在智能家居領域,隨著設備的小型化和集成化,需要具有特定CTI值且兼具良好加工性能的塑料。而在新能源領域,隨著電池技術的發展和充電設施的升級,對塑料CTI值的要求也會進一步提高。
01、常見塑料CTI值
IEC 112標準中對CTI 指標的定義是:在實驗過程中,材料受到50滴電解液(一般為0.1%的氯化銨水溶液)而沒有出現漏電痕跡現象的最大電壓值(一般以伏表示)。
IEC950根據在上述實驗條件下,基板所經受住的不同電壓值,規定、劃分出了基板材料的三個CTI的等級。一般基板材料的CTI的等級越小,說明它的耐漏電痕跡越高。
需要注意的是,塑料的 CTI 值會受到多種因素的影響,如材料的配方、改性方法、生產工藝以及測試條件等。不同廠家生產的同一類型塑料,其 CTI 值也可能會有所差異。
在實際應用中,如果CTI值大于400V,一般可認為這種材料就具有足夠的耐漏電起痕性。以下是一些常見塑料的CTI值,僅供參考:
一般的聚苯硫醚復合材料的CTI約為175V左右,但經過特殊改性,可開發出高CTI值的PPS材料,如能達到600V及以上。PPS具有耐高溫、耐腐蝕、高阻燃性等特點,高CTI值的PPS材料在汽車領域的IGBT動力模組以及耐電弧需求的電子電氣領域有著廣泛應用。
純尼龍PA66的CTI值可達600,但加入玻璃纖維后,其阻燃等級和CTI值會發生變化。使用氮系阻燃劑且無玻纖時,能達到UL94V-0等級且CTI值為600V;使用玻纖并加入氮系阻燃劑,阻燃性能降低,CTI值也有所下降。溴系阻燃劑能使PA66達到UL 94V-0阻燃等級,但會使CTI值下降,通常為175或250等級。
聚碳酸酯的CTI值通常較高,一些優質的聚碳酸酯材料,其CTI值可達600 左右。PC具有良好的耐沖擊性、耐熱性、尺寸穩定性和電絕緣性能,高
CTI值使其在電子電器等對電性能要求較高的領域有出色表現。
聚醚砜的CTI值通常在175V以上。PES具有優良的耐熱性能、機械性能和電性能,在高溫下表現出色。高CTI值的PES材料在電子、電器等領域,尤其是對耐熱和電性能有較高要求的場合得到應用。
02、高CTI塑料在家電領域的應用
智能家電的設計和制造需要考慮材料的安全性,?特別是內部電路控制系統的塑料材料。?這些材料需要滿足“雙高”要求,?即高灼熱絲和高CTI值。?高CTI值意味著材料具有較高的電阻,?能夠抵抗電弧放電和電擊穿,?從而減少電氣短路和火災的風險。?
為了確保家電在長期無人值守的情況下安全可靠運行,塑料材料的CTI值一般要求不低于250V。例如,為避免洗衣機在潮濕環境下高速運行時頻繁震動因漏電而引發事故,洗衣機的電機線圈骨架等部件通常會選用高CTI的塑料。
空調/電冰箱壓縮機的端頭蓋外殼、內部的電子元件支架、線路控制系統的絕緣部件等在高溫、高電壓的環境中穩定工作,采用高CTI塑料也能減少漏電風險。
像雙高阻燃增強PBT材料,因其具有高CTI值和高灼熱絲的特性,被廣泛應用于智能家電的內部電路控制系統中,如電飯煲的插座接頭、定時器等部件。
03、高CTI塑料在電子電器領域的應用
對于長期暴露在外的電子電器設備來講,設備外殼表面極易存在潮濕和污穢,當表面電場足夠大時,便可能產生漏電電流,在電流的焦耳熱的作用下,水分被蒸發,材料表面液膜分離形成干燥帶,當干燥帶形成瞬間同時放電,將使材料表面產生局部碳化,即漏電起痕,當局部碳化重復發生時,便形成了碳化導電路,最終形成短路,燃燒的風險隨時發生。
因此,高CTI材料在電子電器領域的應用廣泛且至關重要。
電子設備中的絕緣部件以及插座、開關等電氣設備對塑料的CTI值有著明確的需求。
絕緣部件需要具備優異的耐電性能,以防止電流泄漏和短路,其塑料材料的CTI值通常要求在175及以上。
對于插座和開關等設備,由于其直接與電源接觸,對塑料的耐電性能要求更高,CTI值一般要達到400以上。例如,在一些高品質的插座和開關中,常采用具有高CTI值的PC或PES等塑料材料,以確保設備的安全性和穩定性。
以連接器為例,其需要在復雜的電路環境中穩定傳輸信號,高CTI材料的出色絕緣性能可有效防止漏電和短路,確保信號傳輸的穩定性和準確性。
在電容器中,高CTI材料能夠承受高電壓和頻繁的充放電過程,減少電介質損耗和發熱,從而保障電容器的性能穩定和使用壽命。
對于斷電器而言,高CTI材料能在電流過載或異常情況下迅速阻斷電路,防止火災等安全事故的發生。例如,經過特殊配方改性而成的高灼熱絲高CTI的阻燃聚丙烯材料(GWIT 850℃,GWF 960℃,CTI值大于600),具有出色的阻燃和高CTI性能,可被廣泛應用于電容器、藏線盒、電源外殼等電器部件中。
另外,高壓電器開關、變壓器線圈骨架、耐高溫繼電器、精巧薄壁電子電器元件、低壓真空接觸器等電器設備也通常需要使用阻燃性能高、CTI高的熱塑性工程塑料。例如,巴斯夫的Ultramid?系列 PA材料,其漏電起痕指數CTI能夠達到600,可用于各種控制器單元、連接器等。
04、高CTI塑料在新能源汽車領域的應用
絕緣柵雙極晶體管(IGBT)模塊是新能源汽車電機控制器、車載空調、充電樁等設備的核心技術部件,對材料的耐熱、阻燃、漏電要求很高。
目前,IGBT模塊的塑封材料基本上采用PBT或PPS,但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情況。在耐溫要求不高的情況下,PBT仍然是被廣泛采用的材料。
汽車中IGBT模塊常用的PBT材料雖耐高壓擊穿,但不耐高溫,而通過特殊配方改性后的PPS具有優良的耐高溫、耐腐蝕、耐磨、阻燃、均衡的物理機械性能和極好的尺寸穩定性以及優良的電性能等特點,不僅耐高壓,CTI值高達600V-800V,同時也耐高溫,這意味著在高電壓環境下,材料表面不易發生電擊穿現象,滿足IGBT模塊的材料需求。
日本通常使用PPS,而歐美則更喜歡采用PPA。巴斯夫推出了一種PPA,可為電力電子設備提供智能技術和輕量化的塑料部件。該產品名為Ultramid? Advanced N3U41 G6 LS,是一種無鹵阻燃化合物,能夠用于制造IGBT的外殼。
這種材料具有優異的熱穩定性、低吸水性、出色的電氣性能和CTI超過600V的特點。與迄今為止用于IGBT的材料相比,Ultramid? Advanced N3U41 G6 LS的爬電距離更低,絕緣性能更好,有助于IGBT實現輕量化和小型化。
對于充電設施而言,高CTI塑料同樣不可或缺。常見用于新能源汽車充電設施的高CTI塑料包括PPS、PC和PA等。
充電樁使用強電工作,且連續工作時間長,特別是直流充電樁為達到快速充電的目的,工作電流較大,更為重要的是可能會與人接觸,所以其整體安全性能要求很高。
此外,充電樁的使用工況環境較為復雜,必須滿足不同地區的氣候環境,如南方沿海地區的高溫、高濕及鹽霧腐蝕,高寒地區的低溫撞擊,高海拔地區高強紫外線照射,以及部分污染嚴重地區的酸雨腐蝕等。
中國質量認證中心于2016年發布了國內首個《電動汽車充電設備非金屬材料外殼技術規范》,該技術規范從充電樁的實際使用環境出發,通過對材料耐老化、耐候、耐低溫沖擊、阻燃、耐熱、電氣絕緣等方面性能的考核,來評價材料是否能夠達到長期使用要求。
充電樁殼體作為充電樁的對外防護部件,所用材料需要有一定的機械強度、電氣絕緣性和阻燃性要求,同時兼具優良的耐候性能、低溫沖擊性能、耐腐蝕性能和加工性能。推薦使用無鹵阻燃PC材料或無鹵阻燃PC合金材料,如無鹵阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等。
充電槍外殼,除需要阻燃性能、電絕緣性能、耐候性能外,還要有良好剛性和韌性,避免跌落和車輛輾壓造成的損壞,同時兼顧良好的外觀。材料方面推薦無鹵阻燃耐候PC及其合金材料。
充電連接頭,包括插座和插頭,直接與導線轉接,需要優異的電絕緣性、阻燃性能、耐熱性能,同時為滿足長期插拔的使用壽命要求,材料需要優異的力學性能。推薦使用無鹵阻燃增強尼龍材料。
新能源動力電池在工作過程中會產生較高的電壓和電流,這就對電池組件的絕緣性能提出了很高的要求。
在新能源電池中,高CTI塑料常見的應用包括電池外殼、電池模組的絕緣部件、連接器等。
例如,采用高CTI值的PPS塑料制作電池外殼,不僅能夠提供良好的機械強度和耐熱性能,還能有效防止電池內部的漏電現象,保障電池在各種復雜環境下的安全運行。
又如,在電池模組中,使用高CTI的PC塑料作為絕緣部件,可以減少電痕的形成,降低短路的風險,提高電池模組的整體安全性。
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