耐热、防火及漏电起痕检测

材料安全核心防线：耐热、防火与漏电起痕检测详解

在电气电子设备、家电产品及建筑材料等领域，材料的安全性能关乎生命财产与设备稳定。其中，材料的耐热能力、防火阻燃特性以及抵抗漏电起痕的性能构成了至关重要的安全屏障。这三项检测相互关联，共同确保材料在严苛或意外工况下的可靠性。

一、 抵御高温形变：耐热性测试探秘

耐热性测试核心在于评估材料在持续高温或短期热冲击下，维持其关键物理性能（如形状、强度、绝缘性）的能力，防止因软化、变形或劣化引发短路、机械失效或火灾。

• 核心方法 - 球压试验： 这是电气绝缘材料最常用的筛选测试。原理是将规定载荷（通常1kg）的金属球压于平整样品表面（测试温度通常高于材料预期工作温度，常用125°C ±2°C或更高），在规定时间（通常1小时）后移开球压装置并冷却。通过测量压痕直径或评估样品变形程度（如是否穿透）来判断是否符合要求（压痕直径≤2mm为常见合格标准）。
• 热变形温度测定： 主要用于工程塑料等热塑性材料。试样在规定载荷下匀速升温，测定其达到规定弯曲变形量（如0.25mm或0.5mm）时的温度，此温度即为其热变形温度，用来比较不同材料的热稳定性。
• 维卡软化点测定： 原理类似热变形温度，但在试样表面施加规定截面积的平头针，在恒定升温速率下，测定针头压入材料规定深度（通常1mm）时的温度，反映材料在无定形区域开始软化的温度点。
• 关键考量： 测试温度的选择（基于材料预期使用环境）、载荷大小、作用时间以及判定标准都需严格依据具体产品安全标准（如IEC/EN 60695-10-2）。

二、 阻隔火焰蔓延：防火性能关键测试

防火测试旨在评估材料遇火时的行为，包括是否容易被点燃、火焰蔓延速度以及燃烧强度（热释放速率、烟气毒性等），目标是最大限度延缓或阻止火势发展。

• 关键方法 - 灼热丝试验： 模拟因故障导致的灼热元件（如过载电阻丝）接触材料。将规定直径的镍铬合金丝加热至预定温度（常用550°C, 650°C, 750°C, 850°C, 960°C），以规定压力接触样品规定时间（通常30秒）。观察并记录样品是否起燃、起燃时间、火焰熄灭时间（移开灼热丝后30秒内是否自熄）以及是否引燃下方铺底层（通常为绢纸）。不同温度等级对应不同安全等级要求。
• 针焰试验： 模拟设备内部因故障产生的小火焰（如短路火花引燃）。使用特定燃烧器产生规定高度（通常12mm ± 1mm）的火焰，以倾斜角度施加于样品规定区域（通常5秒、10秒等）。主要观测样品是否起燃、起燃时间、火焰离开后样品火焰的持续时间（燃烧时间）以及是否滴落引燃下方铺底层（通常为绢纸）。要求通常是火焰移开后30秒内自熄且不引燃铺底层。
• 水平/垂直燃烧试验： 评估材料本身的火焰蔓延性。样品水平或垂直夹持，用标准火焰（如UL 94标准规定的火焰）点燃其一端规定时间。测量燃烧速度（水平）、观察自熄时间（垂直）及有无熔滴引燃棉花等。UL 94评级（HB, V-2, V-1, V-0, 5VA/B）是广泛认可的阻燃等级体系。
• 关键考量： 火焰特性（温度、尺寸）、施加时间、样品状态（预处理）、测试环境以及判定标准（起燃性、燃烧时间、火焰蔓延性、滴落物）必须严格遵循对应标准（如IEC/EN 60695-2-11, -2-12, UL 94）。

三、 预防绝缘失效：漏电起痕指数测试本质

漏电起痕测试模拟绝缘材料表面在电场和潮湿污染物（含电解液）共同作用下的失效过程。污染物在电场下局部发热干燥，形成不连续的干带，干带处电场增强引发微小放电（电痕化）。反复作用最终导致沿材料表面形成碳化导电路径（起痕），引起绝缘失效甚至短路起火。

• 核心方法 - 相比漏电起痕指数测试： 这是最权威的评估方法（如IEC 60112标准）。原理是将两个矩形铂金电极以规定角度和间距（通常60度夹角，4mm间距）置于材料平面样品上。在电极间施加交流电压。用规定溶液（常用0.1%重量比的氯化铵溶液）以规定间隔（通常30秒）滴落于电极间区域。逐步升高电压（通常25V一级），在每一电压等级进行规定次数（通常50滴）的测试。记录材料在测试电压下经受住至少50滴溶液而不发生破坏（起痕深度超过样品厚度一半或持续燃烧）的最高电压值。该电压值除以电极间距（mm）即为材料的相比漏电起痕指数。
• 关键参数： 溶液成分与浓度（直接影响电导率）、滴液高度与间隔、电压升降梯度、电极形状与间距、判定终点（起痕深度或燃烧）以及环境条件（温湿度）。
• 重要性： CTI值是材料选择、电气间隙和爬电距离设计的重要依据（如IEC 60664-1）。高CTI值材料（如CTI ≥ 600）能承受更严酷的表面污染环境或允许更小的爬电距离设计。

结论：协同构筑安全基石

耐热、防火与漏电起痕检测并非孤立存在。材料的耐热性是其防火性能的基础；防火性能防止火灾扩大；耐漏电起痕能力则从源头上预防了因绝缘劣化引发的局部过热甚至起火。这三者的协同作用，为产品在复杂甚至恶劣环境下的安全运行提供了坚实的保障。深入理解各项测试的原理、方法与判定标准，是进行科学选材、优化设计和确保产品最终安全合规的关键所在。持续关注检测方法与标准的发展，也是推动材料技术不断进步的重要动力。