熱固性塑料在換向器中的選用

熊紹志

(深圳市松普電機(jī)整流子有限公司，廣東深圳518104)

0 引 言

熱固性塑料在換向器制造中有著至關(guān)重要的作用，它主要決定著換向器的機(jī)械性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性，在換向器制造中它的重要性?xún)H次于銅材。鑒于熱固性塑料種類(lèi)多、性能復(fù)雜、生產(chǎn)廠家水平差異大，在換向器設(shè)計(jì)時(shí)選用一款性?xún)r(jià)比高的熱固性塑料有一定難度。

熱固性塑料是由各類(lèi)樹(shù)脂基體加填料混合而成，常用的填料有云母粉、石英砂、玻璃纖維、顏料等。在換向器行業(yè)中應(yīng)用最多的樹(shù)脂是酚醛樹(shù)脂，它的特點(diǎn)是具有高強(qiáng)度的機(jī)械性能，以及良好的抗酸堿性，在加熱時(shí)發(fā)生縮聚反應(yīng)產(chǎn)生不熔化不溶解的固體，此反應(yīng)是一種不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，這也是與熱塑性塑料的最大不同點(diǎn)。根據(jù)縮聚反應(yīng)所產(chǎn)生的附屬物中是否含有氨氣，可分為有氨型的線性酚醛和無(wú)氨型的可溶酚醛，前者耐溫最高250℃左右，而后者耐溫可達(dá)300℃以上。本文把用于換向器行業(yè)中的熱固性塑料簡(jiǎn)稱(chēng)為換向器塑料。

1 換向器塑料的通用性能;

優(yōu)良的電性能，衡量指標(biāo)有:絕緣電阻、耐電弧性;加工成換向器的評(píng)估方法，在規(guī)定泄漏電流下測(cè)試換向片之間、換向片與內(nèi)孔壁之間各自能否承受規(guī)定的電壓值，以及用兆歐表測(cè)量換向片之間，換向片與內(nèi)孔壁之間的最大電阻值能否滿(mǎn)足要求等。

優(yōu)良的機(jī)械性能，在換向器行業(yè)中對(duì)其間接的評(píng)估方法主要有以下四種。

(一)常溫和高溫下的超速實(shí)驗(yàn):測(cè)量換向片間相對(duì)段差變化量，換向器工作表面相對(duì)徑向變化量是否滿(mǎn)足規(guī)定要求，便可綜合得出換向器塑料在常溫下、高溫下以及動(dòng)態(tài)下的穩(wěn)定性。

(二)內(nèi)孔壓爆實(shí)驗(yàn):用規(guī)定錐度的軸沿軸向壓入不帶襯套換向器的內(nèi)孔，直至內(nèi)孔壁被壓裂。該實(shí)驗(yàn)不僅評(píng)估了塑料自身的結(jié)合能力，同時(shí)模擬了換向器內(nèi)孔與電樞軸配合時(shí)可承受的最大過(guò)盈量。

(三)換向片剝離實(shí)驗(yàn):將換向片按要求速度從換向器主體沿著徑向剝離，測(cè)量出換向片脫離時(shí)的最大力，從而評(píng)估出模塑料與銅片的沾附能力。

(四)溫度沖擊實(shí)驗(yàn):將換向器置于規(guī)定濕度的高低溫沖擊實(shí)驗(yàn)箱中，然后按要求進(jìn)行溫度差不少于100℃高低溫轉(zhuǎn)換。當(dāng)完成規(guī)定的循環(huán)次數(shù)后，測(cè)量換向器的換向片之間相對(duì)段差變化量，以及工作表面徑向的相對(duì)變化量，便可得出該種塑料在溫度驟然變化時(shí)的穩(wěn)定性。

2 換向器塑料選擇

下面我們按換向器的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)考查換向器塑料應(yīng)具有的性能。

家電類(lèi)換向器。除吸塵器電機(jī)外，其它電機(jī)工作條件和環(huán)境一般要求不高，只需換向器塑料有良好的機(jī)械性能、電性能、較好的尺寸穩(wěn)定性以及與銅片有較強(qiáng)的沾附能力等。對(duì)此類(lèi)換向器塑料大多數(shù)國(guó)產(chǎn)料能滿(mǎn)足要求，如WH－5515、AL－6551是不錯(cuò)的選擇，當(dāng)然，對(duì)電機(jī)要求相對(duì)較高的情況，可考慮選取進(jìn)口料，如PM－6432、CP－7111、CN－6641等。

吸塵器電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)20 000～40 000 r/min，發(fā)熱量大，運(yùn)行條件惡劣，要求換向器塑料具有優(yōu)異的機(jī)械性能、電性能、良好的熱穩(wěn)定性等。目前功率不超過(guò)500 W的吸塵器電機(jī)，可選用國(guó)產(chǎn)料WH－8010、WH－5515外，其它功率的換向器建議選擇進(jìn)口料為好，如CP－7010、PM－6280等。

另外，對(duì)于出口到美國(guó)的家電類(lèi)電機(jī)，美國(guó)對(duì)換向器使用的塑料有其特殊要求，所用塑料的抗電弧跡徑指數(shù)不超過(guò)2級(jí)。目前針對(duì)此種情況可選擇的換向器用塑料有:PM－6545、PG－8651等，但需要說(shuō)明的是，此類(lèi)塑料由于提高了電性能，其機(jī)械性能有所降低。

汽車(chē)用電機(jī)換向器。這類(lèi)電機(jī)屬于低壓直流類(lèi)，電樞所用漆包線直徑比同功率的高壓電機(jī)粗，故在點(diǎn)焊時(shí)所需的電流更大，因而換向器承受的熱沖擊更劇烈，并且要求電機(jī)在各種復(fù)雜環(huán)境下均能可靠運(yùn)行，這就需要換向器塑料具有良好耐熱性、尺寸穩(wěn)定性以及與銅片可靠的沾附能力。

汽車(chē)電機(jī)換向器塑料在此處分三種情況說(shuō)明。

情況一，常規(guī)低功率電機(jī)。如升降窗電機(jī)、電動(dòng)座椅電機(jī)、雨刮電機(jī)等，該種電機(jī)對(duì)換向器塑料要求不高，常用的PM －6432、PM －6630、CP －7111、WH －5515等都能較好滿(mǎn)足要求。

情況二，特殊類(lèi)低功率電機(jī)。以燃油泵電機(jī)為代表，由于電機(jī)使用環(huán)境的特殊性，要求換向器塑料不僅具有較好的機(jī)械性能，更要有優(yōu)異的耐油性、耐水性等，常選用PM－6600、PM －660、CP－7320等。

情況三，高功率電機(jī)。以起動(dòng)電機(jī)為代表，此類(lèi)電機(jī)轉(zhuǎn)速高(可達(dá)到22 000 r/min)，功率大(可達(dá)10 kW)，電樞所用漆包線的橫截面面積大(可達(dá)到20 mm2)，這要求換向器塑料具有優(yōu)異機(jī)械性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等。常用的換向器塑料有:PM－6530、PM －6830、CP－7010等，當(dāng)然對(duì)低功率起動(dòng)電機(jī)也可選用4330－2。

電動(dòng)工具用電機(jī)。此類(lèi)電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、受到外在沖擊大、換向火花大的特點(diǎn)。要求換向器塑料具有高強(qiáng)度、高耐熱性、高耐電弧性等，可選用塑料有RX－6551S、PM－6552、CP－7010、CN－6575等。

對(duì)上述換向器塑料的選用進(jìn)行匯總?cè)绫?所示。

3 換向器塑料關(guān)鍵工序

通過(guò)上面的介紹，我們對(duì)換向器塑料的選擇有了一個(gè)較清晰的思路，但對(duì)于任何一款塑料的性能是否能充分發(fā)揮，除與它本身的特點(diǎn)有關(guān)外，與后序的加工工藝也有著密切的關(guān)系。下面簡(jiǎn)述后序加工中的壓制、固化兩道關(guān)鍵工序。

壓制工序:熱固性塑料在壓制前最好壓成料餅同時(shí)預(yù)熱，其優(yōu)點(diǎn)是，壓成料餅后能減少模塑料內(nèi)部的空氣含量，從而利于熱傳遞，縮短了預(yù)熱和保壓固化時(shí)間，并能避免換向器毛坯出現(xiàn)較多氣孔，從而提高了換向器的機(jī)械性能。

預(yù)熱的作用:縮短閉模時(shí)間，加快固化速度，提高模塑料的流動(dòng)性，增加固化的均勻性，減少制品因收縮不均勻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

關(guān)于壓制時(shí)溫度、壓強(qiáng)、保壓時(shí)間的選擇。

溫度的選擇與模具結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，對(duì)壓塑模、壓注模、注射模常將中模腔的溫度控制在140～170℃，這個(gè)范圍內(nèi)的溫度最有利于酚醛塑料成型。

餅料預(yù)熱壓強(qiáng):14～19 MPa;餅料不預(yù)熱壓強(qiáng):18～23 MPa。

保壓時(shí)間的設(shè)定:根據(jù)換向器毛坯的模塑料壁厚確定，一般按每1 mm壁厚需40～60 min，當(dāng)然同時(shí)還要考慮到員工的操作時(shí)間是否充足。

換向器塑料的后期固化，其作用如下:提高制品的耐高溫強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性、消除成型內(nèi)應(yīng)力等后期固化溫度的設(shè)定;為了避免后期因溫度設(shè)定不合適產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，一般分三個(gè)步驟來(lái)進(jìn)行:

(a)50～60 min升溫到160～180℃，保溫4～6 h;

(b)40～50 min升溫到200～230℃，保溫4～8 h;

(c)40～50 min升溫到240～250℃，保溫2～4 h;

對(duì)耐溫沒(méi)有特殊要求的換向器，如汽車(chē)類(lèi)、小家電類(lèi)、辦公設(shè)備類(lèi)等，只需設(shè)定到第二步即可。若對(duì)耐溫要求高的換向器，如吸塵器、電動(dòng)工具，則需設(shè)定到第三步。

4 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)際選擇換向器用塑料時(shí)，除借鑒本文闡述的方法外，還要結(jié)合使用國(guó)的法律、法規(guī)的限定、顧客的特殊要求、壓制模具的結(jié)構(gòu)等多方面進(jìn)行論證、反復(fù)實(shí)驗(yàn)，直到選擇出性?xún)r(jià)比高的換向器塑料。

［1］ 黃振源.模塑料模具工入門(mén)［M］.杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2001:1－38.

［2］ 住友電木有限公司.應(yīng)用于整流子行業(yè)的酚醛模塑料介紹［M］.住友電木有限公司，2010:1－22.

［3］ 日立化成株式會(huì)社.日立化成換向器材料簡(jiǎn)介［M］.日立化成株式會(huì)社，2009:2 －10.

［4］ 無(wú)錫創(chuàng)達(dá)電子有限公司.WH型酚醛模塑料簡(jiǎn)介［M］.無(wú)錫創(chuàng)達(dá)電子有限公司，2010:1－8.