Unsere Möglichkeiten zur Untersuchung von Brandeigenschaften

Im Zuge der zunehmenden Elektrifizierung von Bauteilen ist die Materialeigenschaft der Kriechstromfestigkeit besonders in der Elektronik- und Automobilindustrie sowie weitere Anwendungen mit hohen Spannungen von großer Bedeutung. Eine hohe Kriechstromfestigkeit bedeutet, dass ein Material eine bessere Isolationsfähigkeit unter Einfluss von Feuchtigkeit und Verschmutzung aufweist und damit eine verbesserte Zuverlässigkeit und Sicherheit von elektrischen Systemen ermöglicht.

Die Kriechstromfestigkeit (Comparative Tracking Index, CTI) von Isolierstoffen kann mit dem Verfahren nach DIN EN 60112 ermittelt werden. Bei der Prüfung wird eine Probe (≥ 20 mm x ≥ 20 mm x ≥ 3 mm) zwischen zwei Elektroden platziert und einer schrittweise erhöhten Spannung ausgesetzt, während eine leitfähige Flüssigkeit in einem definierten Zeitabstand auf die Oberfläche getropft wird. Hierbei bildet die Flüssigkeit eine leitfähige Brücke zwischen den Elektroden.

Der CTI-Wert ist die maximale Spannung, bei der 5 Proben 50 Tropfen widerstehen, ohne dass eine Kriechwegbildung oder andauernde Flamme auftritt. Hierbei bedeutet ein höherer CTI-Wert eine bessere Widerstandsfähigkeit gegen Kriechströme.

Die Brandsicherheit für elektrische Geräte stellt mit der Glühdrahtbeständigkeit hohe Anforderungen an nichtmetallische Werkstoffe, die in unbeaufsichtigten Geräten eingesetzt werden. Der Glühdraht simuliert eine potentielle Zündquelle in elektrischen Geräten und die Temperatur des Drahts wird schrittweise erhöht, bis eine Entzündung der Probe stattfindet.

Mit dem GWIT (glow wire ignition temperature) lässt sich die Entflammbarkeit von Materialien durch den Kontakt mit einem Glühdraht ermitteln, wobei der GWIT dem minimalsten Temperaturwert entspricht, bei der sich das Material in drei aufeinander folgenden Tests entzündet und > 5 s brennt. Bei der Prüfung wird die Temperatur des Glühdrahtes stufenweise von 550-960 °C

Der limiting oxygen index (LOI) entspricht der minimalen Sauerstoffkonzentration, die benötigt wird, damit ein Material unter festgelegten Bedingungen noch eine Verbrennung mit Flammenerscheinung zeigt. In einer kontrollierten Atmosphäre mit einer definierten Konzentration von Sauerstoff in Stickstoff wird die Probe entzündet. Die Sauerstoffkonzentration wird hierbei schrittweise verändert bis die minimale Konzentration bestimmt werden kann, die die Probe benötigt, um gerade noch zu brennen. Ein höherer Sauerstoffvolumenanteil und damit ein höherer LOI-Wert entsprechen einer verbesserten Flammwidrigkeit des Materials.

Cone-Kalorimetrie erlaubt als eine relative Methode die erzwungene Verbrennung von Werkstoffen zu analysieren und zu vergleichen. Hierbei werden die Werkstoffe unter verschiedenen Heizleistungen verbrannt und die freigesetzte Verbrennungswärme, Abgase und die Massenveränderung analysiert und aufgezeichnet. Hierdurch lässt sich eine Verbrennung zeitaufgelöst verfolgen und Rückschlüsse auf das gewählte Werkstoffsystem ziehen und die Formulierung optimieren.

Mit der Inclined-plane Tracking (IPT) kann Hochspannungsfestigkeit von Thermoplasten und Duromeren im Spannungsbereich von 1 kV – 5 kV (à 0,5 kV Schritten) bestimmt werden, die durch den CTI-Test bei niedriger Spannung nicht mehr abgedeckt werden können. Dazu werden die Prüfkörper unter einen konstanten auftropfen einer Elektrolytenlösung einer konstanten Spannung ausgesetzt. Während der Prüfung wird das Ausmaß der Bildung eines leitenden Tracks auf der Polymeroberfläche als Grundlage für die Bewertung der Polymere herangezogen. Hiermit können polymere Werkstoffe auf ihre Tauglichkeit in Hochspannungsanwendung getestet werden. Für die Prüfungen werden Prüfkörper der Dimension 130 mm x 50 mm x 6 mm benötigt.

Der Kleinbrenner-Test UL94 erlaubt es mit geringen Materialeinsatz das Verhalten von polymeren Werkstoffen (Thermoplasten und Duromeren) bezüglich der Entflammbarkeit und Brennbarkeit zu analysieren und die Wirksamkeit der Formulierung zu überprüfen.