这里主要介绍电气、电器、电子系统用的塑料制品。其品种很多,按行业可分为电气工业用制品(如低压电气设备,中、高压电气设备,高频电气设备,电容器等产品用制品)、电子电气工业用制品(如结构件、印制电路板、接插件、电子器件、低压开关、继电器、电阻电容、晶体管塑封件等制品)、电线电缆工业用制品(各种用途电缆、电线绝缘层)、天线用制品(结构件、天线、天线罩等)、导电导磁制品(如有导电、导磁、抗静电、电磁屏蔽、压电等特性的制品及材料);按成型工艺可分为模塑制品(如注射、模压、挤塑、浇注、RTM、塑封等)、挤出制品(如薄膜、管、板、棒等)、层压制品(如板、管、棒等)、其他(如手糊、缠绕、涂覆等制品)等。
上述不同工艺加工的各种塑料制品按其使用方法可分为电工绝缘材料件和电工结构件两大类。如薄膜、管、板等制品,一般均为绝缘材料直接用于电工产品中;薄膜可用作电容器介质膜或作电气绝缘层材料;而大多数结构件均为用模塑成型制品,常用作具有电性能要求的结构件。设计这类制品时,要按其使用性能选择机、电性能兼备的材料,在结构设计时除了采用满足电性能要求的结构外,一般结构均可按塑料结构件设计方法进行力学和工艺结构设计,下面主要介绍这类电绝缘结构件的特性。
1.电气产品用塑料制品
(1)低压电气用制品 如低压开关、断路器、继电器、电动工具、电动机、二次电池等产品中大量应用的壳体、骨架、基座、支架等塑料制品,它们各自的性能及用途不同,可分为两类。一类制品不直接接触电路,但又用于电工产品中,所以是对电性能要求不高,但需具有承力、耐热等性能的结构件。另一类制品是直接用于电路中的结构件,要求电绝缘性较高。不同用途的制品对介电性、耐热性、耐湿性、耐水性、耐候性、灭电弧等性能有不同的要求。如高速运转的电动机类产品用的制品要求有良好的强度、韧性、抗振和抗疲劳性;湿热带电器用制品要求有耐湿、耐热、耐霉菌等性能。
(2)中、高压电气用制品 如高压绝缘子、高压开关、高压互感器、高压套管等产品中用的制品,常受强大电磁场振动和机械振动作用,所以制品要求有机电性能兼备的特点,既要求有足够的强度、刚性、耐热性,又要求有高的介电强度、抗电晕性、介电特性及耐电弧性。另外,许多高压产品均在户外使用,所以还要求有良好的耐候性和环境适应性。目前常用双酚A型、脂环型环氧树脂和线型酚醛环氧树脂作绝缘材料。聚酯纤维增强环氧树脂、填充氧化铝、脂环族环氧树脂、氟塑料、浇注环氧树脂等塑料作高压绝缘零件。其中,PC及氟塑料等塑料用于中压制品;XLPE、PE、F4、PI等用于抗电晕制品。
(3)高频电气用制品 各种高频电气设备中的塑料制品必须具有抗介电热的特性,要求介质损耗尽可能小,抗电晕性好。室温工作的高频用制品,常用聚烯烃、F4、PI等塑料或SI、MPPO、PEEK等高性能塑料。结构尺寸较大的PF、MF制品常用于性能要求不高的小功率高频设备中。对大功率高频设备只能选用F4、PI、F46、XLPE等少数几种塑料。另外,在普通无线电、小功率高频设备中用的电路板、接插件等制品,虽然高频对其破坏作用不大,但也应选用耐高频特性的塑料,并应有良好的环境适应性,防止发生振荡和耦合干扰。此外,大多数极性塑料、纤维素填充塑料都不能用作高频电气用制品。
(4)电容器介质 电气设备中用的电容器介质已大量应用PET、PS、PP、F4、PI、PC薄膜,它们具有耐电压、介电常数大、介质损耗因数小、介电性能对温度、湿度、频率变化不敏感等特点,适于制作体积小、容量大的电容器。
综上所述,电气设备用的塑料制品品种甚多,性能复杂,涉及因素也很多,因此在选材和设计中应注意的事项也很多,必须权衡好制品使用环境条件、材料自身性能,采用选材、制品设计、加工工艺三者统一考虑的原则,才能制作合格的制品。另外,这些塑料制品在使用期内还必须注意维护和检测,防止使用不当、过热和老化,应采取积极的预防措施,防患于未然。
2.电子电气产品用塑料制品
这类产品用塑件也可分为结构零件(如支架、底座、手柄、叶轮、齿轮、轴套、带轮等)及电气结构件(如印制电路板、接插件、继电器、电阻和电容、半导体器件、集成电路模块等)两类。各种结构零件特性随不同用途而变化,一般要求结构件常用PP、HIPS、ABS等塑料;力学性能、耐热性等要求较高的制品常用PA、GFPA、GFPP、PC、GFPC、PSF、MPPO、GFPBT和玻璃钢等塑料。制品选料及结构设计等事项,如同常用塑料结构件,这里不再多言。下面主要介绍几种电气结构件的特点。
(1)印制电路板 它是在电子、电气设备中大量应用的覆铜层压制品,可分为单面覆铜板、双面覆铜板、多面覆铜板、硬板和柔性板等多种结构。按板材的基材有纸基PF层压板、纸基EP层压板、玻璃纤维布EP层压板、玻璃纤维布SI层压板、氨基塑料层压板等。此外,还有F4、MPPO、PI、BMI、PET、PES、LCP、PEEK、CE、改性EP等树脂组成的印制电路板。
我国对印制板技术性能要求已制订了GB/T 4588.3—2002《印制板的设计和使用》、GB/T 4677—2002《印制板测试方法》等系列标准,规定了制品最大面积为500×600mm2,厚度为0.2~2.5mm,常用厚度为1~2mm。
对硬板性能要求有:电绝缘性好;介电性能好,介电常数小,且对频率、温度、湿度变化不敏感;刚性好,弯曲强度高,翘曲量小(如1mm厚的单面玻璃纤维布板翘曲度0.020~0.025mm/mm);耐热性高,热变形温度>120℃,线胀系数小;阻燃;焊接性好,板上焊接元件后不起皮,不起泡,不脱开;耐腐蚀性好;刻蚀性好,刻蚀电路后基材不变质;铜层剥离强度>12N/cm;可电镀及涂覆保护膜,以利于装饰表面;在不同环境条件下保证尺寸稳定和尺寸精度。(www.xing528.com)
对柔性板要求除了具有硬板的电性能、刻蚀性、焊接性等各项性能外,还要求有良好弯曲性能,弯曲次数应大于10000次。
(2)接插件 接插件品种很多,多数制品形状复杂,尺寸精度要求高,要求有足够的韧性,抗弯曲,耐磨,抗疲劳,抗振动性好。如在一定振动冲击条件下插拔500次后制品不变形,不出现机械损伤和裂纹,且接触点接触良好,接触电阻达标;在电性能方面,对低频接插件要求绝缘电阻及介电强度高,触点与接插件体绝缘电阻>1Ω,在0.44MPa的压力及500V的电压下不发生击穿及爬电现象;对高频接插件要求材料介电常数、介质损耗因数小,耐电弧性好;在热性能方面,热变形温度应大于200℃,可适应工作时的发热温度、焊接温度及表面贴装的工作温度,而且要阻燃,以防止短路着火;耐溶剂性好,自身不产生腐蚀触点的介质;在结构工艺性方面,要求材料收缩率及线胀系数小,且线胀系数对温度变化不敏感,以保证高尺寸精度和尺寸稳定性;制品形状结构尽量简化,并可靠牢固,安装触点元件方便;应选择流动性好的塑料,符合密间距、小型化的发展趋势。
(3)元件、器件用塑封制品 电气元件(如变压器、电阻、电容、线圈)、电子器件(如晶体管、半导体器件、集成电路模块等)为保护芯件及线圈,常采用浇注或低压挤塑等工艺用塑料封装组成防潮、绝缘、防菌、防冲击、提高强度和刚性的外壳,常用材料有SI、EP、DAP、聚1,2-丁二烯、PF、PI等,近年来也有采用PPS、PEEK等热塑性塑料的。对塑封制品要求能适应较宽的温度和频率范围,介电性良好,并具有耐热、耐寒、耐湿、耐候、耐油、耐辐射、耐腐蚀、耐霉、阻燃等特性。此外,还要求流动性好;可适应低压成型;与芯件线胀系数相近;对芯件粘接性好,不腐蚀芯件;散热性好,在交变温度条件下不发生龟裂,收缩率低,密封性好;贮存期长(5℃下贮存期应达半年)等性能。
(4)电器用结构件 常用结构件有继电器用骨架、簧片组、电键、线轴、插件板(基座)、外壳等;电阻用骨架、外壳、垫片;电容器用外壳、绝缘衬垫、底座;开关用底座、拨键、触点座等。这些制品要求有一定的强度和刚性,电绝缘、介电强度和介电性好,耐热、耐焊阻燃、耐电弧、耐溶剂等机电性能兼备的特性,常用材料有GFPET、GFPBT、PC、POM、PSF、MPPO、PF、GFPF、PASF、PPS、GFPP、PAMF、PES等。
3.天线用塑料制品
塑料是天线产品中的重要材料,天线用主要塑料制品有如下一些。
(1)支撑零件 如绝缘子、垫板、衬套和骨架等,常用GFPA、GFABS等高强度塑料制作。
(2)天线 可分透镜天线、介电天线、介质导天线和抛物面天线等品种。透镜天线采用介电特性稳定不变的F4、PE、PS等塑料制作,其中F4适合作介电性、耐热性好的大功率天线;介电天线是直接影响电磁波传递速度、能量损耗和天线方向性的主要零件,需采用质纯无杂质的材料,一般要求高频介质损耗因数<10-3,介电常数2~2.6,且应耐候,防老化,故常用加入防老化剂等助剂的LDPE、PP、PTFE等塑料;抛物面天线常采用EP、DAP、PF、SI等玻璃纤维增强料制作;介质导天线是改善天线性能的新型结构,采用PS或PU泡沫塑料或F4、PE、PS等塑料制作。
(3)天线罩和辐射罩 天线罩是机电性能兼备的制品,要求强度高,刚性好,介电常数小,耐老化,故常用玻璃钢、硬质PU泡沫塑料、GFPP、F4、PSF等塑料制作。其中,小型天线罩可用刚性稍差的PP、F4、硬质PU泡沫塑料制作;玻璃钢蜂窝夹芯板介电常数小,适波性好,刚性强可作大型天线罩,尤其空心玻璃纤维、有机纤维增强塑料可作航空、航天、军用飞行器天线罩。
辐射罩是反射电磁波的信号反射装置可用材料有F4、PP、PSF、硬质PU泡沫塑料等材料。
4.其他制品
电工用塑料制品还有许多品种,如电线电缆、绝缘或介质薄膜、各类层压制品、导电塑料等。这些均已于前面介绍过,此处不再多言。
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