋廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，具體要求各異：

• 固定式通用燈具：檢測(cè)燈體、透光罩、絕緣襯墊等部件的耐熱與耐火性，確保在額定高工作溫度下安全運(yùn)行。

• 嵌入式燈具：鑒于其安裝于天花板等密閉空間，對(duì)材料的耐火等級(jí)要求極高，需防止火焰通過(guò)燈具開(kāi)口蔓延。

• 道路與街燈照明：戶外環(huán)境要求材料具備優(yōu)異的耐候性、長(zhǎng)期熱老化性能及耐電痕化性能（尤其在潮濕污染環(huán)境下）。

• 投光燈與高天棚燈：通常功率較高，發(fā)熱量大，對(duì)內(nèi)部絕緣材料、接線端子的耐熱等級(jí)要求嚴(yán)格。

• 防爆燈具：在潛在爆炸性環(huán)境中，要求外殼材料兼具高機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)良的耐熱性及抗靜電引起的電痕化能力。

• 應(yīng)急照明燈具：在火災(zāi)等緊急情況下必須維持功能，其材料需具備高耐火等級(jí)，確保電路在高溫下短時(shí)正常運(yùn)行。

• 可移式燈具：如臺(tái)燈、落地?zé)?，需關(guān)注其可能接觸可燃物的外殼部分的耐熱和耐火性能。

四、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系對(duì)燈具材料的這三方面性能均有嚴(yán)格規(guī)定。

1. 標(biāo)準(zhǔn)：

   • IEC 60598-1：燈具通用安全要求標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了不同類別燈具的耐熱（如球壓試驗(yàn)溫度）、耐火（如灼熱絲試驗(yàn)等級(jí)）和耐起痕（如CTI值要求）的測(cè)試方法與合格判據(jù)。

   • IEC 60695系列：火災(zāi)危險(xiǎn)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)家族，是耐火性檢測(cè)的核心依據(jù)，包括灼熱絲、針焰等多種測(cè)試方法。

   • IEC 60112：規(guī)定了固體絕緣材料相比電痕化指數(shù)和耐電痕化指數(shù)的測(cè)定方法。

2. 標(biāo)準(zhǔn)：

   • GB 7000.1：等同采用IEC 60598-1，是中國(guó)市場(chǎng)燈具產(chǎn)品強(qiáng)制性的安全標(biāo)準(zhǔn)。

   • GB/T 5169系列：等同采用IEC 60695系列，用于評(píng)估電子電工產(chǎn)品的火災(zāi)危險(xiǎn)性。

   • GB/T 4207：等同采用IEC 60112，用于固體絕緣材料耐電痕化試驗(yàn)。

3. 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析：

   • 協(xié)調(diào)性：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)主要通過(guò)等同采用電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了與要求的接軌，降低了技術(shù)貿(mào)易壁壘。

   • 差異性：部分區(qū)域性標(biāo)準(zhǔn)（如北美UL標(biāo)準(zhǔn)）在測(cè)試方法、樣品制備或合格判據(jù)上可能存在細(xì)微差別。例如，UL 746A 對(duì)聚合材料耐電痕化的評(píng)價(jià)體系與IEC 60112有所不同。企業(yè)需根據(jù)目標(biāo)市場(chǎng)選擇適用的標(biāo)準(zhǔn)。

五、檢測(cè)方法

1. 耐熱檢測(cè)方法：

   • 球壓試驗(yàn)：將規(guī)定壓力（通常20N）的鋼球壓在樣品表面，置于比部件正常工作時(shí)預(yù)計(jì)達(dá)到的溫度高25℃±5K（或?qū)τ谥螏щ姴考牟考?，?5℃±5K）的烘箱中，保持1小時(shí)。取出后冷卻，測(cè)量壓痕直徑，需≤2.0mm。

   • 熱變形溫度/維卡軟化溫度測(cè)定：使用專用設(shè)備，在特定油浴或烘箱中，以標(biāo)準(zhǔn)速率升溫，記錄達(dá)到規(guī)定形變時(shí)的溫度。

2. 耐火檢測(cè)方法：

   • 灼熱絲試驗(yàn)：將規(guī)定溫度（如550℃、650℃、750℃、850℃、960℃）的灼熱絲端部以規(guī)定壓力接觸樣品特定時(shí)長(zhǎng)（通常30s），觀察樣品是否起燃、火焰是否蔓延及滴落物是否引燃鋪底層。

   • 針焰試驗(yàn)：使用標(biāo)準(zhǔn)火焰（高度12mm）灼燒樣品特定時(shí)長(zhǎng)（如5s, 10s, 20s, 30s, 60s），移開(kāi)火焰后觀察樣品燃燒持續(xù)時(shí)間及是否引燃周圍部件。

3. 耐起痕檢測(cè)方法：

   • 相比電痕化指數(shù)測(cè)定：在樣品表面放置兩個(gè)鉑電極，施加一定電壓（100V至600V），并以規(guī)定間隔（30s）滴加氯化銨電解液。逐步降低電壓，尋找材料能承受50滴電解液而不發(fā)生破壞（電流超過(guò)規(guī)定值或持續(xù)燃燒）的高電壓值，即為CTI。

六、檢測(cè)儀器

1. 耐熱試驗(yàn)設(shè)備：

   • 球壓試驗(yàn)儀：包含負(fù)載裝置、鋼球壓頭、加熱箱及壓痕測(cè)量工具。關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括溫度控制精度、負(fù)載穩(wěn)定性。

   • 熱變形/維卡軟化點(diǎn)溫度測(cè)定儀：由試樣架、負(fù)載桿、位移傳感器、恒溫浴槽及溫控系統(tǒng)組成。要求升溫速率精確、載荷準(zhǔn)確、形變測(cè)量靈敏。

2. 耐火試驗(yàn)設(shè)備：

   • 灼熱絲試驗(yàn)儀：核心部件為可加熱至規(guī)定溫度的灼熱絲環(huán)、樣品夾持裝置、施加壓力的機(jī)械系統(tǒng)、計(jì)時(shí)器及觀察鋪底層。要求溫度控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定，灼熱絲與樣品接觸壓力可控可重復(fù)。

   • 針焰試驗(yàn)儀：包括產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)火焰的本生燈、樣品架、計(jì)時(shí)裝置及觀察火焰施加和樣品燃燒過(guò)程的系統(tǒng)。火焰高度和施加時(shí)間需精確控制。

3. 耐起痕試驗(yàn)設(shè)備：

   • 耐電痕化試驗(yàn)儀：主要組成部分為高壓電源（提供25V至600V可調(diào)電壓）、電極系統(tǒng)（兩個(gè)鉑金電極）、滴液裝置（能精確控制電解液滴落間隔和體積）及電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（用于判斷失效）。要求電壓穩(wěn)定、滴液精確、電極對(duì)中良好。

七、結(jié)果分析

1. 耐熱結(jié)果分析：

   • 球壓試驗(yàn)：壓痕直徑≤2.0mm為合格。大于此值表明材料在該溫度下抗軟化能力不足，存在安全隱患。

   • 熱變形/維卡溫度：結(jié)果直接報(bào)告溫度值，數(shù)值越高，表明材料短期耐熱性越好。需對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品規(guī)格要求進(jìn)行判定。

   • 熱老化試驗(yàn)：通過(guò)對(duì)比老化前后性能（如拉伸強(qiáng)度、擊穿電壓）的保持率來(lái)評(píng)估。保持率低于規(guī)定閾值則不合格。

2. 耐火結(jié)果分析：

   • 灼熱絲試驗(yàn)：評(píng)判依據(jù)包括：

     • 是否產(chǎn)生火焰或灼熱燃燒。

     • 移開(kāi)灼熱絲后，樣品及周圍部件的火焰或灼熱燃燒的持續(xù)時(shí)間。

     • 是否點(diǎn)燃鋪底層。
       根據(jù)試驗(yàn)溫度和觀察到的現(xiàn)象，判定是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的等級(jí)（如GWT: 550/650/750/850/960℃等級(jí)）。

   • 針焰試驗(yàn)：主要觀測(cè)移開(kāi)試驗(yàn)火焰后，樣品的燃燒時(shí)間（t）以及是否引燃鋪底層。通常要求t ≤ 30s（或更短，視產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)而定），且鋪底層未被引燃。

3. 耐起痕結(jié)果分析：

   • 相比電痕化指數(shù)：報(bào)告能通過(guò)50滴電解液測(cè)試的高電壓值（CTI）。CTI值越高，材料耐電痕化性能越好。根據(jù)CTI值，材料可被劃分為不同的材料組別（如IEC 60114規(guī)定的I, II, IIIa, IIIb組），用于指導(dǎo)電氣間隙和爬電距離的設(shè)計(jì)。

   • 失效判定：試驗(yàn)過(guò)程中，若回路電流持續(xù)超過(guò)0.5A達(dá)2s，或樣品發(fā)生劇烈燃燒，則判定該電壓等級(jí)下試驗(yàn)失敗。

通過(guò)系統(tǒng)性的耐熱、耐火和耐起痕檢測(cè)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕Y(jié)果分析，可以全面評(píng)估限制表面溫度燈具所用材料的安全性、可靠性和壽命，為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選擇和終的安全認(rèn)證提供關(guān)鍵的技術(shù)依據(jù)。