GB3836.1-2010標(biāo)準(zhǔn)對(duì)煤礦用塑料外殼的阻燃抗靜電要求解析

王世聰，別明智，杜 靖，徐 旭，代雪琴

(1.中煤科工集團(tuán)重慶研究院科聚孚工程塑料有限責(zé)任公司，重慶 400037；2.重慶市高性能工程塑料工程技術(shù)研究中心，重慶 400037)

近年來(lái)，國(guó)家實(shí)施了對(duì)煤礦安全生產(chǎn)裝備領(lǐng)域進(jìn)行了新一輪的改造升級(jí)措施，對(duì)礦用監(jiān)測(cè)監(jiān)控儀表產(chǎn)品的需求持續(xù)加大，該類(lèi)產(chǎn)品大多是由本質(zhì)安全型“I”保護(hù)的設(shè)備，絕大多數(shù)使用塑料外殼。而煤礦井下爆炸性環(huán)境屬于GB3836.1-2010標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定的I類(lèi)環(huán)境，相應(yīng)的安全技術(shù)要求更為嚴(yán)苛，這對(duì)于將普通塑料外殼材料應(yīng)用于I類(lèi)爆炸性氣體環(huán)境提出了更高的要求[1]。為此，有必要對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)中的特殊技術(shù)要求條款進(jìn)行分析、理解，以指導(dǎo)科研技術(shù)人員改進(jìn)材料配方，更好滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的煤礦井下爆炸性環(huán)境要求。

1 標(biāo)準(zhǔn)制定背景

GB3836.1-2010標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將爆炸性氣體環(huán)境用電氣設(shè)備分為I類(lèi)、II類(lèi)和III類(lèi)。I類(lèi)電氣設(shè)備用于煤礦瓦斯氣體環(huán)境，II類(lèi)電氣設(shè)備用于除煤礦甲烷氣體之外的其它爆炸性氣體環(huán)境，III類(lèi)電氣設(shè)備用于除煤礦以外的爆炸性粉塵環(huán)境，其中，煤礦井下瓦斯氣體環(huán)境用I類(lèi)電氣設(shè)備對(duì)防護(hù)等級(jí)要求最高。該標(biāo)準(zhǔn)是工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)煤礦井下用安全電氣設(shè)備時(shí)的重要指導(dǎo)性標(biāo)準(zhǔn)之一。

2 阻燃抗靜電安全性能

2.1 抗靜電性能要求

圖1 表面電阻測(cè)試示意圖

標(biāo)準(zhǔn)第7.4.2條規(guī)定：避免靜電電荷在I類(lèi)或者II類(lèi)電氣設(shè)備上積聚，需要合理選材，其表面電阻不大于1.0×109Ω，且需要限定外殼非金屬部件的表面積，I類(lèi)電氣設(shè)備外殼非金屬部件最大表面積不得大于10000 mm2。并規(guī)定其測(cè)試方法采用本標(biāo)準(zhǔn)第26.13條規(guī)定的方法進(jìn)行。

根據(jù)GB3836.1-2010標(biāo)準(zhǔn)，表面電阻測(cè)試示意圖如圖1所示，試件表面應(yīng)干凈，完好無(wú)損。在試件表面上用導(dǎo)電漆涂?jī)蓷l平行的電極，導(dǎo)電漆溶劑對(duì)絕緣電阻不應(yīng)有明顯影響。試件應(yīng)用蒸餾水擦凈，然后用異丙基乙醇(或其它任何能與水混合且不影響試樣或電極材料性能的溶劑)清洗，在干燥前再用蒸餾水清洗。不得用手觸摸，置于溫度(23±2)℃和濕度(50±5)%條件下24 h。試驗(yàn)應(yīng)在同樣的環(huán)境條件下進(jìn)行。

測(cè)試時(shí)兩極間應(yīng)施加(500±10)V的直流電壓，歷時(shí)(65±5)s后，讀取電阻測(cè)試儀器顯示的表面電阻值。測(cè)定時(shí)的電壓應(yīng)足夠穩(wěn)定，使電壓波動(dòng)所產(chǎn)生的充電電流與流過(guò)試件的電流相比可忽略不計(jì)。

為達(dá)到該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表面電阻要求，現(xiàn)廣泛使用塑料低分子抗靜電助劑，從選擇來(lái)看一般的低分子抗靜電劑，可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型等，最低一般可以達(dá)到107Ω數(shù)量級(jí)的表面電阻值。而且，低分子抗靜電劑塑料材料配方中添加量也不盡相同，一般低分子抗靜電劑添加量<1%，添加方式一般有直接涂覆在制品表面，也可與樹(shù)脂進(jìn)行混煉，直接涂覆方法雖然簡(jiǎn)單但存在因抗靜電劑水洗、摩擦或自然揮發(fā)等損失，需要定期補(bǔ)充，而混煉方法可以使得在材料內(nèi)部的靜電劑通過(guò)遷移不斷彌補(bǔ)表面靜電劑的損失，抗靜電效果更持久，但都不能永久保持抗靜電效果需要技術(shù)人員根據(jù)不同使用用途分別予以考慮。

2.2 阻燃要求

本標(biāo)準(zhǔn)第7.5條規(guī)定I類(lèi)電氣設(shè)備塑料外殼應(yīng)具有阻燃性能。在規(guī)范性附錄C：I類(lèi)電氣設(shè)備的特殊要求中，第C.3條規(guī)

定I類(lèi)電氣設(shè)備塑料外殼應(yīng)采用不燃或阻燃材料制成，并應(yīng)能承受C.4規(guī)定的燃燒性能試驗(yàn)，C.4條規(guī)定I類(lèi)電氣設(shè)備塑料外殼燃燒性能試驗(yàn)按GB/T 11020-2005中規(guī)定的火焰垂直試樣法(FV法)進(jìn)行。C.5條規(guī)定試驗(yàn)結(jié)果以不低于FV2級(jí)的要求為合格。引用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 11020-2005為《固體非金屬材料暴露在火焰源時(shí)的燃燒性試驗(yàn)方法清單》，其中火焰垂直試樣法(FV法)關(guān)于阻燃等級(jí)的判定方法如表1所示。

表1 GB/T11020-2005標(biāo)準(zhǔn)阻燃性試驗(yàn)判定指標(biāo)

垂直燃燒試驗(yàn)時(shí)，分別一組5條試樣進(jìn)行預(yù)處理，具體分常態(tài)(23±2)℃、(50±5)%RH，48 h條件和老化(70±2)℃，168 h條件→干燥器，(23±2)℃，4 h兩種狀態(tài)，這兩個(gè)處理?xiàng)l件需要分別按照如表2要求進(jìn)行判斷，且兩個(gè)預(yù)處理?xiàng)l件需要均滿(mǎn)足相應(yīng)的判別標(biāo)準(zhǔn)才能證明符合該等級(jí)。

表2 垂直燃燒法判別標(biāo)準(zhǔn)

垂直燃燒試驗(yàn)按照?qǐng)D2所示過(guò)程進(jìn)行。

圖2 50 W垂直燃燒試驗(yàn)過(guò)程圖

圖3為燃燒試驗(yàn)樣品圖片，樣品可以采取模塑成型法和裁取方法，裁取試樣時(shí)需要求注意剔除表面的飛皮、毛刺。

圖3 試驗(yàn)樣品圖片

對(duì)于阻燃試驗(yàn)，本標(biāo)準(zhǔn)該要求的試驗(yàn)方法同GB/T2408-2008《 塑料 燃燒性能的測(cè)定 水平法和垂直法》和UL94-2013《設(shè)備和器械零件用塑料材料的易燃性安全性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》基本一致，這也有助于技術(shù)人員將已設(shè)計(jì)的常用阻燃配方材料應(yīng)用于煤礦井下瓦斯爆炸性氣體環(huán)境中[2-3]。由于該標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)材料本身的禁限用物質(zhì)含量做出規(guī)定，因此阻燃塑料中常用的溴系阻燃劑、磷-氮系阻燃劑均能在材料配方中使用[4]。

3 結(jié)論

GF3836.1-2010標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)塑料材料應(yīng)用于煤礦井下瓦斯爆炸性氣體環(huán)境的安全技術(shù)條件進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定，材料配方技術(shù)人員應(yīng)針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)要求需要詳細(xì)理解，這有助于對(duì)塑料材料配方的選型，以更好的適應(yīng)煤礦井下用電氣設(shè)備塑料外殼部件相關(guān)安全技術(shù)要求，對(duì)生命安全負(fù)責(zé)。