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阻燃劑的兩難:細說外部引燃
電子產品安規測試系列(1)

【作者: UL】   2009年08月10日 星期一

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在傳統產品安全標準的世界裡,大部分的安規標準均是要求有效預防設備內部起火,例如,在可預期的工作條件下,藉由溫度的測量,以確認材料不足以讓耐燃等級產生變化,甚至到達起火或自燃的溫度;或提供一個可將火留在設備內的防火外殼,即便起火也能阻止火勢向外延燒。簡言之,傳統產品安全的防火思維是基於一項重要的假設:起火源必定存在於設備內部,並會「由內向外」延燒到設備外部。然而,這個我們認為理所當然的假設,卻因近年來人類對於環境保護的反思,受到嚴格的檢驗。



外部引燃


外部引燃,顧名思義即是外部的開放火源可能「由外向內」引燃設備外殼,此時的設備外殼就變成燃料。這項考量導出了一個新結論─為了要防範外部引燃破壞設備,過去不需使用防火材料做為外殼的設備,如低電壓或低功率之電子產品,像鍵盤、滑鼠等被認定內部較不可能起火的設備,也會變成需要使用防火材料來製造外殼了。換言之,無論設備本身是否可能起火,都將要求防火外殼。



根據統計資料,設備外殼起火事件中,約有12~20%是由外部引燃所引起,大部分的火災仍以內部引燃居多,因此早期的假設並沒有錯,只不過前述的數據卻也足以讓外部引燃議題浮上檯面。排除內部引燃,美國所發生的設備外殼起火有45%的來源可歸究於開放型火焰,如蠟燭、火炬、或是一般火焰等,其中又以蠟燭的比例最高(表一),且每一案例皆有人因此不幸喪生。



(表一) 開放型火焰的形式與比例































開放型火焰火源

比例

蠟燭 (Candle)

70%

火柴 (Match)

11%

一般可視火焰(Open Fire)

8%

打火機 (Lighter)

7%

火炬 (Torch)

3%

其它 (Others)

1%




以上報告亦披露了另一重要事實:CRT(Cathode Ray Tube,陰極射線管)電視機在前述的火災悲劇中,扮演了供給主要燃料的輔助角色。此雖非戰之罪,但電視機在火災的發生初期,確實會助長起火源初始的「釋熱率」(Heat Release Rate;HRR),因此而有了 2006 年頒佈的IEC TS 62441 標準,此標準旨在降低因燭火意外引燃視聽、通訊與資訊類等設備的火焰,蔓延於侷限空間而產生的閃燃。大致而言,該標準提供以下三種符合方式:




  • (1)設備外部所使用的可燃材料總重不超過300公克,一般學者常以釋熱率來做為是否達到閃燃發生的判斷標準之一。測試資料指出:只要火源處的「峰值釋熱率」(pHRR)一旦超過50kW ,就足以延燒到水平相距小於5cm的另一個可燃物體。可燃材料總重不超過300公克者,pHRR則將低於50kW。



  • (2)燭火可接觸區域,見圖一,所使用可燃材料至少為V-1等級材料,或排除蠟燭使用於設備上方外殼的情形。燭火可接觸區域是以直徑20mm之典型家用蠟燭,模擬其傾倒後可能滾到設備外殼旁,或滾入凹槽的場合。



  • (3)燭火可接觸區域須經IEC 60695-11-5所定義之12mm針焰測試三分鐘,若材料並未被引燃、或引燃後火焰不可延續超過30秒,則視為符合,如圖二。





《圖一 燭火可接觸區域(橘色區域)》


以上規範容易導向一個結論:阻燃劑的極大化可以有效地降低火災的生成,進而保護生命財產的安全。但再深入探究,卻仍存在一些疑慮。



導入至終端產品標準


IEC TS 62441是用於規範『可能』用於或『設計』用於居家環境的消費性電子產品(不僅侷限於CRT電視機)與資訊科技設備(如筆記型電腦),所以驗證以上產品設備的終端產品標準首當其衝。當時預備導入外部引燃這項新要求的標準至少包括:




  •  IEC 60065(視聽類產品安全標準)第二號修正案,及其對應之CENELEC、UL與CSA調和標準;



  •  IEC 60950-1(資訊科技設備安全標準)第一號修正案,及其對應之CENELEC、UL 與CSA調和標準;



  •  IEC 62368(視聽類、資訊與通訊科技設備安全標準)之草案(尚於最後投票審核階段,計劃於2009年頒佈)。





因為標準維護週期先後的關係,恰好大部分電視機引用為評估標準的IEC 60065第二號修正案率先提出要導入外部引燃的考量。該草案要求除了背投影電視的屏幕外,所有的電視機都必須符合IEC TS 62441。然而就在本案順勢進入核准階段時,另一股醞釀已久的反對聲浪隨之升起。



《圖二 針焰試驗設備的設置方法》


聯合特別工作小組的成立


負責發展與維護視聽類、資訊與通訊科技設備安全標準的編號108技術委員會TC 108(Technical Committee),在發現此議題的複雜程度可能超過預期後,於是將旗下所有提案牽涉外部燭火引燃的部分刪除;同時,在IEC SMB(Standardization Management Board,標準化管理局,負責IEC標準的主要決策工作)的指示下,成立一「聯合特別工作小組」(Joint Task Force;JTF),針對導入外部引燃議題進行高階討論。該小組由安全諮詢委員會(Advisory Committee on Safety;ACOS)與環境議題諮詢委員會(Advisory Committee on Environmental Aspects;ACEA)組成,並於2009年四月完成第一次會議,目前其達成的共識為:安全與環境議題兩者都非常重要,然兩者本質看似衝突,因此兼顧兩者的最佳解決方案,必須以嚴謹的方式考量下列因素:



防火安全觀點


是否導入防火要求必須根據風險評估(Risk Assessment)的結果來決定。然而,目前的統計資料與研究報告無法提供足夠的資訊來要求電視機以外的產品。雖然安全標準不同於環境標準,但符合環境意識的設計(Environmentally Conscious Design;ECD)應該被鼓勵使用。



環境意識觀點


很顯然地,我們必須遵守各國對於化學物質所制訂的環保法規,這與安全標準的要求是兩個獨立的議題。而未被規範者,應使用ECD來引導製造商正確地選擇與使用阻燃劑。



外部引燃標準


IEC TS 62441應被升級成正式標準(不再僅是技術規格)。TC 108應持續進行釋熱率的測試方法,使其成為一個有效的替代方案,以限制阻燃劑的使用。



雖然以上仍僅是初步共識,並非最終結論,但看來天平的兩端必須考慮的元素大致成形,具平衡的解決方案亦相去不遠。



結語


本文的目的在於引領讀者對於產品安全與環境保護之間的矛盾關係,可以有更深一層的思考。在滿足產品安全目標的同時,亦須兼顧環境保護的總體目標,其達成率是加法還是減法的影響,關鍵端賴於天平的兩端是否被看見。



---本文由UL提供---



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