工程塑料在电气设备方面的应用及展望

工程塑料在电气设备方面的应用及展望

耿恒聚

身份证号码：410526198206049576

摘要：随着塑料工业技术的飞速发展，成本低、性能优良、应用场景广泛、种类更多的塑料材料逐渐替代金属、陶瓷和木材等材料，成为工业工程中应用广泛的材料之一。工程塑料具有良好的力学性能、耐热性能、耐腐蚀性和电绝缘性能，在机械制造、电子电气、汽车、航空等工程领域应用较多。应用于电气工程领域的电气设备种类较多，包含发电机、高压线路、电机、断路器、开关等设备。为了更好地满足产业发展的用电需求，提升用电安全性，电气设备的使用场景不断扩大，设备使用性能不断提升。电气设备正向轻量化、微型化、集成化方向转型，对应用于电气设备的工程塑料的质量、加工性能、功能性要求提高。为进一步提升工程塑料的性能，国内外学者对工程塑料进行多种改性，从而满足电气设备领域的应用需要。

关键词：工程塑料；电气设备方面；应用；展望

1工程塑料基本概述

工程塑料相比于通用塑料，能够满足工程应用的特殊要求，综合性能更强。工程塑料可以分为通用工程塑料和特种工程塑料，通用工程塑料的力学性能良好，能够在较宽的温度范围和相对苛刻的环境下使用，包括聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚酯等。聚酰胺具有良好的耐磨性、较好的阻燃性、较高的力学强度等特性，常用于替代钢铁、铜等金属材料；但其耐高温性能还有待提升。聚碳酸酯具有良好的力学性能、易加工、优良的耐热耐老化性能、较好的绝缘性等优点，但其耐磨性不强。聚甲醛具有良好的拉伸强度和弯曲强度、尺寸稳定性好等特性；但其耐酸碱性能相对较差。聚苯醚具有较好的阻燃性能、介电化学性，刚性大、耐磨、无毒等特点；但其可能出现应力开裂。聚酯具有力学性能、耐磨性、电绝缘性能良好等特点，但其制作工艺相对复杂。特种工程塑料的综合性能强，耐热温度达150℃以上，包含聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚砜类、芳香族聚酰胺、聚芳酯、聚苯酯、聚芳醚酮等

2工程塑料在电气设备方面的应用

2.1聚酰胺塑料

聚酰胺具有良好的耐热性能、耐磨、耐油、耐电解质腐蚀和电绝缘性能，且强度高、韧性强，在电气发电机、矿山电气设备、高压电气开关、继电器部件、电子电器元件、断路器等领域广泛应用。涡轮发动机技术的不断发展，对材料的耐热性能提出更高的要求。电气设备领域中，聚酰胺塑料需要具有良好的阻燃性能和抗静电化学性，避免由于静电、放电造成火灾。

2.2聚酯塑料

聚酯塑料具有良好的耐热性能、加工性能、耐用性能和力学性能，且成本较低，在电机电器的绝缘槽、电机系统具有广泛的应用。随着电机电气向小型化趋势发展，针对电机电气用聚酯材料的散热性能、电学性能的要求更高。

2.3聚碳酸酯塑料

聚碳酸酯是应用广泛的工程塑料，具有良好的韧性、比密度高、透光性能强，在电子器件、发电设备领域有良好的应用价值，但聚碳酸酯硬度较低、耐紫外性能不强，在室外环境下易发生老化，限制其进一步使用。为了避免聚碳酸酯塑料在电气外壳使用时出现过热现象，需要进一步对聚碳酸酯塑料进行改性，以提升材料的导热性能。以高导热六方氮化硼为改性剂，通过共混反应制备复合聚碳酸酯塑料。结果表明：当质量分数为20%，复合聚碳酸酯塑料的热导率最高，达到0.7003W/（m·K），相比改性前提升2.96倍，且电绝缘性能也保持较高水平，能够满足电气材料的外壳使用要求。此外，对绝缘电气膜领域使用的聚碳酸酯塑料进行阻燃性能改性，采用磺酸盐为阻燃剂修饰聚碳酸酯薄壁。结果表明：经过修饰后复合聚碳酸酯薄壁能达到V-0阻燃等级，且成膜性能、绝缘性能明显提升，为聚碳酸酯在绝缘电气膜领域的轻量化、功能化方向发展提供参考。为提升聚碳酸酯的电化学性，增强聚碳酸酯的电绝缘性能，需要对聚碳酸酯进行改性，采用熔融共混法制备了聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物/聚碳酸酯共混物。结果表明：经过改性后，聚碳酸酯材料的介电常数从7.0增至11.5，进一步说明聚碳酸酯的绝缘性略有提升。此外，以高压变压器中应用的聚碳酸酯绝缘材料为研究对象，研究在不同老化时间和温度下，聚碳酸酯塑料的击穿电压和性能变化情况。结果表明：聚碳酸酯的耐电化学性比聚酯薄膜、芳香纤维更好，且随着老化时间的延长，聚碳酸酯的局部放电起始电压先增加，老化后期变化不大。该研究为聚碳酸酯材料电化学性影响因素提供参考，有利于指导不同老化条件下电气设备的材料使用。

2.4其他工程塑料

在电气设备领域应用的工程塑料还有聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。聚苯硫醚具有良好的电化学性、阻燃性能、力学性能和耐化学性能，目前在汽车电气系统、发动机组等领域应用广泛。聚醚醚酮力学性能优良，耐化学性能和耐辐照性能好，能够在高温、高压、高湿度的环境下使用，是理想的电气设备材料，目前在电缆插头、接线盒、电气绝缘膜、连接器上都有使用。由于电气设备在使用过程中容易产生电磁场，对设备正常运行、人体健康都产生影响。为了提升电气设备领域的聚醚醚酮抗静电化学性，需要以碳系导电填料为改性剂，通过熔融共混方法制备聚醚醚酮复合材料，并测定复合材料的导电化学性。结果表明：当碳系导电填料质量分数为6.0%～6.5%时，聚醚醚酮复合材料表面电阻为106～109Ω，抗静电化学性良好，且力学性能没有显著变化。

3工程塑料在电气设备应用的展望

电气设备已经渗入生活的各方面，随着电气设备的应用场景不断拓宽，电气设备需要满足低温、高温、潮湿等极端环境要求，还需要满足高压、高辐射等使用要求。因此，工程塑料需要向功能性更强、安全性更好、更易加工的方向转变。为提升高压电气设备用工程塑料的性能，需要对高压电器开关的聚酰胺塑料进行改性，采用十溴二苯乙烷、三氧化二锑与三聚氰胺脲酸盐（MCA）为改性剂，通过熔融共混法提升聚酰胺塑料的阻燃性。结果表明：随着改性剂的添加量增大，聚酰胺塑料的冲击性能下降，最佳的改性剂添加比例为10∶5∶19，聚酰胺塑料的阻燃等级达到V-0、高灼热丝起燃温度为875℃。该改性聚酰胺塑料性能强、成本低，未来能够在高压电子元件中具有广泛应用。此外，电气设备正在向经济效益高、环境友好、经久耐用方向转型，应用于电气设备的工程塑料需要进一步满足无毒、无污染、可回收、成本低廉等要求。无卤素的聚碳酸酯、聚酰胺等工程塑料材料具有良好的应用潜力，通过适当的改性可以提升工程塑料的综合性能，进一步满足电气设备的使用要求。

4结语

工程塑料具有较高的力学强度和良好的耐磨性、耐化学腐蚀性能、绝缘性能和耐热性能，在发电设备、电缆插头、高压电气开关、继电器部件、电气绝缘膜等领域有良好的应用。目前，在电气设备领域应用最多的工程塑料有聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚醚酮等，通过改性研究，进一步提升工程塑料的耐热性能、抗静电化学性、电化学性和力学性能等。随着电气设备要求的不断提升，工程塑料将向多功能性、安全性、多样化方向发展，高性能、环保型新型工程塑料材料是未来研究的热点。

参考文献

[1]周朝礼.工程塑料在电子通信类产品中的应用[J].塑料助剂，2021（3）：11-14.

[2]李文博，李智，王磊，等.工程塑料在发动机及其附件系统中轻量化的创新应用[J].汽车工艺师，2019（5）：12-17.

[3]杨玉峰，许世魁.关于工程塑料性能与其在电子设备领域的应用分析[J].城市建设理论研究：电子版，2017（30）：115-116.