شناسایی پلیمرها با آزمون شعله
جهت شناسایی ترموپلاستیک‌ها و ترکیبات آن‌ها روش مستقیم (تماس مستقیم با شعله) که بر اساس استاندارد UL-94 انجام می‌گیرد و روش غیرمستقیم (تماس با یک سیم با دمای مشخص) که بر اساس استاندارد (IEC Glow Wire Test: International Electrical Commission) انجام می‌گیرد، به کار می‌رود.
گسترده‌ترین استانداردهای عمل‌کرد قابل‌قبول اشتعال‌پذیری برای مواد پلاستیک، مقادیر UL94 هستند. این مقادیر قصد دارند تا قابلیت ماده را در برافروختن شعله، هنگامی که محترق می‌شود، تعیین کنند. چندین روش بر اساس نرخ سوختن، زمان آتش‌گرفتن، قدرت مقاومت در برابر چکیدن و مشتعل بودن در حالت چکیدن یا نچکیدن، به کار گرفته می‌شوند. هر ماده مورد آزمایش ممکن است بسته به رنگ و یا ضخامت چندین مقدار را به خود اختصاص دهد. وقتی ماده‌ای را برای کاربردی در نظر می‌گیریم، مقدار UL باید برای نازک‌ترین مقطع دیواره موجود در قطعه پلاستیکی قابل‌استفاده باشد. مقدار UL بایستی همواره باتوجه‌به ضخامت ثبت شود: گزارش نمودن UL بدون ذکر ضخامت نامطلوب است.
خلاصه‌ای از دسته‌بندی‌های مقادیر UL94
- HB- سوختن کندروی یک آزمونه افقی
- نرخ سوختن > (mm/min)76 برای ضخامت < mm3
- نرخ سوختن > (mm/min)38 برای ضخامت > mm3
- در جایی که اشتعال
- V-0- سوختن در مدت 10 ثانیه در ازمونه قائم بدون چکیدن قطره‌ای متوقف می‌شود.
- V-1- سوختن در مدت 30 ثانیه در آزمونه قائم بدون چکیدن قطره‌ای متوقف می‌شود.
- V-2- سوختن در مدت 30 ثانیه در آزمونه قائم و با چکیدن ذرات مشتعل متوقف می‌شود.
- 5VA- آزمون‌های پلاکی می‌توانند فاقد سوراخ ورود شعله بوده و مقادیر UL حداکثر را دارند.
- 5VB- آزمونه‌های پلاکی که یک سوراخ ورود شعله دارند.
UL94HB
در جایی که اشتعال‌پذیری یک ضرورت ایمنی باشد، طبیعتاً مواد HB مجاز نیستند. در مجموع، مواد طبقه‌بندی شده HB برای مصارف الکتریکی به‌غیراز مقاصد تزیینی و/یا مکانیکی توصیه نمی‌شوند. بعضی وقت‌ها سوءتفاهم ایجاد می‌شود: مواد غیر Fiberglass Reinforced (یا موادی که برای Fiberglass Reinforced در نظر گرفته شده‌اند) به طور خودکار نیازمندی‌های HB را در بر نمی‌گیرند. UL94HB اگرچه کم‌ترین رده شعله‌پذیری شدید است، باید به‌وسیله آزمایش کنترل شود.
UL94V0, V1, V2
آزمون‌های عمودی با همان آزمونه‌هایی که در روش HB به کار می‌روند، انجام می‌گیرد. زمان‌های سوختن، زمان‌های شعله‌ور بودن، وقتی چکیدن اتفاق می‌افتد و چنانچه پارچه کتانی زیرین شعله‌ور شود یا نشود، همگی یادداشت‌برداری می‌شود. برای تشخیص V1 از V2 قطرات مشتعل شده به‌عنوان یکی از مهم‌ترین منابع انتشار آتش یا شعله‌ها شناخته می‌شوند.
UL94-5V
این رده شدیدترین گروه از کل طبقه‌بندی UL است و با دو مرحله سروکار دارد:
مرحله 1: یک مرحله استاندارد قابل‌اشتعال به‌صورت قائم نصب شده و در معرض 5 بار استفاده از شعله (mm127) بافاصله زمانی 5 ثانیه قرار می‌گیرد. برای تأیید نهایی، هیچ آزمونه میله‌ای بیش از 60 ثانیه و پس از 5 مرتبه اعمال شعله، با شعله یا سرخی احتراق نمی‌شود. همچنین به هیچ قطره سوخته شده‌ای مجال این‌که پارچه کتانی تعبیه شده در زیر آزمونه‌ها را محترق نماید، داده نمی‌شود. کل روش آزمون با 5 میله آزمون تکرار می‌شود.
مرحله 2: پلاکی یا ضخامت مشابه میله در وضعیت افقی با همان شعله مورد آزمایش قرار می‌گیرد. کل آزمون با سه پلاک تکرار می‌شود. از این آزمون افقی دو طبقه‌بندی نتیجه می‌شود: 5VA و 5VB.
5VB: سوراخ‌هایی را که شعله از آن‌ها عبور می‌کند، ایجاد می‌نماید.5VA اجازه ایجاد سوراخ نمی‌دهد.
UL94-5V در بین آزمون‌های UL سخت‌گیرانه‌ترین آزمون است که برای جعبه‌های آتش روی ماشین‌های اداری بزرگ در نظر گرفته شده است. برای چنان کاربردهایی باضخامت دیواره کمتر از (mm5/1)، باید انواع مواد پرشده با شیشه، مورداستفاده قرار گیرند.
اشتعال‌پذیری (CSA) (CSA C22.2 NO.0.6, Testa)
این آزمون دست‌یابی به اشتعال‌پذیری استاندارد کانادایی، با روشی مشابه آزمون UL94-5V انجام می‌شود. درهرحال این آزمون سخت‌تر است: هر بار با اعمال شعله 15 ثانیه فاصله زمانی نیاز دارد. به‌علاوه در طول چهار بار اعمال شعله نخست باید آزمونه به مدت 30 ثانیه مشتعل باشد و پس از دفعه پنجم به مدت 60 ثانیه. (در مقایسه با UL94-5V با پنج بار اعمال شعله و 5 ثانیه فاصله برای هر کدام) نتایج آزمون انجام شده مطابق با این آزمون CSA باید باتوجه‌به UL94-5V در نظر گرفته شوند.
شاخص اکسیژن حبس شده (ISO 4589) (ASTM D2863)
هدف آزمون شاخص اکسیژن، اندازه‌گیری اشتعال‌پذیری نسبی مواد به کمک سوزاندن آن‌ها در یک محیط کنترل شده، است. شاخص اکسیژن حداقل سطح اکسیژن موجود در فضایی که می‌تواند شعله را روی یک ماده ترموپلاستیک حفظ کند، بیان می‌شود.
جوّ آزمون یک مخلوط کنترل شده خارجی از نیتروژن و اکسیژن است. یک آزمونه بسته شده به تکیه‌گاه به‌وسیله شعله تیزی که بعداً کنار کشیده می‌شود محترق می‌گردد. در صورت اجرای موفقیت‌آمیز آزمون، تجمع اکسیژن تا نقطه‌ای که آزمونه نتواند بلندتر از تکیه‌گاه احتراق باشد، کاهش می‌یابد.
شاخص اکسیژن حبس شده یا LOI به‌عنوان حداقل تجمع اکسیژن که در آن ماده برای مدت 3 دقیقه خواهد سوخت یا بتواند آزمونه را بیش از یک طول mm50 شعله‌ور نگه دارد، تعریف شده است. مقادیر LOI بزرگ‌تر، احتمال سوختن کمتر را در پی‌دارند.
آزمون سیم ملتهب (glow wire ignition test)
یکی از روش‌های بررسی و ارزیابی پایداری پلاستیک‌ها در برابر شعله و حرارت است. آزمون Glow Wire حداقل دمای موردنیاز جهت شعله‌وری یک قطعه پلاستیکی در تماس با سیم ملتهب را اندازه‌گیری می‌کند. در این آزمون، سیم ملتهب با نیروی 1 نیوتن به مدت 30 ثانیه به داخل قطعه پلاستیک نفوذ کرده و رفتار قطعه پلاستیک مورد بررسی قرار می‌گیرد. در آزمون مذکور یک‌رشته سیم ملتهب که دارای دمای مشخص در رنج 550 تا 950 درجه سانتی‌گراد است؛ تحت شرایط استاندارد در تماس با قطعه ترموپلاستیک قرار گرفته و رفتار سوختن قطعه مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر اساس نوع کاربرد قطعات پلاستیکی دمای سیم ملتهب تغییر می‌کند و قطعه تحت شرایط استاندارد مورد ارزیابی قرار می‌گیرد.
سیم ملتهب (1-2-695IEC)
آزمون سیم ملتهب تنش‌های حرارتی را که ممکن است توسط منابع گرما یا احتراق مانند مقاومت‌های الکتریکی (Resistores) با بار بیش از حد مجاز یا عناصر افروختنی تولید شوند، شبیه‌سازی می‌کند.
یک نمونه از جنس مواد عایق‌بندی با نیرویی معادل 1 نیوتن به مدت 30 ثانیه و به طور قائم در مقابل نوک یک سیم ملتهب که باانرژی برق حرارت داده شده نگه داشته می‌شود. حرکت نوک سیم ملتهب درون آزمونه محدود شده است. پس از عقب کشیدن آزمونه زمان برافروخته‌شدن شعله‌ها، به‌علاوه حضور هر گونه قطرات مشتعل یادداشت می‌شوند. در یکی از شرایط زیر، آزمونه را در برابر آزمون سیبم ملتهب مقاوم فرض می‌کنند.
اگر هیچ شعله یا برافروختگی وجود نداشته باشد. شعله‌ها یا افروختگی‌های آزمونه، از محیط و لایه زیرین در مدت 30 ثانیه بعد از دورکردن سیم ملتهب خاموش شوند و قطعات اطراف و لایه زیرین به هیچ طریق کاملاً آتش نگیرد. در صورت استفاده از دستمال‌کاغذی نباید هیچ احتراقی در مورد این کاغذ یا هیچ سوختگی سطح چوبی وجود داشته باشد.
قطعات یا احجام موجود در زندگی واقعی به روش مشابهی آزمایش می‌شود. سطح دمای نوک سیم ملتهب بستگی به چگونگی استفاده از قطعه نهایی دارد:
با حفاظ یا بدون حفاظ به طور پیوسته تحت بارگذاری یا غیر از آن، نزدیک یا دور از یک نقطه تأمین مرکزی استفاده شده باشد. در تماس با یک قطعه (زنده) یا در جریان و یا به‌عنوان یک پوشش یا حصار استفاده شود. تحت شرایط با شدت کمتر و بیش‌تر بسته به سطح سختی موردنظر برای محیط اطراف قطعه نهایی، دماهای آزمون زیر ترجیح داده می‌شوند.
550، 650، 750، 850، یا 960 درجه سانتی‌گراد. دمای آزمون مناسب باید با تخمین خطر تخریب ناشی از حرارت غیرعادی، احتراق یا انتشار آتش انتخاب گردد.
شعله سوزنی: (IEC 695-2-2)
این آزمون اثر شعله‌های کوچک که ممکن است از شرایط بروز عیب در تجهیزات الکتریکی ناشی شوند را شبیه‌سازی می‌کند. برای برآوردکردن گسترش احتمالی آتش (ذرات سوزان یا ملتهب) هم لایه‌ای از ماده یا قطعات در معرض آتش که به طور طبیعی اطراف آزمونه را در بردارند و هم یک‌لایه تنها از دستمال‌کاغذی زیر آزمونه قرار می‌گیرند. شعله آزمون برای یک دوره زمانی معین با آزمونه اعمال می‌گردد: معمولاً 5، 10، 20، 30، 60، یا 120 ثانیه. سطوح شدت با لوازم ویژه‌ای می‌توانند ترتیب داده شوند.
به جز موارد تعیین شده در مشخصات مربوطه، اگر یکی از شرایط چهارگانه زیر رخ دهد آزمونه در مقابل شعله سوزنی مقاوم خوانده می‌شود:
اگر آزمونه محترق نشود. اگر ذرات سوزان یا ملتهب ریزنده از آزمونه و یا شعله‌ها، آتش را به قطعات اطراف یا به لایه تعبیه شده در زیر آزمونه انتشار ندهند و اگر هیچ شعله یا برافروختگی در آزمونه در پایان اعمال شعله آزمون وجود نداشته باشد. اگر مدت سوختن کمتر از 30 ثانیه باشد. اگر وسعت سوختن از مقدار تعیین شده در مشخصات مربوطه تجاوز نکرده باشد.