在智能家居领域,随着设备的小型化和集成化,需要具有特定CTI值且兼具良好加工性能的塑料。而在新能源领域,随着电池技术的发展和充电设施的升级,对塑料CTI值的要求也会进一步提高。
01、常见塑料CTI值
IEC 112标准中对CTI 指标的定义是:在实验过程中,材料受到50滴电解液(一般为0.1%的氯化铵水溶液)而没有出现漏电痕迹现象的最大电压值(一般以伏表示)。
IEC950根据在上述实验条件下,基板所经受住的不同电压值,规定、划分出了基板材料的三个CTI的等级。一般基板材料的CTI的等级越小,说明它的耐漏电痕迹越高。
需要注意的是,塑料的 CTI 值会受到多种因素的影响,如材料的配方、改性方法、生产工艺以及测试条件等。不同厂家生产的同一类型塑料,其 CTI 值也可能会有所差异。
在实际应用中,如果CTI值大于400V,一般可认为这种材料就具有足够的耐漏电起痕性。以下是一些常见塑料的CTI值,仅供参考:
一般的聚苯硫醚复合材料的CTI约为175V左右,但经过特殊改性,可开发出高CTI值的PPS材料,如能达到600V及以上。PPS具有耐高温、耐腐蚀、高阻燃性等特点,高CTI值的PPS材料在汽车领域的IGBT动力模组以及耐电弧需求的电子电气领域有着广泛应用。
纯尼龙PA66的CTI值可达600,但加入玻璃纤维后,其阻燃等级和CTI值会发生变化。使用氮系阻燃剂且无玻纤时,能达到UL94V-0等级且CTI值为600V;使用玻纤并加入氮系阻燃剂,阻燃性能降低,CTI值也有所下降。溴系阻燃剂能使PA66达到UL 94V-0阻燃等级,但会使CTI值下降,通常为175或250等级。
聚碳酸酯的CTI值通常较高,一些优质的聚碳酸酯材料,其CTI值可达600 左右。PC具有良好的耐冲击性、耐热性、尺寸稳定性和电绝缘性能,高
CTI值使其在电子电器等对电性能要求较高的领域有出色表现。
聚醚砜的CTI值通常在175V以上。PES具有优良的耐热性能、机械性能和电性能,在高温下表现出色。高CTI值的PES材料在电子、电器等领域,尤其是对耐热和电性能有较高要求的场合得到应用。
02、高CTI塑料在家电领域的应用
智能家电的设计和制造需要考虑材料的安全性,特别是内部电路控制系统的塑料材料。这些材料需要满足“双高”要求,即高灼热丝和高CTI值。高CTI值意味着材料具有较高的电阻,能够抵抗电弧放电和电击穿,从而减少电气短路和火灾的风险。
为了确保家电在长期无人值守的情况下安全可靠运行,塑料材料的CTI值一般要求不低于250V。例如,为避免洗衣机在潮湿环境下高速运行时频繁震动因漏电而引发事故,洗衣机的电机线圈骨架等部件通常会选用高CTI的塑料。
空调/电冰箱压缩机的端头盖外壳、内部的电子元件支架、线路控制系统的绝缘部件等在高温、高电压的环境中稳定工作,采用高CTI塑料也能减少漏电风险。
像双高阻燃增强PBT材料,因其具有高CTI值和高灼热丝的特性,被广泛应用于智能家电的内部电路控制系统中,如电饭煲的插座接头、定时器等部件。
03、高CTI塑料在电子电器领域的应用
对于长期暴露在外的电子电器设备来讲,设备外壳表面极易存在潮湿和污秽,当表面电场足够大时,便可能产生漏电电流,在电流的焦耳热的作用下,水分被蒸发,材料表面液膜分离形成干燥带,当干燥带形成瞬间同时放电,将使材料表面产生局部碳化,即漏电起痕,当局部碳化重复发生时,便形成了碳化导电路,最终形成短路,燃烧的风险随时发生。
因此,高CTI材料在电子电器领域的应用广泛且至关重要。
电子设备中的绝缘部件以及插座、开关等电气设备对塑料的CTI值有着明确的需求。
绝缘部件需要具备优异的耐电性能,以防止电流泄漏和短路,其塑料材料的CTI值通常要求在175及以上。
对于插座和开关等设备,由于其直接与电源接触,对塑料的耐电性能要求更高,CTI值一般要达到400以上。例如,在一些高品质的插座和开关中,常采用具有高CTI值的PC或PES等塑料材料,以确保设备的安全性和稳定性。
以连接器为例,其需要在复杂的电路环境中稳定传输信号,高CTI材料的出色绝缘性能可有效防止漏电和短路,确保信号传输的稳定性和准确性。
在电容器中,高CTI材料能够承受高电压和频繁的充放电过程,减少电介质损耗和发热,从而保障电容器的性能稳定和使用寿命。
对于断电器而言,高CTI材料能在电流过载或异常情况下迅速阻断电路,防止火灾等安全事故的发生。例如,经过特殊配方改性而成的高灼热丝高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,可被广泛应用于电容器、藏线盒、电源外壳等电器部件中。
另外,高压电器开关、变压器线圈骨架、耐高温继电器、精巧薄壁电子电器元件、低压真空接触器等电器设备也通常需要使用阻燃性能高、CTI高的热塑性工程塑料。例如,巴斯夫的Ultramid®系列 PA材料,其漏电起痕指数CTI能够达到600,可用于各种控制器单元、连接器等。
04、高CTI塑料在新能源汽车领域的应用
绝缘栅双极晶体管(IGBT)模块是新能源汽车电机控制器、车载空调、充电桩等设备的核心技术部件,对材料的耐热、阻燃、漏电要求很高。
目前,IGBT模块的塑封材料基本上采用PBT或PPS,但也有采用PPA、PA、LCP等材料的情况。在耐温要求不高的情况下,PBT仍然是被广泛采用的材料。
汽车中IGBT模块常用的PBT材料虽耐高压击穿,但不耐高温,而通过特殊配方改性后的PPS具有优良的耐高温、耐腐蚀、耐磨、阻燃、均衡的物理机械性能和极好的尺寸稳定性以及优良的电性能等特点,不仅耐高压,CTI值高达600V-800V,同时也耐高温,这意味着在高电压环境下,材料表面不易发生电击穿现象,满足IGBT模块的材料需求。
日本通常使用PPS,而欧美则更喜欢采用PPA。巴斯夫推出了一种PPA,可为电力电子设备提供智能技术和轻量化的塑料部件。该产品名为Ultramid® Advanced N3U41 G6 LS,是一种无卤阻燃化合物,能够用于制造IGBT的外壳。
这种材料具有优异的热稳定性、低吸水性、出色的电气性能和CTI超过600V的特点。与迄今为止用于IGBT的材料相比,Ultramid® Advanced N3U41 G6 LS的爬电距离更低,绝缘性能更好,有助于IGBT实现轻量化和小型化。
对于充电设施而言,高CTI塑料同样不可或缺。常见用于新能源汽车充电设施的高CTI塑料包括PPS、PC和PA等。
充电桩使用强电工作,且连续工作时间长,特别是直流充电桩为达到快速充电的目的,工作电流较大,更为重要的是可能会与人接触,所以其整体安全性能要求很高。
此外,充电桩的使用工况环境较为复杂,必须满足不同地区的气候环境,如南方沿海地区的高温、高湿及盐雾腐蚀,高寒地区的低温撞击,高海拔地区高强紫外线照射,以及部分污染严重地区的酸雨腐蚀等。
中国质量认证中心于2016年发布了国内首个《电动汽车充电设备非金属材料外壳技术规范》,该技术规范从充电桩的实际使用环境出发,通过对材料耐老化、耐候、耐低温冲击、阻燃、耐热、电气绝缘等方面性能的考核,来评价材料是否能够达到长期使用要求。
充电桩壳体作为充电桩的对外防护部件,所用材料需要有一定的机械强度、电气绝缘性和阻燃性要求,同时兼具优良的耐候性能、低温冲击性能、耐腐蚀性能和加工性能。推荐使用无卤阻燃PC材料或无卤阻燃PC合金材料,如无卤阻燃PC/ABS、PC/ASA、PC/PBT材料等。
充电枪外壳,除需要阻燃性能、电绝缘性能、耐候性能外,还要有良好刚性和韧性,避免跌落和车辆辗压造成的损坏,同时兼顾良好的外观。材料方面推荐无卤阻燃耐候PC及其合金材料。
充电连接头,包括插座和插头,直接与导线转接,需要优异的电绝缘性、阻燃性能、耐热性能,同时为满足长期插拔的使用寿命要求,材料需要优异的力学性能。推荐使用无卤阻燃增强尼龙材料。
新能源动力电池在工作过程中会产生较高的电压和电流,这就对电池组件的绝缘性能提出了很高的要求。
在新能源电池中,高CTI塑料常见的应用包括电池外壳、电池模组的绝缘部件、连接器等。
例如,采用高CTI值的PPS塑料制作电池外壳,不仅能够提供良好的机械强度和耐热性能,还能有效防止电池内部的漏电现象,保障电池在各种复杂环境下的安全运行。
又如,在电池模组中,使用高CTI的PC塑料作为绝缘部件,可以减少电痕的形成,降低短路的风险,提高电池模组的整体安全性。
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