DQZHAN技術訊：塑料在電子電氣工業中的應用

塑料在電子電氣工業中的應用概述制造電子、電氣設備各種元器件的材料除了機械強度、耐溫、易成型等基本要求外，對電性能的要求因用途不同而差異很大。電子工業中大量的塑料用作絕緣材料，希望在高溫、高頻下的絕緣電阻高而介電性能穩定；對有電磁波發射的電子設備既要不讓電磁波射向周圍環境，又要阻隔外界電磁波對電子設備正常工作的干擾，所以需要一種有一定導電性的塑料來傳導相屏蔽電磁波；塑料的一大優點是重量輕、易加工，但因是高分子化合物均有不導電性，但若能從組成或分子結構上作改進賦予良好的導電性則對電子設備的輕巧和功能的延伸是一種新穎材料；有一定磁場強度的磁性塑料能代替天然的磁鐵，也是電子工業所追求的新材料。因此把具有絕緣、屏蔽、導電、導磁功能的塑料在電子工業中的應用進行羅列和分析，對材料的生產者是一種促進，對材料的使用者是一種互通和借鑒。不過，具有上述功能材料的發展是不平衡的，諸如導電、導磁塑料尚處起步發展階段，要到下個世紀，隨著合成材料工業和加工工業的發展與電子工業的迫切需要相結合，才會如當前的絕緣用塑料那樣興旺起來。 1.電子電氣工業中選用塑料的準則　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　當針對某一種應用選擇塑料時，經常需要考慮在樹脂供應商的數據表上沒有出現的技術性能。一個典型的例子是由于沖擊或摩擦引起材料損壞的耐磨損問題。這需要開發室內評價技術和加速試驗技術，這些技術應與在化學工業中樹脂開發的人員進行討論。絕緣性能和抗電弧徑跡性直接影響裝置的尺寸大小，已描述了其重要性。用于這類裝置上的塑料，當與火（電弧或灼熱）有關的能源不存在時，它能夠自熄。換言之，在故障條件下，如果保險或者類似的**器件的動作能夠中斷能量的注入，那么就可以避免火的蔓延。對所使用材料性能的要**考慮了在工業應用所遇到的極端條件。液壓油、清洗劑、潤滑油以及工藝過程中液體的蒸發都要求制件具有較高的耐化學性和耐應力開裂性。由于在電路和電氣裝置中的熱損耗，也要求制件耐熱和耐老化。通過注射成型，塑料的加工性能對成型參數的變化比較敏感，其收縮和翹曲性能不僅影響生產成本，而且影響塑料制件、功能整體性和復雜設計的可行性。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　為了獲取附加值的國際化生產環節建立了對材料適用性的要求。長期的改進周期與消費者對電子產品長期的可靠性和穩定的質量要求進行比較，在這一點上，不言而喻世界性的標準具有一致性，例如IEC和UL標準都起著一種重要的作用。使用的各種標記不僅代表一種設計要求，而且是自動化生產、技術、標準和*終用戶所必需的。對于大批量相同制件的生產，印刷標記作為更經濟的方法被優先考慮。針對柔性生產，設計現代化的自動化設備，激光標記是一種理想的工具。今天，材料已進入幾乎是一個無傳統污染物的時代。然而，仍有必要對含鹵素的阻燃劑進行解釋。在著火時含鹵素的阻燃劑通常產生很濃的煙霧。在燃燒期間形成氣態的酸（例如鹽酸和溴酸），通過這些酸，能夠產生少量所謂的"Seveso**"，即是鹵代氧化二苯并和氧芴。濃煙妨礙火焰的自熄。酸的生成物含有**，當吸入時，人會感到難受。因為它們在自然界呈氣體狀態，會形成大面積的污染，這些區域不受火的直接影響，*終在金屬設備或建筑物上、甚至在昂貴的電子設備上發生嚴重的腐蝕。一般而言，產生的氧化二苯并和氧芴的濃度不會達到令人恐懼的劇毒程度。然而，它們會大面積地擴散，使價格不菲的清潔工作的難度增加。直接回收由注塑機產生的注道和流道可以降低成本，節約資源，對這種材料進行測試，發現沒有性能損失，從技術角度講，完全可以利用。遺憾的是常常缺乏正式的認可 2．電子電器工業中塑料品種的分類　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅰ、按材料的電導率。分類如下: 絕緣體 lgσ＜10 導體 1gσ≥2 半導體 10≤1gσ≤2 超導體 1gσ≥20 電絕緣塑料在各類電子、電氣設備中主要用作電子接插件、接器、繼電器、開關、印制電路基板、線圈骨架、排線槽、天線插座、端子、按鈕和底座、外殼等結構性部件。這些元器件在工作時都處于一定的溫度環境下，按耐溫高低可分成以下七級。 Y級 90℃ F級 155℃ A級 105℃ H級 180℃ E級 120℃ C級 180℃以上 B級 130℃ 通用塑料中的耐熱聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、交聯聚乙烯(XLPE)，可達Y-A級；通用工程塑料中的聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT)、改性聚苯醚(MPPO),聚偏氟乙烯(PVDF)、聚氯乙烯(PVF)、聚甲醛(POM)可達E-B級，特種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)、聚諷(PSF)、聚苯硫醚(PPS)、聚酰亞胺(PI)等可達F-H-C級。 Ⅱ、按塑料品種分類　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚丙烯聚丙烯(PP)塑料的耐熱性、剛性和電絕緣性在通用塑料中是位居前列的，通過高分子物共混和助劑改性的方法改善其低溫脆性、老化(氧化)性，并提高阻燃性能以后，是一種價廉質優的大宗塑料，在電視機上得到廣泛應用。日本一臺51cm(20in)的彩色電視機共用塑料6kg左右，耗量*大的是外部構件即電視機的前框和后蓋，約占整機塑料用量的80％以上。電視機的前框初選ABS塑料和高抗沖聚苯乙烯 (HIPS)．后為降低成本開始用具有光澤的耐沖擊聚丙烯和ABS的共混塑料。電視機的后蓋先由PP代替了原來使用的ABS和HIPS。 PP塑料還大量應用于電視機內部構件，如制作回掃描變壓器(行輸出變壓器)、高壓組件、基板座、安裝折頁、電源套管罩等。中國已經規定在所有的彩色電視機和35cm(14in)以上的黑白電視機上．它們的后蓋板及排熱氣通風孔處的機殼須用阻燃塑料。以Mg(0H)2阻燃劑改性的PP可以達到UL-94V-l和V-0級水平而被用作電視機內偏轉線圈骨架、變壓器骨架及后蓋等。聚丙烯還廣泛地應用于電扇、電動吸塵器．換氣園、餐具干燥器等家用電器上。聚丙烯電容膜是新開拓的應用領域，隨著雙向拉伸技術的成熟已能生產厚1．5-3．5μm的極薄雙向拉伸聚丙烯[DOPP]膜。用這種BoPP膜制造的電容器一出現就受到人們的音睞，目前除少數橢殊性能要求的電容器外， 85％的電容器都可用它制成。由于PP分子結構中c-H鍵的偶極矩與C-CH3鍵的偶極矩大致相等，分子呈電中性，使它有穩定的物理、化學和電學性能。DOPP電容器膜的性能如下：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　厚度1．5~100μm，密度0.91g/cm3，吸水率0.01%,工作溫度10~100℃，介電常數2.2，介質損耗角正切值3.6×10-4(50-106Hz下)，介電強度300kV／mm，電容范圍0.
01~60μF，I04MΩ/μF 聚酰胺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚酰胺(PA)的沖擊韌性在諸多塑料中比較突出，雖有吸水性，但少量吸水后抗沖強度變大且保持良好的電絕緣性能，使它廣泛應用通用電子、電器零件的制作。玻纖增強的PA大量用于電動工具如電鉆外殼。PA6、PA66、 PA610是電子工業普遍使用的聚酰胺品種；主要用作電動機罩、電器框架；線圈繞線柱、電機葉片、電視機調諧零件 (阻燃PA66)、電度表外殼、電話交換器、繼電器零件、電器外殼、熱敏元件。透明聚酰胺制作高壓**開關、流量計透明罩、油面指示計、熔斷器罩、速度計等。在現代電氣電子工業中聚酰胺元器件扮演著重要的角色。這是因為PA將上乘的防火特性、均衡的機械性能和有力的熱性能很好地結合在一起。更嚴格的**要求只能靠專用阻燃等級的來滿足。對主要用于這個目的的含溴化合物的批評正在增多。這些PA材料通常是難于加工的，它們的高密度導致體積單價高，而抗電弧徑跡性差。在燃燒或悶燒時所產生的煙霧濃烈和具腐蝕性。不含溴的替代品-例如，有了以紅磷或有機含氮化合物為基礎的阻燃劑，許多年的結果都是不錯的。對于眾多原材料供應商來說，目前開發的目標是生產出一種易于加工、含無溴阻燃劑的增強型PA，能達到UL94的V-5級別的要求，同時確保機械性和易于著色。另一個現在越來越特別規定的要**用Nd:YAG激光器進行的可標記性。有時專門的焊接技術需要PA材料，能在短時間內承受260℃以上的溫度，而不會有任何明顯的外形上的變化，如PA46和半芳族PA。PA將繼續找到應用的突破口，它的技術特性使功能性更高、設計更誘人和成本減少都成為可能。它可被用作熱固料（如在汽車斷路開關和短路開關等方面）和金屬（如電弧控制裝置）的替代品。　　 PA在電氣電子工業的典型應用領域是： ◆ 工業開關裝置（發動機開關，接觸器）； ◆ 家用電器（總開關、輔助開關、線圈框）； ◆電氣安裝(自動斷路、短路開關)； ◆ 汽車電器（電子系統的外殼、感應器）； ◆ 端子塊； ◆ 插座； ◆ 電動工具（外殼）。聚碳酸酯聚碳酸酯(PC)具有良好透明性和熱塑性塑科中*高的無缺口抗沖強度，是一種高韌性的E級絕緣塑料。PC較多的被注射成型為部件；線圈框架、礦燈的電池殼、電話機殼。玻纖增強的PC成型收縮率小，適于加工尺寸精度要求高的電子計算機、視頻錄像機、彩色電視機上用的部件。 PC良好的阻燃性和電絕緣性使它能用作電視機的回掃變壓器線圈統線管及偏轉系統中的色純度橫向調節磁鐵罩、偏轉座蓋。PC薄膜也可制作電容器電容介質、錄音帶、彩色錄像磁帶等。聚甲醛　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚甲醛(POM)有良好的耐疲勞性、耐磨性和耐電弧性，提高它的阻燃性以后適宜制作電動工具的外殼如電扳手、電動羊毛剪、電鉆的外殼和開關手柄，各種變換繼電器(耐疲勞)、汁時器零件、磁帶轉筒等。改性聚苯醚改性聚苯醚(MPPO)良好的阻燃性(自熄)、絕緣性、耐熱性和尺寸穩定性，使它主要用作電視機調諧片、微波絕緣件、線圈芯、變壓器零件、屏蔽套、控制軸、電視機偏轉系統元件、高頻印制電路基板、薄膜電容器等。還大量制作空調器、干燥機、視頻錄像機、磁帶錄音機、電扇等電器上的零部件。熱塑性聚酯聚酯(PBT)良好的耐熱、阻燃、電絕緣性及成型加工性使它在電子工業中得到較廣的應用。加入30％左有的玻璃纖維，PBT的耐熱性能可長期用于135℃、短期180℃，被選用于需耐焊錫程度和高溫下尺寸穩定的電子電器零件。 PBT因擊穿電壓高而適于用作耐高電壓的零部件。熔融流動性好又宜于加工結構復雜的電子零件如集成電路的插座、印制線路板，角形連接器、接線拄、電動機罩蓋等。 PET的耐熱性比PBT更高．但它的結晶速率慢，通過添加成核劑提高其結晶速率以降低成型模溫度，從而改善其加工性能以后，是一個質優價廉的電絕緣材料，廣泛用于電動機、變壓器。玻璃纖維增強的PET注射件用作線圈骨架、接線柱等。PET膜廣泛用于電線電纜的包撓材料，制作錄音磁帶、錄像磁帶、計算機帶、電影膠片、x光片等的基材。 PET膜表面真空鍍箔以后是良好的電子零件的氣密性包裝材料和電磁波的傳導屏蔽材料。聚砜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚砜(PSF)優良的高溫絕緣性，可在-100-160℃下應用，經得起電焊：電鍍工藝的操作環境，由于價格比較昂貴使它限于用在要求高的電子設備，如電子計算機用的積分線路板上應用。如果能用作各種電器設備的外殼如電鉆和電池組的外殼、蓄電池箱、電鍍槽、線圈骨架則當然是上等的長壽命產品。聚苯硫醚聚苯硫醚(PPS)是在電子、電器設備朝小型化方向發展需要F級耐熱絕緣材料的背景下產生的。它是一種難燃性塑料，氧指數達44，不加阻燃劑即可達UL-94V-o／5-v級且發煙率低。PPS的吸水率低(0．05％)、熱脹系數小，在高溫高濕環境下使用時尺寸穩定性優良，還有可與纖維增強塑料媲美的耐化學腐蝕性。 PPS膜經受1017Gy(109rad)劑量輻照后的機械和電性能無明顯變化，適用于原子能發電站的電子設備。 PPS膜的長期連續使用溫度上限按日本國電氣用品管理法規：保拉伸強度者達170℃、保絕緣耐電壓者達l80℃。與幾種塑料作飽和水蒸氣下的耐久性實驗表明，PPS實際上不發生水解反應，具有良好的耐水解性而優于PET和PI，因此PPS作為電絕緣材料使用時不必強調環境的干燥狀況，適用于潛水泵之類馬達用的絕緣介質。 PPS的耐堿性優于PI和PET，吸濕性比PET小一個數量級，吸水所致的體積膨脹變化很小，據此PPS宜作音響振動膜或精密線路圖的電子印制線路板。常溫下PPS的絕緣電阻比PET低50％．但150℃時它卻比PET高一個數量級。PPS膜的用途：厚2-9μm．經單面電暈處理后用作電容器絕緣介質；厚12一l00μm經單面電暈處理后可作變壓器和馬達線圈絕緣材料、音響振動膜；厚125-350μm者用作馬達的槽絕緣等。 PPS樹脂以玻纖增強后的注塑件用作連接器、集成線路的插座、線圈骨架、接觸開關、傳感器部件、配電盤等。聚酰亞胺　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　聚酰亞胺(PI)是熱固性耐高溫芳雜環塑料，可以制成薄膜、增強塑料、軟質印制線路板、模壓品、泡沫塑料等產品，也是一種價格昂貴數量較少的塑料。PI可用作特殊條件下工作的精密零件，如制作需耐高溫高真空的自潤滑軸承、壓縮機活塞環、密封圈、與超低溫液氮相接觸的零部件、高溫下使用的電氣設備零件以及耐輻射的制品等。均苯四酸二酐型聚酰亞胺薄膜廣泛用于鋁線和電纜絕緣，可減輕重量縮小體積30％一50％；用于制作柔性印制電路板和多股導線的扁平電纜--在兩層PI膜之間迭放多股
導線后層壓而成。 PI玻璃布疊配后層壓得到層壓板，由它制作的集成電路插座*高使用溫度達260℃。PI泡沫塑料主要用途作保溫防火材料，用在飛機上防輻射、耐磨的遮蔽材料等。聚酰亞胺脫水前是聚酰胺酸，溶于二甲基甲酰胺中可作為粘合劑用在火箭、飛機等需耐高溫場合。 3．電子電氣工業中塑料產品的要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　象其它工業領域一樣，工業電氣和電子裝置的制造商必須滿足工程、經濟生產和環境保護的各種要求。市場和用戶是關鍵，只要滿足他們的要求和市場需要的產品才能售出。在這種高技術領域，這一點不總是如此清楚地被注意。今天，用戶僅僅想要他們需要的技術，這是不言而喻的。超出這種技術范圍以外的其它事情，不管技術上多么有趣，用戶都不會關注。作為國際競爭的結果，經濟的重要性明顯地增加，而且將繼續增加。目前，技術要求除了受國際標準的影響外，也受進入傳統機電應用領域的電子裝置和系統的競爭及滲透的影響。在歐洲，尤其是環境爭論變得更加重要。歐洲委員會正在討論一項政策指南，旨在減少、回收和處理使用后的電氣及電子裝置以及所謂的整體產品，在這里，作為其工作壽命的一部分，與環境相關的評價標準考慮了初始發展和*后處理的整個過程。 4．市場要求　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　各種技術要求來自于人們期望用于低電壓和自動化的應用裝置可完成復雜功能，經常在惡劣的環境條件下也能夠可靠地工作。這樣的裝置的工作壽命達到15～20年并不罕見。在工作中，它們不可避免地被相關的電損耗加熱。此外，機電開關理應可承受許多次工作循環（大約3×107）。這意味著不僅減少了替換部件的費用，而且可以避免維護和替換時的停機。在低電壓應用場合，電能總是存在的，它具有一種潛在的危險，為了保證**、保護*終的用戶和設備，用于低電壓和自動化場合的裝置要求與許多國家標準和國際標準（例如VDE，IEC、 UL和CSA）一致。

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