Стандарт UL 94

Стандарт UL 94 — это стандарт безопасности, разработанный американской организацией Underwriters Laboratories (UL), который устанавливает требования к воспламеняемости пластических материалов, используемых в производстве деталей и корпусов электрических и электронных устройств. Стандарт классифицирует материалы по их способности к самозатуханию, скорости распространения пламени, образованию горящих капель и времени горения после воздействия открытого пламени. UL 94 является одним из наиболее распространённых и признанных в мире критериев оценки пожарной безопасности полимеров, широко применяется в электротехнике, автомобилестроении, производстве бытовой техники и строительстве.

История

Разработка стандарта UL 94 началась в 1940-х годах в ответ на рост числа пожаров, вызванных воспламенением изоляционных материалов в бытовых электроприборах. Первая редакция была опубликована в 1947 году под названием «Standard for Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances». С тех пор он неоднократно пересматривался и дополнялся.

В 1970-х годах, с массовым внедрением пластмасс в электронику, стандарт приобрёл глобальное значение. В 1990-х годах были введены классы для тонких плёнок и пенопластов, а в 2000-х — уточнены методики испытаний для материалов с различной толщиной. В настоящее время действует редакция UL 94, 6-е издание (2019 год), которая гармонизирована с рядом международных стандартов, включая IEC 60695-11-10 и ISO 9772.

Классификация

Классификация материалов по UL 94 основана на результатах серии лабораторных испытаний, в ходе которых образец пластика подвергается воздействию стандартизированного пламени (горелка Бунзена с высотой пламени 20 мм). В зависимости от поведения материала (время горения, образование капель, прогорание) ему присваивается один из классов. Основные классы:

Горизонтальное горение (HB-класс)

HB (Horizontal Burning) — самый низкий уровень огнестойкости. Материал испытывается в горизонтальном положении. Класс присваивается, если скорость горения не превышает 76 мм/мин для образцов толщиной менее 3 мм или 40 мм/мин для образцов толщиной от 3 мм до 13 мм. Материалы класса HB не обязательно самозатухают; они могут гореть, но с ограниченной скоростью. Этот класс часто применяется для деталей, не подверженных прямому воздействию источника огня (например, внутренние элементы корпусов).

Вертикальное горение (V-классы)

Испытания проводятся с образцом, закреплённым вертикально. Пламя подносится к нижнему краю на 10 секунд, затем убирается, и замеряется время горения. Процедура повторяется дважды. Классы V-0, V-1 и V-2 различаются по времени затухания и поведению горящих капель:

• V-0 — наивысший уровень огнестойкости среди вертикальных классов. Время горения после каждого поднесения пламени не превышает 10 секунд, суммарное время горения для пяти образцов (10 поднесений) — не более 50 секунд. Горящие капли не должны воспламенять вату, расположенную под образцом.
• V-1 — время горения после каждого поднесения не превышает 30 секунд, суммарное — не более 250 секунд. Горящие капли не должны воспламенять вату.
• V-2 — те же временные критерии, что и для V-1, но допускается воспламенение ваты горящими каплями.

Тонкие материалы (VTM-классы)

Классы VTM-0, VTM-1, VTM-2 (Vertical Thin Material) предназначены для тонких плёнок и листов (толщиной менее 1,5 мм). Испытания проводятся на образце, обёрнутом вокруг стержня, с вертикальным поднесением пламени. Критерии аналогичны V-классам, но с учётом меньшей толщины.

Пенопласты (HBF, HF-классы)

Для пенопластовых материалов (толщиной более 13 мм) применяются классы HBF (Horizontal Burning Foam) и HF-1, HF-2 (Horizontal Foam). Испытания проводятся в горизонтальном положении с оценкой скорости распространения пламени и образования капель.

5V-классы

Классы 5VA и 5VB (5V — Vertical Burning) — самые строгие. Испытания включают воздействие пламени на образец в течение 5 секунд (пять раз) с последующим замером времени горения, а также испытание на прогорание пластины. Материалы класса 5VA не должны прогорать насквозь (допускается только образование трещин), а класса 5VB — могут прогорать, но не должны воспламенять вату. Класс 5VA является высшим уровнем огнестойкости по UL 94.

Методика испытаний

Испытания проводятся в лабораторных условиях при температуре 23±2 °C и относительной влажности 50±5%. Образцы выдерживаются в этих условиях не менее 48 часов. Используется стандартная горелка Бунзена с трубкой длиной 100 мм и внутренним диаметром 9,5 мм, подающая метан (99% чистоты) или пропан. Высота пламени регулируется до 20 мм.

Процедура для V-классов:

1. Образец (длиной 125 мм, шириной 13 мм, толщиной от 0,4 до 13 мм) закрепляется вертикально.
2. Пламя подносится к нижнему краю на 10 секунд.
3. После удаления пламени фиксируется время горения (t1).
4. После затухания пламя подносится повторно на 10 секунд, фиксируется время горения (t2) и время тления (t3).
5. Для каждого класса испытания проводятся на пяти образцах. Результаты усредняются.

Критическими параметрами являются:

• Время горения после каждого поднесения (t1, t2).
• Суммарное время горения для всех образцов.
• Наличие горящих капель, воспламеняющих вату.
• Прогорание образца до зажима.

Применение

Стандарт UL 94 используется производителями электроники, автомобильных компонентов, строительных материалов, мебели и бытовой техники для сертификации продукции. В большинстве стран мира (включая США, страны ЕС, Китай, Японию) соответствие UL 94 является обязательным или добровольным требованием для получения разрешения на продажу электротехнических изделий.

В России и странах Таможенного союза требования к пожарной безопасности полимеров регулируются техническими регламентами (например, ТР ТС 004/2011 «О безопасности низковольтного оборудования»), которые часто ссылаются на ГОСТ IEC 60695-11-10, гармонизированный с UL 94. Таким образом, стандарт де-факто применяется и в РФ, хотя формально не является обязательным.

Критика

Основные замечания к UL 94 связаны с тем, что лабораторные испытания не полностью моделируют реальные условия пожара. Например, стандарт не учитывает влияние температуры, вентиляции, наличия других горючих материалов или формы детали. Кроме того, классификация не даёт информации о токсичности продуктов горения, что критично для материалов, используемых в замкнутых пространствах (транспорт, медицинское оборудование). В ответ на это в 2000-х годах были разработаны дополнительные стандарты, такие как UL 746C (оценка электрических свойств) и UL 1694 (оценка токсичности дыма).

Интересные факты

• Материалы класса V-0 часто используются в корпусах блоков питания, телевизоров и компьютерных мониторов.
• Класс 5VA применяется в деталях, которые должны выдерживать прямой контакт с пламенем в течение длительного времени (например, в корпусах промышленных контроллеров).
• Некоторые материалы, например, поликарбонат (PC) и полиамид (PA), могут быть модифицированы антипиренами для достижения класса V-0.
• В 2010-х годах в связи с ужесточением экологических норм (RoHS, REACH) производители начали отказываться от галогенсодержащих антипиренов, что потребовало пересмотра рецептур для сохранения класса UL 94.

Источники

• UL 94, 6th Edition, 2019. «Standard for Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances».
• IEC 60695-11-10:2013. «Fire hazard testing — Part 11-10: Test flames — 50 W horizontal and vertical flame test methods».
• ГОСТ IEC 60695-11-10-2013. «Методы испытаний на пожарную опасность. Часть 11-10. Испытательные пламена. Методы испытаний пламенем мощностью 50 Вт в горизонтальном и вертикальном положениях».
• Underwriters Laboratories. «UL 94 Flammability Testing of Plastic Materials». UL LLC, 2020.
• Troitzsch, J. «Plastics Flammability Handbook: Principles, Regulations, Testing, and Approval». 4th Edition, Hanser Publications, 2014.