阻燃工程塑料的漏電起痕控制

    隨著電子電器工業(yè)的迅速發(fā)展,工業(yè)電器、家用電器和汽車電器等對(duì)高電絕緣性能阻燃工程塑料的需求日益增長(zhǎng)。如高壓電器開關(guān)、變壓器線圈骨架、耐高溫繼電器、精巧薄壁電子電器元件、低壓真空接觸器、斷路器等,都需要阻燃性能高、電絕緣性能好,即相比漏電起痕指數(shù)(CTI)高的熱塑性工程塑料。開發(fā)高電絕緣性能阻燃增強(qiáng)工程塑料是目前工程塑料改性的重要方向之一。

    聚合物絕緣材料有著特殊的電氣破壞現(xiàn)象，即聚合物絕緣材料表面在特定的條件下會(huì)發(fā)生電痕劣化現(xiàn)象，并可以導(dǎo)致電痕破壞。

    電痕破壞是指當(dāng)材料表面存在潮濕與污穢、電場(chǎng)足夠大時(shí)，表面將有漏電流產(chǎn)生，在電流的焦耳熱作用下，水分被蒸發(fā)，隨著材料表面液膜的分離形成的縫隙（稱為干燥帶）。在干燥帶形成瞬間液膜間場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到放電場(chǎng)強(qiáng)而導(dǎo)致放電，放電產(chǎn)生的熱量使材料表面局部碳化，由于碳化生成物的導(dǎo)電率高，此處的電場(chǎng)密度集中于該碳化部分，引起放電的重復(fù)發(fā)生，在其周圍產(chǎn)生更多的碳化物，形成碳化導(dǎo)電路，并向電極方向伸展，最終導(dǎo)致短路。其過程如下圖所示：

    相比漏電起痕指數(shù)(CTI)及其表征方法：

    CTI是一種衡量材料漏電起痕敏感性的指標(biāo),是指材料表面在一定的電壓條件下能經(jīng)受住50滴電解液而沒有形成漏電痕跡的電壓值。標(biāo)準(zhǔn)的方法是在兩電極之間施加一定的電壓,每隔30S在絕緣材料的表面滴一滴標(biāo)準(zhǔn)電解質(zhì)溶液，一般是0.1%的氯化按溶液,直到試樣經(jīng)受住50滴溶液或試樣發(fā)生破壞為止。在試樣的其它試驗(yàn)點(diǎn)上施加更低或更高的電壓值，即為CTI。

    工程塑料CTI值的影響因素：

    基料

    一般，樹脂的含碳越高，CTI越差。PE、PP、PA6（66）的CTI都在600V左右，一切有利于炭化的因素都會(huì)降低CTI。

    ü有機(jī)小分子助劑

    有機(jī)助劑中，含溴阻燃劑對(duì)CTI有很大影響，這是因?yàn)楹遄枞紕?duì)熱不穩(wěn)定，容易炭化。在溴系阻燃劑中加入阻燃協(xié)效劑,其中的為三氧化二銻（Sb2O3）?？梢杂行У靥岣逤TI值。還有，容易析出的有機(jī)小分子，特別上是有機(jī)蠟，很容易在塑料制品表面炭化。

    填料

    填料，特別是那些片狀填料，可以覆蓋在塑料表面，使樹脂以不連續(xù)形式存在，中斷了炭化的途徑，從而不利于形成導(dǎo)電通道（炭化徑跡），可以有效地提高改性塑料的CTI值。

    阻燃工程塑料的漏電起痕的控制辦法：

    純的工程塑料都具有較高的CTI值,但為賦予其特殊的性能,一般都需添加助劑,如阻燃劑、增強(qiáng)劑、填充劑等。這些助劑的加人,往往影響材料的CTI值。

    阻燃劑控制

    阻燃工程塑料中加人的溴系阻燃劑其熱分解溫度一般都低于塑料的分解溫度,因此塑料中的阻燃劑在電場(chǎng)作用下更易分解形成碳化,導(dǎo)致漏電起痕。而氮系阻燃劑分解后形成氣體溢出,不會(huì)造成游離碳的生成和堆積,因而不易產(chǎn)生漏電起痕。不同的溴系阻燃劑,隨熱穩(wěn)定性的提高,由其制備的阻燃工程塑料的CTI值也會(huì)有所增大。

    填料控制

    玻纖增強(qiáng)或礦物填充阻燃工程塑料,由于表面原因,也容易產(chǎn)生漏電起痕。玻纖越細(xì)或礦物粒徑越小,所制成的改性阻燃工程塑料CTI值越高。

    有些礦物如水合氧化鋁還具有抑制和延緩改性工程塑料產(chǎn)生漏電起痕的作用。水合氧化鋁在放電產(chǎn)生的熱能作用下,釋放出結(jié)晶水,反應(yīng)式如下:

    Al2O3●H2O→Al2O3+H2O

    釋放出來的結(jié)晶水在高溫下以氧化鋁為催化劑,可與材料的分解物進(jìn)行反應(yīng),生成一氧化碳和其它有揮發(fā)性的碳?xì)浠衔?從而使材料表面難以沉積碳,阻止了漏電起痕的發(fā)生。

    總之：漏電起痕主要是由于電器元件內(nèi)電場(chǎng)的不均勻性導(dǎo)致閃絡(luò)放電,進(jìn)而引起游離碳的生成和堆積,使絕緣材料產(chǎn)生漏電起痕。減少因放電引起的游離碳的生成和堆積、提高各種助劑的熱分解溫度、提高制品表面的光澤和平整度是改性工程塑料獲得高CTI值的有效辦法。