溫度對(duì)塑料影響和塑料電性能

1、溫度對(duì)塑料影響和塑料電性能目 錄一緒論二溫度和熱對(duì)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(jì)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(duì)溫度變化很敏感，當(dāng)處于高溫時(shí)，非晶態(tài)樹(shù)脂將變軟并在15073以上時(shí)就很快失去室溫時(shí)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(dāng)溫度為150時(shí)它們的物理性能變化較小。溫度增加時(shí)液晶樹(shù)脂的性能變化更小。因此，設(shè)計(jì)時(shí)必須了解制品的使用溫度范圍。不管任何時(shí)候制品都必須滿(mǎn)足在使用溫度范圍內(nèi)的正常使用。溫度和熱對(duì)塑料的影響 制品的最終使用溫度對(duì)設(shè)計(jì)有很大的影響。當(dāng)溫度增加時(shí)，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(shù)脂因?yàn)橛泻軓?qiáng)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(shí)，這些材料的物理性能降低較小。當(dāng)在無(wú)負(fù)荷作用下升溫時(shí)，它們也仍保持它們的物理形狀，但是一旦到到達(dá)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，這時(shí)它們開(kāi)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(huì)產(chǎn)生彎曲和蠕變，但是不會(huì)像無(wú)定型樹(shù)脂那樣變軟和流動(dòng) 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(guó)材料試驗(yàn)學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)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(shí)的溫度。國(guó)標(biāo) 溫度對(duì)

3、塑料力學(xué)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(cè)試樣條來(lái)評(píng)價(jià)的。把無(wú)應(yīng)力的測(cè)試樣條放入老化箱中，在不同溫度下老化一定的時(shí)間。在一定的時(shí)間間隔取一次測(cè)試樣品，分別在室溫下測(cè)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(shí)間或老化溫度的關(guān)系圖。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)測(cè)試材料的熱穩(wěn)定性，還被用于在設(shè)計(jì)時(shí)估計(jì)特定的溫度和時(shí)間下材料的彎曲模量溫度對(duì)塑料模量與時(shí)間關(guān)系的影響 粉化粉化是長(zhǎng)期氧化效應(yīng)的結(jié)果，它并不像開(kāi)裂那樣嚴(yán)重，但是外表會(huì)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(shù)脂時(shí)添加

4、少量抗氧化劑，不會(huì)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(shù)脂中去 溫度對(duì)塑料模量與時(shí)間關(guān)系的影響 30%短纖維增強(qiáng)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(lèi)型一種是當(dāng)材料被置于高溫下時(shí)能阻礙材料外表氧化，高溫時(shí)把熱穩(wěn)定劑混入樹(shù)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(shí)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(shù)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(guò)程中用來(lái)

5、保護(hù)樹(shù)脂的。制備過(guò)程中熱敏性樹(shù)脂需要保護(hù)，以免注射的料筒受強(qiáng)熱或高剪切溫度時(shí)熔化樹(shù)脂而造成材料脫色或分解。 用戶(hù)使用溫度 塑料樹(shù)脂的用戶(hù)使用溫度是基于材料的分子結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)材料、制品使用時(shí)承受的力、環(huán)境、添加劑和制品使用的壽命。新型塑料樹(shù)脂，如液晶樹(shù)脂，特殊情況下可耐400-500的高溫。每種樹(shù)脂都有用戶(hù)使用溫度，使用時(shí)不可以超過(guò)這個(gè)溫度 溫度指數(shù) 溫度指數(shù)是用來(lái)對(duì)材料最高使用范圍進(jìn)行分級(jí)的又一種方法。電和機(jī)械應(yīng)用的令人滿(mǎn)意的連續(xù)的最高使用溫度都在樹(shù)脂的性能說(shuō)明表中列出，這些數(shù)據(jù)是經(jīng)過(guò)測(cè)試得出的。對(duì)于電和機(jī)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(shù)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(lái)評(píng)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(duì)低溫時(shí)處于脆性的材料也是適用的，這個(gè)數(shù)據(jù)可以從樹(shù)脂性能數(shù)據(jù)表中找到。 線(xiàn)性熱膨脹系數(shù) 所有材料在受熱或冷卻時(shí)都會(huì)引起它長(zhǎng)度或體積尺寸上的變化。當(dāng)和金屬或其它不同的材料相互配合安裝時(shí)，設(shè)計(jì)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(qiáng)的和液晶樹(shù)脂材料在流動(dòng)方向和垂直于流動(dòng)方向上的膨脹系數(shù)是不同的 線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)熱應(yīng)力 對(duì)制品施加壓力可使它在結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)把制品固定在一個(gè)地方并限制其移動(dòng),然后將其加熱或冷卻，制品中應(yīng)力就會(huì)增加。當(dāng)材料收縮或膨脹時(shí)，制品的內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生力，這種力被稱(chēng)為內(nèi)

7、部熱應(yīng)力。 可能有熱內(nèi)應(yīng)力問(wèn)題的組裝 消除膨脹應(yīng)力的設(shè)計(jì) 控制不同的熱膨脹 電性能分析 熱塑性塑料和熱固性樹(shù)脂是極好的電絕緣材料，它們?cè)陔姾碗娮庸I(yè)中應(yīng)用廣泛，為電和電子裝置的電流傳遞運(yùn)用起絕緣作用。PVC聚合物為銅制品對(duì)商業(yè)的和工業(yè)電線(xiàn)的絕緣提供了主要的護(hù)套應(yīng)用。除了高壓電能傳送線(xiàn)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(jià)值。它們有優(yōu)良的機(jī)械性能和電絕緣性，所以它們是做開(kāi)關(guān)、插銷(xiāo)、連接器、線(xiàn)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(dāng)使用為直流電壓時(shí)，材料傳導(dǎo)電流能力的壞如何是測(cè)材料電阻的一種方法。體積電阻率的測(cè)量法是測(cè)試一定厚度的

8、樣品兩側(cè)電極之間阻抗，把測(cè)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(cè)試條件諸如溫度、相對(duì)濕度、測(cè)試電壓和樣品的水分含量，測(cè)試結(jié)果可能改變。塑料被認(rèn)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(jiàn)表7.2 外表電阻系數(shù) 通過(guò)材料外表電流的測(cè)量法是外表電阻系數(shù)的一種測(cè)試法。外表電阻系數(shù)主要是測(cè)試塑料由于外表結(jié)構(gòu)，尤其是濕度引起的導(dǎo)電性，見(jiàn)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(shí)，不考慮外表泄露傳導(dǎo)率的問(wèn)題就可能成問(wèn)題，可能造成很大的錯(cuò)誤。因此，

9、在用于高電壓設(shè)計(jì)在兩電插頭之間增加肋或者凹槽結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以增加兩電極間的長(zhǎng)度 。電性能測(cè)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(qiáng)度 介電絕緣強(qiáng)度測(cè)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(cè)試如圖7.8所示，當(dāng)電流通過(guò)一定厚度的樣品時(shí)，施加電壓直至擊穿時(shí)得電壓與厚度的比值為介電強(qiáng)度。影響測(cè)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(cè)試時(shí)間。成型制品測(cè)試外表的任何污染或者孔洞都會(huì)降低樹(shù)脂的絕緣強(qiáng)度，并且會(huì)引起電弧或者產(chǎn)生可穿過(guò)樣品的傳導(dǎo)路徑，從而導(dǎo)致過(guò)早的被擊穿。介電強(qiáng)度測(cè)試原理 介電常數(shù) 對(duì)于像雷達(dá)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(lái)說(shuō)，介電常數(shù)是非常重要的，它是材料被極化時(shí)的磁化系數(shù)。當(dāng)電場(chǎng)存在于材料的周?chē)鷷r(shí)，材料中的分子就會(huì)沿著電流方向在電場(chǎng)中排列，出現(xiàn)這種現(xiàn)象就被稱(chēng)為極化作用。當(dāng)用交流電來(lái)使電場(chǎng)改變時(shí)，分子的極化隨之改變。介電常數(shù)是一個(gè)無(wú)量綱常量，用來(lái)測(cè)量分子的極性隨電場(chǎng)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(huì)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(jiàn)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(cè)試樣品就產(chǎn)生熱量。樣品中熱耗散量的測(cè)定以耗散因子DF來(lái)表征。DF表示的是在1MHz或其它規(guī)定的頻率下測(cè)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(guò)的能量之間的比值。設(shè)計(jì)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(kāi)關(guān)、斷路器和汽車(chē)點(diǎn)火器等高壓應(yīng)用的場(chǎng)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^(guò)測(cè)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(cè)試試驗(yàn)如圖7.9所示，用電極在測(cè)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(yàn)要測(cè)量通過(guò)絕緣材料外表形成傳導(dǎo)通路的時(shí)間，以秒計(jì)。材料的擊穿時(shí)間越長(zhǎng)那么抗電弧性越好 相應(yīng)的電磁指數(shù) 美國(guó)保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)所UL已開(kāi)發(fā)了一種更現(xiàn)實(shí)的試驗(yàn)，用來(lái)確定被污染

12、外表的抗電弧性。在UL試驗(yàn)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(duì)電和電子裝置的其它UL試驗(yàn)要更加詳細(xì)而精確，它們?cè)诓牧虾妥罱K使用的范圍。在用戶(hù)或者工廠(chǎng)能保證制品獲得UL認(rèn)證付諸使用之前，對(duì)整個(gè)制品必須經(jīng)過(guò)UL檢測(cè)。如果銷(xiāo)售時(shí)必須要有UL合格證的話(huà)，設(shè)計(jì)者必須懂得UL認(rèn)證的具體條款。其它制品檢測(cè)機(jī)構(gòu)，如加拿大用戶(hù)平安管理部門(mén)CSA與美國(guó)的UL類(lèi)似和其它外國(guó)政府檢測(cè)機(jī)構(gòu)都有他們自己的要求，并且通常對(duì)出售到他們國(guó)家的與電有關(guān)的制品都有相似的要求?？闺娀y(cè)試 塑料的電性能 塑料樹(shù)脂是極好的絕緣體，它們可以具有很好的機(jī)械性、化學(xué)性、阻燃和抑

13、煙性能和隔熱性等特性，滿(mǎn)足了商業(yè)和工業(yè)上對(duì)電器的要求。熱固性塑料和一些熱塑性樹(shù)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(gè)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(kāi)工具的機(jī)架和護(hù)罩。用戶(hù)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(biāo)準(zhǔn)海平面高度上支持塑料樣品燃燒的最低含氧量來(lái)評(píng)定的，即氧指數(shù)OI。空氣中的含氧量為20%。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(shù)脂本身就是阻燃材料。當(dāng)在這些樹(shù)脂中參加阻燃添加劑時(shí)，如果把該樹(shù)脂放入火中或

14、將其點(diǎn)燃時(shí)，就能起到將該材料與氧氣隔離的作用。 UL94燃燒性能測(cè)試(a對(duì)緩慢燃燒塑料的UL94 HBASTM 燃燒性能和測(cè)試(b) UL94 V0V1V2自熄測(cè)試UL94 HB：水平燃燒 經(jīng)常是用縱向V0、V1、或V2方式行不通時(shí)才采用這種方法。如果老化和UL檢測(cè)還沒(méi)完成的話(huà)就要將塑料制品進(jìn)入市場(chǎng)，或者用其它的評(píng)定方法行不通時(shí)，才使用這種方法測(cè)定，這是臨時(shí)的也經(jīng)常是塑料的最終評(píng)定方法 UL94 V0、V1、V2、V5：垂直燃燒 UL94 V0和V5是塑料“保險(xiǎn)費(fèi)分級(jí)的方法，從點(diǎn)燃后把火焰移開(kāi)后樣品能快速自熄到在一定的時(shí)間間隙內(nèi)無(wú)燃燒的熔體滴落也就是說(shuō)，即燃燒著的熔體滴落在位于測(cè)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(zhǎng)度為3/4英寸，并且用UL94 V0、V1、V2每一可燃檢測(cè)都要進(jìn)行兩次燃燒。UL94 V1評(píng)定方法與V0類(lèi)似，只不過(guò)它要求的自熄時(shí)間要長(zhǎng)些。這種檢測(cè)允許熔體滴落在棉花墊上，但不能點(diǎn)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(diǎn)燃。UL94 V5