电器产品上塑料的应用及性能要求

三木

塑料应用于电器产品上，主要是基于它的绝缘性。从电性能方面考虑，塑料可大致分为三类：

第一类是非极性的或稍带极性的塑料，如通用塑料中的大部分烯烃类塑料，像PE、PP、PS等。这类材料的介电常数和介电损耗低，电阻率高，而且不受外界频率和温度、湿度的影响。

第二类是极性大的材料，如有增塑剂的PVC、酚醛模塑料以及尼龙等。它们的介电强度和介电损耗比第一类大得多，且电阻率也较低。

第三类材料介于一二类之间，介电常数在3～5之间，tanδ在10-3～10-2之间，电阻在1014～1016Ω之间，这类材料有有机玻璃(聚甲基丙烯酸甲酯）、聚碳酸酯、PBT、聚酰亚胺等。

值得注意的是，第二类和第三类塑料受外界频率、温度和湿度的影响很大。

但对于低压电器用塑料而言，电绝缘性往往并不很重要，这是因为由于绝缘引起的问题很少，一般塑料都能胜任低压电器对材料绝缘性的要求。相比之下，其他性能就显得更重要些，这些性能包括：力学性能、热性能、阻燃性能、加工性能、是否环保、性价比和使用寿命等。

什么是低压电器？

低压电器是一种能根据外界的信号和要求，手动或自动地接通、断开电路，以实现对电路或非电对象的切换、控制、保护、检测、变换和调节的元件或设备。

低压电器

控制电器按其工作电压的高低，以交流1200V、直流1500V为界，可划分为高压控制电器和低压控制电器两大类。总的来说，低压电器可以分为配电电器和控制电器两大类，是成套电气设备的基本组成元件。在工业、农业、交通、国防以及人们用电部门中，大多数采用低压供电，因此电器元件的质量将直接影响到低压供电系统的可靠性。

低压电器

聚碳酸酯、尼龙和PBT虽然属于第二三类材料，但由于其优异的力学性能、热性能和加工性能，被低压电器制造商选为首选材料。但纯的材料还不能满足低压电器对材料诸多性能的要求，这些需通过改性来实现。

低压电器及电压电器塑料件发展趋势

○ 热塑性工程塑料或特种工程塑料代替热固性塑料。

○ 小型化、集约化、模块化设计，制件壁厚更薄。

○ 无卤&无红磷阻燃体系，从材料上满足RoHS和Reach法规要求，更环保。

○ 可激光印刷，更好的防伪功能。

MCB类产品工作原理

MCB类产品工作原理

低压电器对塑料件的要求

○ 基本要求，IEC和GB标准：

1、GWF1(灼热丝燃烧阻燃性能测试） 650℃－960℃通过

2、球压测试>125℃

3、CTI/HWI/HAI(IEC 60947-1)

○ 市场竞争产生要求：

1、UL94(垂直燃烧阻燃性能测试） V0级

2、无卤阻燃剂(材料燃烧时不含卤素）

○ 客户应用要求：

1、加工性能(流动性）好，成型周期短，设计自由度高

2、高CTI值，耐高电弧能量冲击

3、良好的机械强度和延展性

4、颜色稳定性好，翘曲蠕变小

5、耐热性能、电性能范围宽。满足设计水平或制造公差带来对材料的额外要求(耐热性及电性能）

MCB类产品工作原理.jpg

MCB类产品性能要求

低压电器产品中的热塑性工程材料

低压电器产品中的热塑性工程材料

工程塑料的改性方法及效果

1.力学性能和热性能的改进

尼龙(PA）和PBT属结晶型材料，添加矿物或玻璃纤维可大大提高材料的力学性能和热性能。尤以玻璃纤维增强效果最为明显，附表是不同材料改性前后的对照表。

PA6, PA66和PBT改性前后对照表

2.阻燃性能的改进

出于安全原因，用于电子电器的塑料产品均需要阻燃。传统的阻燃剂被认为是不环保的，易产生二噁英等致癌物质，欧盟已明令禁止在电子电气产品中使用某些有害物质，因此，电子电器用塑料均要采用环保型阻燃剂。

(1）有卤环保型阻燃体系

在塑料中使用有卤阻燃剂量最大的是十溴联苯醚。虽然欧盟在禁止使用的有害物质中将其列为豁免名单，但由于在生产这种阻燃剂时，其相关的副产物难于除尽，因此选用十溴联苯醚存在着潜在的危险。目前可供选用的有卤环保型阻燃剂有十溴二苯乙烷、溴化聚苯乙烯、溴化环氧、BC—58(苯氧基四溴双酚A碳酸酯齐聚物）等。

(2）无卤环保型阻燃体系

随着欧盟RoHS指令的颁布实施，无卤阻燃已是大势所趋。目前较成熟的无卤阻燃剂有三大类：一是磷系阻燃剂、二是氮系阻燃剂、三是氢氧化物阻燃剂、磷系阻燃剂和氮系阻燃剂可用于PC、尼龙和PBT中。近几年还开发了硅系阻燃剂和芳香族磺酸盐类阻燃剂，这些阻燃剂用到PC中起到了很好的效果。

电器专用料的性能与用途

1.PA6 电器专用料

PA6具有优异的综合性能：强度高、韧性较好(湿态）；耐油、耐有机溶剂、耐化学药品性能好；摩擦系数小，自润滑性能优良；加工性能好。随着电子电器和通信设备朝小型化、轻量化、高性能化发展，尼龙改性材料的用量越来越大。

但是PA6也存在着不足之处。首先是阻燃性能不好，未经过改性的尼龙材料不能满足电器行业对材料阻燃性能的要求。其次吸水性较大，导致材料的尺寸变化，同时材料变软，还使得材料的绝缘性能有所降低，表面电阻率从1014Ω.cm降到1012～1013Ω.cm。

2.PA66 电器专用料

目前电子电器产品正朝着小型化和多功能化方向发展，因此要求所使用的工程塑料不但要阻燃、环保，而且要耐更高的环境温度。由于PA6自身熔点的限制，改性产品的耐热性在某些场合达不到要求。为此我们开发了以PA66为基材的电器用阻燃增强材料。

与PA6产品相比，PA66力学性能有所改进，热变形温度有大幅度提高，这就给产品设计提供了方便，使用环境也有所放宽。

该产品除应用于小型断路器、漏电保护器和接触器外，还可用于微型开关，线圈骨架等产品。

3.PBT 工程塑料

PBT是电子电器产品中用量仅次于尼龙的工程塑料，它们除具有尺寸稳定性好、耐温、电绝缘性优良、耐候等特点外，同时还具有耐湿热、低翘曲、易成型等特点。

此类产品主要用于接触器底座、线圈骨架、保险丝盒、电子接插件、小型断路器和漏电保护开关的内部零件，并可满足不同颜色的需求。

低压电器塑料件的关键指标

塑料件特性的关键指标

1.UL值：耐燃烧性指标，针对样条。

2.GWIT(GLOW和GWFI）值：耐燃烧性指标，针对制品。

3.HDT值：最高耐热性指标，针对样条。

4.RTI值：可长期耐热性指标，针对制品。

5.CTI值：最高耐爬电(电痕腐蚀）距离指标，针对样条。

6.PTI值：可承受耐爬电(电痕腐蚀）距离指标，针对制品。

7.机械性能：钢性、硬度、韧性、机械蠕变。

RoHS法规与关键指标之间影响

1.RoHS法规与UL或GWIT值之间关系：

RoHS法规要求各种有害化学物质的含量在限制范围内，最好是无卤(完全没有对人体有害物质）。如此提高了阻燃技术难度，达到同样效果时会增加成本。

2.UL或GWIT值与CTI或PTI值之间关系：

采用溴系阻燃剂，阻燃效果好，但耐爬电(电痕腐浊）距离指标低；采用无卤阻燃剂，阻燃效果会比溴系差或成本高，但耐爬电(电痕腐浊）距离指标高

关键指标与塑料件之间作用关系

1.UL或GWIT值与塑料件之间的作用关系：

塑料件用于有阻燃要求场合，塑料件厚度越薄对阻燃等级要求越高。

2.HDT或RTI值与塑料件之间的作用关系：

根据应用功能需要，塑料件可在短时间内承受的极限温度或需长期稳定之工作环境，数据高则表示可工作环境温度高。

3.CTI或PTI值与塑料件之间的作用关系：

电器产品中的动静触头在通断过程中产生闪络电流，对塑料件会产生一定量的电弧攻击，使电流向塑料件扩散(产生冲击力和热量），塑料件需承受此电弧能量的冲击。数据高表示将可承受高耐爬电(电痕腐蚀）距离。

低压电器产品用料示例

微型断路器用料示例.jpg

塑料外壳断路器用料示例

剩余电流保护器用料示例

接触器用料示例

低压电器用工程塑料的发展方向

良好的电气性能

工程塑料一般都具有良好的电绝缘性。电气强度、表面电阻率、体积电阻率等都很高，通常情况完全能满足低压电器产品的要求。但在潮湿和有化学介质存在下往往会发生爬电和击穿现象，这就要求材料具有较高的CTI值。理想材料的CTI值在500V以上。

较高的耐热性能

工程塑料的使用温度一般都在100℃以上，但在低压电器中由于异常现象往往会引起局部过热，这就要求所使用的塑料耐更高的温度。填充PA6一般能耐到150℃以上，玻纤增强PA6可耐到200℃，但对于功能集成，采用小型薄壁化设计的低压电器产品，往往使用耐温达到240℃的增强PA66产品。对于低压电器中耐温等级更高的小型结构件，目前可供选择的还有PA46，它可耐到280℃的高温。

优异的阻燃性能

上面介绍的几种材料都是阻燃性材料。但由于环保要求，传统卤系阻燃剂的使用受到制约。环保概念提出的初期，无卤阻燃剂的阻燃效果并不理想，一般只有V-2级，近期许多大公司相继开发了可达到V-0级的无卤阻燃剂。更先进的办法是在聚合过程中在大分子链上连接起阻燃作用的成分。

材料的阻燃性能、电气性能和耐热性能之间是一种制约关系。同一种基材的材料，往往阻燃性好时电气性能和耐热性能都有所下降，因此开发阻燃V-0级、CTI值大于550V，热变形温度大于280℃的材料是未来环保型工程塑料的发展方向。

目前低压电器正朝着小型化、多功能、高电流方向发展，这就要求所使用的塑料材料强度更好、耐温更高。目前各大公司也在探讨特种工程塑料的改性工作，以便更好地为低压电器制造商提供高性能的塑料材料。

文章来源：链塑网

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