Hodnocení a klasifikace polymerních materiálů dle UL

Hodnocení a klasifikace polymerních materiálů podle norem UL je klíčovým prvkem při posuzování jejich bezpečnosti, spolehlivosti a dlouhodobé odolnosti v různých aplikacích. Výrobci, kteří chtějí své materiály uvádět na trh s doloženou kvalitou a shodou s přísnými požadavky, často usilují o získání UL Recognized Component Mark, která je prezentována prostřednictvím UL Yellow Card. Tento veřejně dostupný informační list shrnuje ověřené vlastnosti konkrétního materiálu testovaného podle UL standardů a postupů.

Obsahuje údaje o teplotní odolnosti vyjádřené hodnotami RTI (Relative Thermal Index) pro různé mechanické a elektrické vlastnosti, výsledky hodnocení hořlavosti, mechanické pevnosti či elektrické pevnosti a případně také klasifikaci PLC (Performance Level Categories).

U materiálů, jako jsou ochranné laky, Yellow Card uvádí rovněž rozsah testovaných tlouštěk vrstev, typ a tloušťku laminátu, podmínky použití (vnitřní či venkovní prostředí) a příslušnou třídu hořlavosti.

Obr. č. 1: Příklad Yellow a White card UL certifikovaného laku řady SL 1307 FLZ

Z Yellow Card lze vyčíst tyto parametry:

• Kategorii certifikovaných produktů: QMJU2 = Coatings for Use on Recognized Printed Wiring Boards
• Číslo složky: E80315
• Název a adresu výrobce: LACKWERKE PETERS GMBH & CO KG, HOOGHE WEG 13, KEMPEN 47906 DE
• Název produktu a jeho variant: SL 1307 FLZ/& (Note1), SL 1307 FLZ/&2, SL 1307 FLZ/&5
• Typ a použití: konformní lak „ELPEGUARD“ pro plošné spoje: jednosložková kapalina
• Barva laku: čirá
• Tloušťka vrstvy (Coating Thickness): testováno v rozsahu 25–65 µm, resp. až  80 µm.
• Třída hořlavosti (Coating Flame Class): V-0 při 25 – 65 µm, V-1 při 66–80 µm.
• Podmínky prostředí: Testováno pro vnitřní použití.
• Elektrické parametry: Minimální elektrická vzdálenost: 0,2 mm.
• Kompatibilita s laminátem: Testováno na FR-4.0 v tloušťce min. 0,8 mm.
• Výsledky testování uvedené v poznámce pak platí pouze pro variantu SL 1307 FLZ/232.
• Datum reportu: 2019-11-27 a poslední revize: 2021-03-19

Parametry White Card:

• Testování dle IEC a ISO: dle IEC 60695-11-10: laminát 0,8 mm s lakem 25 µm → třída V-0, laminát 0,8 mm s lakem 66 µm → třída V-1

Zdroj: Coatings for Use on Recognized Printed Wiring Boards – Component [online]. Product iQ, b.d. Dostupné z: https://iq.ulprospector.com/en/profile?e=127952 [cit. 5. 9. 2025]

UL Yellow Card a White Card

Pokud testovaný materiál splňuje zároveň požadavky norem ISO (International Organization for Standardization) a IEC (International Electrotechnical Commission), uvede UL tyto výsledky zkoušek v tzv. White Card, která doplňuje Yellow Card. To výrazně usnadňuje export, protože výrobce nemusí provádět samostatné testování pro evropský nebo asijský trh.

V posledních letech UL stále více harmonizuje své zkušební postupy s mezinárodními normami, aby byly výsledky testů srovnatelné. Například test hořlavosti UL 94 má svou obdobu v IEC 60695 a hodnocení izolačních vlastností podle UL 746E odpovídá požadavkům IEC 60664-3.

Testování ochranných laků podle UL

UL rozděluje materiály do kategorií (Category Control Numbers – CCN), pod kterými se evidují schválené produkty, tedy každý typ materiálu přidělen unikátní UL File Number (E-číslo), které společně s obchodním názvem produktu umožňuje jednoznačnou identifikaci. Firma LP má certifikované produkty v následujících kategoriích:

QMJU2 „Coatings for use on Recognized Printed Wiring Boards – Components“, číslo: E80315

• ochranné povlaky pro plošné spoje, tedy:
• solder masks (nepájivé masky)
• conformal coatings (ochranné izolační laky)

QMFZ2 „Plastic – Component“, číslo: E99285

• zalévací hmoty (potting compounds, encapsulants) a další polymery používané jako komponenty

QOQW2 – Polymeric Adhesive Systems, Electrical Equipment – Component, číslo: E501223

• lepicí systémy s certifikací pro elektrická zařízení

Jak UL testuje ochranné laky

Ochranný lak (conformal coating) je izolační povlak, který se přizpůsobuje konfiguraci nebo topologii objektu, na který je nanesen. Jeho cílem je zvýšit průraznou pevnost mezi jinak nezakrytými potenciály a zároveň chránit sestavu proti vlivům prostředí. Nejčastěji se používá na deskách s plošnými spoji, kde není dostatečná elektrická vzdálenost mezi neizolovanými vodivými částmi s opačnou polaritou nebo mezi těmito částmi a přístupnými kovovými součástmi bez napětí.

Pro zařazení do kategorie UL QMJU2 se conformal coatings testují podle UL 94 (hořlavost) a norem řady UL 746, které zahrnují hodnocení elektrické pevnosti, tepelné odolnosti i environmentálních vlivů, jako je například vlhkost či stárnutí.

Třída plamene UL 94

UL 94 je mezinárodně uznávaná norma pro testování hořlavosti polymerních materiálů určených pro díly v zařízeních a přístrojích. Zahrnuje zkoušky v malém měřítku, které hodnotí hořlavost plastů v reakci na malý, otevřený plamen nebo zdroj sálavého tepla v kontrolovaných laboratorních podmínkách. Zjednodušeně řečeno, posuzuje, zda se materiál po zapálení sám uhasí, nebo naopak šíří plamen, a zda dochází k odkapávání hořících částic.

Výsledky většiny zkoušek hořlavosti UL 94 nejsou použitelné pro materiály, jejichž tloušťka přesahuje 13,0 mm nebo jejichž povrchová plocha je větší než 1 m². Norma je harmonizována s IEC 60695-11-10, IEC 60695-11-20, ISO 9772 a ISO 9773.

 Skupiny testů a klasifikací podle UL 94

Norma UL 94 zahrnuje několik zkušebních metod, které se liší uspořádáním vzorků i přísností kritérií:

• 94HB (Horizontal Burn) – horizontální hoření
• 94V (Vertical Burn) – vertikální hoření (V-0, V-1, V-2)
• 5V (5VA, 5VB) – přísnější vertikální test (větší plamen, více opakování)
• VTM (Very Thin Material) – tenké fólie (VTM-0, VTM-1, VTM-2)
• HF / HBF – pěnové materiály (HF-1, HF-2, HBF)

 Horizontální (HB) versus vertikální (V2, V1, V0) stupeň hořlavosti

Vzorky vylisované z plastového materiálu jsou orientovány buď ve vodorovné nebo svislé poloze v závislosti na specifikacích příslušné zkušební metody. Poté jsou po určitou dobu vystaveny definovanému zdroji vznícení plamene. V některých zkouškách je zkušební plamen aplikován pouze jednou – jako je tomu v případě zkoušky horizontálního hoření (HB) – zatímco v jiných zkouškách je plamen aplikován alespoň dvakrát.

Obr. č. 2: Vertikální a horizontální uspořádání zkoušky UL94

Vzorek je při zkoušce umístěn s jedním koncem upnutým v držáku. Pod vzorkem je rozprostřena vrstva jemného hedvábného papíru nebo bavlněné tkaniny. Plamen hořáku kahanu se nastaví mimo vzorek tak, aby výška modrého plamene byla 20mm. Hořák se umístí na 10s do středu vzorku pod jeho spodní hranu, po-té se oddálí do vzdálenosti alespoň 150mm a měří se doba hoření od okamžiku oddálení hořáku do uhasnutí vzorku. Když vzorek přestane hořet, plamen se znovu přiloží na 10s pod vzorek a test se opakuje. Časy hoření zkušebního vzorku po prvním i druhém přiblížení plamene se sečtou a provede se vyhodnocení.

Zdroj: Staying Current: Everything You Need to Know About Electrical Properties for Plastic Design [online]. Product iQ, b.d. Dostupné z: https://www.ulprospector.com/knowledge/media/2019/09/101019-BASF-EE-UL-Webinar-vFinal1.pdf [cit. 5. 9. 2025]

Hodnocení hořlavosti polymeru dle normy UL 94V

V-0 = samozhášivý; nejkratší čas hoření, nejvyšší bezpečnost
V-1 = samozhášivý; delší čas hoření, dobrá bezpečnost
V-2 = samozhášivý; delší čas hoření, kapky a tavenina mohou přenášet oheň, omezená bezpečnost

Hodnocení hořlavosti polymeru dle normy UL 94HB – klasifikace materiálu

Komponenty s hodnocením UL se měří v různých tloušťkách, což hodnocení může značně změnit. Z tohoto důvodu je nutné věnovat pozornost výběru materiálu a také jeho tloušťce.

Laky a zalévací hmoty PETERS splňující normu UL94 (V-0, V-1, HB): Ochrana lakováním a zaléváním – Kategorie – Interconti

UL 746 – Standardy pro bezpečnost – Polymerní materiály

V oblasti výroby a certifikace elektrických a elektronických zařízení hraje klíčovou roli bezpečnost a spolehlivost použitých materiálů. Norma UL 746 představuje jeden ze základních standardů pro hodnocení polymerních materiálů v elektrotechnice. Pokrývá řadu zkušebních metod zaměřených na elektrické, mechanické, tepelné a environmentální vlastnosti plastů.

Norma UL 746 je rozdělena do pěti částí, od A do E:

• UL 746A STANDARD PRO BEZPEČNOST – Polymerní materiály – Hodnocení krátkodobých vlastností,
• UL 746B STANDARD PRO BEZPEČNOST – Polymerní materiály – Hodnocení dlouhodobých vlastností,
• UL 746C STANDARD PRO BEZPEČNOST – Polymerní materiály – Použití při hodnocení elektrických zařízení,
• UL 746D STANDARD PRO BEZPEČNOST – Polymerní materiály – Hotové díly,
• UL 746E STANDARD PRO BEZPEČNOST – Polymerní materiály – Průmyslové lamináty, vinuté trubky, vulkanizovaná vlákna a materiály používané v deskách s plošnými spoji.

UL 746A – Polymerní materiály – Hodnocení krátkodobých vlastností
Zahrnuje zkoušky základních elektrických, tepelných, mechanických a hořlavostních parametrů.

• Elektrické vlastnosti: průrazné napětí (AC/DC), CTI, HVTR, odolnost proti vznícení při vysokonapěťovém elektrickém oblouku.
• Hořlavostní vlastnosti: zkouška horkým drátem (HWI), obloukem s vysokým proudem (HAI), žhavým drátem (GWIT/GWFI).
• Mechanické vlastnosti: pevnost v tahu, rázová houževnatost, ohyb, tvrdost, přilnavost.

UL 746B – Polymerní materiály – Hodnocení dlouhodobých vlastností
Hodnotí odolnost plastů vůči tepelnému stárnutí.
Klíčový výstup = RTI (Relative Thermal Index), udává max. teplotu, při níž si materiál dlouhodobě zachová 50 % původních vlastností.
Rozlišují se RTI: elektrický a mechanický.

UL 746C – Polymerní materiály – Použití při hodnocení elektrických zařízení
Zkouší polymery přímo pro reálné aplikace:

• kombinace výsledků HWI a HAI podle požadované třídy hořlavosti,
• zkoušky odolnosti vůči povětrnosti (UV, xenonová lampa, horká voda),
• sleduje se pokles mechanických vlastností po „před-poškození“.

UL 746E – Polymerní materiály – Průmyslové lamináty, vinuté trubky, vulkanizovaná vlákna a materiály používané v deskách s plošnými spoji
Zaměřuje se na materiály pro plošné spoje a izolační povlaky.
Pro conformal coatings (ochranné laky) stanovuje:

• impulsní přepětí (6 kV)
• dielektrickou pevnost (1 kV/60 s)
• průrazné napětí po kondicionování
• hořlavost (UL 94)
  Zkoušky probíhají po různých kondicionováních:
• klimatické cykly (teplo, chlad, vlhkost, voda)
• vlhkostní test (7 dní při 35 °C / 90–95 % RH)
• tepelné stárnutí (1000 h při max. provozní teplotě)

Obr. č.3: Zkušební tělesa pro zkoušku ochranných laků podle UL 746 E: a) nelakovaný, b) lakovaný, c) pro elektrickou zkoušku obalený hliníkovou fólií.

Zdroj: SUPPA, Manfred. Beschichtungsstoffe für die Elektronik, Schutzlacke und Vergussmassen. Teil II. EUGEN G. Leuze Verlag GmbH & Co. KG, 2024. ISBN 978-3-87480-383-0. Kapitola: Normen, Spezifikationen und sonstige Anforderungen an eine Schutzbeschichtung oder einen Verguss, UL 746E – Conformal Coatings, s. 741.

U ochranných laků a zalévacích hmot, které se aplikují na plošné spoje, je důležitý soulad s kategorií QMZF2, resp. QMJU2, pokud materiál není posuzován jen podle UL 94 (hořlavost), ale i podle UL 746 (funkční izolační a ochranné vlastnosti).

Důraz se klade na spolehlivost materiálů v dlouhodobém provozu, kde je elektrická bezpečnost a ochrana proti vlivům prostředí zásadní pro funkčnost celého elektronického zařízení.

V případě, že Vás problematika UL zaujala a chtěli byste více informací, kontaktujte nás přes email info@interconti.cz, na tel. čísle +420 739 237 833, nebo pomocí kontaktního formuláře.