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技術(shù)文章

塑料在電子電氣工業(yè)中的應(yīng)用
DQZHAN技術(shù)訊：塑料在電子電氣工業(yè)中的應(yīng)用

塑料在電子電氣工業(yè)中的應(yīng)用概述 制造電子、電氣設(shè)備各種元器件的材料除了機(jī)械強(qiáng)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(yè)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(wěn)定；對有電磁波發(fā)射的電子設(shè)備既要不讓電磁波射向周圍環(huán)境，又要阻隔外界電磁波對電子設(shè)備正常工作的干擾，所以需要一種有一定導(dǎo)電性的塑料來傳導(dǎo)相屏蔽電磁波；塑料的一大優(yōu)點(diǎn)是重量輕、易加工，但因是高分子化合物均有不導(dǎo)電性，但若能從組成或分子結(jié)構(gòu)上作改進(jìn)賦予良好的導(dǎo)電性則對電子設(shè)備的輕巧和功能的延伸是一種新穎材料；有一定磁場強(qiáng)度的磁性塑料能代替天然的磁鐵，也是電子工業(yè)所追求的新材料。因此把具有絕緣、屏蔽、導(dǎo)電、導(dǎo)磁功能的塑料在電子工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行羅列和分析，對材料的生產(chǎn)者是一種促進(jìn)，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(fā)展是不平衡的，諸如導(dǎo)電、導(dǎo)磁塑料尚處起步發(fā)展階段，要到下個(gè)世紀(jì)，隨著合成材料工業(yè)和加工工業(yè)的發(fā)展與電子工業(yè)的迫切需要相結(jié)合，才會(huì)如當(dāng)前的絕緣用塑料那樣興旺起來。 1.電子電氣工業(yè)中選用塑料的準(zhǔn)則 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 當(dāng)針對某一種應(yīng)用選擇塑料時(shí)，經(jīng)常需要考慮在樹脂供應(yīng)商的數(shù)據(jù)表上沒有出現(xiàn)的技術(shù)性能。一個(gè)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(fā)室內(nèi)評價(jià)技術(shù)和加速試驗(yàn)技術(shù)，這些技術(shù)應(yīng)與在化學(xué)工業(yè)中樹脂開發(fā)的人員進(jìn)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(dāng)與火（電弧或灼熱）有關(guān)的能源不存在時(shí)，它能夠自熄。換言之，在故障條件下，如果保險(xiǎn)或者類似的**器件的動(dòng)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(yè)應(yīng)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(fā)都要求制件具有較高的耐化學(xué)性和耐應(yīng)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(shù)的變化比較敏感，其收縮和翹曲性能不僅影響生產(chǎn)成本，而且影響塑料制件、功能整體性和復(fù)雜設(shè)計(jì)的可行性?！　　　　　　　　　　　　　　　　　　?為了獲取附加值的國際化生產(chǎn)環(huán)節(jié)建立了對材料適用性的要求。長期的改進(jìn)周期與消費(fèi)者對電子產(chǎn)品長期的可靠性和穩(wěn)定的質(zhì)量要求進(jìn)行比較，在這一點(diǎn)上，不言而喻世界性的標(biāo)準(zhǔn)具有一致性，例如IEC和UL標(biāo)準(zhǔn)都起著一種重要的作用。使用的各種標(biāo)記不僅代表一種設(shè)計(jì)要求，而且是自動(dòng)化生產(chǎn)、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)和*終用戶所必需的。對于大批量相同制件的生產(chǎn)，印刷標(biāo)記作為更經(jīng)濟(jì)的方法被優(yōu)先考慮。針對柔性生產(chǎn)，設(shè)計(jì)現(xiàn)代化的自動(dòng)化設(shè)備，激光標(biāo)記是一種理想的工具。 今天，材料已進(jìn)入幾乎是一個(gè)無傳統(tǒng)污染物的時(shí)代。然而，仍有必要對含鹵素的阻燃劑進(jìn)行解釋。在著火時(shí)含鹵素的阻燃劑通常產(chǎn)生很濃的煙霧。在燃燒期間形成氣態(tài)的酸（例如鹽酸和溴酸），通過這些酸，能夠產(chǎn)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(dāng)吸入時(shí)，人會(huì)感到難受。因?yàn)樗鼈冊谧匀唤绯蕷怏w狀態(tài)，會(huì)形成大面積的污染，這些區(qū)域不受火的直接影響，*終在金屬設(shè)備或建筑物上、甚至在昂貴的電子設(shè)備上發(fā)生嚴(yán)重的腐蝕。一般而言，產(chǎn)生的氧化二苯并和氧芴的濃度不會(huì)達(dá)到令人恐懼的劇毒程度。然而，它們會(huì)大面積地?cái)U(kuò)散，使價(jià)格不菲的清潔工作的難度增加。 直接回收由注塑機(jī)產(chǎn)生的注道和流道可以降低成本，節(jié)約資源，對這種材料進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)沒有性能損失，從技術(shù)角度講，完全可以利用。遺憾的是常常缺乏正式的認(rèn)可 2．電子電器工業(yè)中塑料品種的分類 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 Ⅰ、按材料的電導(dǎo)率。分類如下: 絕緣體 lgσ＜10 導(dǎo)體 1gσ≥2 半導(dǎo)體 10≤1gσ≤2 超導(dǎo)體 1gσ≥20 電絕緣塑料在各類電子、電氣設(shè)備中主要用作電子接插件、接器、繼電器、開關(guān)、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(jié)構(gòu)性部件。這些元器件在工作時(shí)都處于一定的溫度環(huán)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(lián)聚乙烯(XLPE)，可達(dá)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(dá)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(dá)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(jià)廉質(zhì)優(yōu)的大宗塑料，在電視機(jī)上得到廣泛應(yīng)用。日本一臺(tái)51cm(20in)的彩色電視機(jī)共用塑料6kg左右，耗量*大的是外部構(gòu)件即電視機(jī)的前框和后蓋，約占整機(jī)塑料用量的80％以上。電視機(jī)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(jī)的后蓋先由PP代替了原來使用的ABS和HIPS。 PP塑料還大量應(yīng)用于電視機(jī)內(nèi)部構(gòu)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(jīng)規(guī)定在所有的彩色電視機(jī)和35cm(14in)以上的黑白電視機(jī)上．它們的后蓋板及排熱氣通風(fēng)孔處的機(jī)殼須用阻燃塑料。以Mg(0H)2阻燃劑改性的PP可以達(dá)到UL-94V-l和V-0級水平而被用作電視機(jī)內(nèi)偏轉(zhuǎn)線圈骨架、變壓器骨架及后蓋等。聚丙烯還廣泛地應(yīng)用于電扇、電動(dòng)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(yīng)用領(lǐng)域，隨著雙向拉伸技術(shù)的成熟已能生產(chǎn)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(xiàn)就受到人們的音睞，目前除少數(shù)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(jié)構(gòu)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(wěn)定的物理、化學(xué)和電學(xué)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(shù)2.2， 介質(zhì)損耗角正切值3.6×10-4(50-106Hz下)， 介電強(qiáng)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(qiáng)度變大且保持良好的電絕緣性能，使它廣泛應(yīng)用通用電子、電器零件的制作。玻纖增強(qiáng)的PA大量用于電動(dòng)工具如電鉆外殼。PA6、PA66、 PA610是電子工業(yè)普遍使用的聚酰胺品種；主要用作電動(dòng)機(jī)罩、電器框架；線圈繞線柱、電機(jī)葉片、電視機(jī)調(diào)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(guān)、流量計(jì)透明罩、油面指示計(jì)、熔斷器罩、速度計(jì)等。 在現(xiàn)代電氣電子工業(yè)中聚酰胺元器件扮演著重要的角色。這是因?yàn)镻A將上乘的防火特性、均衡的機(jī)械性能和有力的熱性能很好地結(jié)合在一起。更嚴(yán)格的**要求只能靠專用阻燃等級的來滿足。對主要用于這個(gè)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(dǎo)致體積單價(jià)高，而抗電弧徑跡性差。在燃燒或悶燒時(shí)所產(chǎn)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(jī)含氮化合物為基礎(chǔ)的阻燃劑，許多年的結(jié)果都是不錯(cuò)的。對于眾多原材料供應(yīng)商來說，目前開發(fā)的目標(biāo)是生產(chǎn)出一種易于加工、含無溴阻燃劑的增強(qiáng)型PA，能達(dá)到UL94的V-5級別的要求，同時(shí)確保機(jī)械性和易于著色。另一個(gè)現(xiàn)在越來越特別規(guī)定的要**用Nd:YAG激光器進(jìn)行的可標(biāo)記性。有時(shí)專門的焊接技術(shù)需要PA材料，能在短時(shí)間內(nèi)承受260℃以上的溫度，而不會(huì)有任何明顯的外形上的變化，如PA46和半芳族PA。PA將繼續(xù)找到應(yīng)用的突破口，它的技術(shù)特性使功能性更高、設(shè)計(jì)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(guān)和短路開關(guān)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(yè)的典型應(yīng)用領(lǐng)域是： ◆ 工業(yè)開關(guān)裝置（發(fā)動(dòng)機(jī)開關(guān)，接觸器）； ◆ 家用電器（總開關(guān)、輔助開關(guān)、線圈框）； ◆電氣安裝(自動(dòng)斷路、短路開關(guān))； ◆ 汽車電器（電子系統(tǒng)的外殼、感應(yīng)器）； ◆ 端子塊； ◆ 插座； ◆ 電動(dòng)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(qiáng)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(jī)殼。玻纖增強(qiáng)的PC成型收縮率小，適于加工尺寸精度要求高的電子計(jì)算機(jī)、視頻錄像機(jī)、彩色電視機(jī)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(jī)的回掃變壓器線圈統(tǒng)線管及偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)中的色純度橫向調(diào)節(jié)磁鐵罩、偏轉(zhuǎn)座蓋。PC薄膜也可制作電容器電容介質(zhì)、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(dòng)工具的外殼如電扳手、電動(dòng)羊毛剪、電鉆的外殼和開關(guān)手柄，各種變換繼電器(耐疲勞)、汁時(shí)器零件、磁帶轉(zhuǎn)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(wěn)定性，使它主要用作電視機(jī)調(diào)諧片、微波絕緣件、線圈芯、變壓器零件、屏蔽套、控制軸、電視機(jī)偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)元件、高頻印制電路基板、薄膜電容器等。還大量制作空調(diào)器、干燥機(jī)、視頻錄像機(jī)、磁帶錄音機(jī)、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(yè)中得到較廣的應(yīng)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(wěn)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(dòng)性好又宜于加工結(jié)構(gòu)復(fù)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(dòng)機(jī)罩蓋等。 PET的耐熱性比PBT更高．但它的結(jié)晶速率慢，通過添加成核劑提高其結(jié)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(gè)質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電絕緣材料，廣泛用于電動(dòng)機(jī)、變壓器。玻璃纖維增強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(dǎo)屏蔽材料。 聚砜 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 聚砜(PSF)優(yōu)良的高溫絕緣性，可在-100-160℃下應(yīng)用，經(jīng)得起電焊：電鍍工藝的操作環(huán)境，由于價(jià)格比較昂貴使它限于用在要求高的電子設(shè)備，如電子計(jì)算機(jī)用的積分線路板上應(yīng)用。如果能用作各種電器設(shè)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(dāng)然是上等的長壽命產(chǎn)品。 聚苯硫醚 聚苯硫醚(PPS)是在電子、電器設(shè)備朝小型化方向發(fā)展需要F級耐熱絕緣材料的背景下產(chǎn)生的。它是一種難燃性塑料，氧指數(shù)達(dá)44，不加阻燃劑即可達(dá)UL-94V-o／5-v級且發(fā)煙率低。PPS的吸水率低(0．05％)、熱脹系數(shù)小，在高溫高濕環(huán)境下使用時(shí)尺寸穩(wěn)定性優(yōu)良，還有可與纖維增強(qiáng)塑料媲美的耐化學(xué)腐蝕性。 PPS膜經(jīng)受1017Gy(109rad)劑量輻照后的機(jī)械和電性能無明顯變化，適用于原子能發(fā)電站的電子設(shè)備。 PPS膜的長期連續(xù)使用溫度上限按日本國電氣用品管理法規(guī)：保拉伸強(qiáng)度者達(dá)170℃、保絕緣耐電壓者達(dá)l80℃。與幾種塑料作飽和水蒸氣下的耐久性實(shí)驗(yàn)表明，PPS實(shí)際上不發(fā)生水解反應(yīng)，具有良好的耐水解性而優(yōu)于PET和PI，因此PPS作為電絕緣材料使用時(shí)不必強(qiáng)調(diào)環(huán)境的干燥狀況，適用于潛水泵之類馬達(dá)用的絕緣介質(zhì)。 PPS的耐堿性優(yōu)于PI和PET，吸濕性比PET小一個(gè)數(shù)量級，吸水所致的體積膨脹變化很小，據(jù)此PPS宜作音響振動(dòng)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(shí)它卻比PET高一個(gè)數(shù)量級。PPS膜的用途：厚2-9μm．經(jīng)單面電暈處理后用作電容器絕緣介質(zhì)；厚12一l00μm經(jīng)單面電暈處理后可作變壓器和馬達(dá)線圈絕緣材料、音響振動(dòng)膜；厚125-350μm者用作馬達(dá)的槽絕緣等。 PPS樹脂以玻纖增強(qiáng)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(guān)、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(huán)塑料，可以制成薄膜、增強(qiáng)塑料、軟質(zhì)印制線路板、模壓品、泡沫塑料等產(chǎn)品，也是一種價(jià)格昂貴數(shù)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(jī)活塞環(huán)、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(shè)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(dǎo)線的扁平電纜--在兩層PI膜之間迭放多股
導(dǎo)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(dá)260℃。PI泡沫塑料主要用途作保溫防火材料，用在飛機(jī)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(jī)等需耐高溫場合。 3．電子電氣工業(yè)中塑料產(chǎn)品的要求 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 象其它工業(yè)領(lǐng)域一樣，工業(yè)電氣和電子裝置的制造商必須滿足工程、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的各種要求。 市場和用戶是關(guān)鍵，只要滿足他們的要求和市場需要的產(chǎn)品才能售出。在這種高技術(shù)領(lǐng)域，這一點(diǎn)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(shù)，這是不言而喻的。超出這種技術(shù)范圍以外的其它事情，不管技術(shù)上多么有趣，用戶都不會(huì)關(guān)注。作為國際競爭的結(jié)果，經(jīng)濟(jì)的重要性明顯地增加，而且將繼續(xù)增加。 目前，技術(shù)要求除了受國際標(biāo)準(zhǔn)的影響外，也受進(jìn)入傳統(tǒng)機(jī)電應(yīng)用領(lǐng)域的電子裝置和系統(tǒng)的競爭及滲透的影響。 在歐洲，尤其是環(huán)境爭論變得更加重要。歐洲委員會(huì)正在討論一項(xiàng)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(chǎn)品，在這里，作為其工作壽命的一部分，與環(huán)境相關(guān)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考慮了初始發(fā)展和*后處理的整個(gè)過程。 4．市場要求 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 各種技術(shù)要求來自于人們期望用于低電壓和自動(dòng)化的應(yīng)用裝置可完成復(fù)雜功能，經(jīng)常在惡劣的環(huán)境條件下也能夠可靠地工作。這樣的裝置的工作壽命達(dá)到15～20年并不罕見。在工作中，它們不可避免地被相關(guān)的電損耗加熱。 此外，機(jī)電開關(guān)理應(yīng)可承受許多次工作循環(huán)（大約3×107）。這意味著不僅減少了替換部件的費(fèi)用，而且可以避免維護(hù)和替換時(shí)的停機(jī)。 在低電壓應(yīng)用場合，電能總是存在的，它具有一種潛在的危險(xiǎn)，為了保證**、保護(hù)*終的用戶和設(shè)備，用于低電壓和自動(dòng)化場合的裝置要求與許多國家標(biāo)準(zhǔn)和國際標(biāo)準(zhǔn)（例如VDE，IEC、 UL和CSA）一致。

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