一、阻燃合规有两条通道
UL 746C 里"阻燃"从来不是一个单一指标,而是两条并列通道,满足任意一条即可:
通道 A:预选等级(Pre-selection Classification)——材料按 UL 94 取得 HB / V-2 / V-1 / V-0 / 5VB / 5VA 等级,直接对号入座到 Table 4.1 的阻燃要求列。
通道 B:成品火焰试验(End-Product Flame Test)——不做(或做不出)预选等级时,直接拿成品或成品上切取的试样烧。第 15、16、17 章分别对应 12 mm、20 mm、127 mm 三种火焰。
Table 4.1 的脚注就是这么写的:
- 脚注 a(HB 要求):HB 级,或 GWIT ≥ 575°C,或 GWFI ≥ 550°C,或外壳通过 12 mm / 20 mm 成品火焰试验;
- 脚注 b(V 要求):V-0/V-1/V-2,或外壳通过 12 mm / 20 mm 成品火焰试验;
- 脚注 c(5VA 要求):5VA,或外壳通过 127 mm 成品火焰试验。
为什么要有通道 B?三个现实原因:
- 薄壁件拿不到等级。UL 94 等级是厚度相关的,1.0 mm 壁厚往往根本拿不到 V-0,但成品结构(有金属件散热、有加强筋挡火)实际表现可能很好。
- 组件影响无法在小试样上复现。50.1 与 51.1 都明确要求"考虑保留可能影响性能的元件和其他部件"。成品里贴着的那块铝基板,可能就是能不能过的关键。
- IEC 体系材料没有 UL 94 数据。GWIT/GWFI 通道就是为了接住这类材料。
二、三种成品火焰试验:参数与判据
先看共同点,再看差异。三个试验的样品条件处理完全一致:
- 3 个完整设备样品,或 3 个从部件上切取的试样;
- 全通风循环烘箱,7 天,温度为「最高使用温度 + 10°C」且不低于 70°C;
- 试验前在 23.0 ±2.0°C、50 ±10% RH 下再条件处理至少 4 小时。
三个试验都有同一个 Exception:若满足以下两条,可只做未条件处理的样品——
- (a) 材料不因长期热老化而降低阻燃性能;
- (b) 用于该判定的热老化方案包含了厚度等于或小于聚合物件壁厚的试样。
还有共同的布点原则:火焰施加在内表面上被判定最可能因靠近引燃源而起燃的位置(电机或变压器绕组、刷架、开关触点、端子、连接处等);若多处靠近引燃源,每个样品施加在不同位置。例外:若设备为灌封型或尺寸小到无法在内部施加,可施加于外壳外表面。
12 mm 火焰(第 15 章 / 第 50 章)
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 燃烧器 | 管长 ≥ 35 mm,内径 0.5 ±0.1 mm,外径 ≤ 0.9 mm,无空气孔 |
| 燃气 | 丁烷,纯度 ≥ 95%,热值约 122 MJ/m³ |
| 火焰 | 燃烧器轴线垂直,调出 12 mm 火焰 |
| 施加方式 | 两次 30 秒施加火焰尖端,两次之间间隔 1 分钟 |
| 判据(15.1) | 每次施加后燃烧不超过 1 分钟;样品完全烧尽则不合格;首次施加后若持续燃烧 1 分钟,第二次不必做,直接判不合格 |
| 抽样(50.6) | 3 件中 1 件不合格 → 追加 3 件;第二组 3 件须全部合格 |
| 豁免 | 由 UL 94 垂直燃烧评为 5VA、5VB、V-0、V-1、V-2 的材料模压成型的部件,不必做本试验 |
20 mm 火焰(第 16 章 / 第 51 章)
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 燃烧器 | 实验室型,管长 100 ±10 mm,内径 9.5 ±0.3 mm,不得装稳定器等端部附件;符合 ASTM D5025 |
| 燃气 | 工业级甲烷(纯度 ≥ 98%);天然气(热值约 37 MJ/m³)结果相近可用,争议时以甲烷为准 |
| 火焰 | 蓝色火焰 20 ±1 mm,调至黄尖刚好消失 |
| 流量 | 105 ±5 ml/min,背压 < 10 mm 水柱(ASTM D5207 布置) |
| 校准 | 至少每月一次;更换气源、更换设备或数据存疑时重新校准(ASTM D5207) |
| 施加方式 | 两次 30 秒施加,间隔 1 分钟 |
| 判据(16.1) | 同 12 mm:每次施加后燃烧不超过 1 分钟,完全烧尽不合格 |
| 抽样(51.6) | 同 12 mm:追加 3 件,须全部合格 |
| 豁免 | 同 12 mm:5VA / 5VB / V-0 / V-1 / V-2 材料模压件不必做 |
51.2 还多一条要求:与聚合物部分接触或紧固的非聚合物部分不得拆除,设备的内部机构应尽可能保留在位。
127 mm 火焰(第 17 章 / 第 52 章)
这是最严的一档,对应 Path III 的 5VA 要求。
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 燃烧器 | 与 20 mm 试验相同(ASTM D5025) |
| 燃气流量 | 965 ±30 ml/min,背压 125 ±25 mm 水柱 |
| 火焰 | 燃烧器垂直、暗室中调节:总高约 125 ±10 mm,内蓝锥 40 ±2 mm |
| 施加角度 | 尽可能以约 20° 偏离垂直,使蓝锥尖端接触试样 |
| 施加方式 | 施加 5 秒、移开 5 秒,重复至试样经受 5 次施加 |
| 布点 | 每个样品 3 个不同位置,3 个样品共 9 点 |
| 棉花 | 施加点下方 305 mm 处放一层 100% 吸收性棉 |
| 抽样(52.2) | 1 件不合格 → 用 3 件新样品在与失败样品相同的条件下重做;全部合格才算通过 |
判据(17.1)三条,必须同时满足:
- (a) 第 5 次 5 秒施加后,燃烧不超过 1 分钟(5 次之间间隔 5 秒);
- (b) 试验期间任何时刻不得发出引燃试样下方 305 mm 处外科棉花的燃烧滴落物或燃烧/灼热颗粒;
- (c) 试验期间施加火焰面的背面不得出现可见火焰;且除非终端产品标准另有规定,试样冷却 30 秒后不得出现大于 3 mm 的开口。
注意一个细节:第 17 章标题写的是 127 mm(5 英寸),但 52.3 规定的火焰总高是 125 ±10 mm。这是标准里的既有表述差异,做试验时以 52.3 的 125 ±10 mm 为准。
三、746-5VS(第 18 章 / 第 53 章)
18.1.1 条规定,按 53.1.1–53.2.7 试验时,涂层材料应满足:
- (a) 任何试板在移开火焰后,有焰或无焰(或两者)燃烧不超过 5 秒;
- (b) 任何试板不得滴落引燃其下方 305 mm 处干燥吸收性外科棉花的燃烧颗粒;
- (c) 任何试板不得出现烧穿(burn through)。
抽样规则(18.1.2):一组 5 块试板中若有 1 块不合格,再取 5 块重做;第二组 5 块必须全部合格。
试验配置(53.1–53.2):
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 试板 | 约 152 × 152 mm(6 × 6 in),取待评厚度范围的最小与最大厚度,并使用最小涂层厚度;最大厚度限 12.7 mm;中间厚度以不超过 3.17 mm 为增量 |
| 条件处理 | (a) 23 ±2°C、50 ±10% RH 至少 48 小时;(b) 循环风烘箱 168 ±2 小时 @ 70 ±2°C,随后在无水氯化钙干燥器中冷却至少 4 小时 |
| 燃烧器 | 本生灯或 Tirrill 灯,管长 100 ±10 mm,内径 9.5 ±0.3 mm,无端部附件 |
| 火焰 | 暗室中调节:总高 127 mm,内蓝锥 38 mm |
| 布置 | 试板竖直夹持,位于水平干燥吸收棉上方 305 mm;燃烧器以 20° 倾角对试板涂层面的中心施加 |
| 施加 | 60 秒后移开 |
判读时记录三项:有焰加无焰燃烧持续时间、是否滴落引燃棉花的颗粒、是否烧穿。
53.1.1 要求的装置包括:无强制通风的试验箱/通风柜、燃烧器、带夹的环形支架(可调垂直定位)、带稳压与流量计的工业级甲烷、能以 20° 定位燃烧器的安装块、秒表、装无水氯化钙的干燥器、23 ±2°C / 50 ±10% RH 的条件处理室、70 ±2°C 全通风循环烘箱、干燥吸收性外科棉花。
四、大表面积:第 19 章的火焰蔓延
19.1 条规定:聚合物外壳或外壳外部的部件,若在任何单一连续区段上满足以下任一条件——
- 投影表面积 > 0.93 m²(10 ft²),或
- 单一线性尺寸 > 1.83 m(6 ft)—
则其最大火焰蔓延等级应为 200,按 UL 723(建筑材料表面燃烧特性试验)确定。也可选用 UL 94 中的辐射板试验测定火焰蔓延特性(限于非关键应用)。
两个例外:
- Exception No.1:若投影面积被至少 305 mm(12 英寸)的防火隔断打断,或该聚合物材料用于非永久连接到电源的设备外壳,则应使用 UL 94 的辐射板试验测定,最大火焰蔓延指数为 200。
- Exception No.2:本要求不适用于可拆卸部件(如吸尘器软管或吸头),也不适用于电源线(无论可拆卸与否)。
Table 4.1 脚注 d 提示:三种路径都可能触发第 19 章。设计大型机柜、长条型灯具外壳时要注意这条。
五、灼热丝:GWEPT 与 GWFI(Table 12.1)
12.3 与第 73 章给出灼热丝成品试验。GWEPT 方法本身在 IEC 60695-2-11。73.2.1 说明了其意义:正常操作、异常条件或故障下,设备的某些元件(导线或其他导体)可能异常发热;当这些过热部件与绝缘材料紧密接触时,可能引燃。本试验就是判定这种条件下并入成品中的绝缘材料是否合格。
温度要求(12.1 + Table 12.1):
| 应用类型 | GWEPT | GWFI |
|---|---|---|
| 便携式、有人值守、间歇工作制、家用设备 | 650°C | 650°C |
| 所有其他便携式设备 | 750°C | 750°C |
| 固定式或驻立式设备 | 750°C | 750°C |
三个免做条件(12.1 的 Exception):
- No.1:带电件与材料间距 ≥ 0.8 mm;
- No.2:非危险能量电路;
- No.3:材料的 GWFI 值已满足 Table 12.1 的要求。
合格判据(12.3.1)——满足其一:
- (a) 无引燃;或
- (b) 部件及火焰颗粒指示物的所有火焰与灼热,在移开灼热丝后 30 ±1 秒内熄灭。但若部件或火焰颗粒指示物被完全烧尽,结果不合格。
相关定义:
- GWIT(3.20):按 IEC 60695-2-13,比"三次连续试验中不引燃给定厚度试样的灼热丝顶端最高温度"高 25°C(900°C 与 960°C 之间为 30°C)的温度。
- GWFI(3.21):按 IEC 60695-2-12,三次连续试验中满足以下条件之一的最高温度——(a) 试样火焰或灼热在移开灼热丝后 30 秒内熄灭,且未引燃其下方的包裹薄纸;或 (b) 试样未被引燃。
六、异常过载试验(第 12.2 / 第 49 章)
当 HWI 不达标时,可用异常过载试验替代。核心是 Table 49.1 的过电流倍数与最短试验时间:
| 过电流保护器件额定值(A) | 110% 电流 | 135% 电流 | 200% 电流 |
|---|---|---|---|
| 0 – 30 | 7 小时 | 60 分钟 | 2 分钟 |
| 31 – 60 | 7 小时 | 60 分钟 | 4 分钟 |
| 61 – 100 | 7 小时 | 120 分钟 | 6 分钟 |
| 101 – 200 | 7 小时 | 120 分钟 | 8 分钟 |
| 201 – 400 | 7 小时 | 120 分钟 | 10 分钟 |
(110% 电流一栏的脚注 a:温度已稳定、表明最终结果已达成时,试验可终止。)
几个关键规则:
- 无过电流保护器件(或不可依赖)时:基于终端产品可用能量,按预期支路过电流器件额定值的百分比评估,但不低于 30 A 正常动作保护器件(12.2.2)。
- 过电流保护器件属于设备的一部分时,只有在保护器不可由用户更换,或通过键控/结构特征防止替换更高额定值,或有永久性标记限定时,才可依赖它(12.2.3)。
- 载流导体提前断开时(49.2):取 3 个样品,按 49.6(b)–(i) 加载到较低电流值,持续 Table 49.1 中对应"不导致导体提前断开的最大过载值"的时间,或 7 小时。
49.6 的加载序列是"基准试验电流 + 过载电流与基准电流之差的百分比":
| 步骤 | 加载电流 |
|---|---|
| (a) | Table 49.1 规定的过载值 |
| (b) | 基准电流 + 差值的 75% |
| (c) | 基准电流 + 差值的 50% |
| (d) | 基准电流 + 差值的 25% |
| (e) | 基准电流 + 差值的 20% |
| (f) | 基准电流 + 差值的 15% |
| (g) | 基准电流 + 差值的 10% |
| (h) | 基准电流 + 差值的 5% |
| (i) | 基准电流 |
判据(49.6):任何条件下加载都不得导致被评估材料引燃、过度变形或熔化。
49.3 给了提前终止规则:若某一步持续了 Table 49.1 规定的完整时间(或 7 小时)而绕组或合格保护装置未断开,其后的步骤不必再做。
样品准备(49.10):完整设备放在覆盖白薄纸的软木表面上,连接到合适的电源电路(可用低压大电流源),熔断体不小于 30 A。49.11:每个试验持续到材料引燃、被测电路烧断,或达到规定试验时间为止。
七、阻燃涂层(第 20 / 54 章)
20.1.1 明确:本节要求与第 54 章试验方法,覆盖为满足第 16、17、18 章的 20 mm、127 mm 或 746-5VS 试验而在聚合物外壳上施加的阻燃涂层。
20.1.2 规定涂层/外壳材料组合可被视为等同于具有相应最低阻燃等级的材料,前提是全部满足:
- (a) 基础聚合物外壳材料按 UL 94 至少评为 HB;
- (b) 正确施加阻燃涂层的基材样品,在条件处理前后都满足终端应用要求的最低阻燃等级;
- (c) 为着色、饰面等施加的附加涂层不得对完整外壳的阻燃等级产生不利影响;
- (d) 阻燃涂层的加入不得对外壳的绝缘特性产生不利影响(并非所有设备设计中这都是考量因素);
- (e) 制造商在施加阻燃涂层的场所建立可接受的工艺控制程序。
20.1.4:20.2 的试验适用于涂层/基材界面暴露于最高使用温度 60°C 的情形;超过 60°C 时,界面可接受性须通过关键性能的长期热老化研究判定,关键性能包括阻燃性、附着力、弯曲强度与 Izod 冲击,热老化程序见 UL 746B。
20.2 的四条判据:
| 条款 | 条件处理后 | 判据 |
|---|---|---|
| 20.2.1 | 54.1.1.1 + 54.1.2.1 + 54.1.3.1 | 阻燃等级应与未处理样品相同或更好 |
| 20.2.2 | 54.1.1.2 + 54.1.2.1 + 54.1.3.1 | 按 54.2.3 试验后涂层不得剥落、开裂或起泡 |
| 20.2.3 | 54.1.1.3 | Izod 冲击和/或弯曲强度降低不得超过 50% |
| 20.2.4 | 54.1.2.2 + 54.2.4 | 表面电阻率至少 1 MΩ;若各条件处理后电阻率不一致,延长 54.1.2.2(b) 的处理时间以证明渐近电阻率 ≥ 1 MΩ |
第 54 章的条件处理量很大,做涂层项目前先盘一下样品数量:
| 用途 | 试样尺寸 | 条件处理 |
|---|---|---|
| 阻燃(20 件) | 150 ±5 × 150 ±5 mm,使用厚度 | 800 h @ 90 ±2.5°C;另 20 件 1500 h @ 80 ±2°C;之后 23 ±2°C / 50 ±10% RH 至少 40 h |
| 附着力(20 件) | 125 ±5 × 13.0 ±0.5 mm | 同上 |
| Izod 冲击 / 弯曲(20 件) | 50 ±3 × 13.0 ±0.5 × 3.2 ±0.3 mm(Izod)/125 ±5 × 13.0 ±0.5 × 3.2 ±0.3 mm(弯曲) | 同上 |
| 湿度(5 件) | 同上相应尺寸 | 108 ±12 h @ 35 ±3°C / 90 ±5% RH,处理后立即试验 |
| 表面电阻(3 件) | 100 × 100 mm | (a) 40 h @ 23 ±2°C / 50 ±10% RH;(b) 168 h @ 35 ±3°C / 90 ±5% RH |
| 环境循环(5 件) | 同上 | 3 个循环:48 h @ 70 ±2°C → 48 h @ 35 ±3°C / 90 ±5% RH → 8 h @ 0 ±2°C → 4 h 室温振动(55 ±5 Hz,峰值加速度 1.5 g) |
附着力试验方法(54.2.3):试样水平装夹,距夹持端 12.5 mm 处刚性固定;在距夹持端 115 mm 处以 12.3–50.8 mm/min 的速率施加载荷,产生向上 25.4 mm、向下 50.8 mm、再向上 25.4 mm 的挠曲,构成一个循环;每件试样挠曲 5 个完整循环。
4.5 条还有一个前置限制:聚合物外壳内表面施加阻燃涂层,除非涂层/基材界面经单独评估判定可接受,否则不予接受。
八、五个常见误区
误区 1:把 12 mm 和 20 mm 当成"小火焰同一档"。 燃烧器完全不同——12 mm 用丁烷、无空气孔、管长 ≥35 mm / 内径 0.5 mm;20 mm 用甲烷、ASTM D5025 燃烧器、内径 9.5 mm,还要每月校准(ASTM D5207)。设备不通用。
误区 2:127 mm 试验只判"燃烧时间"。 三条判据缺一不可,尤其**(c) 背面无可见火焰且冷却 30 秒后开口 ≤ 3 mm**——这一条卡掉了很多薄壁外壳。
误区 3:条件处理 7 天可以省。 除非同时满足"材料不因长期热老化降低阻燃性能"且"热老化方案包含厚度 ≤ 制件壁厚的试样"两个条件,否则必须做。而证明第一条本身就需要长期老化数据。
误区 4:涂层能让 HB 基材变 5VA,且与温度无关。 20.1.4 明确:最高使用温度 > 60°C 时,界面可接受性要做长期热老化研究(阻燃、附着、弯曲、Izod 四项)。
误区 5:GWEPT 650°C / 750°C 选一个做就行。 Table 12.1 按应用类型定死:便携式有人值守间歇家用 = 650°C,其余便携 = 750°C,固定/驻立 = 750°C。选错温度整份报告作废。
九、检查清单
- 确定走通道 A(UL 94 预选)还是通道 B(成品试验 / 灼热丝)
- 按 Table 4.1 路径确认目标阻燃等级(HB / V / 5VA)与对应成品试验
- 通道 B:确认条件处理 7 天 @(最高使用温度 +10°C,≥70°C)+ 4 小时恢复
- 确认燃烧器与燃气符合对应章节(12 mm 丁烷 / 20 mm 与 127 mm 甲烷 + ASTM D5025)
- 20 mm 与 127 mm 确认火焰校准在有效期内(ASTM D5207,至少每月一次)
- 127 mm 确认三条判据全查,含背面火焰与 3 mm 开口
- 确认样品数量与追加规则(3+3;5VS 为 5+5)
- 大型外壳核算投影面积 0.93 m² 与线性尺寸 1.83 m,判断是否触发第 19 章
- 灼热丝:按 Table 12.1 确认温度;核对 0.8 mm 间距与非危险能量电路的免做条件
- 异常过载:按 Table 49.1 确定三档过载与时间;确认过电流保护器件是否可依赖
- 阻燃涂层:确认基材 ≥ HB、涂层/基材界面评估、工艺控制程序、60°C 温度分界
- 涂层项目盘算试样数量(阻燃 20+20、附着 20+20、冲击/弯曲 20+20、湿度 5、电阻 3、循环 5)