溫度對塑料的影響和塑料的電性能培訓資料

1、苑會林（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 設計人員必須了解溫度的上升和降低是如何影設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。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)樹脂將變軟并在態(tài)樹脂將變軟并在150 （73）以上時就很快）以上時就很快失去室溫時的物理性能。工程塑料、半結晶塑失去室溫時的物理性能。工程塑料、半結晶塑料、結晶型塑料和液晶塑料具有較高的耐溫性料、結晶型塑料和液晶塑料具有較高的耐溫性能，當溫度為能，當溫度為150 時它們的物理性能變化較小。時它們的物理性能變

2、化較小。溫度增加時液晶樹脂的性能變化更小。溫度增加時液晶樹脂的性能變化更小。因此，設計時必須了解制品的使用溫度范圍。因此，設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。內(nèi)的正常使用。制品的最終使用溫度對設計有很大的影響。制品的最終使用溫度對設計有很大的影響。當溫度增加時，塑料材料的物理性能，比如蠕變、當溫度增加時，塑料材料的物理性能，比如蠕變、模量、拉伸性能和韌性都受影響模量、拉伸性能和韌性都受影響結晶型、半結晶型和液晶樹脂因為有很強的分子鍵結晶型、半結晶型和液晶樹脂因為有很強的分子鍵的晶體分子結構，所以，隨溫度

3、的變化性能變化較小。的晶體分子結構，所以，隨溫度的變化性能變化較小。結果，在溫度增加時，這些材料的物理性能降低較小。結果，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，但是一旦到達到玻璃化轉變溫度時，這時它們形狀，但是一旦到達到玻璃化轉變溫度時，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樹脂那樣變軟和流動 熱變形溫度（熱變形溫度（HDT

4、）不是材料的上限）不是材料的上限使用溫度。使用溫度。HDT 是美國材料試驗學會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標準測試樣條在兩端被固定而中心承受受 66 或或 264 psi的壓力并且以均勻速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度升溫的溫度控制在油浴中樣條變形0.010in時的溫度。時的溫度。國標 塑料的熱老化和氧化效應是在老化箱里測塑料的熱老化和氧化效應是在老化箱里測試樣條來評價的。把無應力的測試樣條放試樣條來評價的。把無應力的測試樣條放入老化箱中，在不同溫度下老化一定的時入老化箱中，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，間。在一定的時間

5、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系圖。物理性能與老化時間或老化溫度的關系圖。這些數(shù)據(jù)被用來測試材料的熱穩(wěn)定性，還這些數(shù)據(jù)被用來測試材料的熱穩(wěn)定性，還被用于在設計時估計特定的溫度和時間下被用于在設計時估計特定的溫度和時間下材料的彎曲模量材料的彎曲模量粉化是長期氧化效應的結果，它并不像粉化是長期氧化效應的結果，它并不像開裂那樣嚴重，但是表面會脫色。尼龍開裂那樣嚴重，但是表面會脫色。尼龍制件經(jīng)常被用作舟船的結構材料，所以制件經(jīng)常被用作舟船

6、的結構材料，所以常被日曬而引起粉化，用適量的研磨清常被日曬而引起粉化，用適量的研磨清潔劑可使其恢復。為防止表面氧化效應潔劑可使其恢復。為防止表面氧化效應在制備樹脂時添加少量抗氧化劑，不會在制備樹脂時添加少量抗氧化劑，不會影響制品的其他物理性能。碳黑是常用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常常把它混合到樹脂中去 耐熱添加劑基本上有兩種類型耐熱添加劑基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表面一種是當材料被置于高溫下時能阻礙材料表面氧化，高溫時把熱穩(wěn)定劑混入樹脂中，這氧化，高溫時把熱穩(wěn)定劑混入樹脂

7、中，這樣可減少制品表面的氧化效應，所有塑料樣可減少制品表面的氧化效應，所有塑料材料在高溫應用時都需加熱穩(wěn)定劑。由杜材料在高溫應用時都需加熱穩(wěn)定劑。由杜邦公司生產(chǎn)的作為尼龍邦公司生產(chǎn)的作為尼龍66的熱穩(wěn)定劑使樹的熱穩(wěn)定劑使樹脂顯現(xiàn)出些許綠色，正與材料的原色即乳脂顯現(xiàn)出些許綠色，正與材料的原色即乳白透明色形成對比；白透明色形成對比；第二種熱穩(wěn)定劑第二種熱穩(wěn)定劑 是在制備過程中用來保護樹是在制備過程中用來保護樹脂的。制備過程中熱敏性樹脂需要保護，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?；瘶渲斐刹牧厦撋?/p>

8、或分解。 塑料樹脂的用戶使用溫度是基于材料的塑料樹脂的用戶使用溫度是基于材料的分子結構、增強材料、制品使用時承分子結構、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，壽命。新型塑料樹脂，如液晶樹脂，特殊情況下可耐特殊情況下可耐400-500 的高溫。的高溫。每種樹脂都有用戶使用溫度，使用時每種樹脂都有用戶使用溫度，使用時不可以超過這個溫度不可以超過這個溫度 溫度指數(shù)是用來對材料最高使用范圍進行分溫度指數(shù)是用來對材料最高使用范圍進行分級的又一種方法。電和機械應用的令人滿意的級的又一種方法。電和機械應用的令人滿意的連續(xù)的最高使

9、用溫度都在樹脂的性能說明表中連續(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。對于電和列出，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過測試得出的。對于電和機械應用中的溫度則分為受沖擊和不受沖擊兩機械應用中的溫度則分為受沖擊和不受沖擊兩種情況分別列出。樹脂的種情況分別列出。樹脂的DAM性能數(shù)據(jù)表以性能數(shù)據(jù)表以表格的形式列出，這些數(shù)據(jù)用來評估作為特殊表格的形式列出，這些數(shù)據(jù)用來評估作為特殊應用的材料，并且它們是應用的材料，并且它們是UL和材料供應商們和材料供應商們提供的，是可信的。這些數(shù)據(jù)對低溫時處于脆提供的，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)可以從樹脂性性的材料也是適用的，這

10、個數(shù)據(jù)可以從樹脂性能數(shù)據(jù)表中找到。能數(shù)據(jù)表中找到。 所有材料在受熱或冷卻時都會引起它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。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當和金屬或其它不同的材料相互配合安裝時，設計者必須要考慮它們的膨安裝時，設計者必須要考慮它們的膨脹率和收縮率。脹率和收縮率。許多材料、特別是纖維增強的和液晶許多材料、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)是不同的向上的膨脹系數(shù)是不同的 對制品施加壓力可使它在結構上產(chǎn)生內(nèi)對制品施加壓力可使它在結構上產(chǎn)生內(nèi)應力。當把制品固定在一個地方并限應力。

11、當把制品固定在一個地方并限制其移動制其移動,然后將其加熱或冷卻，制品然后將其加熱或冷卻，制品中應力就會增加。當材料收縮或膨脹中應力就會增加。當材料收縮或膨脹時，制品的內(nèi)部就會產(chǎn)生力，這種力時，制品的內(nèi)部就會產(chǎn)生力，這種力被稱為內(nèi)部熱應力。被稱為內(nèi)部熱應力。 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用。除了高壓電能傳送線路應用之外，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、插銷、連接器、線圈包皮和電流傳導裝

12、置的好材料。下面部分描述了用于電器的塑料的重要電性能。 當使用為直流電壓時，材料傳導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樣品兩側電極之間阻抗，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之間的材料是半導體，典型塑料的電阻率值見表7.2 通過材料表面電流的測量法是表面電阻系數(shù)的一種測試法。表面電阻系數(shù)主要是測試塑料由于表面結構，尤其是濕度引起的

13、導電性，（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，不考慮表面泄露（傳導率）的問題就可能成問題，可能造成很大的錯誤。因此，在用于高電壓設計在兩電插頭之間增加肋或者凹槽結構的設計可以增加兩電極間的長度 。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。成型制品測試表面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路徑，從而導致過早的被擊穿

14、。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 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

15、1MHz或其它規(guī)定的頻率下測量得到的由于發(fā)熱變?yōu)闊崮軗p失的能量與經(jīng)此材料穿透而過的能量之間的比值。設計電子元件需要低耗散因子。使用中尤其是在高壓應用中如果表面上出現(xiàn)電弧，抗電弧性能就非常重要了，這些涉及到開關、斷路器和汽車點火器等高壓應用的場合。熱固性塑料是在制品應用中具有這種特性的首選塑料?？闺娀⌒阅苁峭ㄟ^測量材料的表面在高壓電能的作用下產(chǎn)生電流通道或者零件表面材料熱分解的性能。測試試驗如圖7.9所示，用電極在測試樣品的表面按照一定的距離放置，以便使塑料表面局部加熱。試驗要測量通過絕緣材料表面形成傳導通路的時間，以秒計。材料的擊穿時間越長則抗電弧性越好 美國保險商實驗所（UL）已開發(fā)了一種更

16、現(xiàn)實的試驗，用來確定被污染表面的抗電弧性。在UL試驗中，用氯化銨溶液浸濕電極的接觸表面，CTI數(shù)值是按規(guī)定電流在電極之間導致導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，設計者必須懂得UL認證的具體條款。其它制品檢測機構，如加拿大用戶安全管理部門（CSA）（與美國的UL類似）和其它外國政府檢測機構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的制品都有相似的要求。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、

17、阻燃和抑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用之外。 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，所以常用做許多電動工具的機架和護罩。用戶安全和防火法規(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。當在這些樹脂中加入阻燃添加劑時，如果把該樹脂放入火中或將其點燃

18、時，就能起到將該材料與氧氣隔離的作用。 (a）對緩慢燃燒塑料的）對緩慢燃燒塑料的UL94 HBASTM 燃燒性能和測試燃燒性能和測試(b) UL94 V0V1V2自熄測試自熄測試 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