燈具耐熱、耐火和耐起痕檢測(cè)技術(shù)研究

一、檢測(cè)原理

耐熱、耐火與耐起痕檢測(cè)是評(píng)估燈具絕緣材料在極端環(huán)境下的性能穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵技術(shù)手段，其核心原理基于材料科學(xué)、熱力學(xué)及電化學(xué)。

1. 耐熱檢測(cè)原理：主要考察絕緣材料在長(zhǎng)期高溫環(huán)境下保持其物理、電氣性能的能力。其科學(xué)依據(jù)是材料的熱變形溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度及熱老化特性。在高于材料額定溫度的工況下，聚合物鏈段運(yùn)動(dòng)加劇，可能導(dǎo)致變形、軟化、機(jī)械強(qiáng)度下降，進(jìn)而引發(fā)絕緣失效、短路或火災(zāi)。耐熱試驗(yàn)通過模擬高溫環(huán)境，加速材料內(nèi)部物理化學(xué)變化，評(píng)估其熱穩(wěn)定性。

2. 耐火檢測(cè)原理：評(píng)估燈具非金屬材料（特別是絕緣件和支撐件）抵抗火焰燃燒的能力。其原理是模擬材料在接觸火源時(shí)的燃燒行為，包括點(diǎn)燃性、火焰蔓延速度、熱釋放速率及自熄能力。通過觀察材料是否被點(diǎn)燃、點(diǎn)燃后的燃燒持續(xù)時(shí)間及燃燒范圍，判斷其阻燃等級(jí)。阻燃材料通常通過氣相阻燃、凝聚相阻燃或中斷熱交換等機(jī)制實(shí)現(xiàn)其功能。

3. 耐起痕檢測(cè)原理：考察固體絕緣材料表面在電場(chǎng)和電解液聯(lián)合作用下，抵抗形成導(dǎo)電通路的能力。當(dāng)污染物（如灰塵、鹽分）與濕氣在材料表面形成電解液膜時(shí)，在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生漏電流，導(dǎo)致局部干區(qū)形成和微小電弧。這些電弧產(chǎn)生的高溫會(huì)碳化絕緣材料表面，逐步形成導(dǎo)電性碳跡。耐起痕試驗(yàn)就是模擬此過程，通過施加電壓和電解液，觀察材料是否形成碳跡及碳跡的生長(zhǎng)速度。

二、檢測(cè)項(xiàng)目

檢測(cè)項(xiàng)目根據(jù)材料在燈具中所起的作用及潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分類。

1. 耐熱檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 球壓試驗(yàn)：對(duì)絕緣材料施加特定壓力與溫度，測(cè)量其壓痕直徑，評(píng)估材料在高溫下的抗變形能力。

   • 熱老化試驗(yàn)：將材料置于高溫環(huán)境中持續(xù)一定時(shí)間，評(píng)估其老化前后的機(jī)械性能（如沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度）和電氣性能（如絕緣電阻、介電強(qiáng)度）的變化。

   • 溫度循環(huán)試驗(yàn)：模擬燈具在使用過程中的冷熱交替，檢驗(yàn)材料因熱脹冷縮導(dǎo)致的開裂、變形或性能劣化。

2. 耐火檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 灼熱絲試驗(yàn)：用特定溫度的灼熱絲模擬故障過熱元件或灼熱顆粒，接觸試樣評(píng)估其點(diǎn)燃性和火焰蔓延性。

   • 針焰試驗(yàn)：用小型明火火焰模擬故障條件下產(chǎn)生的小火焰，評(píng)估試樣在小火焰下的燃燒行為。

   • 垂直/水平燃燒試驗(yàn)：評(píng)估材料在直接接觸實(shí)驗(yàn)室火焰時(shí)的燃燒等級(jí)（如V-0, V-1, V-2, HB）。

   • ** glow-wire flammability index (GWFI) 和 glow-wire ignition temperature (GWIT)**：灼熱絲可燃性指數(shù)和灼熱絲起燃溫度，量化材料抵抗灼熱絲引燃的能力。

3. 耐起痕檢測(cè)項(xiàng)目：

   • 相比電痕化指數(shù)（CTI）測(cè)定：測(cè)量材料在電場(chǎng)和電解液作用下，表面不形成電痕化所能承受的高電壓值。

   • 電痕化指數(shù)（PTI）驗(yàn)證：在指定電壓下驗(yàn)證材料是否能承受規(guī)定滴數(shù)的電解液而不形成電痕化。

   • 耐電痕化試驗(yàn)：在嚴(yán)苛條件下（如更高的電壓、更低的滴液間隔）評(píng)估材料形成電痕化的難易程度及破壞深度。

三、檢測(cè)范圍

燈具耐熱、耐火、耐起痕檢測(cè)覆蓋廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，具體要求因使用環(huán)境和安全等級(jí)而異。

• 室內(nèi)照明：普通家居、辦公室、商場(chǎng)等場(chǎng)所的燈具，檢測(cè)其絕緣材料的耐熱和耐起痕性，防止長(zhǎng)期工作溫升導(dǎo)致變形或漏電。

• 戶外照明：道路、庭院、景觀燈具，需額外考慮環(huán)境污染物（鹽霧、酸雨）對(duì)耐起痕性能的影響，以及紫外線對(duì)材料耐熱老化性能的影響。

• 工業(yè)照明：用于工廠、倉(cāng)庫(kù)、港口等場(chǎng)所的燈具，環(huán)境可能存在導(dǎo)電粉塵、化學(xué)品，對(duì)耐起痕和耐火等級(jí)要求極高，常要求達(dá)到高CTI值及優(yōu)良的阻燃等級(jí)（如V-0）。

• 應(yīng)急照明：安全疏散指示燈、應(yīng)急燈具，其材料的耐火性至關(guān)重要，必須保證在火災(zāi)初期能夠維持一定時(shí)間的正常工作，阻燃等級(jí)通常為V-0級(jí)。

• 特殊環(huán)境照明：如防爆燈具、水下燈具，除基本三耐性能外，還需符合各自標(biāo)準(zhǔn)（如防爆標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)外殼材料的熱穩(wěn)定性和抗沖擊性有特殊要求）。

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“三耐”性能有明確規(guī)定，核心標(biāo)準(zhǔn)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。

• 標(biāo)準(zhǔn)：

  • IEC 60598-1：燈具 第1部分：一般要求與試驗(yàn)。這是燈具安全的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，其中詳細(xì)規(guī)定了球壓試驗(yàn)（第13章）、耐燃燒和耐起痕試驗(yàn)（第13章）等方法和要求。

  • IEC 60695-2-10/11/12/13：火災(zāi)危險(xiǎn)試驗(yàn)系列標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了灼熱絲試驗(yàn)方法及GWFI/GWIT的測(cè)定。

  • IEC 60112：固體絕緣材料耐電痕化指數(shù)（CTI/PTI）測(cè)定方法。

• 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)（GB）：

  • GB 7000.1：等同于IEC 60598-1，是中國(guó)的強(qiáng)制性安全標(biāo)準(zhǔn)。

  • GB/T 5169.10/11/12/13：等同于IEC 60695-2-10/11/12/13。

  • GB/T 4207：等同于IEC 60112。

• 北美標(biāo)準(zhǔn)：

  • UL 1598：燈具標(biāo)準(zhǔn)，包含對(duì)材料的熱塑性、阻燃性（通常通過UL 94認(rèn)證）的要求。

  • UL 746A/B：針對(duì)聚合物材料的評(píng)價(jià)，涉及電氣、機(jī)械、耐熱、阻燃等性能。

  • UL 94：設(shè)備和器具部件用塑料材料的可燃性試驗(yàn)，是衡量材料阻燃等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。

• 對(duì)比分析：

  • 共通性：IEC與GB標(biāo)準(zhǔn)體系基本一致，UL標(biāo)準(zhǔn)在方法原理上相似，但具體試驗(yàn)條件、評(píng)判準(zhǔn)則存在差異。例如，UL 94的燃燒等級(jí)與IEC的灼熱絲試驗(yàn)關(guān)注點(diǎn)不同，但目的均是評(píng)估阻燃性。

  • 側(cè)：IEC/GB標(biāo)準(zhǔn)更側(cè)重于從終產(chǎn)品的安全角度出發(fā)，規(guī)定關(guān)鍵部件的性能要求；UL標(biāo)準(zhǔn)體系則對(duì)材料本身認(rèn)證有更系統(tǒng)化的分級(jí)。

  • 符合性：產(chǎn)品銷往不同市場(chǎng)需滿足相應(yīng)地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)要求。通常，符合IEC 60598-1及衍生標(biāo)準(zhǔn)即可滿足大部分市場(chǎng)的基本準(zhǔn)入條件。

五、檢測(cè)方法

1. 球壓試驗(yàn)：

   • 方法：將規(guī)定壓力（通常為20N）的鋼球壓在水平放置的試樣上，整體置于比材料正常溫升高25°C（或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定溫度）的烘箱中保持1小時(shí)。

   • 要點(diǎn)：取出后迅速浸入冷水冷卻，測(cè)量壓痕直徑。關(guān)鍵在于溫度的準(zhǔn)確控制、壓力的穩(wěn)定施加及冷卻后測(cè)量的及時(shí)性。

2. 灼熱絲試驗(yàn)：

   • 方法：將加熱到特定溫度（如550°C, 650°C, 750°C, 850°C, 960°C）的灼熱絲以規(guī)定壓力接觸試樣30秒。

   • 要點(diǎn)：觀察試樣是否起燃，若起燃則記錄移開灼熱絲后試樣的燃燒持續(xù)時(shí)間。試驗(yàn)溫度的選擇取決于部件在燈具中可能承受的故障條件。

3. 耐電痕化試驗(yàn)：

   • 方法：在試樣表面放置兩個(gè)電極，施加特定交流電壓（如100V至600V），以恒定間隔（如30秒）滴下規(guī)定濃度的氯化銨溶液。

   • 要點(diǎn)：記錄在材料表面形成導(dǎo)電通道（電痕化）導(dǎo)致電流超過規(guī)定值時(shí)所承受的電壓（CTI），或是在規(guī)定電壓下能承受的液滴數(shù)而不發(fā)生電痕化。電極壓力、液滴高度和速度、環(huán)境條件均需嚴(yán)格控制。

六、檢測(cè)儀器

1. 耐熱試驗(yàn)設(shè)備：

   • 球壓試驗(yàn)儀：由負(fù)載裝置、鋼球壓頭、加熱箱和測(cè)量顯微鏡組成。技術(shù)特點(diǎn)是溫控精度高（±2°C）、負(fù)載穩(wěn)定。

   • 熱老化試驗(yàn)箱：采用強(qiáng)制空氣對(duì)流，確保箱內(nèi)溫度均勻性。具備程序升溫功能和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2. 耐火試驗(yàn)設(shè)備：

   • 灼熱絲試驗(yàn)儀：核心為可精確控溫的灼熱絲加熱系統(tǒng)、試樣夾持裝置和計(jì)時(shí)器。技術(shù)關(guān)鍵在于灼熱絲溫度的校準(zhǔn)精度和重復(fù)性。

   • 水平垂直燃燒試驗(yàn)箱：配備本生燈、試樣架、標(biāo)尺和計(jì)時(shí)裝置。要求火焰高度、施加時(shí)間精確可控，并具備排風(fēng)系統(tǒng)。

   • 針焰試驗(yàn)儀：模擬小火焰，要求火焰施加時(shí)間和位置精確。

3. 耐起痕試驗(yàn)設(shè)備：

   • 耐電痕化試驗(yàn)儀：包括高壓電源、電極系統(tǒng)、滴液裝置和電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。技術(shù)特點(diǎn)是輸出電壓穩(wěn)定、滴液間隔和體積精確、能自動(dòng)判斷試驗(yàn)終點(diǎn)（電流超標(biāo)或持續(xù)電?。?/span>

七、結(jié)果分析

1. 耐熱結(jié)果分析：

   • 球壓試驗(yàn)：壓痕直徑不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（如2.0mm）為合格。直徑過大表明材料熱變形溫度不足，在正常工作溫度下可能軟化導(dǎo)致危險(xiǎn)。

   • 熱老化試驗(yàn)：對(duì)比老化前后性能保持率，如沖擊強(qiáng)度保持率不低于50%，介電強(qiáng)度無(wú)明顯下降。

2. 耐火結(jié)果分析：

   • 灼熱絲試驗(yàn)：根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)（如IEC 60695-2-11/12）評(píng)判。GWFI指材料在三次試驗(yàn)中均滿足“不起燃或起燃后火焰在移開灼熱絲后30秒內(nèi)熄滅且未完全燃燒”的高溫度。GWIT指材料在三次試驗(yàn)中均“不起燃”的高溫度加25K（或50K）。

   • UL 94燃燒等級(jí)：根據(jù)試樣燃燒時(shí)間、是否滴落引燃脫脂棉等判據(jù)，分為V-0, V-1, V-2, HB等等級(jí)。V-0為高阻燃等級(jí)。

3. 耐起痕結(jié)果分析：

   • CTI值：數(shù)值越高，表明材料耐電痕化性能越好。根據(jù)CTI值對(duì)材料進(jìn)行分級(jí)（如CTI ≥ 600為材料組別I，400 ≤ CTI < 600為材料組別II等），用于電氣間隙和爬電距離的設(shè)計(jì)依據(jù)。

   • 試驗(yàn)終點(diǎn)判斷：發(fā)生以下情況之一即為失效：a) 電流回路因電痕化導(dǎo)致電流持續(xù)超過0.5A并維持2秒；b) 試樣發(fā)生持續(xù)火焰燃燒。記錄失效時(shí)的電壓值或液滴數(shù)。

綜上所述，燈具的耐熱、耐火和耐起痕檢測(cè)構(gòu)成了評(píng)估其電氣安全性和長(zhǎng)期可靠性的核心環(huán)節(jié)。通過嚴(yán)格的試驗(yàn)、的儀器和科學(xué)的分析，可以有效甄選合格材料，從源頭預(yù)防因材料失效引發(fā)的安全事故。