DQZHAN技术讯：塑料在电子电气工业中的应用

塑料在电子电气工业中的应用概述制造电子、电气设备各种元器件的材料除了机械强度、耐温、易成型等基本要求外，对电性能的要求因用途不同而差异很大。电子工业中大量的塑料用作绝缘材料，希望在高温、高频下的绝缘电阻高而介电性能稳定；对有电磁波发射的电子设备既要不让电磁波射向周围环境，又要阻隔外界电磁波对电子设备正常工作的干扰，所以需要一种有一定导电性的塑料来传导相屏蔽电磁波；塑料的一大优点是重量轻、易加工，但因是高分子化合物均有不导电性，但若能从组成或分子结构上作改进赋予良好的导电性则对电子设备的轻巧和功能的延伸是一种新颖材料；有一定磁场强度的磁性塑料能代替天然的磁铁，也是电子工业所追求的新材料。因此把具有绝缘、屏蔽、导电、导磁功能的塑料在电子工业中的应用进行罗列和分析，对材料的生产者是一种促进，对材料的使用者是一种互通和借鉴。不过，具有上述功能材料的发展是不平衡的，诸如导电、导磁塑料尚处起步发展阶段，要到下个世纪，随着合成材料工业和加工工业的发展与电子工业的迫切需要相结合，才会如当前的绝缘用塑料那样兴旺起来。 1.电子电气工业中选用塑料的准则　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　当针对某一种应用选择塑料时，经常需要考虑在树脂供应商的数据表上没有出现的技术性能。一个典型的例子是由于冲击或摩擦引起材料损坏的耐磨损问题。这需要开发室内评价技术和加速试验技术，这些技术应与在化学工业中树脂开发的人员进行讨论。绝缘性能和抗电弧径迹性直接影响装置的尺寸大小，已描述了其重要性。用于这类装置上的塑料，当与火（电弧或灼热）有关的能源不存在时，它能够自熄。换言之，在故障条件下，如果保险或者类似的**器件的动作能够中断能量的注入，那么就可以避免火的蔓延。对所使用材料性能的要**考虑了在工业应用所遇到的极端条件。液压油、清洗剂、润滑油以及工艺过程中液体的蒸发都要求制件具有较高的耐化学性和耐应力开裂性。由于在电路和电气装置中的热损耗，也要求制件耐热和耐老化。通过注射成型，塑料的加工性能对成型参数的变化比较敏感，其收缩和翘曲性能不仅影响生产成本，而且影响塑料制件、功能整体性和复杂设计的可行性。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　为了获取附加值的国际化生产环节建立了对材料适用性的要求。长期的改进周期与消费者对电子产品长期的可靠性和稳定的质量要求进行比较，在这一点上，不言而喻世界性的标准具有一致性，例如IEC和UL标准都起着一种重要的作用。使用的各种标记不仅代表一种设计要求，而且是自动化生产、技术、标准和*终用户所必需的。对于大批量相同制件的生产，印刷标记作为更经济的方法被优先考虑。针对柔性生产，设计现代化的自动化设备，激光标记是一种理想的工具。今天，材料已进入几乎是一个无传统污染物的时代。然而，仍有必要对含卤素的阻燃剂进行解释。在着火时含卤素的阻燃剂通常产生很浓的烟雾。在燃烧期间形成气态的酸（例如盐酸和溴酸），通过这些酸，能够产生少量所谓的"Seveso**"，即是卤代氧化二苯并和氧芴。浓烟妨碍火焰的自熄。酸的生成物含有**，当吸入时，人会感到难受。因为它们在自然界呈气体状态，会形成大面积的污染，这些区域不受火的直接影响，*终在金属设备或建筑物上、甚至在昂贵的电子设备上发生严重的腐蚀。一般而言，产生的氧化二苯并和氧芴的浓度不会达到令人恐惧的剧毒程度。然而，它们会大面积地扩散，使价格不菲的清洁工作的难度增加。直接回收由注塑机产生的注道和流道可以降低成本，节约资源，对这种材料进行测试，发现没有性能损失，从技术角度讲，完全可以利用。遗憾的是常常缺乏正式的认可 2．电子电器工业中塑料品种的分类　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅰ、按材料的电导率。分类如下: 绝缘体 lgσ＜10 导体 1gσ≥2 半导体 10≤1gσ≤2 超导体 1gσ≥20 电绝缘塑料在各类电子、电气设备中主要用作电子接插件、接器、继电器、开关、印制电路基板、线圈骨架、排线槽、天线插座、端子、按钮和底座、外壳等结构性部件。这些元器件在工作时都处于一定的温度环境下，按耐温高低可分成以下七级。 Y级 90℃ F级 155℃ A级 105℃ H级 180℃ E级 120℃ C级 180℃以上 B级 130℃ 通用塑料中的耐热聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、交联聚乙烯(XLPE)，可达Y-A级；通用工程塑料中的聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT)、改性聚苯醚(MPPO),聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVF)、聚甲醛(POM)可达E-B级，特种工程塑料中的聚四氛乙烯(PTFE)、聚全氟乙丙烯(FEP)、聚全氟代烷基醚(PFA)、聚讽(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)等可达F-H-C级。 Ⅱ、按塑料品种分类　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚丙烯聚丙烯(PP)塑料的耐热性、刚性和电绝缘性在通用塑料中是位居前列的，通过高分子物共混和助剂改性的方法改善其低温脆性、老化(氧化)性，并提高阻燃性能以后，是一种价廉质优的大宗塑料，在电视机上得到广泛应用。日本一台51cm(20in)的彩色电视机共用塑料6kg左右，耗量*大的是外部构件即电视机的前框和后盖，约占整机塑料用量的80％以上。电视机的前框初选ABS塑料和高抗冲聚苯乙烯 (HIPS)．后为降低成本开始用具有光泽的耐冲击聚丙烯和ABS的共混塑料。电视机的后盖先由PP代替了原来使用的ABS和HIPS。 PP塑料还大量应用于电视机内部构件，如制作回扫描变压器(行输出变压器)、高压组件、基板座、安装折页、电源套管罩等。中国已经规定在所有的彩色电视机和35cm(14in)以上的黑白电视机上．它们的后盖板及排热气通风孔处的机壳须用阻燃塑料。以Mg(0H)2阻燃剂改性的PP可以达到UL-94V-l和V-0级水平而被用作电视机内偏转线圈骨架、变压器骨架及后盖等。聚丙烯还广泛地应用于电扇、电动吸尘器．换气园、餐具干燥器等家用电器上。聚丙烯电容膜是新开拓的应用领域，随着双向拉伸技术的成熟已能生产厚1．5-3．5μm的极薄双向拉伸聚丙烯[DOPP]膜。用这种BoPP膜制造的电容器一出现就受到人们的音睐，目前除少数椭殊性能要求的电容器外， 85％的电容器都可用它制成。由于PP分子结构中c-H键的偶极矩与C-CH3键的偶极矩大致相等，分子呈电中性，使它有稳定的物理、化学和电学性能。DOPP电容器膜的性能如下：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　厚度1．5~100μm，密度0.91g/cm3，吸水率0.01%,工作温度10~100℃，介电常数2.2，介质损耗角正切值3.6×10-4(50-106Hz下)，介电强度300kV／mm，电容范围0.
01~60μF，I04MΩ/μF 聚酰胺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚酰胺(PA)的冲击韧性在诸多塑料中比较突出，虽有吸水性，但少量吸水后抗冲强度变大且保持良好的电绝缘性能，使它广泛应用通用电子、电器零件的制作。玻纤增强的PA大量用于电动工具如电钻外壳。PA6、PA66、 PA610是电子工业普遍使用的聚酰胺品种；主要用作电动机罩、电器框架；线圈绕线柱、电机叶片、电视机调谐零件 (阻燃PA66)、电度表外壳、电话交换器、继电器零件、电器外壳、热敏元件。透明聚酰胺制作高压**开关、流量计透明罩、油面指示计、熔断器罩、速度计等。在现代电气电子工业中聚酰胺元器件扮演着重要的角色。这是因为PA将上乘的防火特性、均衡的机械性能和有力的热性能很好地结合在一起。更严格的**要求只能靠专用阻燃等级的来满足。对主要用于这个目的的含溴化合物的批评正在增多。这些PA材料通常是难于加工的，它们的高密度导致体积单价高，而抗电弧径迹性差。在燃烧或闷烧时所产生的烟雾浓烈和具腐蚀性。不含溴的替代品-例如，有了以红磷或有机含氮化合物为基础的阻燃剂，许多年的结果都是不错的。对于众多原材料供应商来说，目前开发的目标是生产出一种易于加工、含无溴阻燃剂的增强型PA，能达到UL94的V-5级别的要求，同时确保机械性和易于着色。另一个现在越来越特别规定的要**用Nd:YAG激光器进行的可标记性。有时专门的焊接技术需要PA材料，能在短时间内承受260℃以上的温度，而不会有任何明显的外形上的变化，如PA46和半芳族PA。PA将继续找到应用的突破口，它的技术特性使功能性更高、设计更诱人和成本减少都成为可能。它可被用作热固料（如在汽车断路开关和短路开关等方面）和金属（如电弧控制装置）的替代品。　　 PA在电气电子工业的典型应用领域是： ◆ 工业开关装置（发动机开关，接触器）； ◆ 家用电器（总开关、辅助开关、线圈框）； ◆电气安装(自动断路、短路开关)； ◆ 汽车电器（电子系统的外壳、感应器）； ◆ 端子块； ◆ 插座； ◆ 电动工具（外壳）。聚碳酸酯聚碳酸酯(PC)具有良好透明性和热塑性塑科中*高的无缺口抗冲强度，是一种高韧性的E级绝缘塑料。PC较多的被注射成型为部件；线圈框架、矿灯的电池壳、电话机壳。玻纤增强的PC成型收缩率小，适于加工尺寸精度要求高的电子计算机、视频录像机、彩色电视机上用的部件。 PC良好的阻燃性和电绝缘性使它能用作电视机的回扫变压器线圈统线管及偏转系统中的色纯度横向调节磁铁罩、偏转座盖。PC薄膜也可制作电容器电容介质、录音带、彩色录像磁带等。聚甲醛　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚甲醛(POM)有良好的耐疲劳性、耐磨性和耐电弧性，提高它的阻燃性以后适宜制作电动工具的外壳如电扳手、电动羊毛剪、电钻的外壳和开关手柄，各种变换继电器(耐疲劳)、汁时器零件、磁带转筒等。改性聚苯醚改性聚苯醚(MPPO)良好的阻燃性(自熄)、绝缘性、耐热性和尺寸稳定性，使它主要用作电视机调谐片、微波绝缘件、线圈芯、变压器零件、屏蔽套、控制轴、电视机偏转系统元件、高频印制电路基板、薄膜电容器等。还大量制作空调器、干燥机、视频录像机、磁带录音机、电扇等电器上的零部件。热塑性聚酯聚酯(PBT)良好的耐热、阻燃、电绝缘性及成型加工性使它在电子工业中得到较广的应用。加入30％左有的玻璃纤维，PBT的耐热性能可长期用于135℃、短期180℃，被选用于需耐焊锡程度和高温下尺寸稳定的电子电器零件。 PBT因击穿电压高而适于用作耐高电压的零部件。熔融流动性好又宜于加工结构复杂的电子零件如集成电路的插座、印制线路板，角形连接器、接线拄、电动机罩盖等。 PET的耐热性比PBT更高．但它的结晶速率慢，通过添加成核剂提高其结晶速率以降低成型模温度，从而改善其加工性能以后，是一个质优价廉的电绝缘材料，广泛用于电动机、变压器。玻璃纤维增强的PET注射件用作线圈骨架、接线柱等。PET膜广泛用于电线电缆的包挠材料，制作录音磁带、录像磁带、计算机带、电影胶片、x光片等的基材。 PET膜表面真空镀箔以后是良好的电子零件的气密性包装材料和电磁波的传导屏蔽材料。聚砜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚砜(PSF)优良的高温绝缘性，可在-100-160℃下应用，经得起电焊：电镀工艺的操作环境，由于价格比较昂贵使它限于用在要求高的电子设备，如电子计算机用的积分线路板上应用。如果能用作各种电器设备的外壳如电钻和电池组的外壳、蓄电池箱、电镀槽、线圈骨架则当然是上等的长寿命产品。聚苯硫醚聚苯硫醚(PPS)是在电子、电器设备朝小型化方向发展需要F级耐热绝缘材料的背景下产生的。它是一种难燃性塑料，氧指数达44，不加阻燃剂即可达UL-94V-o／5-v级且发烟率低。PPS的吸水率低(0．05％)、热胀系数小，在高温高湿环境下使用时尺寸稳定性优良，还有可与纤维增强塑料媲美的耐化学腐蚀性。 PPS膜经受1017Gy(109rad)剂量辐照后的机械和电性能无明显变化，适用于原子能发电站的电子设备。 PPS膜的长期连续使用温度上限按日本国电气用品管理法规：保拉伸强度者达170℃、保绝缘耐电压者达l80℃。与几种塑料作饱和水蒸气下的耐久性实验表明，PPS实际上不发生水解反应，具有良好的耐水解性而优于PET和PI，因此PPS作为电绝缘材料使用时不必强调环境的干燥状况，适用于潜水泵之类马达用的绝缘介质。 PPS的耐碱性优于PI和PET，吸湿性比PET小一个数量级，吸水所致的体积膨胀变化很小，据此PPS宜作音响振动膜或精密线路图的电子印制线路板。常温下PPS的绝缘电阻比PET低50％．但150℃时它却比PET高一个数量级。PPS膜的用途：厚2-9μm．经单面电晕处理后用作电容器绝缘介质；厚12一l00μm经单面电晕处理后可作变压器和马达线圈绝缘材料、音响振动膜；厚125-350μm者用作马达的槽绝缘等。 PPS树脂以玻纤增强后的注塑件用作连接器、集成线路的插座、线圈骨架、接触开关、传感器部件、配电盘等。聚酰亚胺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚酰亚胺(PI)是热固性耐高温芳杂环塑料，可以制成薄膜、增强塑料、软质印制线路板、模压品、泡沫塑料等产品，也是一种价格昂贵数量较少的塑料。PI可用作特殊条件下工作的精密零件，如制作需耐高温高真空的自润滑轴承、压缩机活塞环、密封圈、与超低温液氮相接触的零部件、高温下使用的电气设备零件以及耐辐射的制品等。均苯四酸二酐型聚酰亚胺薄膜广泛用于铝线和电缆绝缘，可减轻重量缩小体积30％一50％；用于制作柔性印制电路板和多股导线的扁平电缆--在两层PI膜之间迭放多股
导线后层压而成。 PI玻璃布叠配后层压得到层压板，由它制作的集成电路插座*高使用温度达260℃。PI泡沫塑料主要用途作保温防火材料，用在飞机上防辐射、耐磨的遮蔽材料等。聚酰亚胺脱水前是聚酰胺酸，溶于二甲基甲酰胺中可作为粘合剂用在火箭、飞机等需耐高温场合。 3．电子电气工业中塑料产品的要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　象其它工业领域一样，工业电气和电子装置的制造商必须满足工程、经济生产和环境保护的各种要求。市场和用户是关键，只要满足他们的要求和市场需要的产品才能售出。在这种高技术领域，这一点不总是如此清楚地被注意。今天，用户仅仅想要他们需要的技术，这是不言而喻的。超出这种技术范围以外的其它事情，不管技术上多么有趣，用户都不会关注。作为国际竞争的结果，经济的重要性明显地增加，而且将继续增加。目前，技术要求除了受国际标准的影响外，也受进入传统机电应用领域的电子装置和系统的竞争及渗透的影响。在欧洲，尤其是环境争论变得更加重要。欧洲委员会正在讨论一项政策指南，旨在减少、回收和处理使用后的电气及电子装置以及所谓的整体产品，在这里，作为其工作寿命的一部分，与环境相关的评价标准考虑了初始发展和*后处理的整个过程。 4．市场要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各种技术要求来自于人们期望用于低电压和自动化的应用装置可完成复杂功能，经常在恶劣的环境条件下也能够可靠地工作。这样的装置的工作寿命达到15～20年并不罕见。在工作中，它们不可避免地被相关的电损耗加热。此外，机电开关理应可承受许多次工作循环（大约3×107）。这意味着不仅减少了替换部件的费用，而且可以避免维护和替换时的停机。在低电压应用场合，电能总是存在的，它具有一种潜在的危险，为了保证**、保护*终的用户和设备，用于低电压和自动化场合的装置要求与许多国家标准和国际标准（例如VDE，IEC、 UL和CSA）一致。

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