球壓試驗關(guān)鍵影響因素分析

黃信鋒 葉長青 王杰

（惠州海關(guān)綜合技術(shù)中心 廣東惠州 516006）

1 前言

球壓試驗是檢驗絕大多數(shù)非金屬材料、 熱塑性材料在高溫作用下的耐熱性能是否合格的常用方法。 本文以GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第21 部分：非正常熱球壓試驗方法》[1]球壓試驗方法為基礎(chǔ)，結(jié)合IEC 60695-10-2：2014《著火危險試驗》[2]和CTL 決議要求的內(nèi)容，歸納總結(jié)了影響球壓試驗結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2 試驗設(shè)備

2.1 球壓裝置

根據(jù)GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗 第21 部分：非正常熱 球壓試驗方法》球壓試驗方法要求，球壓試驗裝置主要由壓力球、負載裝置和試驗樣品支座3 部分組成。其中，壓力球和試驗樣品支座都是影響試驗結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2.1.1 壓力球

CTL 決議要求和IEC 60695-10-2：2014 《著火危險試驗》標準規(guī)定了鋼球直徑不超過規(guī)定值的±1%，即要求壓力球球頭直徑實測值在（5±0.05）mm 范圍內(nèi)才能達到要求。 負載裝置和壓力球的質(zhì)量相當于（20±0.2）N 的負載。 試驗前，除了需要確保壓力球和負載裝置相關(guān)參數(shù)合乎標準要求之外，還要確保壓力球表面光滑，不存在磨損，否則會導致試驗結(jié)果出現(xiàn)偏差。特別需要注意的是，如果樣品是易變形的材料，建議壓力球頭是半個鋼球的球壓裝置。因為試驗過程中，樣品材料有可能會沿著球面往上裹，如果上裹到壓力球的半徑之上，測量出來的壓痕直徑大小有可能小于壓力球的直徑大小。 如果使用的壓力球頭是小半個鋼球，則壓痕直徑大小的最大極限也不能超過連載桿的直徑大小，這有可能導致結(jié)果出現(xiàn)偏差。

2.1.2 試驗樣品支座

CTL 決議要求和IEC 60695-10-2：2014《著火危險試驗》標準規(guī)定：試驗樣品支座應能將試驗樣品剛性支撐在水平位置，有足夠的強度支撐負載裝置，有平滑的表面且有足夠大的質(zhì)量防止在空箱內(nèi)放置或取出樣品時出現(xiàn)試驗裝置溫度明顯下降的情況。在試驗樣品支座的中心表面下方約3 mm 處開一小孔[3]，小孔的深度為圓柱形支架的半徑， 小孔的直徑應盡可能接近熱電偶直徑。 將一個獨立的熱電偶插入小孔里面用于監(jiān)控支座的溫度。 熱電偶應當盡量放入支座的中心位置，確保溫度檢測的準確性。在整個試驗過程中應保證熱電偶的探測溫度保持在測試溫度（±2℃）的值。

2.2 烘箱

GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第21 部分：非正常熱球壓試驗方法》中要求，烘箱應該是單室的，其溫度的梯度、波動和偏差應符合IEC 60216-4-1《電絕緣材料-耐熱性能-第4 部分：老化烘箱-第1 部分：單室烘箱》[4]的要求并適用于設(shè)置試驗溫度。 試驗樣品完成之后， 烘箱應在5 min內(nèi)恢復到指定的溫度（±2℃）且過沖不超過5℃。為了確保烘箱的溫度穩(wěn)定性，盡量選取容積≤2 m3的烘箱。在核查的過程中，如果發(fā)現(xiàn)溫度存在顯示誤差，要手動對設(shè)置溫度進行修正。能力驗證的結(jié)果表明，不同性能的烘箱的選擇對試驗結(jié)果有明顯的影響[5]。

3 試驗方法

3.1 樣品制備

試樣從成品上切取，厚度至少為2.5 mm，且上下表面應該大致平衡。如有必要，可疊加兩個或更多部件以達到這個厚度。如果試樣無法從產(chǎn)品上切取，則使用同樣的材料制作一個試驗樣品。 材料厚度為（3.0±0.5）mm。 試樣應為邊長至少10 mm 的方形或直徑至少10 mm 的圓型表面。 此外，還要對試樣進行預處理，將其放置在溫度15~30℃、相對濕度15%~75%的環(huán)境下至少長達24 h。

3.2 試驗操作

GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第21 部分：非正常熱球壓試驗方法》中規(guī)定，熱平衡后，打開烘箱的門，手動將樣品放置在烤箱內(nèi)支座的中心位置， 然后再將負載裝置連同壓力球輕輕放置在樣品的相對中心位置上。 樣品放置的時間應該在30 s 內(nèi)完成， 壓力球在樣品上施加的時長為（60+2）min。壓力施加時長到后，需要在10 s 內(nèi)將樣品取出并浸入（20±5）℃的水中，浸泡時長為（6±2）min。然后把試驗樣品取出并除去水分，3 min 內(nèi)測量壓痕直徑。需要注意的是，在放置和移除負載裝置的時候，應該盡量避免負載裝置晃動，以免出現(xiàn)其他劃痕或?qū)е聣汉鄄灰?guī)則，根據(jù)實際需要，可以考慮給負載裝置增加固定支架[6]。

4 試驗結(jié)果

4.1 結(jié)果判定

試驗中最為關(guān)鍵的步驟就是壓痕測量。 在CTL決議中規(guī)定壓痕的起點為：壓痕的測量盡可能地接近固體邊緣，即形成壓痕后材料固有的水平最開始發(fā)生變化的邊緣。 值得注意的是，壓痕變形部分不屬于壓痕直徑的測量范圍。直徑尺寸不超過2.0 mm時，可判為合格。

4.2 結(jié)果讀取

GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗 第21 部分：非正常熱 球壓試驗方法》標準中規(guī)定，對壓痕的光學測量裝置要求應有至少10 倍的光學放大倍率，并與經(jīng)過校準的分辨率不超過0.1 mm 的網(wǎng)格或十字線測試臺一起使用。實際測量中，需要根據(jù)實驗室的條件來選擇測量的工具。常見的設(shè)備有全自動影像儀和顯微鏡等。在測量壓痕時，對于某些白色或者透明的樣品，其壓痕往往都不太清晰，可使用印泥涂在試樣的測試面上。通過紅色印泥在凹坑的不同深度反射光線不同，可更清楚地反應出壓痕直線的邊緣分界線。

5 結(jié)語

本文主要是以GB/T 5169.21—2017《電工電子產(chǎn)品著火危險試驗第21 部分：非正常熱球壓試驗方法》球壓試驗方法為基礎(chǔ)，參考標準IEC 60695-10-2：2014《著火危險試驗》和CTL 決議要求中的內(nèi)容，對影響球壓試驗的關(guān)鍵因素進行分析。球壓試驗是實驗室能力驗證和實驗室比對中比較常見的一種試驗，對人員、設(shè)備和經(jīng)驗的要求都比較高。希望通過本文的分析，可以讓更多的同行了解和掌握影響球壓試驗結(jié)果的關(guān)鍵因素。