Die Bewertung von Kunststoffen könnte die Bestimmung der Entflammbarkeit von Materialien (Brenneigenschaften), Entzündungseigenschaften aus vielen thermischen und elektrischen Quellen, elektrische Nachverfolgung und zusätzliche elektrische Eigenschaften und analytische Prüfungen, beinhalten. Erhalt der Materialeigenschaften unter folgenden Bedingungen: hohe Langzeittemperatur (Umluftherd), Wasser, UV-Licht, Kälte und andere Außenbedingungen.

Die von UL geprüften Eigenschaften umfassen:

Materialien zum Einsatz unter bestimmten Umweltbedingungen werden für spezifische Produktanwendungen nach vorliegenden Anforderungen zum Erhalt von Eigenschaften bei bestimmten schwierigen Arbeits- oder Umweltbedingungen untersucht. Dies beinhaltet auch die Belastung durch unterschiedliche Arten ultravioletter Strahlung.

Farbkonzentrate (QMQS2)

Sobald ein Endproduktehersteller einen UL-anerkannten Kunststoff in einer Kundenfarbe bestellt, muss der UL-anerkannte Kunststofflieferant seine Produktion anhalten, die Maschinen reinigen und mit einem gesondertem Durchlauf für die Herstellung der Kundenfarbe beginnen. Die ist ein kosten- und zeitintensives Verfahren, dass sich normalerweise in den Auftragskosten niederschlägt. Zudem kann es sein, dass der UL-anerkannte Kunststofflieferant einen größeren Mindestauftrag verlangt, es sei denn, die Bestellung betrifft reines Naturharz.

Die Farbkonzentratkategorie QMQS2 eröffnet den Herstellern, die sich mit diesem Problem konfrontiert sehen, die Option, die notwendige Menge an UL-anerkanntem reinen Naturharz zu bestellen, während sie gleichzeitig ein UL-anerkanntes Farbkonzentrat für den Einsatz mit dem UL-anerkannte Kunststoff erhalten. Durch die trockene Vermischung der beiden Materialien ohne Überschreitung der publizierten Let-down-Rate können Endprodukthersteller die bestellte Menge produzieren, was gewöhnlich kostengünstiger ist, als einen UL-anerkannten, kundenspezifischen Kunststoff zu bestellen.

Die UL-Anerkennung eines Farbkonzentrats zum Einsatz in vertikal eingestuften, UL-anerkannten Ausgangsharzen ist sehr speziell und erfordert die Einreichung von standardisierten Prüfmustern. Die Muster des in das UL-anerkannte Ausgangsharz einzubringenden Farbkonzentrats werden geprüft, um sicherzustellen, dass das Farbkonzentrat sich nicht negativ auf die Entzündbarkeitsklasse des UL-anerkannten Ausgangsharzes auswirkt. Die UL-Anerkennung eines Farbkonzentrates erfordert Einreichungen und Prüfungen für jedes UL-anerkannte, vertikal eingestufte Ausgangsharz.

Zudem beinhaltet die UL-Anerkennung zum Einsatz mit HB-klassifizierten, UL-anerkannten Ausgangsharzen die Einreichung zur Prüfung von standardisierten Prüfmustern des Farbkonzentrats, das dem UL-anerkannten, HB-klassifiziertem Ausgangsharz beigemischt werden soll. Wenn diese Prüfung die HB-Klassifizierung des UL-anerkannten Ausgangsharzes nicht negativ beeinflusst, erhält das neue, UL-anerkannte Farbkonzentrat eine generische UL-Anerkennung, die es gestattet, dass es jedem UL-anerkannten, HB-klassifizierten Ausgangsharz dieser generischen Typisierung beigemischt werden darf.

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Komponentenkonzentrate (QLMJ2)

Ein Unternehmen für kundenspezifische Mischkunststoffe kauft normalerweise reines Naturharz von einem Zulieferer und verändert die Formulierung durch Hinzufügung von Zusatzkonzentraten, um so ein neues Produkt zu erschaffen. Dieses neue Material wird zur UL-Anerkennung gemäß den Mischkunststoff-Kategorien (QMFZ2) geprüft und veröffentlicht. Die Kategorie der Komponentenkonzentration (QMLJ2) erlaubt die Anerkennung der Zusatzstoffe, die mit dem UL-anerkannten reinen Ausgangsharz vermischt wurden, um eine neue UL-anerkannte Kunstoffformulierung herzustellen.

Die Kategorie QMLJ2 erlaubt auch, dass das UL-anerkannte Ausgangsharz direkt zum Produktionsort des UL-anerkannten Endprodukts transportiert wird. Auch das UL-anerkannte Zusatzstoffpaket kann direkt zum Hersteller gebracht werden. Vor dem Guss werden das Harz und die Zusatzstoffe in trockenem Zustand gemäß dem von UL-anerkannten Hersteller vorgegebenem Verhältnis vermischt. Hierfür muss der Hersteller gemäß den gefertigten Teilen nach QMMY2 anerkannt sein.

Dieses Zulieferverfahren für das Ausgangsharz ermöglicht dem Endproduktehersteller, das Harz in großer Menge zu kaufen und zu transportieren. Das UL-anerkannte Konzentrat kann gemäß festen Produktionsplänen bestellt und verschifft werden. Durch dieses Verfahren können Kunststofflieferanten besser große Mengen an Harz produzieren als bei kundenspezifischen Bestellungen.

Bei der Veröffentlichung werden die UL-Anerkennung des Konzentrats, des Konzentratpakets, des Namens des Harzzulieferes, Dokumentationsnummer und Klassifizierung auf der UL-Anerkennungskarte vermerkt. Ebenso werden die UL-anerkannte Bezeichnung der neuen Formulierung, die Dokumentationsnummer und der Firmennamen vermerkt.

Zur Sicherung der Reproduzierbarkeit des UL-anerkannten Konzentratpakets werden Erkennungsprüfungen mit Infrarot-Spektroskopie (IR), Thermogravimetrie (TGA) und dynamischer Differenzkalorimetrie (DDK) am UL-anerkannten Konzentratpakets bis hin zum generischen Träger durchgeführt. Nach dem Follow Up-Programm von UL finden regelmäßige Nachprüfungen statt.

IEC Kugeldrucktemperatur (BP)

Die IEC-Kugeldrucktemperatur gemäß IEC 695-10-2 ist die Temperatur in °C, bei der eine Kugel mit 5 mm Durchmesser einen Abdruck von 2 mm oder weniger auf einer Materialoberfläche hinterlässt.

Outdoorfähigkeit

Ein Material, das für Außenbereichsanwendungen zugelassen ist, hat folgende Prüfungen gemäß UL 746C, Polymere Materialien, Einsatz in elektrischen Geräten durchlaufen:

  1. 1000 Stunden unter Xenonbogenbewitterung
  2. Siebentägige Wassertauchprüfung bei 70°C

Das Material wurde auf Entflammbarkeit, mechanische Einwirkungen und Belastungen vor und nach dem Einwirken dieser Bedingungen geprüft. Prüfergebnisse können zu folgenden Ergebnissen führen:

(f1) — Diese Fußnote zeigt an, dass das Material sowohl den UV- als auch den Nässe- und Tauchanforderungen nach UL 746C entspricht. Das Material ist für den Einsatz in Außenbereichen mit Einwirkung von UV-Strahlung, Nässe und Unterwasserbedingungen gemäß UL 746C geeignet.

(f2) — Diese Fußnote zeigt an, dass das Material nur teilweise auf UV-Strahlung, Nässe oder Unterwasserbedingungen geprüft wurde oder diese Prüfungen nur teilweise bestanden hat. Das Material durchlief eine oder mehrere der folgenden Prüfungen: UV-Strahlung, Nässe oder Unterwasserbedingungen gemäß UL 746C, wobei die Zulassung zum Gebrauch in Außenbereichen von UL festgelegt wird.

Programm zur thermalen Alterung

Die meisten der nach diesem Programm geprüften Materialien wurden auf den Erhalt bestimmter wichtiger Eigenschaften wie Dielektrik, Zugfestigkeit und Stoßfestigkeit im Rahmen eines Langzeitprogramms zur thermalen Alterung gemäß UL 746B, Polymermaterialien, Langzeiteigenschaften geprüft.

Die End-of-Life-Phase eines Produktes während aller Temperaturprüfungen nach diesem Programm ist dann erreicht, wenn der Wert der wichtigen Eigenschaften auf 50 % des Anfangswertes (wie erhalten) gefallen ist. Wenn ein Material nach dem Programm zur thermischen Alterung geprüft wurde, basiert der relative Temperaturindex (RTI) in °C auf Vergleichswerten mit einem Material, bei dem eine geeignete Betriebserfahrung vorliegt und das mit dem Prüfprodukt hinsichtlich der Temperaturen, unter denen es vorzeitig altert, vergleichbar ist.

Wenn ein Material nicht nach dem Programm für thermische Alterung geprüft wurde, basiert der angegebene RTI auf der generischen Einstufung. Eine Tabellierung der Temperaturindices gemäß der generischen Materialeinstufung ist in UL 746B enthalten und basiert auf den durchgeführten Feldversuchen zu Leistung und chemischem Aufbau.

Je nach Materialanforderungen für bestimmte Anwendungen kann mehr als ein RTI notwendig sein. In bestimmten Fällen und je nach anwendbarer Norm für das Endprodukt ist die Prüfung unter höheren Temperaturen notwendig.

Der relative Temperaturindex (RTI) ist die maximale Betriebstemperatur eines Materials, bei der bestimmte wichtige Eigenschaften nicht in unzumutbarem Maße aufgrund von chemisch-thermaler Beschädigung beeinträchtigt werden. Dies umfasst die angemessene Lebensdauer eines elektrischen Produkts im Vergleich zu einem Referenzmaterial mit einem festgestellten und vergleichbaren leistungsdefiniertem RTI.

Der elektrische RTI umfasst wichtige elektrische Isolierungseigenschaften.

Der mechanische Druck-RTI umfasst Stoßfestigkeit, Belastbarkeit und Flexibilität.

Der mechanische Haltbarkeit-RTI (auch mechanischer RTI ohne Außeneinwirkung) umfasst wichtige mechanische Haltbarkeit, wo Stoßfestigkeit, Belastbarkeit und Flexibilität nicht maßgeblich sind.

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UL Prüfdienstleistungen für Funktechnologien

UL 746A Prüfung der elektrischen Eigenschaften

Mit den folgenden Prüfungen werden die elektrischen Eigenschaften von Polymermaterialien bestimmt:

  • Stärke der dielektrischen Durchschlagsspannung (DS)
  • Kriechstromfestigkeit (CTI)
  • Hochspannungs-Nachverfolgungsrate (HVTR)
  • Hochspannung, Schwachstrom, Lichtbogenbeständigkeit (trocken) — D495

UL 746A Feuerbeständigkeit von Polymermaterialien

Mit den folgenden Prüfungen wird die Entzündungsbeständigkeit von Polymermaterialien bestimmt:

  • Heizdrahtentzündung (HWI)
  • Starkstromlichtbogenentzündung (HAI)
  • Entzündungsbeständigkeit gegen Hochspannungslichtbögen
  • Glühdrahtentzündungsprüfung (GWIT, GWFI)


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UL 746C

UL 746C, Polymermaterialien, Anwendung in elektrischen Geräten mit Änderungen vom 1. Juni 2004. Die folgenden Informationen fassen die Änderungen zusammen und bieten weitere Hilfestellung bei der Produktentwicklung.


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UL 94

Tests zur Entflammbarkeit von Kunststoffmaterialien in Bauteilen von Haushaltsgeräten und sonstigen Geräten

Es gibt zwei Prüfprogramme zur Vorauswahl, die auf Kunststoffmaterialien angewendet werden, um die Entflammbarkeitseigenschaften zu prüfen. Das erste Programm beurteilt die Neigung eines Materials, nach einer Entzündung entweder zu verlöschen oder das Feuer zu verbreiten. Das Programm wird in UL 94, Entflammbarkeitsprüfungen für Kunststoffmaterialien als Teile in Geräten und Anwendungen beschrieben, die jetzt mit IEC 60707, 60695-11-10 und 60695-11-20 und ISO 9772 und 9773 harmonisiert wurde.

Das zweite Programm misst die Entzündungsbeständigkeit eines Kunststoffes gegenüber elektrischen Zündquellen. Die Beständigkeit eines Materials gegenüber Entzündung und anderen Oberflächenmerkmalen ist in UL 746A beschrieben, deren Prüfverfahren denen in IEC 60112, 60695 und 60950 ähneln.

UL 94, Brandklassifizierungen 

Gemäß UL 94 gibt es 12 Brandklassifizierungen für Materialien, die auf den Ergebnissen aus kleinformatigen Brandprüfungen basieren. Diese Klassifizierungen, die in jeweils absteigender Reihenfolge in den folgenden drei Gruppen aufgelistet sind, gelten zur Unterscheidung der Brandmerkmale eines Materials, nachdem Prüfproben einer bestimmten Brandprüfung unter kontrollierten Laborbedingungen ausgesetzt wurden.

  • Sechs Einstufungen (5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2, HB) betreffen Materialien, wie sie üblicherweise in Gehäusen, strukturellen Teilen und Isolierungen von Unterhaltungselektronik verwendet werden.
  • Drei weitere Einstufungen (HF-1, HF-2, HBF) betreffen Schaumstoffmaterialien geringerer Dichte, wie sie üblicherweise in Lautsprecherabdeckungen und Schalldämmungen eingesetzt werden.
  • Die restlichen drei Einstufungen (VTM-0, VTM-1, VTM-2) betreffen ganz dünne Filme, die normalerweise nicht in der Lage sind, allein eine horizontale Position einzunehmen. Diese werden zumeist als Substrate in flexiblen Leiterplatten verwendet.

Horizontale vs. vertikale Ausrichtung

Aus dem Kunststoff geformte Proben werden je nach den Vorgaben des eingesetzten Prüfverfahren in horizontaler oder vertikaler Ausrichtung positioniert. Sie werden dann einer definierten Entzündungsquelle für eine festgelegte Zeitdauer ausgesetzt. Bei einigen Prüfungen wird die Prüfflamme nur einmal eingesetzt, wie im Fall der horizontalen Brandprüfung (HB), während bei anderen Prüfungen die Flamme mindestens zweimal eingesetzt wird.

Eine HB-Entflammbarkeitsklasse zeigt, dass ein Material in horizontaler Position getestet wurde und mit einem Wert unter einem definierten Maximum gebrannt hat.

Die drei vertikalen Klassen V2, V1 und V0 zeigen, dass das Material in vertikaler Position geprüft wurde und innerhalb einer festgelegten Zeit nach Entfernen der Brandquelle von selbst erloschen ist. Die vertikale Klassen zeigen auch, ob von der Probe brennende Partikel abgefallen sind, die einen Indikator aus Baumwolle unter der Probe entzündet haben.

UL 94 beschreibt zudem ein Verfahren, bei dem die Prüfflamme bis zu fünf Mal angesetzt wurde, um eine Prüfung für eine 5Va- oder 5VB-Klassifizierung durchzuführen. Diese kleinformatigen Prüfungen messen die Tendenz eines Materials nach seiner Entzündung zum Erlöschen oder zur Ausbreitung von Flammen.

Unterschiede in den Prüfverfahren und deren Kriterien

Hinsichtlich der Entflammbarkeitsklassen 5VA, 5VB, V-0, V-1, V-2 und HB für geformte Kunststoffmaterialien zum Einsatz in herkömmlichen Abdeckungen und strukturellen Teilen oder Isolierungen bei Elektrogeräten fällt auf, dass die Materialien der Klassen 5VA und 5VB einer Entzündungsquelle ausgesetzt waren, die etwa fünfmal so stark ist wie die in den V-0, V-1, V-2 und HB-Prüfungen verwendete. Auch sind von diesen Proben keine brennenden Partikel abgefallen. Drei der verbleibenden sechs Klassifizierungen aus UL 94 beziehen sich auf Schaumstoffmaterialien geringerer Dichte, wie sie üblicherweise in Lautsprecherabdeckungen und Schalldämmungen eingesetzt werden. Die restlichen drei Klassifizierungen beziehen sich auf ganz dünne Filme, wie sie üblicherweise in flexiblen Leiterplatten eingesetzt werden und die normalerweise nicht in der Lage sind, allein eine horizontale Position einzunehmen (VTM-0, VTM-1, VTM-2). Die Entflammbarkeitsklasse VTM-0 kann daher nicht mit einer V-0-Klasse verglichen werden, da die Prüfverfahren anders sind. Ebensowenig können VTM-1 und VTM-2 mit V-1 und V-2 verglichen werden.

Entzündungsprüfungen nach UL 746A

Bei den Überlegungen zur Entflammbarkeit ist die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Entzündung ein weiterer wichtiger Faktor bei der Auswahl und Bewertung von Materialien für den Einsatz in elektrischen Geräten. Mögliche elektrische Zündquellen in Geräten sind: Überladung (Überhitzung) elektrischer Leiter und Bauteile, Funkenflug wie bei offenen Kontakten von Schaltern oder Relais und Funkenflug bei gebrochenen oder losen Verbindungen (z. B. Kabelverbindungen oder Kabelendungen). Polymermaterialien in direktem Kontakt mit oder in unmittelbarer Nähe zu überladenen oder funkenden elektrischen Teilen können sich entzünden.

Die drei grundlegenden Prüfungen für die Feststellung der Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Entzündung sind die Glühdrahtprüfung (HWI), die Starkstrom-Lichtbogenzündung (HAI) und die Starkstrom-Lichtbogenverfolgung (HVTR). Genaue Informationen zu den Prüfkriterien finden Sie in UL 746A, Polymermaterialien, Kurzfristige Eigenschaftsprüfungen. Die UL iQ™ Datenbank listet in einer Tabelle die Ergebnisse der kleinformatigen Materialprüfungen auf.

Die HWI-Prüfung bewertet die Entzündungsbeständigkeit eines Materials, wenn es außergewöhnlich hohen Temperaturen ausgesetzt wird, wie sie bei einem Baufehler auftreten können, wenn beispielsweise ein Leiter mehr Stromdurchfluss hat, als seine Belastbarkeit zulässt. Die HWI-Leistung wird in der durchschnittlichen Sekundenzahl angegeben, die es dauert, um ein Probestück zu entzünden, wenn es mit einem stromführenden, nicht-verchromten Widerstandsdraht umwickelt ist, durch den eine bestimmte Energiemenge geleitet wird.

Die HAI-Prüfung bewertet die Fähigkeit des Materials, einem elektrischen Funkenflug standzuhalten, der sich unmittelbar auf oder genau über der Oberfläche des Kunststoffs befindet. Dies kann bei freiliegenden Kontakten oder im Fall eines elektrischen Anschlussfehlers auftreten. Die HAI-Leistung wird angegeben als Anzahl der Funkensprünge - gemessen mit genormten Elektrodenmaterialien, geometrischen und elektrischen Stromkreisen -, die bis zur Entzündung des Probestücks benötigt werden, wenn der Funkenflug sich unmittelbar auf oder eine festgelegte Entfernung über der Oberfläche des Kunststoffs befindet.

Der HVTR eines Materials wird bemessen in Inch pro Minute und ist der Nachverfolgungspfad, der auf der Oberfläche eines Materials unter genormten Prüfungsbedingungen entsteht. Diese Prüfung dient der Festlegung einer elektrischen Leiterbahn auf der Oberfläche eines festen, isolierten Materials als Folge elektrischer Belastung.

Eine weitere Entzündungsprüfung kann eingesetzt werden, um die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Entzündung zu messen. Diese Prüfung ist die Glühdraht-Entzündungsprüfung, die in UL 746A und UL 746C, Polymermaterialien, Einsatz in elektrischen Geräten beschrieben wird. Das Prüfverfahren basiert auf einer Prüfmethode, die in IEC 60695 und vielen weiteren IEC-Endproduktnormen einschließlich IEC 60335-1 dokumentiert ist. Das Prüfverfahren ähnelt etwas der HWI-Prüfung, denn es misst ebenfalls die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Entzündung, wenn es einer nicht brennenden Hitzequelle ausgesetzt ist

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