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阻燃剂的两难:细说外部引燃
电子产品安规测试系列(1)

【作者: UL】2009年08月10日 星期一

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在传统产品安全标准的世界里,大部分的安规标准均是要求有效预防设备内部起火,例如,在可预期的工作条件下,藉由温度的测量,以确认材料不足以让耐燃等级产生变化,甚至到达起火或自燃的温度;或提供一个可将火留在设备内的防火外壳,即便起火也能阻止火势向外延烧。简言之,传统产品安全的防火思维是基于一项重要的假设:起火源必定存在于设备内部,并会「由内向外」延烧到设备外部。然而,这个我们认为理所当然的假设,却因近年来人类对于环境保护的反思,受到严格的检验。



外部引燃


外部引燃,顾名思义即是外部的开放火源可能「由外向内」引燃设备外壳,此时的设备外壳就变成燃料。这项考虑导出了一个新结论─为了要防范外部引燃破坏设备,过去不需使用防火材料做为外壳的设备,如低电压或低功率之电子产品,像键盘、鼠标等被认定内部较不可能起火的设备,也会变成需要使用防火材料来制造外壳了。换言之,无论设备本身是否可能起火,都将要求防火外壳。



根据统计数据,设备外壳起火事件中,约有12~20%是由外部引燃所引起,大部分的火灾仍以内部引燃居多,因此早期的假设并没有错,只不过前述的数据却也足以让外部引燃议题浮上台面。排除内部引燃,美国所发生的设备外壳起火有45%的来源可归究于开放型火焰,如蜡烛、火炬、或是一般火焰等,其中又以蜡烛的比例最高(表一),且每一案例皆有人因此不幸丧生。



(表一) 开放型火焰的形式与比例































开放型火焰火源

比例

蜡烛 (Candle)

70%

火柴 (Match)

11%

一般可视火焰(Open Fire)

8%

打火机 (Lighter)

7%

火炬 (Torch)

3%

其它 (Others)

1%




以上报告亦披露了另一重要事实:CRT(Cathode Ray Tube,阴极射线管)电视机在前述的火灾悲剧中,扮演了供给主要燃料的辅助角色。此虽非战之罪,但电视机在火灾的发生初期,确实会助长起火源初始的「释热率」(Heat Release Rate;HRR),因此而有了 2006 年颁布的IEC TS 62441 标准,此标准旨在降低因烛火意外引燃视听、通讯与信息类等设备的火焰,蔓延于局限空间而产生的闪燃。大致而言,该标准提供以下三种符合方式:




  • (1)设备外部所使用的可燃材料总重不超过300公克,一般学者常以释热率来做为是否达到闪燃发生的判断标准之一。测试数据指出:只要火源处的「峰值释热率」(pHRR)一旦超过50kW ,就足以延烧到水平相距小于5cm的另一个可燃物体。可燃材料总重不超过300公克者,pHRR则将低于50kW。



  • (2)烛火可接触区域,见图一,所使用可燃材料至少为V-1等级材料,或排除蜡烛使用于设备上方外壳的情形。烛火可接触区域是以直径20mm之典型家用蜡烛,仿真其倾倒后可能滚到设备外壳旁,或滚入凹槽的场合。



  • (3)烛火可接触区域须经IEC 60695-11-5所定义之12mm针焰测试三分钟,若材料并未被引燃、或引燃后火焰不可延续超过30秒,则视为符合,如图二。





《图一 烛火可接触区域(橘色区域)》


以上规范容易导向一个结论:阻燃剂的极大化可以有效地降低火灾的生成,进而保护生命财产的安全。但再深入探究,却仍存在一些疑虑。



导入至终端产品标准


IEC TS 62441是用于规范『可能』用于或『设计』用于居家环境的消费性电子产品(不仅局限于CRT电视机)与信息科技设备(如笔记本电脑),所以验证以上产品设备的终端产品标准首当其冲。当时预备导入外部引燃这项新要求的标准至少包括:




  •  IEC 60065(视听类产品安全标准)第二号修正案,及其对应之CENELEC、UL与CSA调和标准;



  •  IEC 60950-1(信息科技设备安全标准)第一号修正案,及其对应之CENELEC、UL 与CSA调和标准;



  •  IEC 62368(视听类、信息与通讯科技设备安全标准)之草案(尚于最后投票审核阶段,计划于2009年颁布)。





因为标准维护周期先后的关系,恰好大部分电视机引用为评估标准的IEC 60065第二号修正案率先提出要导入外部引燃的考虑。该草案要求除了背投影电视的屏幕外,所有的电视机都必须符合IEC TS 62441。然而就在本案顺势进入核准阶段时,另一股酝酿已久的反对声浪随之升起。



《图二 针焰试验设备的设置方法》


联合特别工作小组的成立


负责发展与维护视听类、信息与通讯科技设备安全标准的编号108技术委员会TC 108(Technical Committee),在发现此议题的复杂程度可能超过预期后,于是将旗下所有提案牵涉外部烛火引燃的部分删除;同时,在IEC SMB(Standardization Management Board,标准化管理局,负责IEC标准的主要决策工作)的指示下,成立一「联合特别工作小组」(Joint Task Force;JTF),针对导入外部引燃议题进行高阶讨论。该小组由安全咨询委员会(Advisory Committee on Safety;ACOS)与环境议题咨询委员会(Advisory Committee on Environmental Aspects;ACEA)组成,并于2009年四月完成第一次会议,目前其达成的共识为:安全与环境议题两者都非常重要,然两者本质看似冲突,因此兼顾两者的最佳解决方案,必须以严谨的方式考虑下列因素:



防火安全观点


是否导入防火要求必须根据风险评估(Risk Assessment)的结果来决定。然而,目前的统计数据与研究报告无法提供足够的信息来要求电视机以外的产品。虽然安全标准不同于环境标准,但符合环境意识的设计(Environmentally Conscious Design;ECD)应该被鼓励使用。



环境意识观点


很显然地,我们必须遵守各国对于化学物质所制订的环保法规,这与安全标准的要求是两个独立的议题。而未被规范者,应使用ECD来引导制造商正确地选择与使用阻燃剂。



外部引燃标准


IEC TS 62441应被升级成正式标准(不再仅是技术规格)。TC 108应持续进行释热率的测试方法,使其成为一个有效的替代方案,以限制阻燃剂的使用。



虽然以上仍仅是初步共识,并非最终结论,但看来天平的两端必须考虑的元素大致成形,具平衡的解决方案亦相去不远。



《图五 DNLA 1.0/1.5版订立的装置角色及类别。》 - BigPic:938x420


虽然以上仍仅是初步共识,并非最终结论,但看来天平的两端必须考虑的元素大致成形,具平衡的解决方案亦相去不远。



本文的目的在于引领读者对于产品安全与环境保护之间的矛盾关系,可以有更深一层的思考。在满足产品安全目标的同时,亦须兼顾环境保护的总体目标,其达标率是加法还是减法的影响,关键端赖于天平的两端是否被看见。



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