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(yàn)是檢驗(yàn)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(xiǎn)試驗(yàn)第21 部分：非正常熱球壓試驗(yàn)方法》[1]球壓試驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，結(jié)合IEC 60695-10-2：2014《著火危險(xiǎn)試驗(yàn)》[2]和CTL 決議要求的內(nèi)容，歸納總結(jié)了影響球壓試驗(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素。

2 試驗(yàn)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(xiǎn)試驗(yàn) 第21 部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》球壓試驗(yàn)方法要求，球壓試驗(yàn)裝置主要由壓力球、負(fù)載裝置和試驗(yàn)樣品支座3 部分組成。其中，壓力球和試驗(yàn)樣品支座都是影響試驗(yàn)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(xiǎn)試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)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(shí)測(cè)值在（5±0.05）mm 范圍內(nèi)才能達(dá)到要求。 負(fù)載裝置和壓力球的質(zhì)量相當(dāng)于（20±0.2）N 的負(fù)載。 試驗(yàn)前，除了需要確保壓力球和負(fù)載裝置相關(guān)參數(shù)合乎標(biāo)準(zhǔn)要求之外，還要確保壓力球表面光滑，不存在磨損，否則會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)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(gè)鋼球的球壓裝置。因?yàn)樵囼?yàn)過程中，樣品材料有可能會(huì)沿著球面往上裹，如果上裹到壓力球的半徑之上，測(cè)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(gè)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(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。

2.1.2 試驗(yàn)樣品支座

CTL 決議要求和IEC 60695-10-2：2014《著火危險(xiǎn)試驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：試驗(yàn)樣品支座應(yīng)能將試驗(yàn)樣品剛性支撐在水平位置，有足夠的強(qiáng)度支撐負(fù)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(shí)出現(xiàn)試驗(yàn)裝置溫度明顯下降的情況。在試驗(yàn)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(yīng)盡可能接近熱電偶直徑。 將一個(gè)獨(dú)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(yīng)當(dāng)盡量放入支座的中心位置，確保溫度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。在整個(gè)試驗(yàn)過程中應(yīng)保證熱電偶的探測(cè)溫度保持在測(cè)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(xiǎn)試驗(yàn)第21 部分：非正常熱球壓試驗(yàn)方法》中要求，烘箱應(yīng)該是單室的，其溫度的梯度、波動(dòng)和偏差應(yīng)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(yàn)溫度。 試驗(yàn)樣品完成之后， 烘箱應(yīng)在5 min內(nèi)恢復(fù)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(dòng)對(duì)設(shè)置溫度進(jìn)行修正。能力驗(yàn)證的結(jié)果表明，不同性能的烘箱的選擇對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有明顯的影響[5]。

3 試驗(yàn)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(yīng)該大致平衡。如有必要，可疊加兩個(gè)或更多部件以達(dá)到這個(gè)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(gè)試驗(yàn)樣品。 材料厚度為（3.0±0.5）mm。 試樣應(yīng)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(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理，將其放置在溫度15~30℃、相對(duì)濕度15%~75%的環(huán)境下至少長達(dá)24 h。

3.2 試驗(yàn)操作

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

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 結(jié)果判定

試驗(yàn)中最為關(guān)鍵的步驟就是壓痕測(cè)量。 在CTL決議中規(guī)定壓痕的起點(diǎn)為：壓痕的測(cè)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(cè)量范圍。直徑尺寸不超過2.0 mm時(shí)，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(xiǎn)試驗(yàn) 第21 部分：非正常熱 球壓試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)壓痕的光學(xué)測(cè)量裝置要求應(yīng)有至少10 倍的光學(xué)放大倍率，并與經(jīng)過校準(zhǔn)的分辨率不超過0.1 mm 的網(wǎng)格或十字線測(cè)試臺(tái)一起使用。實(shí)際測(cè)量中，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的條件來選擇測(cè)量的工具。常見的設(shè)備有全自動(dòng)影像儀和顯微鏡等。在測(cè)量壓痕時(shí)，對(duì)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(cè)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(yīng)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(xiǎn)試驗(yàn)第21 部分：非正常熱球壓試驗(yàn)方法》球壓試驗(yàn)方法為基礎(chǔ)，參考標(biāo)準(zhǔn)IEC 60695-10-2：2014《著火危險(xiǎn)試驗(yàn)》和CTL 決議要求中的內(nèi)容，對(duì)影響球壓試驗(yàn)的關(guān)鍵因素進(jìn)行分析。球壓試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室能力驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)室比對(duì)中比較常見的一種試驗(yàn)，對(duì)人員、設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)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(yàn)結(jié)果的關(guān)鍵因素。