一、户外耐候:UV 与水浸是两套独立的判据
户外设备的聚合物件,UL 746C 要求同时过两关:紫外老化(第 25 章 / 第 57 章)与水暴露与浸泡(第 26 章 / 第 58 章)。Table 4.1 里这两项都带脚注——
- 脚注 g(UV):仅当设备预期户外使用,且结构上外壳因户外气候或 UV 辐射而劣化可能增加着火、触电或人身伤害风险时才要求;
- 脚注 h(水):仅当设备预期户外使用,且外壳因水而劣化可能增加上述风险时才要求。
两者独立判断。一个装在屋檐下不受雨淋但全天受日照的部件,可能只做 UV;一个埋地或水下的部件,可能只做水浸。
1.1 UV 老化(第 25 章 / 第 57 章)
25.2 给出核心判据:
- 阻燃等级不得因 1000 小时氙弧老化而降低;
- 按 Table 25.1 进行标准化小尺寸物理试验时,UV 老化后的平均物理性能值不得低于未老化值的 70%。
试验装置(57.1.1):
| 参数 | 要求 |
|---|---|
| 光源 | 氙弧灯,符合 ASTM G151 与 ASTM G155 |
| 滤光 | 光谱功率分布符合 ASTM G155 Table 1 中"带日光滤光器氙灯"的要求 |
| 循环 | 120 分钟程序循环 = 102 分钟光照 + 18 分钟光照 + 水喷淋 |
| 辐照度 | 340 nm 处 0.35 W/m²·nm |
| 黑板温度 | 63 ±3°C(145.4 ±5.4°F) |
例外:暴露于 UV 辐射源(如高强度气体放电灯)的室内外壳,可不暴露于水进行条件处理。
样品与状态调节(57.2.1–57.2.2):
- 试样按 UL 746A 与 UL 94 的规定制备,垂直安装在氙弧装置圆筒内侧,宽度面朝向光源,彼此不接触;
- 弯曲强度试样(三点加载)的 UV 暴露面朝下接触两个支点(Exception No.1);
- Izod 冲击试样在 UV 老化前先开缺口,UV 暴露方向朝向缺口(Exception No.2);
- 冲击性能用两组试样,其他性能用一组;其中一组冲击试样暴露 500 小时,其余全部暴露 1000 小时;
- 暴露后取出、检查劣化迹象(龟裂、开裂),在室温常压下保持不少于 16 小时、不超过 30 天再进行试验。
表 25.1 的保持率要求(这是整个户外评估的核心数字):
| 性能 | UV 老化后 | 水浸泡后 |
|---|---|---|
| 阻燃等级 | 不变 | 不变 |
| 拉伸或弯曲强度 | 70% | 50% |
| 拉伸、Izod 或 Charpy 冲击 | 70% | 50% |
| 拉伸强度与伸长率 | 70% | 50% |
脚注要点:功能支撑用拉伸强度与弯曲强度;抗冲击用拉伸、Izod 或 Charpy 冲击;变形抗力(冲击的替代)用拉伸强度与伸长率。UV 与水浸评估、以及所有被评估的颜色,必须选用同一种试验方法。
Table 25.2 未老化球冲击要求(适用于非易移动手持式与台面支撑式以外的设备):
| UV 后性能保持率 | 未老化试样的球冲击能级 |
|---|---|
| 70 或以上 | 5.0 ft·lb(6.8 J) |
| 50 – 69 | 10.0 ft·lb(13.6 J) |
| 25 – 49 | 20.0 ft·lb(27.2 J) |
| 低于 25 | 不可接受 |
25.3 给了一条薄材通道:材料厚度 < 0.25 mm,或是硫化橡胶,或是热塑性弹性体(通常用作非外壳或外壳的一部分)时,Table 25.1 的冲击试验免做,改为做变形抗力试验。
- Exception No.1:无法用标准试样做拉伸/Izod/Charpy 冲击时,可对设备外壳的代表性截面做 Gardner 冲击试验(ASTM D5420)。
- 57.2.6:同样允许用 ASTM D5420 作为拉伸、Izod 或 Charpy 冲击试验的替代。
57.2.7:以 UV 暴露前后的**平均失效能量(MFE)**判定是否符合 Table 25.1 的冲击性能要求。
1.2 水暴露与浸泡(第 26 章 / 第 58 章)
26.1.1:预期户外安装的聚合物材料,不得因暴露于水而明显劣化。26.1.2 的判据:阻燃等级不得因 58.1 的 7 天 @ 70°C 条件处理而降低;平均物理性能值不得低于原始(未水条件处理)值的 50%。
58.1 的条件处理细节:
- 试样浸入蒸馏水或去离子水,70 ±2°C(158 ±4°F),168 ±2 小时;
- 前 5 天每天完整换水一次;
- 做物理性能试验的试样:随后浸入 23 ±2°C 的蒸馏水/去离子水 30 ±5 分钟,并在之后 60 分钟内完成试验;
- 做阻燃试验的试样:随后在 23 ±2°C、50 ±10% RH 的空气中条件处理至少 2 周、不超过 30 天。
例外:评为 5VA 或 5VB 的材料,或按第 52 章(127 mm 火焰试验)评估的材料,浸入温度改为 82 ±2°C(180 ±4°F)。
58.2 要求评估的性能:
| 类别 | 试验项目(任选其一) |
|---|---|
| 功能支撑 | 拉伸强度 或 弯曲强度 |
| 抗冲击 | 拉伸冲击 或 Izod 冲击 或 Charpy 冲击 |
| 变形抗力(冲击的替代) | 拉伸强度与伸长率 |
| 阻燃 | 按 UL 94 |
58.3 有个实用的厚度规则:拉伸/弯曲强度与阻燃试验所用试样不得厚于相应应用;标称 3 mm 或 4 mm 标准试样的拉伸/Izod/Charpy 冲击结果可代表更薄的厚度,前提是该更薄厚度的非冲击试验符合 Table 25.1。
58.2.1:拟覆盖一系列颜色的材料,按 57.2.5 评估。
1.3 尺寸稳定性(26.2)
26.2.1:若材料按 UL 746A 在蒸馏水中浸泡 168 小时后尺寸变化大于 2.0%,则须做成品种试验,判定使用环境造成的尺寸变化是否会导致:
- (a) 间距减小导致过大泄漏电流;
- (b) 该暴露后发生介电击穿;
- (c) 翘曲或溶胀损害设备的可接受运行。
二、机械:抗压碎与抗冲击
2.1 抗压碎(第 21 章 / 第 55 章)
21.1:预期使用中不易搬动的设备,应承受 55.1 所述的压碎力 1 分钟,且不得出现以下任一情况:
- (a) 间距减小到低于最小可接受值;
- (b) 使裸露带电件或内部布线可触及;
- (c) 发生破裂、开裂、断裂等对绝缘产生不利影响的损伤;
- (d) 产生任何其他会增加使用中触电或着火(或两者)可能性的状况。
试验布置(55.1):
| 项目 | 参数 |
|---|---|
| 样品 | 3 个,以安装面支承于固定刚性支撑面上,置于制造商推荐的位置 |
| 施力面 | 平面,每个 102 × 254 mm(4 × 10 英寸) |
| 单个施力器载荷 | 45.4 kg(100 lb) |
| 数量 | 尽可能多布置,但最多 8 个,布置方式见 Figure 55.1 |
| 持续时间 | 1 分钟 |
Table 4.1 中只有 Path III(所有其他设备)要求抗压碎。
2.2 抗冲击(第 22 章 / 第 56 章)
22.1:设备应承受 56.1 或 56.3(取适用者)的冲击,且不得出现:
- (a) 使非绝缘带电件可触及(用产品的可触及探棒判定);或
- (b) 产生可能影响设备机械性能的状况;或
- (c) 产生会增加触电可能性的状况。
22.2 对 (b) 细化:外壳开裂或凹陷不得影响任何安全控制器或结构特征(温控器、过载保护装置、水密封、应力释放)的功能;不得导致可造成人身伤害的运动部件暴露。
22.3 对 (c) 细化:冲击后设备应符合适用的介电耐压要求。
方法选择(56.1 / 56.2):
| 设备类型 | 方法 |
|---|---|
| 手持支撑设备 | 跌落冲击(56.1) |
| 永久性接线设备、地面支撑设备、或预期使用中不太可能跌落的设备(如台面支撑式) | 球冲击(56.3) |
跌落冲击(56.1):
- 3 个样品,每个从 **0.91 m(3 ft)**高度跌落到硬木表面,取最可能产生不利结果的姿态;
- 硬木表面:一层标称 25 mm(1 英寸)企口橡木地板(实际尺寸 18 × 57 mm)铺在两层标称 19 mm(3/4 英寸)胶合板上,整个组件置于混凝土地面或等效无弹性地面上;
- 每个样品跌落 3 次,每次以不同姿态着地;
- 若任一样品在首轮 3 次跌落中不合格,试验结果即不合格。制造商可选择按 Figure 56.1 使用更少样品。
球冲击(56.3):
- 3 个样品,每个承受 Table 56.1 规定能级的单次冲击,施加于预期使用中可能受击的任何表面;
- 冲击由直径 50.8 mm(2 英寸)、质量 **0.535 kg(1.18 lb)**的钢球落下产生,落差按 Figure 56.2;
- 3 次冲击应打在不同位置;
- 对于外壳非顶面的表面:可将样品侧立支承后做上述球冲击,或将钢球用绳悬挂作摆锤摆动,落下必要的垂直距离以产生规定冲击;
- 顶层背衬面:19 mm(3/4 英寸)胶合板覆于刚性混凝土表面,或等效的无弹性背衬面。
冷态冲击(56.4)——这是户外产品最容易漏的一项。作为 56.3 室温试验的替代:
| 设备类型 | 条件处理 | 冲击 |
|---|---|---|
| 户外使用设备 | 冷却至 −35.0 ±2.0°C(−31.0 ±3.6°F),保持 3 小时 | 仍处于冷态时,按 56.1 或 56.3(取适用)施加冲击 |
| 室内设备,用于温度可能低于实际室温的场所(如未供暖仓库或车库,约 23°C) | 冷却至 0.0 ±2.0°C(32.0 ±3.6°F),保持 3 小时 | 同上 |
合格判据按 22.1。
三、特殊应用:金属化件、胶粘剂、三防漆与线圈骨架
3.1 金属化件(第 44–46 章 / 第 71 章)
44.1:第 45 章(延展性涂层)、第 46 章(脆性涂层)与第 71 章(胶带附着力试验)描述用于评估金属化工艺的要求,例如装饰件的制造,或带有用于电磁干扰(EMI)抑制的导电表面涂层的外壳。
44.2 说明了目的:通过结合强度试验(延展性涂层)或胶带附着力试验(脆性涂层)评估基材与金属化涂层之间结合的完整性;当结合强度丧失可能导致触电或着火(或两者)时,用这些结果判定金属化工艺在成品中的可接受性。
44.3 明确:不覆盖用作导电或 bonding 构件的金属化部件的附加考量。
第 71 章的实施细节:
| 项目 | 要求 |
|---|---|
| 试验方案 | Full(完整):12 块板,条件处理 71.5 (a)(b)(c)(d);Short(简化):6 块板,条件处理 (a)(b)。涂层与基材组合未经供应商测试时做 Full,已测试时做 Short |
| 豁免 | 基材经定性红外分析判定成分等同、且来自同一基材制造商、并与同一涂层一起测试过的,不需试验 |
| 试样 | 约 76 × 127 mm(3 × 5 英寸),刚性、平整、无凸起/凸台/通风孔 |
| 涂层厚度取样 | 最大厚度 ≤ 0.051 mm → 取最小厚度;0.051–0.127 mm → 取最小厚度与 0.051 mm;> 0.127 mm → 取最小厚度、0.051 mm 与 0.127 mm |
| 划格 | 厚度 ≤ 0.051 mm → 11 道划格;0.051–0.127 mm → 6 道;> 0.127 mm → X 切口 |
| 胶带 | 按 ASTM D1000 测得的胶带附着力为 35 ±5 oz/in |
| 条件处理 (a) | 接收态:3 件,23.0 ±2.0°C / 50 ±10% RH,至少 40 小时 |
| 条件处理 (b) | 热循环:1 h @(塑料正常使用温度 +10.0/−1.0°C,不低于 70°C)→ 1 h @ 23 ±2°C / 50 ±10% RH → 1 h @ −29.0 ±2.0°C → 1 h @ 23 ±2°C / 50 ±10% RH;重复 1–4 步两次(共 3 次) |
| 条件处理 (c) | 烘箱:3 件,70°C 起(正常使用温度 +10°C,最低 70°C),14 天后测试 |
| 条件处理 (d) | 湿度:另 3 件,35.0 ±2°C / 90 ±5% RH,14 天后测试 |
71.6.1 的检查要点:检查网格区域与胶带上涂层从基材的脱落(附着力失效)或涂层自身分离(内聚失效);记录每件试样的涂层去除百分比。标准还特别说明切割造成的去除不计入——它表现为沿划格边缘的痕迹,是刀片压穿涂层基材造成的微裂纹,强到能抵抗刷除、又弱到会被胶带拉起。
3.2 胶粘剂(第 39–41 章 / 第 69 章)
39.1:胶粘剂是置于待结合零件之间的结合材料(环氧、糊剂、胶泥),附着于每一零件并作为零件间的固定介质。本要求覆盖用于粘接结构零件、且依赖该胶粘维持设备对触电、着火与人身伤害方面正常功能的场合。
39.2:不覆盖印制板制造用胶粘剂(归 UL 796)。39.3:胶粘接头应符合第 40 章(功能分析)、第 41 章(调查程序)与第 69 章。
功能分析(40.1):所需性能应基于对胶粘剂在成品设备中功能的分析确定。结合强度(或冲击强度)应作为关键性能,所选评估试验方法应尽可能贴近终端用途。40.3 允许扩展到新的基材组合,前提是:每种基材都已用该特定胶粘体系评估过;结合强度取各组合中最低的接收态值;各基材使用相同 ASTM 试验方法与单位;最高温度取各组合中最低值。
安全系数(41.1.1):用于定位关键零件的胶粘接头,其结合强度在接收态下应能承受终端应用中可能施加于接头的最大力的至少 4 倍。
环境条件(41.2):
| 用途 | 最低温度 | 其他 |
|---|---|---|
| 室内使用 | 0°C(32°F) | 高湿度 |
| 室内与室外使用 | −35°C(−31°F) | 高湿度、偶尔暴露于水 |
(注:做低温与环境循环评估时,户外用途可额外按 −40 ±1.0°C 评估。)
判据(41.3):
- 41.3.1:经 69.3(温度)、69.4(湿度)、69.6(环境循环)条件处理后,平均结合强度下降不得超过接收态值的 50%;
- 41.3.2:经 69.5(低温)条件处理后,样品不得出现两个粘接件之间结合的开裂或崩缺。
第 69 章的试验程序:
| 项目 | 试样数 | 条件 |
|---|---|---|
| 接收态(69.2) | 20 | 23.0 ±2.0°C / 50 ±10% RH,40 小时 |
| 温度影响(69.3) | 10 | 1000 小时,烘箱温度按 Figure 69.1 的热耐久曲线取值,温度指数 T 取胶粘剂的实测正常工作温度,但不低于 60°C;Table 69.1 给出对应关系:T 60→104°C、75→123、90→138、105→156、135→180、155→205、180→229、200→255、220→275、240→290 |
| 湿度影响(69.4) | 10 | 7 天,95–100% RH,60.0 ±1.0°C;处理后室温放置 4 小时再试验。例外:溶剂焊、超声焊等熔合工艺的接头免做 |
| 低温影响(69.5) | ≥ 6 | 室内:24 h @ 0.0 ±1.0°C;室内+室外:24 h @ −35.0 ±1.0°C。熔合工艺接头免做 |
| 环境循环(69.6) | 10 | 3 个完整循环(见下表) |
Table 69.4 循环条件(T = 额定温度,但不低于 60°C):
| 室内用途 | 室内与室外用途 |
|---|---|
| a) 24 h @ T | a) 24 h 浸入 25.0 ±2.0°C 水中 |
| b) 96 h @ 35.0 ±2.0°C / 90% RH | b) 24 h @ T |
| c) 8 h @ 0.0 ±2.0°C | c) 96 h @ 35.0 ±2.0°C / 90% RH |
| — | d) 8 h @ −35.0 ±2.0°C |
69.3.2 允许用 Equation 1 与 Table 69.2 插值计算任意温度指数对应的 1000 小时烘箱温度:T_k = S_k × T + I_k(S_k 为 1000 小时处的斜率,I_k 为截距)。
69.7.3 给了减量方案(经各方同意):接收态 8、温度 5、湿度 5、低温 3、环境循环 5。
69.7.4 还要求做分析试验确定胶粘剂的大致成分,包括红外光谱(IR)、热重分析(TGA,载体材料)、差示扫描量热(DSC,载体材料)。
3.3 三防漆与线圈骨架(第 42–43 章 / 第 70 章)
- 43.1 三防漆(conformal coating):作为印制板上的保护覆盖层、用于提高导体之间以及导体与可触及死金属件之间的介电耐压能力、和/或防环境条件的,应按 UL 746E 评估。第 70 章的三防漆试验也在 UL 746E 中。
- 42.1 线圈骨架(coil forms):用于绝缘系统的材料,应按 UL 1692(聚合物材料 – 线圈骨架)评估。
这两项在 746C 里只是"转介条款"——不要在这本标准里找试验方法。
四、替代材料评估:Appendix A
换料是工程里最高频、也最容易出事的动作。Appendix A 给了系统的评估框架。
A.1 适用范围:这些考量仅适用于给定零件的替代或备选材料。零件尺寸的变化,特别是材料厚度的减薄,通常要求用全部成品试验进行评估。
A.2 核心原则:若候选材料能通过标准化小尺寸试验展示出等同或优于具有可接受应用性能材料的性能,则可能不需要做完整的成品种试验系列。 例外:若候选材料不能提供等同性能,但具备 Table 4.1 和/或 Table 6.1 对该应用所要求的最低性能水平,则仍可接受。
A.3 关键限制:Table A.1 的指南仅适用于同一类材料内部的替换——热塑性换热塑性、热固性换热固性。
A.4:若原材料是基于特殊试验(例如户外应用的 UV 耐受性,或终端产品标准要求的抗蠕变、耐久性、过载试验)被判定为可接受的,则这些试验必须在候选材料上重做。
A.5–A.7:Table A.1 的第 1 列是材料性能参数;第 2 列是候选材料等同或优于原材料时的接受准则;第 3 列是候选材料不等同、但等同或优于应用要求时的接受准则;第 4 列是既不等同于原材料、又不满足应用要求时所需的成品种试验。
A.8 的实例:原外壳材料为 66 尼龙(PA66),候选材料为聚碳酸酯(PC),则对第 1 列列出的每一项性能参数,只要候选材料性能不等同于原材料(第 2 列)或不满足该特定应用的原要求(第 3 列),就要做第 4 列的成品种试验。
Table A.1 还有两条脚注级别的强制规则,容易被忽略:
注 a(机械与变形):所有替代或备选材料都应做成品种冲击、压碎、导管、应力释放与模应力消除试验,除非——
- 候选材料为相同的通用类型,且填料与增强材料的百分比和类型相同;且
- 候选材料具有等同或更高的小规模拉伸/弯曲强度、拉伸/Izod 冲击与热变形额定值。
特殊终端用途考量:若 Table 4.1 中适用路径有指示,所有替代或备选材料都应做**异常操作(27.1)与严峻条件(28.1)**试验,除非候选材料为相同通用类型,且填料、增强材料、热稳定剂与阻燃剂的百分比和类型相同。
最高使用温度:直接回到第 32–38 章。
五、标记(第 74 章)
74.1:材料容器应标记:
- (a) 制造商或自有品牌商的名称或识别符号;
- (b) 独特的材料标识(distinctive material designation)。
74.2:若制造商在多个工厂生产该材料,每个材料容器都应有独特的标记以识别其为特定工厂的产品。
这一章篇幅很短,但配合 UL 746D 的追溯要求一起看,意义就出来了:容器标记是现场追溯链条的第一环。
六、五个常见误区
误区 1:户外产品只做 UV。 UV 与水浸是两套独立判据(脚注 g、h 分别判断),且保持率门槛不同——UV 70%、水浸 50%。两个都要按表查。
误区 2:把 UV 的 1000 小时当成唯一暴露时间。 57.2.2 明确:冲击性能要两组试样,一组 500 h、一组 1000 h;其他性能一组 1000 h。25.2 的 Exception No.2 需要 500 h 与 1000 h 的对比(1000 h 保持 ≥ 80% 的 500 h 水平)。只做 1000 h 就无从判读。
误区 3:冲击试验一律用跌落法。 56.2 明确:永久性接线设备、地面支撑设备、以及预期使用中不太可能跌落的设备(含台面支撑式)用球冲击。手持设备才用跌落。
误区 4:换料只要"性能更好"就不用做试验。 A.2 的例外是"性能等同或优于",但 A.4 规定:原材若基于特殊试验(UV、蠕变、耐久、过载)被接受,这些试验必须在候选材料上重做。而且 A.3 限制跨类替换。
误区 5:金属化件只查外观。 延展性涂层要看 36 g/mm → 18 g/mm 的结合强度(老化前后),脆性涂层要看 ASTM D3359 的定量判据(B 法去除 ≥ 5% 即不合格)。外观无缺陷不等于结合强度合格。
七、检查清单
户外耐候
- 按脚注 g、h 分别判定 UV 与水浸的适用性,不默认"户外就两项都做"
- UV:确认氙弧参数(ASTM G151/G155、0.35 W/m²·nm @340 nm、黑板 63 ±3°C、120 min 循环)
- UV:确认冲击试样为两组(500 h + 1000 h),Izod 试样老化前开缺口
- UV:核对保持率 ≥ 70%,阻燃等级不变;不足 70% 时评估 Exception No.2 + Table 25.2
- 水浸:70 ±2°C / 168 ±2 h,前 5 天每天换水;5VA/5VB 或 127 mm 评估材料改 82 ±2°C
- 水浸:核对保持率 ≥ 50%,阻燃试样需再条件处理 2 周以上
- 薄材(< 0.25 mm)/ 硫化橡胶 / TPE:确认冲击改做变形抗力
- 尺寸变化 > 2% 时补做成品种试验(26.2)
机械
- Path III 确认抗压碎(45.4 kg × 最多 8 个施力器 × 1 分钟)
- 按 56.1 / 56.2 选择跌落法或球冲击法,确认能级(1.02 J 或 6.8 J)
- 户外件确认冷态冲击(−35 ±2°C / 3 h);低温室内场所确认 0 ±2°C / 3 h
- 冲击后确认介电耐压仍符合(22.3)与安全控制功能未受影响(22.2)
特殊应用
- 金属化件区分延展性 / 脆性,走对应条款(45 / 46 + 71)
- 脆性涂层确认划格数(11 / 6 / X 切口)与取样厚度规则
- 胶粘剂确认安全系数 4×、环境条件(0°C 或 −35°C)、50% 保持率判据
- 三防漆转 UL 746E;线圈骨架转 UL 1692
替代材料
- 确认是否同类材料替换(热塑↔热塑 / 热固↔热固)
- 确认零件尺寸与壁厚未减薄
- 按 Table A.1 四列逐行判定,记录每一行的结论
- 原材基于特殊试验被接受的(UV、蠕变、耐久、过载),在候选材料上重做
- 核对注 a 的两条豁免(同通用类型 + 同填料增强 + 性能指标等同或更高)
- 特殊终端用途:确认异常操作(27.1)与严峻条件(28.1)是否需要重做
标记
- 材料容器标记制造商名称/符号与独特材料标识
- 多工厂生产时确认各工厂有独特标记