家用觀火災(zāi)的危害及預(yù)防

家用觀火災(zāi)的危害及預(yù)防

0模型結(jié)構(gòu)及標(biāo)準(zhǔn)類型家用電器對用戶和環(huán)境的潛在傷害主要包括水電傷害、火災(zāi)傷害、機(jī)械傷害、輻射和有害藥物損傷等。火災(zāi)的傷害往往會導(dǎo)致巨大的人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失，因此我們必須非常重視它。本文主要討論標(biāo)準(zhǔn)對塑料材料的耐燃要求。家用電器安全標(biāo)準(zhǔn)于世界范圍而言,有兩套主流標(biāo)準(zhǔn):IEC和UL標(biāo)準(zhǔn)。家用電器IEC標(biāo)準(zhǔn)一般由IEC60335-1家用及類似用途通用標(biāo)準(zhǔn)和IEC60335-2系列特殊標(biāo)準(zhǔn)兩部分組成,其中IEC60335-2是針對具體產(chǎn)品的,是對IEC60335-1的補(bǔ)充,用以確定、刪除、修改或增加IEC60335-1的要求,如家用空調(diào)是IEC60335-2-40,空氣凈化器是IEC60335-2-65。對非金屬材料的耐燃要求一般體現(xiàn)在IEC60335-130章節(jié)。而UL標(biāo)準(zhǔn)通常是具體一份標(biāo)準(zhǔn)對應(yīng)具體產(chǎn)品,如窗機(jī)、移動機(jī)對應(yīng)的是UL484,分體機(jī)是UL1995。對于聚合材料,一般情況是先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)UL94進(jìn)行認(rèn)證,對應(yīng)的證書稱為UL黃卡,具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)針對不同部件根據(jù)實(shí)際情況要求符合一定的阻燃等級。而對于外殼材料和作為電氣絕緣的塑料,一般要求引用UL746C來評估。當(dāng)聚合材料沒有預(yù)先取得UL認(rèn)證,UL746C也提供了成品的測試方法,我們可以理解為隨機(jī)測試。但這種情況下,標(biāo)準(zhǔn)對整機(jī)結(jié)構(gòu)和測試都有相當(dāng)嚴(yán)格的要求。通過閱讀理解IEC和UL標(biāo)準(zhǔn),可以看出在對待塑料材料耐燃的要求上,兩種標(biāo)準(zhǔn)思路存在較大區(qū)別。IEC標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)材料是否“載流”,而UL標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)材料與著火源的位置關(guān)系。本文旨在根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)條款討論兩種標(biāo)準(zhǔn)對材料的耐燃要求。企業(yè)技術(shù)人員在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選材上應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)的要求,開發(fā)安全和符合標(biāo)準(zhǔn)要求的產(chǎn)品。1材料合格性測試在IEC標(biāo)準(zhǔn)中,球壓測試、灼熱絲測試以及針焰測試是三個主要測試,用以判定產(chǎn)品塑料材料的合格性。球壓測試是針對材料耐熱的要求,本文主要討論材料耐燃的要求,對應(yīng)的測試是灼熱絲測試和針焰測試。1.1試驗(yàn)2:50c的高溫?zé)嶙茻峤z測試是IEC標(biāo)準(zhǔn)中對材料耐燃要求最主要的測試,不同部件的材料,根據(jù)是否載流,電流大小及與之的位置關(guān)系(3mm),決定材料做多少溫度(550/650/750/85(0C)的灼熱絲測試。但不同的溫度,對應(yīng)的測試結(jié)果判定方法是一樣的。首先來看灼熱絲的判定方法。試驗(yàn)樣品如果沒有燃燒或灼熱,或同時(shí)符合下面的情形,則認(rèn)為通過了灼熱絲試驗(yàn):(1)如果試驗(yàn)樣品的火焰或灼熱在移開灼熱絲之后的30s內(nèi)熄滅,即te≤ta+30s;(2)使用規(guī)定的包裝絹紙鋪底層,絹紙不應(yīng)起燃。灼熱絲和針焰測試方法具體可見IEC60695-2系列標(biāo)準(zhǔn),針焰的判定方法和灼熱絲相似,在這里不具體敘說,需要注意的是,根據(jù)IEC60335-1附錄E,對印刷電路板,針焰燃燒持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過15s。1.2以連接件為依托的制度測試IEC60335-130.2定義了非金屬材料零件對耐燃的要求,參看附錄O.2可以有更為清晰的條理關(guān)系。下面我們看一下主要條款的要求。對于非載流的一般材料,根據(jù)條款30.2.1,要求應(yīng)承受IEC60695-2-11的灼熱絲試驗(yàn),試驗(yàn)溫度為550℃。這包括有人及無人照看器具中的其他部件以及手持式和類似器具的所有部件。對于支撐載流連接件的絕緣材料部件,根據(jù)條款30.2,分兩種情況:(1)對有人照管的器具,采用條款30.2.2的要求;(2)對無人照管的器具,采用條款30.2.3的要求。家用電器大多為無人照管器具,根據(jù)30.2.3.1和30.2.3.2可總結(jié)為載流大于0.2A的連接件以及與之3mm內(nèi)的非金屬材料均需做850℃和750℃灼熱絲測試;載流小于0.2A的連接件以及與之3mm內(nèi)的非金屬材料做650℃的灼熱絲測試。對上述不同溫度的灼熱絲測試,標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)提到,當(dāng)材料達(dá)到相應(yīng)溫度的GWIT(灼熱絲起燃溫度)或GWFI(灼熱絲可燃性指數(shù))值,可以不用做灼熱絲測試。但對于家用電器,如CB、CE等認(rèn)證來說,一般是選擇直接做材料的灼熱絲測試。根據(jù)測試經(jīng)驗(yàn),650℃和750℃的灼熱絲測試不難通過。但針對這兩個測試,30.2.3.2中有附加條件,即如果測試期間起火超過兩秒,那么該連接件與之直徑20mm,高50mm范圍內(nèi)的部件均需進(jìn)行附錄E的針焰測試,這一點(diǎn)特別需要注意。實(shí)際中,連接件周圍的材料一般是不能通過針焰測試的,若需要通過針焰測試,往往需要使用耐燃性能更好的材料,這將直接帶來成本的增加。所以在物料選擇上,如接線板、繼電器、開關(guān)等器件,建議嚴(yán)格控制器件750℃灼熱絲的起火時(shí)間。2《生活》第5e采用《家相對于IEC標(biāo)準(zhǔn)注重于對電的防護(hù),UL標(biāo)準(zhǔn)更關(guān)心對火的防護(hù),這與UL的歷史和北美的房子多是木材建造有關(guān)。在了解具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)前,我們需要先了解UL94、UL746系列標(biāo)準(zhǔn)和UL黃卡。UL94是《整機(jī)設(shè)備中零部件塑料材料的可燃性試驗(yàn)方法》。按照測試方法和測試結(jié)果,標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)聚合材料的阻燃性能分為:(1)HB;其中第(4)種是針對極薄材料,第(5)種是針對泡沫材料的。家用電器使用的聚合材料一般屬于前3種。具體的測試方法和結(jié)果判定不在具體敘說,可參見標(biāo)準(zhǔn)。有兩點(diǎn)需要注意,一是材料的阻燃性能與厚度是有直接關(guān)系的,對于家用電器的材料來說,一般越厚,阻燃性能越好。二是在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中,對直接用作隔離著火源的材料標(biāo)準(zhǔn)的表達(dá)通常是“5Vmaterial”,但根據(jù)UL要求,這是指5VA材料。5VA和5VB的區(qū)別在于5VA在UL949.6Plaquespecimenstest中是燒不穿或燒穿的孔直徑不超過3mm，而5VB是允許燒得穿的。2.2測試方法及要求UL746系列標(biāo)準(zhǔn)定義了聚合材料各種性能測試和在整機(jī)設(shè)備中的使用要求,包括UL746A、UL746B、UL746C、UL746D和746E。前3份標(biāo)準(zhǔn)與家用電器聚合材料要求密切相關(guān)。UL746A,短期性能測試。包括相對漏電起痕指數(shù)(CTI),耐大電流電弧引燃(HAI)和灼熱電阻絲引燃(HWI)等測試。UL746B,長期性能測試。主要包括相對溫度指數(shù)(RTI)等老化耐久后的指標(biāo)的建立(機(jī)械,電氣性能的變化)。UL746C,定義了整機(jī)設(shè)備中對聚合材料的要求和測試方法,如阻燃性能、電氣性能、機(jī)械性能等。據(jù)統(tǒng)計(jì),有250多種產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)引用了UL746C,所以說UL746C是十分重要的一份標(biāo)準(zhǔn)。2.3黃卡的阻燃要求UL黃卡實(shí)際上就是聚合材料的證書,上面包含了材料的各性能測試數(shù)據(jù),設(shè)計(jì)開發(fā)時(shí)對聚合材料的選擇需注意參考其黃卡。如在設(shè)計(jì)部件的厚度時(shí),部件需符合阻燃等級,考慮其厚度與黃卡上最小厚度的關(guān)系。對于同一牌號的材料,其不同的厚度可能對應(yīng)不同的阻燃等級,對應(yīng)的厚度范圍黃卡上會給出。同時(shí),顏色也是一個重要考慮,因?yàn)樯鄣募尤霑绊懺牧系淖枞夹阅堋Ｈ绺鶕?jù)UL746C,如果材料位于距非絕緣帶電部件0.8mm內(nèi)或距起弧部件12.7mm內(nèi),材料應(yīng)具有適合的相對漏電起痕指數(shù)值(CTI)、熱絲引燃值(HWI)和大電流起弧阻燃值(HAI),這些測試的PLC值黃卡上會給出,在選擇與高壓電有密切接觸的材料時(shí)需注意。又如在整機(jī)溫升測試中,聚合材料的溫升不能超過黃卡上的相對溫度指數(shù)值(RTI)。黃卡提供了聚合材料十分重要的性能參數(shù),設(shè)計(jì)開發(fā)人員需了解上面參數(shù)的意義。下面以具體的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),看看UL標(biāo)準(zhǔn)對聚合材料的阻燃要求。通常分成兩部分來看,外殼和器具內(nèi)的部件。對于器具外殼,一般引用UL746C,具體見UL746C表4.1。標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)是否移動式,有人照看或無人照看來定義不同的阻燃要求。對無人照看的器具,表4.1要求最低使用V-2的材料。但有兩種情況可以例外:(1)制成品符合15和16章關(guān)于12mm或20mm的火焰測試;(2)使用HB材料,但需增加惡劣條件測試,成形應(yīng)力松弛變形等測試,和HB殼體內(nèi)的電氣連接件需滿足5.2、5.3等要求。實(shí)際上這些要求和測試往往更復(fù)雜,測試一般難以通過。器具外殼直接使用V-2的材料會顯得簡單得多和更易通過認(rèn)證。對器具內(nèi)的部件,UL產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)通常會先定義著火源,如分體機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)UL19955.10.5定義了著火源:(1)危險(xiǎn)電壓電路布線;(2)危險(xiǎn)電壓電氣組件(開關(guān)、繼電器、變壓器繞組、電動機(jī)繞組等)。然后根據(jù)部件與著火源的位置關(guān)系要求使用不同等級的阻燃材料。如圖一,截取自UL1995圖5.10.1,是多個UL產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中的圖片。結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)表5.10.1可以較好理解標(biāo)準(zhǔn)對材料的阻燃要求。圖1中,著火源位于中心,對材料的判斷主要分為上、下和側(cè)面3個空間。SpaceA和SpaceB垂直空間一定角度范圍內(nèi)需要用金屬或5VA材料制定的擋板進(jìn)行隔離,并且滿足一定的距離關(guān)系:同危險(xiǎn)電壓布線最少相距51mm(2in),同危險(xiǎn)電壓電氣組件最少相距102mm(4in)。兩個空間范圍的材料要求看表5.10.1,需要特別注意備注的要求。通過對比UL1995和UL484,可以看出兩份標(biāo)準(zhǔn)對SpaceA和SpaceB范圍內(nèi)材料使用的條件是有區(qū)別的。換句話說,雖然使用相同判斷圖,不同的產(chǎn)品,具體產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)要求是有區(qū)別的,這需要注意。對于側(cè)面的材料,根據(jù)條款5.9.8,如果材料的位置能保持同危險(xiǎn)電壓布線最少相距51mm(2in),同危險(xiǎn)電壓電氣組件最少相距102mm(4in),則可以不要這個檔板?？梢?對側(cè)面材料的要求相對低一點(diǎn)。3水平和垂直燃燒測試上面講述了IEC和UL標(biāo)準(zhǔn)在關(guān)于塑料材料耐燃要求的區(qū)別,但兩種標(biāo)準(zhǔn)又是有聯(lián)系的。據(jù)了解,UL標(biāo)準(zhǔn)正在向IEC標(biāo)準(zhǔn)靠攏,后續(xù)會出臺UL60335標(biāo)準(zhǔn)。下面看看兩種標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系。IEC60695-11-10《50W水平與垂直火焰試驗(yàn)方法》、IEC60695-11-20《500W的火焰試驗(yàn)》和UL94關(guān)于水平和垂直測試的測試和評價(jià)方法幾乎是一樣的。IEC60695-11-10對水平燃燒,即HB進(jìn)行了明確分類,分為HB40和HB75,其中數(shù)字表示線性燃燒速率,如40,表示線性燃燒率不大于40mm/min。這被引用到了IEC60335-1中。見條款30.2.1,非金屬材料具有HB40等級可以不用做550℃的灼熱絲。同樣見于條款30.2.3.2和30.2.4,非金屬材料滿足V-0或V-1,可以不用做針焰測試。這里需注意,標(biāo)準(zhǔn)中多次提到“試樣不厚于相關(guān)部件的要求”,即試樣的厚度需要等于實(shí)際部件最小厚度的情況下,按照IEC60695-11-10測試獲得的結(jié)果為肯定時(shí),才被認(rèn)可。又如UL746C,3.20和3.21引用IEC、GWIT和GWFI的定義,在標(biāo)準(zhǔn)表4.1備注a中說明,對便攜式有人看管家用電器,可以使用HB或GWIT和GWFI值為750℃的材料。從上述來說,兩種標(biāo)準(zhǔn)不是完全隔絕,是存在一定聯(lián)系借用的?？傮w而言,UL標(biāo)準(zhǔn)對材料的使用更為嚴(yán)格。4其他抗火材料下面以移動機(jī)為例看看兩種標(biāo)準(zhǔn)對材料的不同要求。如圖2,根據(jù)部件是否容易起火,我們著重考慮電器盒、壓縮機(jī)和電機(jī)附近的材料以及面殼。壓縮機(jī)和電機(jī)外殼一般是鐵密封的,需要注意的是壓縮機(jī)接線端子上的蓋子。根據(jù)UL要求,如果蓋子是聚合材料,則要求是5VA材料。而對于IEC標(biāo)準(zhǔn),如果蓋子與接線端的距離在3mm外,需要做550℃灼熱絲;如果是3mm內(nèi),則需要做750℃和850℃的灼熱絲。如果750℃測試期間,起火超過兩秒,則壓縮機(jī)上方的材料還需要做針焰測試。當(dāng)然,如果符合V-0或V-1的要求,則不需要做。電器盒內(nèi)有高壓線路、變壓器、繼電器等多個著火源,根據(jù)UL484條款8.4.1的要求,對這些點(diǎn)火源需要使用金屬或5VA的材料進(jìn)行隔離,受限于體積關(guān)系,一般電器盒直接使用5VA材料或鐵盒包圍起來,這是相對容易滿足標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)。而對于IEC標(biāo)準(zhǔn),同樣需要根據(jù)電器盒與PCB板載流部件的位置關(guān)系進(jìn)行判斷,具體情況同上。但需要注意的是,如高頻變壓器、繼電器等零部件取得了UL認(rèn)證,其個體材料的阻燃不用考慮。但對于IEC標(biāo)準(zhǔn)來說,盡管這些部件取得了認(rèn)證,但還是需要根據(jù)家用電器整機(jī)的安全標(biāo)準(zhǔn)對其自身材料進(jìn)行灼熱絲測試,往往這些零部件能通過灼熱絲測試,但測試期間起火超過兩秒,周圍的材料需要做針焰測試。這是我們需要注意的。面殼的材料要求在IEC標(biāo)準(zhǔn)中,需滿足550℃灼熱絲或HB40的要求。而對于UL484,則需要根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)來判定。條款8.2.1對材料的分類規(guī)定最低等級要求是HB。當(dāng)器具內(nèi)部著火源已經(jīng)被5VA材料或金屬隔離開來,則面殼材料可以使用最低等級的HB。對于其它部件,將根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖8.1,即本文圖1和條款8.4.1-8.4.14來具體分析。通過上面對比,顯然UL對于材料的防火要求比IEC要求更為嚴(yán)格。需要補(bǔ)充說明的是,標(biāo)準(zhǔn)是不斷更新的,如IEC60335-1:2010相對于IEC60335-1:2006,30章對灼熱絲測試的描述更加詳盡和具體。而UL標(biāo)準(zhǔn)也是不斷更新對聚合材料的要求。開發(fā)人員應(yīng)注意因標(biāo)準(zhǔn)的變化提前做好產(chǎn)品規(guī)劃。5注塑件的熱性能本文根據(jù)標(biāo)準(zhǔn),分析了IEC標(biāo)準(zhǔn)和UL標(biāo)準(zhǔn)對塑料材料的耐燃要求?？梢钥闯?兩種標(biāo)