可移式通用燈具耐熱、耐火和耐起痕檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

耐熱、耐火和耐起痕檢測的核心在于評估燈具所用非金屬材料（主要是絕緣材料和可燃材料）在熱、火及電應(yīng)力作用下的穩(wěn)定性和安全性。

1. 耐熱檢測原理：基于材料在長期高溫環(huán)境下維持其物理、電氣性能的能力。主要考察材料的熱變形溫度（Heat Distortion Temperature, HDT）和維卡軟化點(diǎn)（Vicat Softening Point）。其科學(xué)依據(jù)是高分子聚合物鏈段在熱作用下開始劇烈運(yùn)動，導(dǎo)致材料從玻璃態(tài)向高彈態(tài)或粘流態(tài)轉(zhuǎn)變，從而引發(fā)形變。通過施加恒定壓力于標(biāo)準(zhǔn)試樣，并在勻速升溫環(huán)境中，測定其達(dá)到規(guī)定形變量時(shí)的溫度，以此評判材料的短期耐熱性能。

2. 耐火檢測原理：模擬材料在接觸明火或高溫輻射源時(shí)的燃燒行為。包括阻燃性和灼熱絲測試。

   • 阻燃性測試：通過本生燈或酒精噴燈等標(biāo)準(zhǔn)火焰源直接灼燒試樣，觀察試樣的燃燒程度、余焰和余灼時(shí)間。其依據(jù)是評估材料點(diǎn)燃的難易程度以及撤去火源后自熄的能力。

   • 灼熱絲測試：模擬因電路故障（如過載、接觸不良）產(chǎn)生的高溫部件（如灼熱的電阻絲）對絕緣材料的熱應(yīng)力影響。將加熱至特定溫度的鎳鉻合金絲（灼熱絲）以規(guī)定壓力接觸試樣，評估試樣的起燃性、燃燒持續(xù)時(shí)間以及是否點(diǎn)燃鋪底層絹紙。

3. 耐起痕檢測原理：評估固體絕緣材料表面在電場和電解液污染聯(lián)合作用下，抵抗形成導(dǎo)電通路（電痕化）的能力。測試時(shí)，在材料表面放置兩個(gè)電極，并施加規(guī)定的交流電壓。同時(shí)，在電極間以特定時(shí)間間隔滴落氯化銨溶液等導(dǎo)電液。溶液因電場和熱效應(yīng)蒸發(fā)，在材料表面形成干區(qū)并產(chǎn)生微小火花。反復(fù)的電弧侵蝕會使材料碳化，形成導(dǎo)電通道。通過測量材料在測試電壓下經(jīng)受指定滴液次數(shù)而不發(fā)生破壞（電流超過設(shè)定值或產(chǎn)生持續(xù)火焰）的能力，或測定其相比電痕化指數(shù)（CTI）來評價(jià)其耐起痕等級。

二、檢測項(xiàng)目

可移式通用燈具的非金屬材料檢測項(xiàng)目系統(tǒng)分類如下：

1. 耐熱性項(xiàng)目：

   • 球壓試驗(yàn)：核心項(xiàng)目，用于檢驗(yàn)絕緣材料和非金屬外部部件（如燈體、外殼、電源線護(hù)套）的耐熱變形能力。將規(guī)定鋼球和壓力施加于在加熱箱中達(dá)到測試溫度的試樣上，測量壓痕直徑，評估其在高溫下的剛性。

   • 熱變形溫度/維卡軟化點(diǎn)測試：更精確地測定材料的短期耐熱溫度，常用于材料的選型和質(zhì)量控制。

2. 耐火性項(xiàng)目：

   • 針焰試驗(yàn)：模擬由故障電流產(chǎn)生的細(xì)小火焰對零件的影響，檢驗(yàn)零件著火的危險(xiǎn)性。用小火焰灼燒試樣，觀察其是否起燃及燃燒蔓延情況。

   • 灼熱絲試驗(yàn)：分為灼熱絲可燃性指數(shù)（GWFI） 和灼熱絲起燃溫度（GWIT） 測試。GWFI表示材料能承受特定溫度的灼熱絲灼燒而不被點(diǎn)燃或點(diǎn)燃后在一定時(shí)間內(nèi)自熄；GWIT表示材料在特定溫度灼熱絲作用下，其起燃概率極低。

   • 水平/垂直燃燒試驗(yàn)：根據(jù)UL標(biāo)準(zhǔn)等，評估材料在特定條件下的燃燒速率和自熄性能。

3. 耐起痕項(xiàng)目：

   • 相比電痕化指數(shù)（CTI）測定：測量材料在50滴電解液下未發(fā)生破壞的高電壓值，是材料耐電痕化能力的量化指標(biāo)。

   • 耐電痕化指數(shù)（PTI）測定：在規(guī)定的測試電壓下，驗(yàn)證材料能否經(jīng)受住規(guī)定的滴液次數(shù)而不發(fā)生破壞。

   • 高電壓小電流下的耐電痕化試驗(yàn)：適用于更嚴(yán)酷環(huán)境下的材料評估。

三、檢測范圍

可移式通用燈具廣泛應(yīng)用于家居、辦公、商業(yè)、工業(yè)及戶外場所，其檢測范圍覆蓋所有關(guān)鍵非金屬部件：

• 燈體與外殼材料：如改性PP、ABS、PC、PMMA等塑料制成的燈罩、燈體。

• 絕緣部件：燈頭、接線端子、內(nèi)部導(dǎo)線絕緣層、開關(guān)外殼、驅(qū)動電源的PCB基板及外殼。

• 光學(xué)部件：反射器、透鏡、擴(kuò)散板。

• 裝飾與外部部件：調(diào)光旋鈕、底座、支架、外部電纜護(hù)套。

• 固定用材料：用于固定帶電部件的絕緣襯墊、擋板。

不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Σ牧系燃壱蟾鳟?。例如，兒童房間或長期無人照管場所使用的燈具，其阻燃等級（GWFI/GWIT）要求更高；在潮濕環(huán)境（如浴室、廚房）或粉塵環(huán)境下，對材料的CTI值有嚴(yán)格要求。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)體系對燈具材料的耐熱、耐火、耐起痕要求有明確規(guī)定，但具體指標(biāo)和測試方法存在差異。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60598-1：通用燈具安全要求的基石標(biāo)準(zhǔn)。其耐熱（如球壓測試）、耐火（如針焰、灼熱絲）、耐起痕（CTI/PTI）要求是各國標(biāo)準(zhǔn)的主要參考。

  • IEC 60695系列：專門針對火災(zāi)危險(xiǎn)測試的標(biāo)準(zhǔn)家族，詳細(xì)規(guī)定了灼熱絲、針焰等測試方法。

  • IEC 60112：規(guī)定了固體絕緣材料耐電痕化指數(shù)（CTI/PTI）的測定方法。

• 中國標(biāo)準(zhǔn)：

  • GB 7000.1：等同采用IEC 60598-1，是國內(nèi)燈具檢測的強(qiáng)制性依據(jù)。

  • GB/T 5169系列：等同采用IEC 60695系列。

  • GB/T 4207：等同采用IEC 60112。

• 北美標(biāo)準(zhǔn)：

  • UL 153、UL 1598：對可移式和固定式燈具有專門規(guī)定。在耐火性上，更側(cè)重于水平/垂直燃燒試驗(yàn)（依據(jù)UL 94標(biāo)準(zhǔn)），通過燃燒等級（如HB, V-0, V-1, V-2）來評價(jià)材料的阻燃性能。其對耐熱性的評估也可能采用與IEC球壓試驗(yàn)原理不同但目的相似的測試（如維卡軟化點(diǎn)、HDT在材料標(biāo)準(zhǔn)中更受關(guān)注）。

對比分析：

• 共同點(diǎn)：核心目標(biāo)一致，即確保材料在異常條件下不會引發(fā)火災(zāi)或電擊危險(xiǎn)。球壓試驗(yàn)、耐起痕測試基本原理相通。

• 差異點(diǎn)：

  • 耐火性路徑：IEC/GB體系以灼熱絲試驗(yàn)為核心，輔以針焰試驗(yàn)；而UL體系以UL 94燃燒試驗(yàn)為核心。兩種測試模擬的場景和評判尺度不同，導(dǎo)致材料選擇上可能存在差異。

  • 測試參數(shù)：即使是相同的測試項(xiàng)目（如球壓試驗(yàn)），負(fù)載、溫度、持續(xù)時(shí)間等參數(shù)在不同標(biāo)準(zhǔn)中可能略有不同。

  • 符合性判定：終產(chǎn)品的符合性判定需要滿足目標(biāo)市場的標(biāo)準(zhǔn)體系要求。一個(gè)產(chǎn)品可能需同時(shí)進(jìn)行灼熱絲和UL 94測試以滿足市場準(zhǔn)入。

五、檢測方法

1. 球壓試驗(yàn)：

   • 操作要點(diǎn)：試樣置于加熱箱內(nèi)支架上。負(fù)載試驗(yàn)裝置（規(guī)定直徑的鋼球及施加壓力）預(yù)熱至試驗(yàn)溫度后，迅速置于試樣表面。持續(xù)加壓（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定時(shí)間，如1小時(shí)）后，將試樣浸入冷水快速冷卻。后測量壓痕直徑。

   • 關(guān)鍵控制：試驗(yàn)溫度的選擇（通常為部件正常工作和異常工作時(shí)的高溫度+特定裕量）、加熱箱溫度穩(wěn)定性、加載速度和平穩(wěn)性。

2. 灼熱絲試驗(yàn)：

   • 操作要點(diǎn)：將灼熱絲加熱至標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度（如550℃, 650℃, 750℃, 850℃, 960℃）。以規(guī)定力將灼熱絲端部頂住試樣表面并保持規(guī)定時(shí)間。觀察和記錄試樣的起燃時(shí)間、火焰熄滅時(shí)間、以及是否點(diǎn)燃鋪底層。

   • 關(guān)鍵控制：灼熱絲溫度校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性、接觸壓力的穩(wěn)定性、試驗(yàn)環(huán)境的無風(fēng)條件、鋪底層的正確放置。

3. 耐電痕化試驗(yàn)：

   • 操作要點(diǎn)：試樣水平放置，兩電極垂直置于其上。施加電壓，并啟動滴液裝置，使電解液以規(guī)定間隔滴落于電極間。觀察直至試樣發(fā)生破壞（電流超過設(shè)定值并維持，或產(chǎn)生持續(xù)火焰），或完成規(guī)定滴液次數(shù)。

   • 關(guān)鍵控制：電極的清潔與對齊、電解液濃度的精確配制、滴液高度和間隔的準(zhǔn)確性、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的潔凈度（污染物會影響結(jié)果）。

六、檢測儀器

1. 耐熱試驗(yàn)設(shè)備：

   • 球壓試驗(yàn)儀：核心是恒溫加熱箱、精密加載裝置（砝碼、杠桿）和標(biāo)準(zhǔn)壓球。要求溫控精度高（±2℃），加載穩(wěn)定。

   • 熱變形/維卡軟化點(diǎn)測試儀：包括恒溫油浴/空氣浴、勻速升溫程序、形變測量裝置。要求升溫速率精確，位移傳感器靈敏。

2. 耐火試驗(yàn)設(shè)備：

   • 灼熱絲試驗(yàn)儀：由灼熱絲加熱單元（含溫度控制和測量系統(tǒng)）、試樣夾持和移動裝置、計(jì)時(shí)器、鋪底層及通風(fēng)櫥組成。關(guān)鍵特點(diǎn)是能精確控制和測量灼熱絲溫度（可達(dá)1000℃以上）。

   • 針焰試驗(yàn)儀：包括特定尺寸的本生燈、計(jì)時(shí)器、試樣架和規(guī)定角度的施焰機(jī)構(gòu)。要求火焰高度和施加時(shí)間精確可控。

   • 水平垂直燃燒試驗(yàn)箱：密閉試驗(yàn)箱，內(nèi)置本生燈、試樣夾、標(biāo)尺。配備排氣系統(tǒng)。要求火焰標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境可控。

3. 耐起痕試驗(yàn)設(shè)備：

   • 耐電痕化試驗(yàn)儀：主要包括可調(diào)高壓電源（通常0.6kV）、電極系統(tǒng)、滴液裝置（計(jì)數(shù)器和高度調(diào)節(jié)）、電流監(jiān)測與故障判斷電路。要求電壓穩(wěn)定，滴液精確，抗干擾能力強(qiáng)。

七、結(jié)果分析

1. 耐熱性（球壓試驗(yàn)）評判：

   • 合格：壓痕直徑 ≤ 2.0 mm。表明材料在測試溫度下具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，不會因熱而導(dǎo)致嚴(yán)重變形，從而避免帶電部件間爬電距離和電氣間隙減小，或引發(fā)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

   • 不合格：壓痕直徑 > 2.0 mm。

2. 耐火性評判：

   • 灼熱絲試驗(yàn) (GWFI)：

     • 合格：在試驗(yàn)過程中無火焰，或產(chǎn)生火焰但在灼熱絲移去后30秒內(nèi)熄滅，且鋪底層未點(diǎn)燃。

     • 不合格：火焰持續(xù)燃燒超過30秒，或點(diǎn)燃鋪底層。

   • UL 94燃燒等級：根據(jù)燃燒時(shí)間、是否滴落引燃棉絮等，分為V-0, V-1, V-2, HB等等級，V-0為高阻燃等級。

3. 耐起痕性評判：

   • 相比電痕化指數(shù) (CTI)：報(bào)告材料在未破壞情況下能承受的高電壓值（如CTI 250, CTI 400）。數(shù)值越高，耐起痕性能越好。根據(jù)CTI值對材料進(jìn)行分級（如IEC 60112中的材料組別I, II, IIIa, IIIb）。

   • 耐電痕化指數(shù) (PTI)：在規(guī)定的測試電壓下（如400V），經(jīng)受住50滴電解液而無破壞，則判定PTI通過。

   • 分析要點(diǎn)：結(jié)果需與產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中對該部件的要求進(jìn)行比對。例如，用于支撐帶電部件的絕緣材料，通常要求CTI ≥ 175，而在更嚴(yán)酷的污染環(huán)境下，可能要求CTI ≥ 250甚至更高。

綜上所述，對可移式通用燈具進(jìn)行系統(tǒng)性的耐熱、耐火和耐起痕檢測，是評估其潛在火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和電氣安全性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，貫穿于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料選型和品質(zhì)控制的全過程。