電氣電子產品用非金屬材料的性能分析

劉思哲

（長安大學材料科學與工程學院，710064）

在電氣電子產品中，非金屬材料和絕緣材料的耐熱、耐燃、耐電痕化等性能在一定程度上影響著產品的安全性。如果電氣電子產品的非金屬材料及絕緣材料質量不達標，在產品產生故障或過載太大的情況下，極易出現變形、漏電這一系列情況，從而引發嚴重的火災事故。所以，電氣電子產品的非金屬材料及絕緣材料必須具有較好的耐熱、耐燃等性能，確保電氣電子產品安全的運行。對電氣電子產品試驗人員必須熟練掌握試驗的相關技能，還必須深入了解各項評定標準，依照相關標準要求展開操作，從而起到對材料層層把關的效果，檢驗出不達標的材料，及時進行處理，防止這類產品應用在電氣電子設備中埋下安全隱患。文中以電氣電子非金屬材料的性能為研究依據，對非金屬材料的耐熱性、耐燃性及耐漏性能展開分析，提出非金屬材料物理機械性能的試驗標準。

1 試驗非金屬材料的耐熱性能

1.1 球壓試驗

實施球壓試驗是檢測電氣電子產品耐熱性能的試驗，用來測試電氣電子產品及其零件部位絕緣材料的耐性性，其中不包含陶瓷在內。整個試驗過程采用20n±0.2n的負荷由半徑為2.5mm的鋼球壓于厚度大于3mm的樣品表層，試驗過程的溫度保持1h，經過冷卻之后對壓痕的尺寸進行測量。依照壓痕尺寸的情況類評價樣品處在試驗溫度內的耐熱情況。相關規定表面壓痕的最大的尺寸不得大于2.0mm試為該產品合格。在試驗過程中必須注意以下幾點：①合理控制加熱箱的溫度：在實際實驗的過程中，必須對加熱箱的溫度進行合理掌控，確保加熱箱處于穩定的溫度之內，保障其熱平衡，尤其是做好開關門溫度的控制。②球壓試驗裝置：保障壓力球表面處于光滑的狀態，如果壓力球出現磨損或者不圓滑的情況會影響實驗樣品的受力，導致整個實驗結果出現偏差；所選擇的樣品支架必須確保試驗樣品處在水平狀態；樣品支架必須有充足的強度來支撐負載裝置；在試驗樣品由加熱箱安裝時期，樣品支架必須有良好的質量來阻止試驗溫度不斷減小。③科學選取試驗樣品：所選擇的的試驗樣品不論從大小、厚度都必須符合標準要求，表面不能出現明顯的凹凸。④測量壓痕：對壓痕測量的方法包含發射法、投影法、圖像測量法等，可以根據測量的實際情況選取合適的辦法。必須注意，不管選用何種方法必須進行反復測量，把多種因素對測量結果的影響考慮在內。確保測量出最正確的壓痕直徑。

1.2 維卡軟化溫度

維卡軟化溫度是掌控產品質量及判定非金屬材料耐熱性能的主要指標之一，試驗的過程依照GB/T1633實施，壓針的橫截面積作為1mm2，經過添加負荷之后，采用烘箱或加熱裕讓樣品快速升溫，如果壓針刺在1mm的樣品深度此時的溫度為維卡軟化溫度。根據維卡軟化的溫度數值，結合非金屬材料的外觀及加工等不同因素綜合判斷，這是進行球壓試驗的結果審核的最初階段。

2 測試非金屬材料的耐燃性能

2.1 灼熱絲試驗

灼熱絲試驗就是采用模擬技術評測灼熱元件或過載電阻一系列熱源在較短的時間內導致熱應力影響著火的危險性能。試驗所選用的灼熱絲是標準的電阻絲環，采用電加熱至合適的溫度，確保灼熱絲的頂端接觸樣品上升至規定的30s內之后離開，觀察樣品的燃燒狀況，灼熱絲離開30s之內樣品不會繼續燃燒且不引燃絹紙則判定該溫度適合灼熱絲試驗。灼熱絲試驗過程中，試驗儀器對結果產生很大的影響，選用滿足標準要求的灼熱絲試驗裝置，對獲取正確的實驗結果發揮著重要作用。灼熱絲試驗主要針對非金屬材料的部件，所考核的對象是其燃燒性能，灼熱絲的可燃性指數及其起燃溫度基于非金屬材料繪制成標準樣塊，考察材料的燃燒性能。必須注意所選用的材料的厚度，假設產品的標準只要求接受某一溫度灼熱絲實驗，如果材料的GWFL結果大于或等于產品標準內的溫度值，同時該材料的厚度不超過實際運用的最小厚度，那么則說明該材料達到標準需求。

2.2 針焰試驗

針焰試驗是評測可能由其他著火元件引起的小火焰對實驗樣品的影響。試驗過程采用0.5mm內徑的幀產生12mm高的火焰添加在試驗樣品表面，觀察樣品燃燒及滴落物的情況。針焰移去之后樣品及鋪底層的余灼時間必須不超過30s方為合格。電氣電子產品及其部件在出現故障或過載情況出現時，或許出現過高的溫度或燃燒到周圍的零件。電氣電子產品標準對非金屬材料的耐燃性提出新的要求。一般情況下，外部零件實施5500C的灼熱絲試驗或在實驗樣品厚度不大于有關部件的狀態下，材料燃燒燈具最少為HB40。那些支撐帶電部分，依照有沒有人照管展開分類，把有人照管的載流設置在大于0.5A，灼熱絲的溫度設置為7500C，其工作載流不能大于0.5A。對于無人照管的工作地帶，其工作載流設置不能大于0.2A,灼熱絲的起燃溫度最少是775oC。如果灼熱絲的后燃時間大于2S，必須對附近部件實施針焰試驗，不過試驗樣品其厚度小于有關部件，材料燃燒等級為V-0、V-1的部件不展開針焰試驗。分析達不到針焰試驗標準的因素如下：通常情況下，出現下列兩種情況展開針焰試驗，1、有關標準嚴格規定必須實施針焰試驗；2、因非金屬產品的某一部位規定范圍內其他材料展開灼熱絲試驗后燃的時間比2s大，且該部位為設置火焰屏蔽裝置，則該部位必須實施針焰試驗。第二種情況下展開的針焰試驗出現不合格的幾率較多，因展開針焰試驗的部位多數是基于標準未設置比較高的阻燃要求，因此對產品設計時沒有把這些部位必須接受針焰試驗考慮其中，沒有選用高阻燃的材料進行設計。所以想要確保針焰試驗合理可以從以下幾個方面入手：首先可以提升與其相關部位必須展開灼熱絲實驗材料的阻燃等級，防止灼熱絲試驗出現起火或后燃大于2s的情況，由此避免必須采取針焰試驗。其次對實施針焰試驗材料的阻燃等級進行提升，確保其阻燃等級可以經得起針焰試驗的要求。

2.3 耐電痕化指數

絕緣材料因受到電場的作用，加之受到水或其他雜質的污染，會在其表面形成閃絡情況，從而潛移默化的對材料的絕緣結構進行破壞，形成導電通道，致使電路出現短路的情況，這種情況也被稱為電痕化。絕緣材料表面的抗漏電起痕能力也稱作耐漏電起痕。耐漏電起痕就是模擬電氣電子產品在實際運用過程中各種極性帶電部件處在絕緣表面沉積的導電物質能否引發絕緣材料表面起火、短路而實施的檢驗。電氣電子產品在實際運用時，因環境污染致使絕緣材料表面出現潮氣、污物而出現漏電，從而引發腐蝕破壞其絕緣性能。試驗標準依照標準 要求展開，耐漏電起痕實驗可以對電壓處于600v是電絕緣材料的相對耐電痕化性能進行測量，電痕化試驗就是對不會導致電痕化的最高電壓進行測量。試驗過程中電壓依照每25v作為一個等級添加在樣品表面的鉑電極之上，樣品通過50滴數及20mm3和濃度的電解液之后，試驗過程的電流沒有大于0.5A且樣品沒有出現燃燒則說明該樣品達到了電壓等級電痕化試驗規定之內。耐漏電起痕試驗是對惡劣條件進行模擬的試驗，以此來檢查絕緣材料不會引發漏電痕跡，進而可以在相當短的時間內有別于其他固體絕緣材料抗漏電痕跡的性能確保該產品在相應的環境條件下是可靠的、安全的。依照各材料對耐漏起電痕的相關要求，必須向清楚的了解環境污染的燈具。依照環境污染級別來明確材料的組別，之后對耐漏電起痕指數進行確定。

3 物理機械性能試驗

表1 非金屬材料物理機械性能試驗指標

3.1 非金屬材料的拉伸試驗

該試驗就是對非金屬材料處在拉伸力的狀態下，材料出現變形、伸長、出現應力，甚至出現斷裂的情況。塑料、泡沫、橡膠分別根據GB/T 1040 、GB/T6344 、GB/T528的標準展開操作。進行試驗時根據把標準樣條夾住其兩頭的夾具分離出現對樣品的拉伸力，夾具的分離速率就是樣品拉伸速率。對樣品在整個拉伸試驗中的受力情況進行記錄，在樣品上事先把兩個標記線之間的距離做好，直至樣品出現斷裂，由可以得出測定樣品的拉伸強度。斷裂強度及拉伸斷裂伸長率等相關性能。

3.2 非金屬性材料的彎曲試驗

該試驗選用三點式的彎曲模型展開，塑料、泡沫材料依照GB/T9341和GB/T8812的相關標準實施。試驗的過程中在樣品下面設定長度的兩端之上給予兩個支撐，處于兩個支撐點的中心上方采用可控速率的壓頭完成整個試壓過程，確保樣品出現彎曲變形。對整個彎曲過程的受力及樣品變形情況進行觀察記錄，測出樣品的彎曲強度、模量等數值。

3.3 評估材料的沖擊性能

沖擊試驗就是對材料收到外界的沖擊力出現斷裂的抵抗能力進行測試。進行沖擊力試驗一般有兩種形式，一是懸臂梁沖擊，二是簡支梁沖擊模式。兩種試驗方法的區別是懸臂梁沖擊試驗過程中條形樣品會垂直擺放，把樣品的下半部夾住，擺錘運動平面與樣條長度方向位于同一個平面之內；簡支梁沖擊試驗是把樣條平行擺放，兩端支撐力來自沖擊方向的后方，擺錘整個運動平面與樣條長度方度方向處于垂直狀態。樣品可以出現標準化缺口或沒有缺口。由擺錘沖擊把樣品破壞之后依照擺錘余下的能量測出樣品早破壞消耗的能量值，從而達到試驗樣品的沖擊強度。

4 結束語

電氣電子非金屬材料的耐熱。耐燃、耐漏電起痕、物理機械性能是確保電氣安全的重要方面，依照電氣電子產品分特征和要求選取合理的材料，這是保障電氣電子產品安全性和可靠性的基礎。文中以電氣電子非金屬材料的性能為研究依據，分析了電氣電子非金屬材料的耐熱、耐熱、耐漏起痕、等相關性能，為日后合理使用非金屬材料提供了有效依據。