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工程塑料的漏电起痕试验探究

2017-9-26 14:37:51 3023

0 随着电子电器工业的迅速发展，机床电器、汽车电器及家用电器等对高电绝缘性能阻燃工程塑料的需求日益增长。如高压电器开关、变压器线周骨架、耐高温继电器、精巧薄壁电子电器元件、低压真空接触器线圈及开关板等，都需要阻燃性能高、电绝缘性能好，即相比漏电起痕指数(c几)高的热塑性工程塑料。塑料阻燃改性常用的四大阻燃剂各有弊病，因此了解和控制材料的漏电起痕特性，开发高电绝缘性能阻燃热塑性工程塑料是目前工程塑料改性的重要方向之一。固体材料电绝缘性能的测定方法：固体绝缘材料表面在电场和电解液的联合作用下逐渐形成导电通路的过程即称为漏电起痕，这通常是因为固体绝缘材料表面降解产生了碳粒从而形成了表面电流。如果出现环境潮湿、材料表面粗糙、有杂质等情况，更能加速这种效应的发生。漏电能导致材料介电失败．甚至因为介电热而引起材料的燃烧。然而漏电起痕也是可以控制的，改善材料表面性能，减少导电物质的含量和减少降解都是有救的手段” 。 1、相比滑电起痕指数 Cti是一种衡量材料漏电起痕敏感性的指标，是指材料表面能经受住 50滴电解液而没有形成漏电痕迹的最高电压值，实验装置如图 1所示。按照 GB4∞ 1—84．在两电极之间施加一定的电压，每隔 3Ds在绝缘材料的表面滴一滴标准电解质溶液，直到试样经受住 50滴溶液或试样发生破坏为止。在试样的其它试验点上施加更低或更高的电压再做试验，直到得出在 5个不同的试验点上对 50滴溶液不发生破坏的最高电压值，即为CTI。试验的标准溶液按表 1配制。试验前要在 (23±1)℃的环境下测定溶液的电阻率。优先选用溶液 A，如果需要侵蚀性更强的溶液则选用溶液 B。在工业上，大家一致认为，测试某种材料如果用溶液 A，cn>4OOv；如果使用溶液 B，CTI>250v，那么这种材料就具有足够的耐漏电起痕性。按照 IEC112试验标准，CTI值由高到低分成 6个等级：CTI~>e00v．为 0级；4∞ v≤CTI(6OOV，为 1级；250V≤CTI(40Ov．为 2级；170V≤CTI<25OV，为 3级；100V≤CTI(170V，为 4级；0≤CTI(100V．为 5级： 12 电蚀损电蚀损是由于放电作用，绝缘材料被蚀损的现象测定方法为：清陈在 CTI测定中没有形成漏电痕迹的试样的表面碎屑或附着的松散分解物，然后将它放在深度规的平板上，用一个端部为半球形、直径为 1mm的探针来测量每个试验点的最大蚀损深度，记录 5次测量的最大值，精确到 0．1n 血 0通常．电蚀损可以间接反映材料电绝缘性能的好坏。不同材料．电蚀损深度不同；对于相同材料，电绝缘性能越差，那么在 CTI测定中电蚀损程度也愈深。阻燃工程塑料的漏电起痕控制：在电子电器应用领域中，绝缘材料要求具有高阻燃性和刚性．这些性能可以通过加入各种助剂来达到，但是助剂的加入降低了固体绝缘材料的耐漏电起痕性，因此寻找合适的协救剂来改善这一弊病是开发高电绝缘性能阻燃工程塑料的首要方法。 1、卤素阻燃剂工程塑料中添加卤素阻燃剂后．易于加工、着色，而且与锑氧化物复配阻燃性好，耐迁移，但是其致命的弱点就是降低材料的 cn，尤其芳香族的卤素阻燃剂．能够产生大量的碳粒沉积物，促使电流泄漏。如纯 PA66的 CTI值 (A溶液))6OOv；加入含氯阻燃剂，CII值下降到 2OO一25OV；加入含溴阻燃剂的 CTI值下降得更低，为 1,50—225v。而且卤素阻燃剂产生的电蚀损中，含氯阻燃剂比含溴阻燃剂的腐蚀程度探。国内外学者研究了各种阻燃协教剂来改进这一性能。西方石油化学公司的 SICharles和 JDJames用含氯阻燃剂 Dechlomneplus与 *2魄和 ZnO复配或 o3和 ZnO复配，使 PA复合材料的阻燃性迭 u94V一0级，而 CTI值 (A溶液 )高达 550V。在此基础上添加 2。％一30％的玻璃纤维，其 PA复合材料的 CTI值也可保持在 40O一45OV：他们还通过实验得出结论，ZnO不是溴系阻燃剂的有教协效剂，对于 PA6树脂来说，必须添加 s 魄才能保证其阻燃性和cⅡ值的平衡美国专利 US450461 j和日本专利 JP6O53556 指出．对于玻纤增强的 PA复合材料，使用硼酸锌 (zB)、三聚氰胺氰尿酸盐 (~1cA)、含氰阻燃剂与 s 复配，能够得到阻燃性 U[94V一0级、cⅡ>40OV的综合性能优异的阻燃材料。在该材料中，zB是有效的协效剂，如果没有它的加 ^ ，材料的 cⅡ<250v；而 MCA是一种含氮阻燃助剂，主要用来弥补卣素含量降低后阻燃性的不足欧洲专利 EP122tif／和 EP1226997介绍了 03、ZnO、F 03、单独使用或复配对玻纤 (GF)、卣素阻燃剂(含氰阻燃剂为 Dec}Il0ra∞e us，含溴阻燃剂为演化环氧树脂)、MCA和 PA共混体系的 cⅡ 值的影响=GF20份、MCA25份、卤素阻燃 3—4份．合适的金属氧化物协教剂 1—3份，加^到 PA树脂中，可得到阻燃性 LL94V一0级，cⅡ值为 425Y的性能优异的复合材料。据 De~ad aBromit~eGroup阻燃剂资料介绍，溴化聚苯乙烯(溴含量 68％ )是一种具有相当高的 CTI的溴系阻燃剂，它与 s 03复配用于 PA中，可使复合材料的 CTI值保持在 375Y 以上另外，烯烃类聚合物的加^ 电有利于材料 CTI值的提高：如日本专利 JP1067925 和 JP1067926 报道，在 pfiq"材料中加八 4—12份溴系阻燃剂、2～6份金属锑酸盐、30—4o份填料聂 3～10份烯烃类聚合物可使 PBT复合材料的CTI值高达 600 V。 2、磷系阻燃剂* 磷系阻燃剂中最有效的就是红磷，它以添加量少 (5份可达 u v一1级，7．5份可达 UL94V一0级 )，cⅡ 值高而备受欢迎：美中不足是它在加工中易燃，在高温下容易放出毒性气体磷化氢，而且在加工中产生的酸性物质容易腐蚀加工设备和金属元器件，但是这些情况都可以通过小心地控制工艺条件而减少发生的I】能性，也许虽让用户难以接受的是其色泽问韪，红磷是一种红棕色的阻燃剂，所以它只能作成本色或黑色阻燃材料。基于红磷难以加工的问题．一般在使用过程中都采用红磷阻燃母粒。英国专利 GB翌∞913 介绍，采用红磷母粒和 Mg(OH)2复配[比例为 3P+M~>20，P是红磷的质量分数，M是 ng(OH)2的质量分数，二者总含量不超过树脂总质量的 50％]，加^到 PA树脂中，可得到综合性能优异、阻燃性tf94V 一 0 级、cⅡ 值 ≥ 40O V 的复合材料。而 GB220(~14” 介绍，把 MgCOz作为红磷母粒的增效剂使用 (比例为 3P+C≥30，其中 P是红磷的质量分数，C是 M 的质量分数，二者总含量不超过树脂总质量的 55％)，来对 PA复合材料进行阻燃和电绝缘性能改性；德国专利 DE3844224 报道，采用红磷和马来酸酐粪接枝共聚物复配，均得到了阻燃性和电绝缘性能较好的 PA复合材料。四川省晨光化工研究院也研制出了赤磷阻燃母粒，目前已达到工业化生产的规模。该院分别开发了适合于PA6、PA儡、玻纤增强 6、玻纤增强 PA66、玻纤增强 PBT、玻纤增强 PET等工程塑料使用的赤磷母粒 RPM系列产品，添加 10％一20％就可使复合材料阻燃性达到 UL94v一0级，CTI值在 40O一45OV。除了红磷，聚磷酸铵(APe)也是一种较常用的磷系阻燃剂。它一般都在无卣阻燃材料中使用，提供酸源，与其它提供气源和碳源的助剂一起使复合材料达到阻燃的要求。但是因为它对材料的 CTI值有较大影响．因此一般用量应小于5份。多磷酸盐和焦磷酸盐可以提高材料的电绝缘性能而受到了关注。美国专利 uS58639741．研究了多磷酸盐和焦磷酸盐对 PA复合材料阻燃性和 CTI的影响，单独使用含溴阻燃剂，CTI值只有 275v；而加^ 4份焦磷酸盐，CTI值可提高到 375v。对于增强型 PA复合材料而言，滑石糟是一种较玻纤更为有利的填料，因为玻纤的加人会降低材料的 cⅡ值，而 25份滑石粉则可以提高 cⅡ值到 425v；还有一点有意思的结论是烯烃类其聚物的加^(含量小于 4份)可使 CTI值大大提高，配合适的阻燃剂会使 PA增强材料的 CⅡ值达到 475v。 3、氮系阻燃剂氮系阻然剂主要是措三聚氰胺及三聚氰胺衍生物，如三聚氰胺氰尿酸盐 (r~ica)。其主要优点是阻燃剂本身及其分解产物低毒眭、低腐蚀眭．而且对材料电绝缘性能几乎没有影响。另外因为它本身是白色粉末，故可以作成各种颜色的产品，缺点是容易迁移、渗出 3 。在非增强型工程塑料的阻燃研究中，MCA是一种优良的阻燃剂，添加 8—10份，阻燃性即可达到 UL94Y一0圾，而且 CTI值保持在 600v以上。但是 MCA最大的缺点就是不能用于增强阻燃型工程塑料中，如果要使用，也必须和卣素阻燃剂共用，专利 US 4360616” 、US 4504611 、EP122697 、EP122899 、DD143918”都有报道。 4、无机阻燃剂无机阻燃剂主要有 Al(0H)。和 Mg(On)=它们无毒、低烟，缺点是添加量大，且必须经表面处理才能使材料达到很好的改性效果：A】(OH) 和 ME(On)2都具有良好的抗谝电起痕性，它们加人到聚合物的复合材料中，可太大降低材料的表面温度，减弱电痕的发展．而且会降低材料表面的分解和碳粒的形成速度，因此能够显著提高材料的耐漏电起痕性能和耐腐蚀性能 e。另外，AI(0H)3和 h (OH)粒径的太小也是影响耐谝电起痕性的一个重要因素。粒径越小( 1 )，电绝缘性能越好。因为粒径越小．它们在材料内部和表面的分布越均匀，而且粒径越小，受热分解速度越高，这样就有效地抑制碳化通道的形艘：呵时在材料表面上．具有良好导热性的阻燃剂分解产物——金属氧化物分布也趋于均匀，从而增强丁表面的散热功能．有效地抑制了漏电起痕和电蚀损的发生。结论 (1)卣素阻燃剂对工程塑料的电绝缘性能有损害，但通过加人各种金属氧化物如 Fe2 、ZnO、SnO2、***2 l及硼酸锌．厦烯烃娄共聚物萼协同配台，可有效改善复台材料的耐漏电起痕性L2)磷系阻燃剂是～种电绝缘性能较好的阻燃剂．但红磷颜色深，丙烯酸娄接枝共聚物是磷系阻燃剂的有效协救剂。 (3)在增强阻燃型工程塑料中．无机填料尤其是滑石粉由于具有优异的电绝缘性能而成为较玻纤更为有利的增强剂f4)氮系阻燃剂对材料的电绝缘性能几乎没有影唰，但适用 f瑶纤、填料等增强阻燃型工程塑料。 (5) (OH)3和 Mg(OH) 有利于提高材料的耐漏电起痕性，而且粒径越小，效果越好。参考资料：http://www.zhuoresiyi.com/news/ 0
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