防爆外殼接合面評估面面觀 ── Cemented Joint

本文作者//上海工程部 Tony Tao

防爆接合面的評估，是外殼類防爆的重點項目，因此製造商在將產品送測之前，必須先滿足此結構要求。我們過去曾比較常見於 Class I 氣體外殼防護的 Flat Joint 與 Rabbet Joint 兩種接合面，亦介紹過多出現在防爆殼蓋、配線開孔或安裝在外殼上按鈕或開關處的 Thread Joint，本期我們再度將目光拉回至另一種類的防爆接合面：Cemented Joint。

過去，我們曾就 Class I 氣體外殼防護結構要求的重點項目 ── 接合面評估，帶出 Flat Joint 與 Rabbet Joint 兩種接合面 (欲探索此文點此)；也曾針對多數會出現在防爆殼蓋、配線開孔或安裝在外殼上按鈕或開關處的 Thread Joint 接合面 (欲探索此文點此) 予以說明，本期我們繼續談及防爆接合面主題，重點為多半出現在儀錶類防爆電器的觀察窗、燈具的透光部件，以及電線出外殼的膠合結構所需：Cemented Joint，讓我們探索究竟哪些 Cemented Joint 對應的要求，能促使防爆產品在設計上更安全有保障。

Cemented Joint 的定義

在正式展開對此一防爆接合面的討論前，首先讓我們先明確定義什麼是 Cemented Joint？

根據美系法規的評估，於外殼防爆使用 Cemented Joint  所對應的標準為 UL 1203，而以該標準所定義的Cemented Joint，是一種以膠或其他類似成分 (cement or other similar compound) 所構成的接合面，其達成對爆炸的防護作用方式為： 填充相互組合之零部件之間的所有空隙，防止爆炸傳播到周圍大氣的接合面，以進而促使火焰路徑消失。

Cemented Joint 的接合面要求不會在設備組裝前後受到結構影響。以下方左右兩張圖的結構比較說明：右圖正是一個良好的示範，當上下蓋打開時，Cemented Joint (黃綠色標示) 不會受到影響；而左邊圖上下蓋打開將破壞 Cemented Joint，因此不符合標準的要求。


簡單來說，Cemented Joint 的功能主要用於防爆外殼的接合面密封保護，然機械強度則不能依賴 cement 膠材的黏合。

另外，膠合的使用可區分為在小空隙與較大空間。細小空隙的膠封常以 Sealed Joint 稱呼，例如玻璃與外蓋間縫隙填充；而較大空間的膠封則通常以 Cemented Joint 所指，例如設備出線的外殼 NPT 開孔。

Cement 材料的化學蒸氣腐蝕測試要求

以國際標準來進一步說明，IEC 60079-1 標準將僅需要製造商提供 COT 的自我宣告與材料老化、撞擊測試不同；UL 1203 則對使用在 Cemented Joint 的材料要求必須進行化學蒸氣腐蝕的測試，如下所述。

UL 1203 ──  化學蒸氣腐蝕測試
標準所採用的測試方式可以選用試片或完整設備樣品來進行。以試片而言，準備至少 81 個試片，在 13 種不同的化學蒸氣下進行 168 小時 (7 天) 的測試，測試過程中，試片不允許出現變色、膨脹、龜裂、開裂、浸出或溶解的變異。在測試結束後，將選出三個試片與原試片進行比對稱重 (變異小於 1%)，另再挑選出三個試片與原試片一起進入壓縮試驗機，垂直施加軸向載荷，記錄破裂和破壞試片比對所需的壓縮力 (維持 85%)。

倘若製造商選擇使用成品進行測試，方法為先將成品暴露於化學蒸氣 168 小時 (7 天)後，接續做爆炸測試與水壓測試。如果爆炸、水壓測試都通過，封膠也沒有任何損壞，即為合格。

標準豁免：惟水泥基材、石膏基材可經過評估，得以免除化學蒸氣腐蝕測試，不過仍須考慮高溫高濕長時間耐受測試。

除此之外，假若製造商有考慮到測試時間與樣品數量，以 Epoxy 材質為例，通常被視為相對簡單的方式即是選用已獲 UL 認可的材料或產品，買家可至 UL 的 Product iQ 網站輸入產品類別編號 (CCN) 進行搜尋：TVLE2，然後就自身產品需求選擇合用的 UL 認可 Epoxy。(註：使用 Product iQ 的新用戶必須註冊帳號才能啟用網站功能)

Cemented Joint 結構的最低長度要求

正如過去我們也曾探討過的其他防爆外殼接合面，如 Flat Joint、Rabbet Joint 和 Threaded Joint，皆有最低長度的要求，Cemented Joint 亦然，不過 IEC 60079-1 與 UL1203 兩本標準對於長度要求不盡相同。

  • IEC 60079-1 依外殼內容積 (V) 分級：
    > 當 V≤10cm3 時，長度要求至少 3mm
    > 當 10cm3<V≤100cm3，長度要求至少 6mm
    > 當 V>100cm3 時，長度要求至少10mm
  • UL 1203 則是一致要求為至少 15.9mm。

結語

在危險場所中，對於非金屬材質的使用必須格外謹慎，而除了塑膠外殼以外最常見的非金屬材質就是 Cemented Joint 的使用，也因為防爆外殼接合面的茲事體大，所以 UL 1203 標準才會訂出材料須通過化學蒸氣腐蝕測試以及結構的長度要求等規範，來有效保證外殼防爆類產品的可靠性以及穩定性。

本期所介紹的防爆外殼對於 Cemented Joint 材料和長度的要求，將能幫助製造商在設計儀表觀察窗或者燈具透光部件時，合理設計各配合零件的位置與結構長度，並在選用膠和材料時比較它們的適用性，平衡測試與採購的成本。這樣一來，製造商即能在產品送樣測試前，設計出符合 UL 1203 要求的產品，以節省後續可能面對的修改結構與換料之時程。

總而言之，防爆接合面的評估已被視為外殼類防爆的重點項目，因此製造商在將產品送測之前，絕對必須先滿足這類的結構要求。而無論在何種標準要求下或防爆環境下，「外殼類防爆」也往往都會被視為防爆技術的核心項目，製造商切勿輕忽此一環節。

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