工程塑料在低压电器中的应用

工程塑料在低压电器中的应用

低压电器是指在交流电压小于1200V ，直流电压小于1500V的电路中起通断，保护，控制或调节作用的电器。其主要应用包括小型断路器和漏电保护开关、交流接触器、塑壳断路器等。

行业背景

欧盟的两个电气产品指令（包括低压电气）----WEEE指令、ROHS指令

从2006年7月1日开始，使用或含有重金属（铅、隔、汞、铬）以及多溴二苯醚PBDE，多溴联苯PBB等阻燃剂的电气电子产品将不允许进入欧盟市场。同时REACH法规中的高关注物质也已经超过30种，欧盟主要成员国对其的执行力度也在加强，这些都加大了电气产品进入欧盟市场的门槛，需要提高电气产品的环保功能，需要低压电器制造商承担更大的环保责任。在低压电器领域，热塑性工程塑料将大部分代替热固性塑料得到更广泛的应用。

由于热塑材料具有良好的回收能力，可以使用30％至100％的回料，同时保持一定的机械强度和阻燃性能；与压塑相比，周期缩短，无需耗时的修边及烘炉干燥后处理，具有卓越的流动性，可以通过增加模腔数目提高注塑生产率；节省热固性材料的回收成本，由于密度低，零件重量降低近30％，提高了压塑不能处理的复杂零件的设计自由度，节省了后加工操作。

热塑性工程塑料的选择

应用于电器产品上，主要是基于塑料的绝缘性。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低极性的塑料，如通用塑料中的大部份烯烃类塑料，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，如尼龙、增塑剂的 PVC以及酚醛模塑料等。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，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更为重要。PC、PA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，是低压电器领域选为首选的塑料材料。

最为普遍的PA品种主要是PA6和PA66，PA6具有优异的综合性能：韧性较好、性能稳定性好；耐油、耐有机溶剂、耐化学药品性能好；加工性能、表观性能优良等。但是PA6 也存在着不足之处。受制于其熔点低影响，其耐温受到限制。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 1014ΩNaN降到 1012～1013ΩNaN。PA66与 PA6 产品相比，PA66 有更高的机械强度，热变形温度有大幅度提高，给产品设计提供了方便，使用环境也有所放宽。该材料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。

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。

改性方式

纯的材料不能满足低压电器对材料诸多性能的要求，需通过改性来实现。

机械性能与热性能的改性

用于低压电器的塑料部件对力学性能和耐热性都有一定的要求，未经改性的PA、PBT不能满足机械强度的要求，PA、PBT属于结晶性材料，通过添加矿物、玻纤改性增强能显著提高其机械性能与耐热性。

阻燃性能的改性

在交流接触器产品上用到的改性塑料材料，都要求材料必须满足UL-94 1.6mmV-0、环保满足欧盟RoHS和REACH标准、灼热丝引燃温度（GWT）为960℃、良好的电绝缘性能。

阻燃改性一般通过添加阻燃剂实现，卤系阻燃剂阻燃效率高、价格经济。目前常用的主要含溴阻燃剂，主要有十溴二苯乙烷、溴化苯乙烯、溴化环氧等，需要指出的是，这些阻燃剂虽然都是卤族的，但都符合ROHS、REACH法规要求，属环保型材料。另一方面，无卤阻燃剂也日渐成熟，主要有磷系、氮系、无机矿物或其复配等。目前国外无卤阻燃剂阻燃效果好，但价格昂贵，国内阻燃剂主要存在耐温不稳定问题，在部分应用受到限制，但随着更严格的环保法规要求及无卤阻燃技术的发展，无卤阻燃材料应用于低压电器会是大势所趋。