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尼龙在低压电器上的应用

一、低压电器对塑料材料的一般要求

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,电阻率在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。

 

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,因些需通过改性来实现。

 

二、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。

 

2.阻燃性能的改进

电器产品已渗透到各个领域,无论是工业制造、交通运输、国防、还是家电、通讯等无处不在。由于塑料是一种可燃物质,在发生火灾时,塑料起到了助燃作用。据统计因电器老化或电器意外故障引起的火灾占火灾总数的半数以上。因此,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,易产生二恶英等致癌物质,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,其相关的副产物难以除尽,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。

 

三、电器专用料的性能与用途

1.PA6电器专用料

尼龙6(PA6)是由己内酰胺开环缩聚而成,聚酰胺大分子结构中含有大量的酰胺基团,大分子末端为氨基(-NH2)或羧基(-COOH),是一种强极性,能形成氢键且具有一定反应活性的半结晶性聚合物。由于有大量的酰胺键,而酰胺键可以与水分子配位形成氢键,因此表现出一定的吸水性。

 

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。随着电子电器和通讯设备朝小型化、轻量化、高性能化发展,尼龙改性材料的用量越来越大。

 

但是尼龙材料也存在着不足之处。首先阻燃性能不好,未经过改性的尼龙材料不能满足电器行业对材料的阻燃性能要求。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。

 

日之升公司针对市场需求,开发了系列尼龙6阻燃产品,主要性能指标如表。

 

该系列产品主要用于小型断路器和漏电保护器外壳以及绕线圈支架等等。

 

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。

 

日之升系列尼龙66阻燃产品性能指标如下表。

 

该系列产品主要应用在电子电器、开关插座、断路保护器、小家电内部件、接插件、电器连接器等。

 

3.高温尼龙在电子电器工业上的应用

尼龙在电气及电子工业具有极大的潜力,低压开关对尼龙的需求已经有很大的增长。在电器小型部件中,密集型插针要求抗漏电性能(CTI)很高的塑料材料。同时,由于电气设备微型化的趋势或工作电流的增加,其内部元件温度会上升得相当高。集成电路板的持续微型化趋势和表面实装技术(SMT)的广泛采用,催生了更加薄壁的小型表面贴装元件(SMD)。这些电子元件需要承受现代回流焊接工艺中的高峰值温度。这就要求使用的材料同时具有较高的长期使用温度、较高的硬度和高温时较低的蠕变等性能。

 

由于高温尼龙(HTN)杰出的内在特性,既具有超过265℃以上的热变形温度,又有杰出的韧性和极佳的流动性,因而能够满足SMT工艺对元器件的耐温要求。用HTN高流动规格制成的塑料部件在高达270℃的回流焊接过程中仍能保持尺寸的一致性。此类塑料部件常常使用LCP等材料。但在性价比方面,HTN足以与PPS、PEI、PES和LCP材料相抗衡。因此HTN可应用于以下领域和巿场:断路器,接插件如:电源连接器、存储卡连接器、插座;电动机部件;计算机及其辅助设备;电气产品及家用电器等。