대부분의 폴리머는 현장 화재 안전 표준을 충족시키지 않기 때문에 현재 전기 / 전자 산업, 건설 산업, 소비재 및 자동차, 철도 차량 및 항공기 제조 분야의 운송 업계에서 사용할 수있는 난연성 플라스틱이 개발되고 있습니다. UL94 V 난연성 시험 (수직 시험), 테이퍼 열량계, 미세 연소 열량계 (MCC), 열 중량 및 열 중량 분석.
UL 94 V를 기준으로 한 인화성 테스트
미국 안전 시험 연구소 (UL)의 UL94 표준은 종종 화학 및 복합 제조업체 용 난연 플라스틱 개발을 안내하는 벤치 마크 또는 테스트 표준으로 사용됩니다 UL은 처음에 UL94 V 난연성 테스트는 미국의 전기 / 전자 분야에 진입하는 플라스틱을 승인하지만 세계화가 진행됨에 따라이 테스트는 모든 적용 분야에서 폴리머의 가연성을 입증하는 국제적으로 인정받은 등급이되었습니다.
그림 1 UL94 V-0, V-1 및 UL94를 결정하는 데 사용되는 테스트 세트 (왼쪽) 및 테스트 표준 (오른쪽) (출처 : LKT)
이 시험은 시험 스트립 (125 mm x 12.5 mm x 두께)과 20 mm 길이의 50 와트 메탄 불꽃이 필요합니다. 수직 연소 시험 (V 시험)에서 화염은 불꽃이 점화 될 때마다 시험 샘플을 10 초 동안 두 번 점화합니다 그 후, 면화의 도움으로 연소 시간과 용융물의 적하가 평가됩니다. 그림 1은 샘플의 전처리 표준, 시험 절차 및 플라스틱 재료의 인화성 등급을 보여줍니다.
재료의 두께에 따라 V-0, V-1 또는 V-2로 평가되었습니다.
◆ UL94 V-0 : 10 초 이내에 자체 소화, 용융 물방울 없음, 화염 잔류 시간이 30 초 이내.
◆ UL94 V-1 : 자체 소화 30 초, 용융 물방울 없음, 화염 잔류 시간 60 초 이내.
◆ UL94 V-2 : 용융 물방울이 30 초 이내에 자동 소화됩니다.
UL 5 V, 5 VA 및 5 V B는 플라스틱 소성 등급이 더 우수하고 125 mm 길이의 500 와트 메탄 불꽃이 수직 방향 테스트 스트립 (125 mm x 12.5 mm x 두께)을 점화합니다. 클래스 -2 이상의 플라스틱은 벽 두께가 큰 재질의 경우 UL 5V 표준을 기반으로하는 추가 등급이 적용됩니다.이 수준을 달성하기위한 기준은 다음과 같습니다.
◆ 5V : 불꽃이 5 회 점화되고 각각 5 초간 지속 된 다음 5 초간 일시 중지됩니다 .5 번 점화 후 60 초 이내에 잔류 또는 잔류 불꽃이 없으며 면화 점화를 포함하여 용융물이 떨어지지 않습니다.
◆ 5VA, 5VB : 5V의 요구 사항 외에 수평 판 아래의 화염에 불을 붙이십시오. 5VA : 보드에 허용되는 번스 포인트 (구멍)가 없습니다. 5VB : 불꽃 제거 후 허용되는 번 - 쓰루 포인트 (구멍).
다른 화재 시험 달리 점에서 UL94-V 시험 탁월한 이점 : 플라스틱의 표준 등급은 난연성 시험 상이한 난연제의 두께 및 비 난연 PC + ABS 시료의 두께의 결과에 기초하여 수행된다. 표 1과 같이
표 1은 UL94 V 화재 시험 평가의 두께에 기초한다 : 난연제와 비 난연 PC + ABS 시험 결과 (출처 : LKT)
과학적 근거없이 엄지 손가락의 규칙의 UL94-V 테스트 테스트 장비, 운영 및 평가 미만하지만, UL 승인의 측면에서 독특한 장점을 가지고 있으며, 플라스틱의 많은 분야에서 응용 프로그램에 따라서 적합하다.
UL 화재 등급의 가장 큰 문제점은 주로 성형 부품 (시험편)을 시험하고 인화성 레벨이 플라스틱 원료를 기반으로한다는 것입니다. 따라서 시험 결과는 가공 조건 (최대 2 개의 화재 수준)에 크게 좌우됩니다. , 금형 설계 (화재 등급까지의 편차), 게이트 및 캐비티의 상대 위치, 전 세계의 실험실 간 주관적 평가 및 통계 분석없이 테스트 평가 (샘플이 실패하면 테스트 규정되지 않은 것으로 간주 됨).
따라서 동일한 조건에서 시험편이 항상 생성되는 것은 아니므로 시험을 통해 부품을 성형 할 수 있으며 결과에 편향이있을 수 있습니다.이를 방지하기위한 합리적인 방법은 공정 조건을 내화 시험에 포함시키는 것입니다.
원뿔 열량계 화재 시험
콘 칼로리 미터로 화재 테스트를 수행하는 절차는 표준 규칙에 자세히 설명되어 있습니다.
피라미드 형 가열 코일은 0 내지 100 kW / ㎡의 가변 열 방출 조건 하에서 100 mm × 100 mm × d (바람직한 두께 = 3 mm) 크기의 샘플의 표면을 균일하게 방사하고 두께 방향으로 연소한다 (도 3). 방출 된 양은 소비 된 산소 1kg 당 배출되는 열의 양이 13.1 MJ라는 원칙에 근거한 산소 소비 방법에 의해 결정됩니다.
그림 2 원뿔 열량계 테스트 설정 (출처 : LKT)
시험하는 동안, 열은 단위 면적당 풀어 원추 열량계 시험 결과를 얻을 수있어서, 대응하는 연소 시간은 다음과 같은 파라미터들에 의해 표시된다 : 점화 시간 (TI), 열 방출 속도 (HRR); 최대 열 방출율 (PHR), 총 열 방출량 (THR), 총 CO 및 CO2 양, 연기 농도.
도 3은 난연성 및 PC + ABS 샘플 비 특성 값을 측정 원추 열량계를 나타낸다. 그것은 알 수있는 긴 시동 시간 PC + ABS 난연제 군은 약 75 %이며, 샘플에 도달 지연 UL94 V-0 등급 및 PC + ABS 수지는 순수한 이유가 도달되지 않는 이유 최대 열 방출 비 불꽃 샘플의 약 50 %.이다.
도 콘 열량계 3 : 50의 kW / m2의 조건 열유속 원추 열량계로 측정 된 난연성 및 비 난연 PC + ABS 곡선 (출처 : LKT 'S)
화재 반응에 플라스틱이 요구하는 광범위한 속성은 얇은 벽 재료를 테스트하는 데 사용되는 샘플 생산 방법에 의해 제한되는 UL94 V 테스트보다 더 많은 시간, 비용 및 테스트 노력이 필요합니다 (d <1mm)时不够精准。
미니어처 연소 열량 (MCC)
마이크로 열량계의 장점은 공정에 독립적이며, 가공 전에 펠릿과 부품 샘플을 검사하여 가공 효과를 추론 할 수 있다는 것입니다. 소량의 플라스틱 (2-3 mg)을 불활성 가스 (예 : 질소)가 챔버를 둘러싸고있는 가열 코일에 의해 가열되었다. (그림 4) 가열과 질소 공급이 중단 된 후, 외부 점화 장치는 방출 된 가연성 가스를 점화시키고 산소를 공급했다. 방출 된 열량은 산소 소비 방법에 의해 결정되었다. 재료 단위당 방출되는 열량과 해당 샘플 온도가 표시됩니다 (그림 5).
그림 4 마이크로 연소 열량계 테스트 장치 아이콘 (출처 : LKT)
시험 된 난연제 및 난연성 PC + ABS 블렌드의 고유 값은 그림 6에 나와 있습니다. 난연제 혼합물은 약 95K의 최대 질량 변화에 해당하는 온도 변화를 유발했습니다 (약 445 ° C 약 540 ℃ 난연성 혼합물의 열 방출율은 평균 약 130W / g로 감소 하였다. PC + ABS의 열 방출율의 산포율 (피크 차이)은 열 방출율이 상당히 감소되었지만 80W / g이었고, 연소 혼합물은 10W / g 높습니다. 시험 결과에서 큰 산란이 발생하는 이유는 펠릿에 첨가제가 고르게 분포되어 있지 않기 때문입니다.
그림 5 고유 값을 가진 MCC (출처 : LKT)
열 중량 분석 및 열 중량 분석 (TGA)
열 중량 및 열 중량 측정 테스트 설정 및 테스트 절차는 ISO 11385 및 DIN 51006에서 표준화되었습니다. 샘플은 5-10 mg 플라스틱으로 준비되었으며 0-50 K / 분 (일반적으로 20 K / 분)에서 관찰되었습니다. 표 7은 가열 속도에서 최대 1000 ℃로 가열했을 때 온도와 시간의 영향을 받는다. 비교 및 이해를 위해 그림 7은 온도의 함수로서의 미분 신호 dm / dt를 보여준다 (유도 된 열 중량 분석법, %, 질량 온도 커브 파생 결과)를 난연성 및 비 - 난연성 PC + ABS 혼합물 테스트 결과 형태로 나타냅니다.
그림 6 MCC 측정 결과 : 비 난연 PC + ABS (왼쪽) 및 난연 PC + ABS (오른쪽) (출처 : LKT)
보시다시피, PC + ABS에는 ABS의 경우 458 ° C 및 PC의 경우 538 ° C의 두 가지 특징적인 피크가 있습니다. 난연 혼합물의 최대 온도는 476 ° C ~ 547 ° C 사이에서 다양합니다. 질량 및 / 또는 발열의 최대 변화로서 약 95K의 변화에 상응하며 따라서 마이크로 열량계의 결과 범위 내에있다.
결론
이 테스트는 위의 난연성 및 비 난연성 PC + ABS 블렌드의 화재 응답을 정확하게 평가하지는 않지만 중요하지는 않지만 오히려 이러한 결과는 건전한 과학적 근거없이 사용 된 방법의 한계를 보여줍니다 (UL94 TGA와 MCC는 분해 온도에 대해 비슷한 결과를 주었지만 TGA는 플라스틱 연소 거동에 대한 정보를 제공하지 못했습니다. 물질 개발 과정은 실질적인 도움이지만 연소 작용의 형태와 구조를 설명 할 수는 없습니다.
그림 7 Derivatization 열 중량 분석법 : 난연 PC + ABS (황색) 및 난연성 PC + ABS (녹색) (출처 : LKT)
따라서, 가연성 물질과의 관계를 설명하기 위해, 구조 및 공정 조건의 형태는 우리가 화염 조정 부재 화재 분석에 따르면, 발사 반응의 새로운 과학적 방법을 정량화 할 수 있도록 신속하게 수행 될 수 있지만, 또한 구조의 형상을 변경해야한다. 만일 다양한 벽 두께가 시료에 적용 할 수있다 - 예컨대 25~30mm 직경 스크류 사출 성형기와 금형 시스템 또는 캠퍼스 등에 의해 시료를 제작,보다 샘플 형상 위에 변동 및 제조 조건이다. 구성 요소 및 확인되지 않은 구성은 신경망으로 예측할 수 있습니다.
독일 뉘른베르크에있는 프리드리히 대학 (University of Friedrichs)의 바이에른 고분자 연구소 (Bavarian Polymer Research Institute, BPI)의 새로운 핵심 실험실은 펠렛 및 2 차원 시편을 시험하기위한 최신 시스템 분석 방법을 연구하고 있습니다.