MuCell UL94 Entflammbarkeitsklasse

Diskussion zur Entflammbarkeit nach UL94

Hintergrund – Die Frage der UL-Zertifizierung für geschäumte Teile ist ein ständiger Diskussionspunkt, insbesondere für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik, die mit dem MuCell-Verfahren geformt werden. Es gibt verschiedene Aspekte der UL-Zertifizierung und die Auswirkungen des Aufschäumens durch physikalische oder chemische Treibmittel auf den UL-Status eines Materials. Für die Perspektive dieses Dokuments diskutieren wir nur die Entflammbarkeitsbewertungen nach UL94.

UL94-Norm:

Der UL94-Standard befasst sich mit der Entflammbarkeitsbewertung von Kunststoffen, die für Verbrauchergeräte und Haushaltsgeräte verwendet werden. Der Standard sieht drei grundlegende Testmethoden vor: den vertikalen Brenntest, den horizontalen Brenntest und eine 5-V-Bewertung.  

Es ist zu beachten, dass die Automobilindustrie normalerweise nicht UL94 verwendet.

Vertikaler Brenntest

Die gebräuchlichste dieser Testmethoden ist der standardmäßige vertikale Brenntest. Die Ergebnisse sind eine Bewertung von V-0, V-1 und V-2. Die Testvorrichtung für einen vertikalen Brenntest ist unten dargestellt. Beim vertikalen Brenntest wird die Testprobe vertikal über einer Flammenquelle aufgehängt.

Die Flamme wird bis auf 10 mm an die Unterseite der Probe herangeführt und bleibt 10 Sekunden in dieser Position. Sobald die Flamme erlischt, wird der Brenner für weitere 10 Sekunden wieder unter die Probe gebracht. Der standardmäßige vertikale Brenntest erfordert nur zwei Einwirkungen des Brenners.

Die Anforderungen für die entsprechenden Entflammbarkeitsklassen sind in der folgenden Tabelle aufgeführt. Wenn das Material eine dieser Anforderungen nicht erfüllt, wird davon ausgegangen, dass es keine vertikale Brennklasse aufweist.

Die Nachbrennzeit, t1 ist die Zeit nach dem ersten Entfernen des Brenners bis zum Selbstverlöschen des Prüflings. Die Nachbrennzeit t2 ist die Zeit nach dem zweiten Entfernen des Brenners bis zum Selbstverlöschen des Prüflings.  

Vertikales Brennen 5V Bewertung

Eine 5-V-Bewertung basiert auf einer Testprobe, die in vertikaler Konfiguration getestet, aber fünfmal entzündet wird. In diesem Fall wird die Probe der Flamme ausgesetzt. Nachdem die Probe die Flamme selbst gelöscht hat, wird sie erneut der Flamme ausgesetzt. Die Probe muss jedes Mal innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums selbst erlöschen. Die Anforderungen für eine 5-V-Bewertung, 5VA oder 5VB, sind unten aufgeführt.

Bei jeder Probe, die nach der fünften Anwendung einer Flamme nicht von selbst erlischt, gilt dieser Test als nicht bestanden.

Horizontaler Brenntest

Der horizontale Brenntest ist weniger schwierig und wird viel seltener durchgeführt als der vertikale Brenntest. Beim horizontalen Brenntest wird die Probe horizontal in eine Klemme gelegt und der Brenner an einem Ende der Probe platziert (siehe unten). Beim horizontalen Brenntest wird die Probe 30 Sekunden lang der Flamme ausgesetzt. Die Brenngeschwindigkeit wird ausgehend von einer Linie gemessen, die 25 mm vom nicht eingespannten Ende der Probe entfernt ist, und einer Linie, die 100 mm vom nicht eingespannten Ende der Probe entfernt ist.  

Materialien, die mit dem horizontalen Brenntest getestet wurden, erhalten die HB-Bewertung:

• Brenngeschwindigkeit von weniger als 40 mm/Minute bei einer Probendicke zwischen 3 mm und 13 mm
• Brenngeschwindigkeit von weniger als 75 mm/Minute bei einer Prüfkörperdicke von weniger als 3 mm
• Selbstverlöschend bei weniger als 100 mm Brenndistanz.

Es gibt einen Sonderfall des horizontalen Brenntests für Schäume, der zu einer Bewertung von HBF, HF-1 oder HF-2 führt. Es gibt keine definierte Dichte oder Dichtereduzierung, damit ein Material als geschäumter Kunststoff gilt. Aus der Sicht der traditionellen Märkte von Trexel wäre dieser Test nicht anwendbar.

Aufrechterhaltung der UL-Bewertungen:

Der gebräuchliche Begriff ist, dass ein Material eine gelbe Karte erhält. Dies ist die offizielle UL-Liste mit den Leistungsbewertungen des Materials. UL-Tests müssen jährlich durchgeführt werden. Dies kann auf zwei Arten erfolgen. Die erste besteht darin, Proben zur Prüfung an UL einzureichen, und die zweite besteht darin, die Prüfung von einem zertifizierten Labor durchführen zu lassen und das Ergebnis an UL zu übermitteln. Letztendlich sind die Kosten ungefähr gleich. Als diese Arbeit im Jahr 2008 durchgeführt wurde, betrugen die Kosten 5150 USD pro Material für den Entflammbarkeitstest und dann kamen noch zusätzliche Kosten für die Registrierung des Materials hinzu.  

Leistung der Materialien:

Da die V- und 5V-Bewertungen am interessantesten sind, konzentriert sich der Rest dieses Dokuments auf diese. Es gibt eine bestehende UL-Ausnahmeregelung für geschäumte Materialien mit einer Dichtereduzierung von weniger als 5 %. Diese Ausnahmeregelung ermöglicht es einem Material, die Bewertung für den kompakten vertikalen Brenntest beizubehalten, ohne dass eine erneute Prüfung erforderlich ist. Es ist zu beachten, dass diese Ausnahmeregelung ursprünglich für chemisch geschäumte Kunststoffe eingeführt wurde, bei denen das Treibmittel verwendet wurde, um Einfallstellen zu beseitigen. Sie ist jedoch auf alle Schaumtechnologien anwendbar. Es ist auch zu beachten, dass diese Ausnahmeregelung offenbar nicht auf nennenswerten Tests beruht.

Eine UL94-Einstufung basiert auf einem Material und einer Testprobendicke. Eine Testprobe von 3.2 mm wird als repräsentativ für die Leistung eines Materials mit einer Dicke von 3.2 mm oder mehr angesehen. Wenn die Zulassung bei 3.2 mm erteilt wird, sind keine zusätzlichen Tests an dickeren Testproben erforderlich. Bei Materialdicken unter 3.2 mm muss die Testprobe die gewünschte Dicke aufweisen und stellt die Zulassung bei dieser Dicke oder dicker bis zur nächsten bewerteten Dicke dar. Beispielsweise wäre es möglich, dass ein Material bei 3.2 mm getestet wird und eine V-0-Einstufung erhält und auch bei 2.0 mm getestet wird und eine V-1-Einstufung erhält. Dies würde bedeuten, dass für jedes Teil mit einer Mindestwanddicke von 3.2 mm das Material als V-0-einstufig angesehen würde. Für Teile mit einer Wanddicke zwischen 2 mm und 3.2 mm hat das Material jedoch nur eine V-1-Einstufung. Darüber hinaus könnte das Material nicht für ein Teil mit einer Wanddicke von weniger als 2 mm verwendet werden, da es nicht unter 2 mm getestet wurde.

Trexel war an einer Reihe von Entflammbarkeitstests für einen Hersteller von Bürogeräten beteiligt. Damals wurden 5 Materialien in verschiedenen Stärken und mehreren Testrunden bewertet. Zu diesen Materialien gehörten ein glasgefülltes PBT, zwei ungefüllte PC/ABS-Harze, ein glasgefülltes PC/ABS-Harz und ein mineralgefülltes PPE/PS-Harz. Die eingereichten Proben und Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Die linke Spalte zeigt die Materialbezeichnung. Die zweite Spalte zeigt die Dicke der für jedes Material eingereichten Proben. Die Testdicken für jedes Material wurden auf Grundlage der vorhandenen Zulassungen für die Materialien ausgewählt. Die UL94-Einstufung für das Material in fester Form ist in der dritten Spalte angegeben. Die Dichtereduzierung der mit dem MuCell-Verfahren geschäumten Proben ist in der vierten Spalte angegeben und die Spalte rechts zeigt die UL94-Einstufung für die MuCell-geschäumten Proben. Die standardmäßige UL94-Testprobe ist 5 Zoll (127 mm) lang und 0.5 Zoll (12.7 mm) breit. Die Zieldichtereduzierung für jede Probe betrug 10 %. In Fällen, in denen die Dichte weniger als 10 % betrug, stellt der tatsächliche Wert die maximal erreichbare Dichtereduzierung für das Material und die Teilekonfiguration dar.

In den gelb hinterlegten Spalten sind die entsprechenden Bewertungen der Massivprüfkörper und der im MuCell-Verfahren hergestellten Prüfkörper dargestellt.

Es ist ersichtlich, dass es für das glasfaserverstärkte PBT möglich war, die UL-Bewertung V-0 sogar bei einer Dichtereduzierung von 10 % bis zum Mindestwert von 1.5 mm Dicke beizubehalten. Bei den anderen Materialien war es typisch, dass das Ergebnis um eine Bewertungsstufe abnahm. So ist beispielsweise ersichtlich, dass für ZM1, ein talkumverstärktes modifiziertes PPE/PPO, die Kompaktbewertung V-3640 war. Bei 1 mm wurde die Bewertung V-1.8 beibehalten, aber bei 1 mm war die Bewertung V-1.5. Das würde bedeuten, dass dieses spezielle Material bei 2 mm und dicker V-1 war, aber V-1.8 zwischen 2 mm und 1.5 mm.  

Einige Proben wurden auch einer 5-V-Bewertung unterzogen, aber in diesem Fall haben alle geschäumten Proben den Test nicht bestanden. Beachten Sie, dass der 5-V-Test für das glasgefüllte PBT nicht angefordert wurde. Es ist nicht bekannt, wie dieses Material abgeschnitten hätte.

Obwohl es einige Ausnahmen gibt, ist es im Allgemeinen so, dass mit abnehmender Dicke der Probe die Tendenz zu einer Abnahme der UL 94-Entflammbarkeitsklasse sowohl bei Feststoffen als auch beim MuCell-Verfahren zunimmt. Allerdings gibt es eine Tendenz, dass sich die Klasse beim MuCell-Verfahren schneller ändert.

Es wurde nur ein glasfaserverstärktes, teilkristallines Harz bewertet, doch dieses Material behielt sogar bis zu einer Dicke von 0 mm die V-1.5-Einstufung bei.

Beim 5-V-Test trat am häufigsten das Problem auf, dass nach mehrmaligem Zünden brennendes Material auf das Baumwollmaterial tropfte, was als Fehler gewertet wird.

Schlussfolgerungen:

Im Allgemeinen wird erwartet, dass die Entflammbarkeitsklassen für Materialien mit einer Dicke von 3.2 mm und mehr mit dem MuCell-Verfahren bis zu einer Dichtereduzierung von 10 % beibehalten werden. Unter 3.2 mm ist dies materialabhängig und in den meisten Fällen ist mit einer Verringerung um eine Klassenstufe zu rechnen, von V-0 auf V-1, von V-1 auf V-2, von V-2 auf keine Klasseneinstufung. Es wird nicht erwartet, dass ein geschäumtes Material eine 5V-Klasse beibehält.