球压试验关键影响因素分析

黄信锋 叶长青 王杰

（惠州海关综合技术中心 广东惠州 516006）

1 前言

球压试验是检验绝大多数非金属材料、 热塑性材料在高温作用下的耐热性能是否合格的常用方法。 本文以GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21 部分：非正常热球压试验方法》[1]球压试验方法为基础，结合IEC 60695-10-2：2014《着火危险试验》[2]和CTL 决议要求的内容，归纳总结了影响球压试验结果的关键因素。

2 试验设备

2.1 球压装置

根据GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验 第21 部分：非正常热 球压试验方法》球压试验方法要求，球压试验装置主要由压力球、负载装置和试验样品支座3 部分组成。其中，压力球和试验样品支座都是影响试验结果的关键因素。

2.1.1 压力球

CTL 决议要求和IEC 60695-10-2：2014 《着火危险试验》标准规定了钢球直径不超过规定值的±1%，即要求压力球球头直径实测值在（5±0.05）mm 范围内才能达到要求。 负载装置和压力球的质量相当于（20±0.2）N 的负载。 试验前，除了需要确保压力球和负载装置相关参数合乎标准要求之外，还要确保压力球表面光滑，不存在磨损，否则会导致试验结果出现偏差。特别需要注意的是，如果样品是易变形的材料，建议压力球头是半个钢球的球压装置。因为试验过程中，样品材料有可能会沿着球面往上裹，如果上裹到压力球的半径之上，测量出来的压痕直径大小有可能小于压力球的直径大小。 如果使用的压力球头是小半个钢球，则压痕直径大小的最大极限也不能超过连载杆的直径大小，这有可能导致结果出现偏差。

2.1.2 试验样品支座

CTL 决议要求和IEC 60695-10-2：2014《着火危险试验》标准规定：试验样品支座应能将试验样品刚性支撑在水平位置，有足够的强度支撑负载装置，有平滑的表面且有足够大的质量防止在空箱内放置或取出样品时出现试验装置温度明显下降的情况。在试验样品支座的中心表面下方约3 mm 处开一小孔[3]，小孔的深度为圆柱形支架的半径， 小孔的直径应尽可能接近热电偶直径。 将一个独立的热电偶插入小孔里面用于监控支座的温度。 热电偶应当尽量放入支座的中心位置，确保温度检测的准确性。在整个试验过程中应保证热电偶的探测温度保持在测试温度（±2℃）的值。

2.2 烘箱

GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21 部分：非正常热球压试验方法》中要求，烘箱应该是单室的，其温度的梯度、波动和偏差应符合IEC 60216-4-1《电绝缘材料-耐热性能-第4 部分：老化烘箱-第1 部分：单室烘箱》[4]的要求并适用于设置试验温度。 试验样品完成之后， 烘箱应在5 min内恢复到指定的温度（±2℃）且过冲不超过5℃。为了确保烘箱的温度稳定性，尽量选取容积≤2 m3的烘箱。在核查的过程中，如果发现温度存在显示误差，要手动对设置温度进行修正。能力验证的结果表明，不同性能的烘箱的选择对试验结果有明显的影响[5]。

3 试验方法

3.1 样品制备

试样从成品上切取，厚度至少为2.5 mm，且上下表面应该大致平衡。如有必要，可叠加两个或更多部件以达到这个厚度。如果试样无法从产品上切取，则使用同样的材料制作一个试验样品。 材料厚度为（3.0±0.5）mm。 试样应为边长至少10 mm 的方形或直径至少10 mm 的圆型表面。 此外，还要对试样进行预处理，将其放置在温度15~30℃、相对湿度15%~75%的环境下至少长达24 h。

3.2 试验操作

GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21 部分：非正常热球压试验方法》中规定，热平衡后，打开烘箱的门，手动将样品放置在烤箱内支座的中心位置， 然后再将负载装置连同压力球轻轻放置在样品的相对中心位置上。 样品放置的时间应该在30 s 内完成， 压力球在样品上施加的时长为（60+2）min。压力施加时长到后，需要在10 s 内将样品取出并浸入（20±5）℃的水中，浸泡时长为（6±2）min。然后把试验样品取出并除去水分，3 min 内测量压痕直径。需要注意的是，在放置和移除负载装置的时候，应该尽量避免负载装置晃动，以免出现其他划痕或导致压痕不规则，根据实际需要，可以考虑给负载装置增加固定支架[6]。

4 试验结果

4.1 结果判定

试验中最为关键的步骤就是压痕测量。 在CTL决议中规定压痕的起点为：压痕的测量尽可能地接近固体边缘，即形成压痕后材料固有的水平最开始发生变化的边缘。 值得注意的是，压痕变形部分不属于压痕直径的测量范围。直径尺寸不超过2.0 mm时，可判为合格。

4.2 结果读取

GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验 第21 部分：非正常热 球压试验方法》标准中规定，对压痕的光学测量装置要求应有至少10 倍的光学放大倍率，并与经过校准的分辨率不超过0.1 mm 的网格或十字线测试台一起使用。实际测量中，需要根据实验室的条件来选择测量的工具。常见的设备有全自动影像仪和显微镜等。在测量压痕时，对于某些白色或者透明的样品，其压痕往往都不太清晰，可使用印泥涂在试样的测试面上。通过红色印泥在凹坑的不同深度反射光线不同，可更清楚地反应出压痕直线的边缘分界线。

5 结语

本文主要是以GB/T 5169.21—2017《电工电子产品着火危险试验第21 部分：非正常热球压试验方法》球压试验方法为基础，参考标准IEC 60695-10-2：2014《着火危险试验》和CTL 决议要求中的内容，对影响球压试验的关键因素进行分析。球压试验是实验室能力验证和实验室比对中比较常见的一种试验，对人员、设备和经验的要求都比较高。希望通过本文的分析，可以让更多的同行了解和掌握影响球压试验结果的关键因素。