فهم تصنيفات القابلية للاشتعال في البلاستيك والمكونات الهندسية

وتشكل السلامة من الحرائق شاغلاً بالغ الأهمية في تصميم وصنع المنتجات التي تستخدم المكونات البلاستيكية، إذ إن قابلية المواد الصناعية للاختبار في مجال الاختبارات الإلكترونية والمركبات الداخلية هي عوامل تُحد من مخاطر المواد الهندسية التي تُستخدم مباشرة في كل من التصنيف التنظيمي وسلامة المستعملين النهائيين، وتوحيد تقييم قابلية الارتطامات البلاستيكية، فإن مختبرات التصاميم المدون (UL) قد وضعت أسلوب الاختبار المعياري لعام 94 الذي يصنف المواد المحتوي على ضرورة هندسة.

ما هو UL 94؟

أما المعيار الذي يُسمى رسمياً " اللافقار من أجل سلامة المواد البلاستيكية للأجزاء في الأجهزة والأجهزة " ، فهو ينشره مختبرات الكاتبين، وهي منظمة عالمية لإصدار شهادات السلامة، وقد تم تنقيح المعيار في السبعينات، عدة مرات ليعكس أوجه التقدم في علوم المواد وهندسة السلامة من الحرائق.

ويساعد نظام التصنيف المستمد من هذه الاختبارات المهندسين على مقارنة المواد واختيار تلك المناسبة لتطبيقات محددة، ويشار إلى هذا المعيار على نطاق واسع في رموز البناء ومعايير الأجهزة وأنظمة المعدات الإلكترونية في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك اللجنة الدولية للكهرباء ومختلف الهيئات الوطنية المعنية بالمعايير، ويعتبر فهم الفروق الدقيقة لكل تصنيف أمرا أساسيا لتصميم المنتجات التي تمر بشهادة وتؤدى بأمان في إطار سيناريوهات حرائق العالم الحقيقي.

أساليب الاختبار والتصنيفات

ويشمل القانون النموذجي 94 عدة أساليب اختبار، كل منها مصممة لمختلف سميكات المواد، والمقاييس الجيولوجية، ومتطلبات التطبيقات، وتستند التصنيفات الأولية إلى اختبارات الحرق الأفقي والرأسي، مع تصنيفات إضافية للمواد التي يجب أن تصمد لظروف حريق أشد حدة.

تصنيف الحرق الأفقي

ويشتمل الاختبار الأبسط لأشعة UL 94 على وضع عينة اختبار أفقية وتطبيق لهيب إلى غاية واحدة، ويُخصص تقدير سداسي للحمض عند حروق المواد بمعدل لا يتجاوز 75 ملم في الدقيقة الواحدة، أو عندما يتوقف عن الحرق قبل علامة مرجعية، وهذا التصنيف نموذجي بالنسبة للتطبيقات الأقل صرامة حيث لا يتوقع أن تكون المادة مصدراً للقذف الرئيسي، في حين أن البلاستيك المفقودة كثيراً ما يعتبر " متجانسات الأفقية " .

التصنيفات (V-0, V-1, V-2)

ويزداد ازدراء اختبار الاحتراق الرأسي وينتج التصنيفات الخامسة المعترف بها على نطاق واسع، وفي هذا الاختبار، تُغلق العينات الارتجاعية رأسا في نهايتها العليا، وتُطبق النيران المتحكم بها لمدة 10 ثوان ثم تُزال وتُسجل فترة النكهة اللاحقة، وتُكرر العملية باستخدام تطبيق ثانٍ للهب، ويتوقف التصنيف على المعايير التالية:

• V-0: يجب ألا يتجاوز وقت النفخ 10 ثواني بعد أي من تطبيقات اللهب، ويجب ألا يتجاوز مجموع الوقت بعد النكهة لخمسة عينات (تطبيقات اللهب) 50 ثانية، ولا يجوز لأي عينة أن تحترق في منحدر الحوض، ولا يجوز لأية دروب حرق أن تشعل مؤشراً للقطن يقع تحت العينة.
• V-1: يجب ألا يتجاوز وقت النفخ 30 ثانية بعد أي من تطبيقات اللهب، مع ما مجموعه 250 ثانية لمدة خمسة عينات، ولا يسمح بسحب القطن الذي يشعله.
• V-2]: نفس الوقت الذي يُسمح به في-1، ولكن يُقطر أن يُشعل القطن، وهذا التصنيف يشير إلى أن المواد ذاتية الإستخراج سريعة نسبياً ولكنها قد تنتج أجهزة تنقية قادرة على نشر النار.

والتصنيف الخامس - صفر هو الأكثر صرامة بين هذه الفئات الثلاث، وهو مطلوب عموما بالنسبة للعناصر في المعدات ذات التأثير العالي، والإلكترونيات الاستهلاكية، والتطبيقات الأخرى التي يكون فيها تدنية انتشار الحرائق أمرا بالغ الأهمية.

5V تصنيف (5VA و 5VB)

وبالنسبة للضغوط الكبيرة والأجزاء الهيكلية التي يجب أن تتحمل درجة أكبر من التعرض للحرائق، يقدم UL 94 التصنيف 5V، ويستخدم هذا الاختبار شعلة طبقت لمدة خمس فترات متتالية (تراوح بين 25 ثانية) مع وقفات خمسية ثانية بين التطبيقات، والمواصفات موجهة أفقيا ثم رأسيا، ويجب ألا تستمر المواد في الحرق لأكثر من 60 ثانية بعد التطبيق الخامس.

• 5VA: يمكن أن لا تحترق المواد من خلال (حفر حفرة) عندما تختبر على عينة من البار المسطحة، وهذا أعلى تقدير من طراز UL 94 ويشير إلى مقاومة ممتازة لاختراق اللهب.
• 5VB]: يمكن أن تتطور المواد حفرة ولكن يجب أن تنطفئ ذاتياً في غضون 60 ثانية ولا تنتج أجهزة تنقية مشتعلة.

وتستخدم البلاستيك المزود بخمسة خامات في تطبيقات مثل الضيوف الإلكترونية الكبيرة، وصناديق الرقابة الصناعية، والعناصر التي قد تتعرض لمصادر داخلية متواصلة أو لمصادر حرائق خارجية.

اختبار المواد الخام (VTM-0, VTM-1, VTM-2)

وتحتاج الأفلام والأعشاب والصحائف الرقيقة جدا إلى إجراء اختبار منفصل، ويستخدم اختبار VTM (المادة الفيترية) عينات من الشرائط مثبتة رأسيا باستخدام اللهب الصغير، وتظهر معايير التصنيف الخاصة بأجهزة الصراف الآلي - 1، و VTM-2 تلك التي تستخدم في التصنيفات V-V ولكن مع تعديل الحدود الزمنية وبأبعاد المضاربة، وتستخدم مواد التين عادة في أشرطة العزل، ومكونات المرنة.

سينمائيات المهندسين

ويعد اختيار التصنيف الصحيح للأشعة فوق البنفسجية 94 خطوة أساسية في تصميم المنتجات المأمونة والمتوافقة مع الرموز، مثلا في الأجهزة الإلكترونية الاستهلاكية، والعناصر البلاستيكية الداخلية مثل الموصلات، والعزلة السلكي، وجدران الضبطيات لتلبية تقديرات V-0 أو V-1، على النحو المحدد في معايير مثل المادة 62368-1 (سلامة المعدات السمعية/الفيدية، ومعدات المعلومات، ومعدات تكنولوجيا الاتصالات)

وبالإضافة إلى الامتثال التنظيمي، فإن فهم تصنيفات القابلية للاشتعال يتيح للمهندسين التوفيق بين الأمان ومعايير الأداء الأخرى، مثل القوة الميكانيكية، والاستقرار الحراري، والتكلفة، وقد تتضمن المواد ذات الترتيب العالي في المرتبة 94 مضافات مقاومة للهب يمكن أن تؤثر على سلوك التجهيز، أو مقاومة التأثير، أو إعادة التدوير، ويمكن للمهندسين، بالنظر في هذه المفاضلات خلال مرحلة التصميم المبكر، أن يتجنبوا إعادة العمل الوظيفية وكفالة استيفاء المنتج النهائي.

العوامل المؤثرة في عمليات تقييم القابلية للاشتعال

وتؤثر عدة متغيرات في تصنيف بلاستيك معين في المرتبة 94، ويسهم فهم هذه العوامل في مساعدة المهندسين على اتخاذ خيارات مادية مستنيرة وعلى تخطي نتائج الاختبار غير المتوقعة.

تركيب المواد وبقايا الشعلة

ويحدّد الكيمياء الأساسية قابلية الارتطام المتأصلة، فعلى سبيل المثال، فإن التكرار في البوليترا فلورو إيثيلين غير قابل للاشتعال، بينما يُحدث التثبيت البوليبروبيلي في شكل ثنائي الفينيل متعدد الأطراف، ومثبطات البيوتادايين التراكمية الخافضة للتوتر السطحي، مثل مركبات الفلورية المثبطة،

حشرة الصدر

العيون تلعب دوراً حاسماً في سلوك القابلية للاشتعال، العينة السميكة تحرق بشكل عام أبطأ، وقد تنطفئ بنفس الطريقة أكثر من طبقة رقيقة مصنوعة من نفس المادة، وتُبلغ تقديرات الطول العالي بسمك محدد، والمواد التي تحقق درجة حرارة من الدرجة الخامسة إلى الثالثة من الملليمتر، قد لا تحقق إلا من الدرجة الثانية عند تصميم الأجزاء، يجب على المهندسين أن يضمنوا أن يكون الثقل المطلوب على الأقل.

شروط التجهيز والفرز

ويمكن أن تؤثر معايير الحرق في الحقن مثل درجة الحرارة والضغط ومعدل التبريد على تفريق مثبطات اللهب وتوجه سلاسل البوليمر، وقد يؤدي عدم الاتساق إلى تفاوتات محلية في القابلية للاشتعال، علاوة على أن الإضافات مثل عوامل إطلاق العفن أو الألوان يمكن أن تغير كفاءة مقاومة اللهب، وبالنسبة للتطبيقات الحرجة، من المستصوب أن تُجرى اختبارات على المكونات المجهولة في إطار شهادة الإنتاج فقط.

تكييف البيئة

إجراء اختبارات قياسية على العينات المكيّفة عند 23 درجة مئوية و50% من الرطوبة النسبية لمدة 48 ساعة على الأقل، لكن التعرض للعالم الحقيقي للرطوبة أو درجات الحرارة القصوى أو الإشعاع فوق البنفسج يمكن أن يُحطّم الأداء المميت، وفي هذه الحالات، يجب على المهندسين أن ينظروا ليس فقط في تصنيف خط الأساس ولكن أيضاً في استقرار المواد على المدى الطويل في ظروف الخدمة المتوقعة.

البلاستيك الهندسي الموحد وعلامات الـ 94

وتندرج البلاستيك الهندسي المختلف بطبيعة الحال في فئات مختلفة من القابلية للاشتعال، وتتضمن القائمة التالية تصنيفات نموذجية للمواد المشتركة، وإن كانت التصنيفات الفعلية تختلف بتركيبها وسماكتها:

• Polycarbonate (PC)]: فكثيرا ما تحقق البوليكربونات غير المسلَّحة V-2 في 1.6 ملم وV-0 في 3.2 mm.
• ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) : Standard ABS is typically HB, but flame-retardant blends achieve V-0 or V-1.
• Nylon (PA6, PA66)]: Unreinforced nylon is often V-2, while glass-filled and flame-retardant grades reach V-0.
• PBT (Polybutylene Terephthalate) : Common in electrical connectors, PBT with flame retardants typically achieves V-0.
• POM (Polyoxymethylene) ]: Acetal homopolymers and copolymers are usually HB; flame-retardant versions can reach V-0 but may sacrificeميكانيكي properties.
• PET (Polyethylene Terephthalate) : Similar to PBT, with flame-retardant grades achieving V-0.
• PPS (Polyphenylene Sulfide)]: Inherently flame-retardant, PPS often achieves V-0 without additives.
• PTFE (Polytetrafluoroethylene)]: قابلية الإشتعال المنخفضة جداً - من حيث الشكل V-0 أو أفضل، نظراً لطابعها غير القابل للتداول.

دائماً ما يُستشيرُ بطاقةَ الصانعِ الصفراءِ للتقديراتِ الدقيقةِ في السميكِ المُقصودِ.

كيفية قراءة قائمة بالقائمة برقم 94 (السجل الإلكتروني لبطاقة ييلو)

تحتفظ شركة UL بقاعدة بيانات للمواد المصدقة، ويرافقها كل منها بطاقة صفرية توثق تقديرات قابلية الذراع المحددة، وتشمل المعلومات الرئيسية عن البطاقة الصفراء ما يلي:

• الاسم المادي والمصنّع
• رمز العقيدة والتعرف
• عصي لكل اختبار
• تصنيف (تصنيفات) طراز UL 94
• اختبارات أخرى ذات صلة (مثلاً، معهد مراجعة الحسابات والتحقيقات، ومنظمة الصحة العالمية، ومركز البحوث والتدريب والتكنولوجيا، ومعهد البحوث والتدريب)

يجب أن يضمن المهندسون أن البطاقة الصفراء المختاره تُدرج التصنيف المطلوب في سميك الجزء الفعلي إذا انخفض السميك بين قيمتين مُدرجة، يجب أن يستخدم تقدير العينات الأرق كتقدير متحفظ، ومن المهم أيضا التحقق من أن المادة مدرجة تحت فئة المنتجات المناسبة (مثلاً، QMFZ2 للمواد البلاستيكية المستخدمة في الأجهزة الكهربائية).

القيود والنظر في المسألة

وفي حين أن معيار UL 94 هو معيار معتمد على نطاق واسع، فإن الاختبار يستخدم لهب صغير ولا يحفز سيناريوهات حرائق واسعة النطاق أو يحسب عوامل مثل قياسات التهوية أو مصادر الإشعال الثانوية، وبالتالي فإن المواد التي تفي بمؤشر V-0 في المختبر قد تسهم في نمو حريق في العالم الحقيقي إذا ما استهلكت كمية أكبر من المقياس التراكمي أو إنتاجت دخان سام.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام مثبطات اللهب المهلجنة قد أثار شواغل بيئية وصحية، إذ إن العديد من الصناعات تتحرك نحو تركيبات خالية من الهالوجين تحقق تقديرات مماثلة من اليورانيوم العالي التحلل دون استخدام مركبات البروم أو الكلور، ويجب على المهندسين أن يظلوا على علم بالاتجاهات التنظيمية (مثلاً، إعادة تصنيف المواد الخطرة، ونظام RHS) والابتكارات المادية لاختيار خيارات مستدامة ومعدة الأمان.

أفضل الممارسات لاختيار المواد المُدرجة في المادة 94

ولإدماج اعتبارات المرونة في تنمية المنتجات على نحو فعال، تتبع هذه الممارسات الفضلى:

• Start early]: تحديد التصنيف المطلوب للعموم 94 خلال مرحلة المفاهيم، لأنه يؤثر على اختيار المواد وجزء من الهندسة.
• Verify suppliers data]: لن تفترض أبداً أن المواد ستفي بتقدير يستند إلى صحائف بيانات عامة؛ وتطالب دائماً ببطاقة صفرية من طراز UL تؤكد الصف المحدد وسمكها.
• Consider processing effects]: العمل عن كثب مع المولدات لضمان أن تستوفي الأجزاء المُقالة نفس التصنيف الذي يُصنف على عينات الاختبار.
• Allow for tolerance]: Design with some margin above the required fishness to account for variability in production.
• Evaluate multiple properties]: Balance flammability withميكانيكي, thermal, and electrical performance.
• Stay current with regulations]: Safety standards are periodically updated-verify that your material selection remains compliant throughout the product life cycle.

خاتمة

كما أن تصنيفات قابلية الارتحال التي يبلغ طولها 94 لغماً هي حجر الزاوية في هندسة السلامة من الحرائق بالنسبة للعناصر البلاستيكية، إذ إن فهم أساليب الاختبار ومعايير التقييم والعوامل التي تؤثر على النتائج، يمكن للمهندسين أن يحددوا بثقة المواد التي تستوفي شروط السلامة الصارمة دون المساس بأهداف التصميم، ويوفروا لغة مشتركة بين موردي المواد، ومصممي المنتجات، والهيئات التنظيمية، وييسرون المنتجات الأكثر أماناً في الإلكترونيات السيارات والمواقع الصناعية المتطورة.