阻燃工程塑料的漏电起痕控制

    随着电子电器工业的迅速发展,工业电器、家用电器和汽车电器等对高电绝缘性能阻燃工程塑料的需求日益增长。如高压电器开关、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、断路器等,都需要阻燃性能高、电绝缘性能好,即相比漏电起痕指数(CTI)高的热塑性工程塑料。开发高电绝缘性能阻燃增强工程塑料是目前工程塑料改性的重要方向之一。

    聚合物绝缘材料有着特殊的电气破坏现象，即聚合物绝缘材料表面在特定的条件下会发生电痕劣化现象，并可以导致电痕破坏。

    电痕破坏是指当材料表面存在潮湿与污秽、电场足够大时，表面将有漏电流产生，在电流的焦耳热作用下，水分被蒸发，随着材料表面液膜的分离形成的缝隙（称为干燥带）。在干燥带形成瞬间液膜间场强达到放电场强而导致放电，放电产生的热量使材料表面局部碳化，由于碳化生成物的导电率高，此处的电场密度集中于该碳化部分，引起放电的重复发生，在其周围产生更多的碳化物，形成碳化导电路，并向电极方向伸展，终导致短路。其过程如下图所示：

    相比漏电起痕指数(CTI)及其表征方法：

    CTI是一种衡量材料漏电起痕敏感性的指标,是指材料表面在一定的电压条件下能经受住50滴电解液而没有形成漏电痕迹的高电压值。标准的方法是在两电极之间施加一定的电压,每隔30S在绝缘材料的表面滴一滴标准电解质溶液，一般是0.1%的氯化按溶液,直到试样经受住50滴溶液或试样发生破坏为止。在试样的其它试验点上施加更低或更高的电压值，即为CTI。

    工程塑料CTI值的影响因素：

    基料

    一般，树脂的含碳越高，CTI越差。PE、PP、PA6（66）的CTI都在600V左右，一切有利于炭化的因素都会降低CTI。

    ü有机小分子助剂

    有机助剂中，含溴阻燃剂对CTI有很大影响，这是因为含溴阻燃剂对热不稳定，容易炭化。在溴系阻燃剂中加入阻燃协效剂,其中有效的为三氧化二锑（Sb2O3）。可以有效地提高CTI值。还有，容易析出的有机小分子，特别上是有机蜡，很容易在塑料制品表面炭化。

    填料

    填料，特别是那些片状填料，可以覆盖在塑料表面，使树脂以不连续形式存在，中断了炭化的途径，从而不利于形成导电通道（炭化径迹），可以有效地提高改性塑料的CTI值。

    阻燃工程塑料的漏电起痕的控制办法：

    纯的工程塑料都具有较高的CTI值,但为赋予其特殊的性能,一般都需添加助剂,如阻燃剂、增强剂、填充剂等。这些助剂的加人,往往影响材料的CTI值。

    阻燃剂控制

    阻燃工程塑料中加人的溴系阻燃剂其热分解温度一般都低于塑料的分解温度,因此塑料中的阻燃剂在电场作用下更易分解形成碳化,导致漏电起痕。而氮系阻燃剂分解后形成气体溢出,不会造成游离碳的生成和堆积,因而不易产生漏电起痕。不同的溴系阻燃剂,随热稳定性的提高,由其制备的阻燃工程塑料的CTI值也会有所增大。

    填料控制

    玻纤增强或矿物填充阻燃工程塑料,由于表面原因,也容易产生漏电起痕。玻纤越细或矿物粒径越小,所制成的改性阻燃工程塑料CTI值越高。

    有些矿物如水合氧化铝还具有抑制和延缓改性工程塑料产生漏电起痕的作用。水合氧化铝在放电产生的热能作用下,释放出结晶水,反应式如下:

    Al2O3●H2O→Al2O3+H2O

    释放出来的结晶水在高温下以氧化铝为催化剂,可与材料的分解物进行反应,生成一氧化碳和其它有挥发性的碳氢化合物,从而使材料表面难以沉积碳,阻止了漏电起痕的发生。

    总之：漏电起痕主要是由于电器元件内电场的不均匀性导致闪络放电,进而引起游离碳的生成和堆积,使绝缘材料产生漏电起痕。减少因放电引起的游离碳的生成和堆积、提高各种助剂的热分解温度、提高制品表面的光泽和平整度是改性工程塑料获得高CTI值的有效办法。