夜燈耐熱、耐火與耐起痕檢測技術(shù)研究

一、檢測原理

1. 耐熱檢測原理
耐熱性檢測主要評估夜燈在高溫環(huán)境下維持其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電氣安全性的能力。其科學(xué)依據(jù)在于材料的熱變形特性與絕緣性能的熱穩(wěn)定性。在高溫作用下，聚合物材料會發(fā)生鏈段運動加劇、分子間作用力減弱，導(dǎo)致變形加速（熱塑性材料）或交聯(lián)度變化（熱固性材料），同時絕緣材料的體積電阻率隨溫度升高而指數(shù)式下降。檢測通過模擬長期工作溫升（球壓試驗）和短期異常高溫等條件，驗證材料在熱應(yīng)力下的抗軟化、抗變形能力及絕緣性能的保持率。

2. 耐火檢測原理
耐火性檢測旨在評估夜燈外部絕緣材料抵抗引燃和抑制火焰蔓延的能力。其核心原理基于材料的燃燒學(xué)特性，包括點燃難易度（點燃性）、熱釋放速率（HRR）、火焰?zhèn)鞑ニ俣燃白韵ㄐ?。針對固體材料，主要通過直接施加規(guī)定火焰（本生燈或針形火焰），評估其灼熱絲可燃性指數(shù)（GWI）和耐燃指數(shù)（GWFI），以及垂直/水平燃燒等級。針焰試驗則模擬故障條件下的小火焰沖擊，檢驗材料在短暫局部著火后是否能自熄且不引燃周圍部件。

3. 耐起痕檢測原理
耐起痕性（Comparative Tracking Index, CTI）檢測用于測定固體絕緣材料表面在電場和電解液污染共同作用下，抵抗形成導(dǎo)電通道（電痕化）的能力。其原理是：在材料表面放置兩個電極，并滴加特定濃度的氯化銨溶液，施加電壓后溶液因電流熱效應(yīng)蒸發(fā)，形成干區(qū)并產(chǎn)生微小火花。反復(fù)的干區(qū)形成和火花放電會使材料局部碳化，終形成連接電極的導(dǎo)電碳跡。CTI值定義為材料在50滴電解液下未發(fā)生破壞（電流超過0.5A或持續(xù)燃燒）的高電壓值。

二、檢測項目

1. 耐熱檢測項目

• 球壓試驗：將規(guī)定壓力（通常20N）的鋼球壓在樣品表面，置于特定溫度（如支撐載流部件的部位：125℃±2℃；其他部位：75℃±2℃或更高）的烘箱中1小時，取出冷卻后測量壓痕直徑，評估材料抗熱變形能力。

• 熱老化試驗：將試樣置于高溫環(huán)境（如70℃、100℃等）下持續(xù)規(guī)定時間（如168小時），檢測其機(jī)械性能（沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度）和電氣性能（絕緣電阻、介電強(qiáng)度）的變化率。

• 溫度循環(huán)試驗：使樣品在極端高低溫間循環(huán)切換，評估其因熱脹冷縮導(dǎo)致的材料疲勞、開裂或密封失效。

2. 耐火檢測項目

• 灼熱絲試驗：用加熱到特定溫度（如550℃、650℃、750℃、850℃、960℃）的灼熱絲模擬故障熱源，按壓在樣品上30秒，觀察樣品是否起燃及火焰持續(xù)時間，判定其GWFI和GWI。

• 針焰試驗：用規(guī)定高度（12mm±1mm）的特定火焰（功率約1W）灼燒樣品2秒、10秒或30秒，移開后觀察樣品是否自熄及滴落物是否引燃下方絹紙。

• 水平/垂直燃燒試驗（UL94標(biāo)準(zhǔn)）：將條形試樣水平或垂直固定，用標(biāo)準(zhǔn)火焰點燃一端，根據(jù)燃燒速度、自熄時間及滴落物是否引燃棉花進(jìn)行分級（如HB、V-0、V-1、V-2、5VA、5VB）。

3. 耐起痕檢測項目

• 相比電痕化指數(shù)（CTI）測定：在材料表面施加不同電壓（100V至600V），以50滴電解液為標(biāo)準(zhǔn)，尋找不發(fā)生破壞的高電壓值。

• 耐電痕化指數(shù)（PTI）測定：在指定電壓下（如400V），承受50滴電解液而不發(fā)生破壞，驗證材料是否滿足低耐電痕化要求。

• 電痕化追蹤速率試驗：在恒定電壓下，測試材料形成電痕化的速率，用于評估材料在嚴(yán)酷污染環(huán)境下的長期性能。

三、檢測范圍

夜燈的耐熱、耐火及耐起痕檢測覆蓋其所有關(guān)鍵部件：

• 外殼材料：包括主體殼體、燈罩、底座等，需進(jìn)行球壓試驗、灼熱絲試驗（至少550℃起步）、針焰試驗及CTI/PTI測定。

• 內(nèi)部絕緣部件：如線路板基材、電氣隔離片、插座部件等，需進(jìn)行熱老化、灼熱絲（通常650℃以上）、CTI測定（通常要求CTI≥175，甚至≥250）。

• 光源模塊：LED模組的基板、透鏡、封裝膠等，需評估其長期工作耐熱性及耐火等級。

• 電線電纜與連接器：絕緣層和護(hù)套需滿足相應(yīng)的耐熱等級（如90℃、105℃、125℃）及VW-1或FT級垂直燃燒要求。

應(yīng)用領(lǐng)域具體要求：

• 家用及類似場所：需滿足基礎(chǔ)安全標(biāo)準(zhǔn)，球壓試驗溫度至少75℃/125℃，灼熱絲至少550℃（GWFI），CTI通常要求≥175。

• 兒童房、幼兒園等：耐火要求更為嚴(yán)格，可能要求V-0級阻燃材料，并提高灼熱絲測試溫度。

• 商業(yè)及公共設(shè)施（酒店走廊、醫(yī)院病房）：要求更高的耐火等級（如V-0或5VA）和耐起痕性能（CTI≥250），以適應(yīng)更復(fù)雜的環(huán)境和更長的連續(xù)工作時間。

• 戶外及惡劣工業(yè)環(huán)境：除高等級耐熱耐火要求外，特別強(qiáng)調(diào)高CTI值（≥400）以應(yīng)對潮濕、污穢條件下的電痕化風(fēng)險。

四、檢測標(biāo)準(zhǔn)

1. 標(biāo)準(zhǔn)

• IEC/EN 60598-1：燈具通用安全標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了夜燈等燈具的球壓試驗、灼熱絲試驗、針焰試驗和耐電痕化試驗的要求和方法。

• IEC 60695-2-10/11/12/13：灼熱絲試驗方法系列標(biāo)準(zhǔn)。

• IEC 60695-11-5/10/20：針焰試驗方法標(biāo)準(zhǔn)。

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

• UL 94：設(shè)備部件用塑料材料的可燃性等級標(biāo)準(zhǔn)。

• UL 153：便攜式燈具標(biāo)準(zhǔn)，對夜燈有特定補(bǔ)充要求。

2. 國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)

• GB 7000.1：等同采用IEC 60598-1，為中國強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。

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

• GB/T 5169.5/17：等同采用IEC 60695-11-5/10。

• GB/T 4207：等同采用IEC 60112。

標(biāo)準(zhǔn)對比分析：

• 協(xié)調(diào)性：中國GB標(biāo)準(zhǔn)在燈具安全領(lǐng)域與IEC/EN標(biāo)準(zhǔn)高度協(xié)調(diào)，技術(shù)要求基本一致，有利于產(chǎn)品流通。

• 差異性：北美UL標(biāo)準(zhǔn)體系在部分細(xì)節(jié)上存在差異。例如，UL 94的燃燒等級判定與IEC的灼熱絲/GWFI體系不同，但二者均為評估耐火性的有效手段。UL標(biāo)準(zhǔn)可能對特定材料或結(jié)構(gòu)有額外的測試要求。制造商需根據(jù)目標(biāo)市場選擇對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行檢測認(rèn)證。

五、檢測方法

1. 球壓試驗方法要點

• 預(yù)處理：試樣在（15-35）℃、（45-75）%RH環(huán)境下放置至少24小時。

• 試驗裝置：壓力球（R2.5mm）、加載裝置（總壓力20N±0.2N）、加熱箱。

• 操作：試樣水平放置，球壓裝置垂直壓于表面，迅速移入已預(yù)熱至規(guī)定溫度的烘箱中，1小時后取出，立即浸入冷水10秒冷卻。測量壓痕直徑，需≤2.0mm。

2. 灼熱絲試驗方法要點

• 預(yù)處理：試樣在（15-35）℃、（45-75）%RH環(huán)境下放置至少24小時。

• 試驗裝置：灼熱絲加熱裝置、測溫系統(tǒng)、計時器。

• 操作：將灼熱絲加熱至規(guī)定溫度（±10℃），以0.8N-1.2N的力垂直壓向試樣表面（或模擬不利位置）30秒。觀察并記錄試樣起燃時間（Ti）、火焰熄滅時間（Te）以及是否引燃鋪底層。GWFI判定：試樣在試驗過程中或結(jié)束后30秒內(nèi)熄滅，且未引燃鋪底層。GWI判定：在特定溫度下，試樣產(chǎn)生的起燃火焰在移開灼熱絲后30秒內(nèi)熄滅。

3. 耐電痕化試驗方法要點

• 預(yù)處理：試樣在（23±2）℃、（50±5）%RH環(huán)境下處理至少24小時。

• 試驗裝置：電極系統(tǒng)（鉑金，5mm×2mm矩形截面）、液滴裝置、可調(diào)電壓源。

• 操作：試樣水平放置，電極相距4.0mm±0.1mm，施加電壓。以30秒±5秒的間隔滴加電解液（0.1%氯化銨溶液），共50滴。觀察是否因電痕化導(dǎo)致電流超過0.5A持續(xù)2秒，或試樣持續(xù)燃燒。通過/失敗法測定PTI；逐級降壓法測定CTI。

六、檢測儀器

1. 耐熱試驗設(shè)備

• 球壓試驗儀：核心為高精度恒溫烘箱（控溫精度±2℃）、球壓頭（硬度≥58HRC）及加載砝碼系統(tǒng)。需確保加熱均勻，溫度恢復(fù)快。

• 熱老化試驗箱：采用強(qiáng)制空氣對流式，溫控精度高（±1℃），帶超溫保護(hù)和時間控制功能。

2. 耐火試驗設(shè)備

• 灼熱絲試驗儀：由灼熱絲環(huán)（Ni/Cr合金）、加熱電流控制單元、精密熱電偶測溫系統(tǒng)、試樣架、壓力施加機(jī)構(gòu)及計時器組成。關(guān)鍵要求是溫度控制準(zhǔn)確、穩(wěn)定，灼熱絲頭尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)。

• 針焰試驗儀：包括特定規(guī)格的本生燈、燃?xì)夤┙o系統(tǒng)、試樣架、計時器和規(guī)定角度的鋪底層。火焰高度和施加時間需精確控制。

• 水平垂直燃燒試驗箱：密閉燃燒室，配備標(biāo)準(zhǔn)甲烷流量計、試樣夾具、計時裝置和脫脂棉放置處。需保證氣流穩(wěn)定，觀察清晰。

3. 耐起痕試驗設(shè)備

• 耐電痕化試驗儀：核心包括高穩(wěn)定度可調(diào)交流電源（0-600V）、電極系統(tǒng)（材質(zhì)、尺寸、壓力嚴(yán)格符合標(biāo)準(zhǔn)）、液滴裝置（滴液高度、滴液間隔精確可調(diào)）和電流監(jiān)測裝置（用于判斷失效）。設(shè)備需具備良好的抗腐蝕性和絕緣性能。

七、結(jié)果分析

1. 耐熱結(jié)果分析

• 球壓試驗：壓痕直徑≤2.0mm為合格。>2.0mm表明材料在該溫度下抗軟化能力不足，存在因熱變形導(dǎo)致短路、漏電或機(jī)械故障的風(fēng)險。

• 熱老化試驗：對比老化前后性能變化率。通常要求絕緣電阻下降不超過50%，介電強(qiáng)度保持率>60%，機(jī)械性能無嚴(yán)重脆化或軟化。

2. 耐火結(jié)果分析

• 灼熱絲試驗（GWFI）：報告試樣厚度，以及在不引燃鋪底層的前提下，能通過試驗的高灼熱絲溫度。例如：GWFI 750℃。

• 灼熱絲試驗（GWI）：報告試樣厚度，以及在特定溫度下（如750℃）是否滿足GWI要求（即Te≤30s）。

• 針焰試驗：合格判定：試驗期間火焰高度未超過校準(zhǔn)高度；移開火焰后，試樣和滴落物的燃燒持續(xù)時間（Ti+Te）≤30s；未完全燃盡；滴落物未引燃鋪底層。

• UL 94等級：根據(jù)試樣燃燒時間、是否滴落引燃等判據(jù)，確定其HB、V-2、V-1、V-0、5VB或5VA等級。

3. 耐起痕結(jié)果分析

• CTI值：報告材料能承受50滴電解液而不失效的高電壓值，例如CTI 250。CTI值越高，材料耐電痕化能力越強(qiáng)。通常分級為：CTI ≥600 (材料組別I)，400 ≤ CTI < 600 (材料組別II)，250 ≤ CTI < 400 (材料組別IIIa)，175 ≤ CTI < 250 (材料組別IIIb)。夜燈絕緣材料通常要求不低于IIIb組。

• PTI驗證：在規(guī)定的測試電壓下（如400V），承受50滴電解液未失效，則判定PTI通過。

• 失效模式分析：若試驗失敗，需觀察是形成完整的導(dǎo)電通道（擊穿），還是因電火花導(dǎo)致材料過度燃燒。這有助于指導(dǎo)材料改性方向。