1、溫度對塑料影響和塑料電性能目 錄一緒論二溫度和熱對塑料的影響 三電性能分析 四塑料的阻燃性和抑煙性 一緒論設(shè)計人員必須了解溫度的上升和降低是如何影響塑料制品的性能的。塑料對溫度變化很敏感，當處于高溫時，非晶態(tài)樹脂將變軟并在15073以上時就很快失去室溫時的物理性能。工程塑料、半結(jié)晶塑料、結(jié)晶型塑料和液晶塑料具有較高的耐溫性能，當溫度為150時它們的物理性能變化較小。溫度增加時液晶樹脂的性能變化更小。因此，設(shè)計時必須了解制品的使用溫度范圍。不管任何時候制品都必須滿足在使用溫度范圍內(nèi)的正常使用。溫度和熱對塑料的影響 制品的最終使用溫度對設(shè)計有很大的影響。當溫度增加時，塑料材料的物理性能，比方蠕變、

2、模量、拉伸性能和韌性都受影響結(jié)晶型、半結(jié)晶型和液晶樹脂因為有很強的分子鍵的晶體分子結(jié)構(gòu)，所以，隨溫度的變化性能變化較小。結(jié)果，在溫度增加時，這些材料的物理性能降低較小。當在無負荷作用下升溫時，它們也仍保持它們的物理形狀，但是一旦到到達玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時，這時它們開始像冰一樣融化。這些材料隨溫度升高，它們物理性能在降低，會產(chǎn)生彎曲和蠕變，但是不會像無定型樹脂那樣變軟和流動 熱變形溫度HDT熱變形溫度HDT不是材料的上限使用溫度。HDT 是美國材料試驗學會標準測試樣條在兩端被固定而中心承受 66 或 264 psi的壓力并且以均勻速度升溫的溫度控制在油浴中樣條變形0.010in時的溫度。國標 溫度對

3、塑料力學性能的影響 熱老化和氧化效應(yīng) 塑料的熱老化和氧化效應(yīng)是在老化箱里測試樣條來評價的。把無應(yīng)力的測試樣條放入老化箱中，在不同溫度下老化一定的時間。在一定的時間間隔取一次測試樣品，分別在室溫下測定這些樣條的拉伸性能和彎曲性能。根據(jù)這些數(shù)據(jù)可以得出材料的物理性能與老化時間或老化溫度的關(guān)系圖。這些數(shù)據(jù)被用來測試材料的熱穩(wěn)定性，還被用于在設(shè)計時估計特定的溫度和時間下材料的彎曲模量溫度對塑料模量與時間關(guān)系的影響 粉化粉化是長期氧化效應(yīng)的結(jié)果，它并不像開裂那樣嚴重，但是外表會脫色。尼龍制件經(jīng)常被用作舟船的結(jié)構(gòu)材料，所以常被日曬而引起粉化，用適量的研磨清潔劑可使其恢復(fù)。為防止外表氧化效應(yīng)在制備樹脂時添加

4、少量抗氧化劑，不會影響制品的其他物理性能。碳黑是常用的并且很有效的抗氧化添加劑，制造者常常把它混合到樹脂中去 溫度對塑料模量與時間關(guān)系的影響 30%短纖維增強塑料的性能LCP 液晶聚合物；PAI 聚酰亞胺；PEI 聚醚亞胺；PES 聚芳基砜；PPS 聚苯硫醚；PSU 聚砜；PEEK聚醚醚酮 耐熱性 耐熱添加劑根本上有兩種類型一種是當材料被置于高溫下時能阻礙材料外表氧化，高溫時把熱穩(wěn)定劑混入樹脂中，這樣可減少制品外表的氧化效應(yīng)，所有塑料材料在高溫應(yīng)用時都需加熱穩(wěn)定劑。由杜邦公司生產(chǎn)的作為尼龍66的熱穩(wěn)定劑使樹脂顯現(xiàn)出些許綠色，正與材料的原色即乳白透明色形成比照；第二種熱穩(wěn)定劑 是在制備過程中用來

5、保護樹脂的。制備過程中熱敏性樹脂需要保護，以免注射的料筒受強熱或高剪切溫度時熔化樹脂而造成材料脫色或分解。 用戶使用溫度 塑料樹脂的用戶使用溫度是基于材料的分子結(jié)構(gòu)、增強材料、制品使用時承受的力、環(huán)境、添加劑和制品使用的壽命。新型塑料樹脂，如液晶樹脂，特殊情況下可耐400-500的高溫。每種樹脂都有用戶使用溫度，使用時不可以超過這個溫度 溫度指數(shù) 溫度指數(shù)是用來對材料最高使用范圍進行分級的又一種方法。電和機械應(yīng)用的令人滿意的連續(xù)的最高使用溫度都在樹脂的性能說明表中列出，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過測試得出的。對于電和機械應(yīng)用中的溫度那么分為受沖擊和不受沖擊兩種情況分別列出。樹脂的DAM性能數(shù)據(jù)表以表格的形式

6、列出，這些數(shù)據(jù)用來評估作為特殊應(yīng)用的材料，并且它們是UL和材料供給商們提供的，是可信的。這些數(shù)據(jù)對低溫時處于脆性的材料也是適用的，這個數(shù)據(jù)可以從樹脂性能數(shù)據(jù)表中找到。 線性熱膨脹系數(shù) 所有材料在受熱或冷卻時都會引起它長度或體積尺寸上的變化。當和金屬或其它不同的材料相互配合安裝時，設(shè)計者必須要考慮它們的膨脹率和收縮率。許多材料、特別是纖維增強的和液晶樹脂材料在流動方向和垂直于流動方向上的膨脹系數(shù)是不同的 線性熱膨脹系數(shù)熱應(yīng)力 對制品施加壓力可使它在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當把制品固定在一個地方并限制其移動,然后將其加熱或冷卻，制品中應(yīng)力就會增加。當材料收縮或膨脹時，制品的內(nèi)部就會產(chǎn)生力，這種力被稱為內(nèi)

7、部熱應(yīng)力。 可能有熱內(nèi)應(yīng)力問題的組裝 消除膨脹應(yīng)力的設(shè)計 控制不同的熱膨脹 電性能分析 熱塑性塑料和熱固性樹脂是極好的電絕緣材料，它們在電和電子工業(yè)中應(yīng)用廣泛，為電和電子裝置的電流傳遞運用起絕緣作用。PVC聚合物為銅制品對商業(yè)的和工業(yè)電線的絕緣提供了主要的護套應(yīng)用。除了高壓電能傳送線路應(yīng)用之外，熱固性和熱塑性塑料在所有方面都以證明了它們的價值。它們有優(yōu)良的機械性能和電絕緣性，所以它們是做開關(guān)、插銷、連接器、線圈包皮和電流傳導(dǎo)裝置的好材料。下面局部描述了用于電器的塑料的重要電性能。 體積電阻率 當使用為直流電壓時，材料傳導(dǎo)電流能力的壞如何是測材料電阻的一種方法。體積電阻率的測量法是測試一定厚度的

8、樣品兩側(cè)電極之間阻抗，把測試得到的歐姆乘以電極板截面積再除以樣品的厚度得到的數(shù)據(jù)，電阻率單位為cm，如圖7.7a所示。根據(jù)樣品測試條件諸如溫度、相對濕度、測試電壓和樣品的水分含量，測試結(jié)果可能改變。塑料被認為是很好的絕緣體，它的電阻率值為1014cm，而電阻率值在103和1012cm之間的材料是半導(dǎo)體，典型塑料的電阻率值見表7.2 外表電阻系數(shù) 通過材料外表電流的測量法是外表電阻系數(shù)的一種測試法。外表電阻系數(shù)主要是測試塑料由于外表結(jié)構(gòu)，尤其是濕度引起的導(dǎo)電性，見圖7.7b?，F(xiàn)象，諸如在考慮電器插座的插頭之間的塑料絕緣體的距離時，不考慮外表泄露傳導(dǎo)率的問題就可能成問題，可能造成很大的錯誤。因此，

9、在用于高電壓設(shè)計在兩電插頭之間增加肋或者凹槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以增加兩電極間的長度 。電性能測試(a) 體積電阻率；(b)外表電阻率 體積電阻數(shù)據(jù)介電絕緣強度 介電絕緣強度測量的是加在塑料上的電壓不斷增加直到被擊穿前的塑料的絕緣能力。測試如圖7.8所示，當電流通過一定厚度的樣品時，施加電壓直至擊穿時得電壓與厚度的比值為介電強度。影響測量結(jié)果的變量有溫度、樣品厚度、濕度、使用電壓的變化速率和測試時間。成型制品測試外表的任何污染或者孔洞都會降低樹脂的絕緣強度，并且會引起電弧或者產(chǎn)生可穿過樣品的傳導(dǎo)路徑，從而導(dǎo)致過早的被擊穿。介電強度測試原理 介電常數(shù) 對于像雷達裝置和微波裝置這些常在高頻情況下使用的絕緣

10、材料來說，介電常數(shù)是非常重要的，它是材料被極化時的磁化系數(shù)。當電場存在于材料的周圍時，材料中的分子就會沿著電流方向在電場中排列，出現(xiàn)這種現(xiàn)象就被稱為極化作用。當用交流電來使電場改變時，分子的極化隨之改變。介電常數(shù)是一個無量綱常量，用來測量分子的極性隨電場變化而變化的難易程度。溫度、制品厚度、電流的交變頻率和樣品的濕度的改變都會引起介電常數(shù)改變。多種絕緣材料的介電常數(shù)值和耗散因子見表7.3所示 耗散因子 用交流電60Hz使極性迅速交變，由于快速的極化方向改變激活了分子，測試樣品就產(chǎn)生熱量。樣品中熱耗散量的測定以耗散因子DF來表征。DF表示的是在1MHz或其它規(guī)定的頻率下測量得到的由于發(fā)熱變?yōu)闊崮?/p>

11、損失的能量與經(jīng)此材料穿透而過的能量之間的比值。設(shè)計電子元件需要低耗散因子?？闺娀⌒阅?使用中尤其是在高壓應(yīng)用中如果外表上出現(xiàn)電弧，抗電弧性能就非常重要了，這些涉及到開關(guān)、斷路器和汽車點火器等高壓應(yīng)用的場合。熱固性塑料是在制品應(yīng)用中具有這種特性的首選塑料?？闺娀⌒阅苁峭ㄟ^測量材料的外表在高壓電能的作用下產(chǎn)生電流通道或者零件外表材料熱分解的性能。測試試驗如圖7.9所示，用電極在測試樣品的外表按照一定的距離放置，以便使塑料外表局部加熱。試驗要測量通過絕緣材料外表形成傳導(dǎo)通路的時間，以秒計。材料的擊穿時間越長那么抗電弧性越好 相應(yīng)的電磁指數(shù) 美國保險商實驗所UL已開發(fā)了一種更現(xiàn)實的試驗，用來確定被污染

12、外表的抗電弧性。在UL試驗中，用氯化銨溶液浸濕電極的接觸外表，CTI數(shù)值是按規(guī)定電流在電極之間導(dǎo)致導(dǎo)電通道形成所要求的電壓值。對電和電子裝置的其它UL試驗要更加詳細而精確，它們在材料和最終使用的范圍。在用戶或者工廠能保證制品獲得UL認證付諸使用之前，對整個制品必須經(jīng)過UL檢測。如果銷售時必須要有UL合格證的話，設(shè)計者必須懂得UL認證的具體條款。其它制品檢測機構(gòu)，如加拿大用戶平安管理部門CSA與美國的UL類似和其它外國政府檢測機構(gòu)都有他們自己的要求，并且通常對出售到他們國家的與電有關(guān)的制品都有相似的要求。抗電弧測試 塑料的電性能 塑料樹脂是極好的絕緣體，它們可以具有很好的機械性、化學性、阻燃和抑

13、煙性能和隔熱性等特性，滿足了商業(yè)和工業(yè)上對電器的要求。熱固性塑料和一些熱塑性樹脂是各種電器都適合的材料，除了最極端條件的電器應(yīng)用之外。塑料的阻燃性和抑煙性 塑料制品研究的一個重要方面就是材料的可燃性和煙形成的能力。塑料支撐電子加熱元件，所以常用做許多電開工具的機架和護罩。用戶平安和防火法規(guī)更多是要求材料阻燃。塑料的阻燃性是根據(jù)它在標準海平面高度上支持塑料樣品燃燒的最低含氧量來評定的，即氧指數(shù)OI?？諝庵械暮趿繛?0%。制品的OI值越高，它燃燒所需要的氧氣量就越多；反之，OI值越小，這種材料要保持燃燒就越容易。一些塑料樹脂本身就是阻燃材料。當在這些樹脂中參加阻燃添加劑時，如果把該樹脂放入火中或

14、將其點燃時，就能起到將該材料與氧氣隔離的作用。 UL94燃燒性能測試(a對緩慢燃燒塑料的UL94 HBASTM 燃燒性能和測試(b) UL94 V0V1V2自熄測試UL94 HB：水平燃燒 經(jīng)常是用縱向V0、V1、或V2方式行不通時才采用這種方法。如果老化和UL檢測還沒完成的話就要將塑料制品進入市場，或者用其它的評定方法行不通時，才使用這種方法測定，這是臨時的也經(jīng)常是塑料的最終評定方法 UL94 V0、V1、V2、V5：垂直燃燒 UL94 V0和V5是塑料“保險費分級的方法，從點燃后把火焰移開后樣品能快速自熄到在一定的時間間隙內(nèi)無燃燒的熔體滴落也就是說，即燃燒著的熔體滴落在位于測試樣品下面的一英尺的棉花墊上，不能引燃棉花。要求火焰長度為3/4英寸，并且用UL94 V0、V1、V2每一可燃檢測都要進行兩次燃燒。UL94 V1評定方法與V0類似，只不過它要求的自熄時間要長些。這種檢測允許熔體滴落在棉花墊上，但不能點燃棉花。UL94 V2和V1相同，只是它允許燃燒著的熔滴能夠?qū)⒁挥⒊呦旅娴拿迚|點燃。UL94 V5