低壓電器用電工模塑料的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

／中國(guó)機(jī)械工業(yè)集團(tuán)桂林電器科學(xué)研究院有限公司 馬林泉／

目前，我國(guó)電工模塑料除滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求外，尚有大量的出口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)低壓電器產(chǎn)品品種已超過(guò)1000個(gè)系列，生產(chǎn)廠(chǎng)家達(dá)2000多家，產(chǎn)值約700億元，低壓電器用熱塑性和熱固性?xún)纱箢?lèi)電工模塑料年消耗量已分別達(dá)到18萬(wàn)噸和45萬(wàn)噸左右。

斷路器、交流接觸器、連接器、開(kāi)關(guān)件、接線(xiàn)盒等低壓電器是低壓成套電氣設(shè)備的基本組成單元。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、國(guó)防以及人們?nèi)粘Ｉ钪?，大多?shù)采用低壓供電，因此各種低壓電器單元的質(zhì)量將直接影響到低壓供電系統(tǒng)的安全和可靠性。鑒于各類(lèi)低壓電器大多由金屬（導(dǎo)電）材料和以電工模塑料為主的絕緣材料構(gòu)成，以電工模塑料為主的絕緣材料的性能與質(zhì)量在很大程度上決定了低壓電器的質(zhì)量與使用壽命，電工模塑料的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)值得人們高度關(guān)注。

低壓電器用電工模塑料的發(fā)展趨勢(shì)從總體而言，一是發(fā)展耐熱環(huán)保、無(wú)鹵阻燃、可再生利用的高性能產(chǎn)品；二是不斷擴(kuò)大熱塑性模塑料的占比，逐漸降低熱固性模塑料的占比，但因熱固性模塑料尚有其不可取代性。

一、我國(guó)低壓電器用電工模塑料發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是世界塑料的生產(chǎn)與消費(fèi)大國(guó)，隨著ABB、施耐德、西門(mén)子、伊頓等國(guó)際知名電氣公司紛紛落戶(hù)中國(guó)，不少?lài)?guó)外塑料公司也紛紛在中國(guó)各地設(shè)廠(chǎng)，促使我國(guó)電工模塑料行業(yè)獲得了快速發(fā)展，技術(shù)、質(zhì)量水平不斷提高，生產(chǎn)與消費(fèi)量更是穩(wěn)居世界前列。目前，我國(guó)電工模塑料除滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求外，尚有大量的出口。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)低壓電器產(chǎn)品品種已超過(guò)1000個(gè)系列，生產(chǎn)廠(chǎng)家達(dá)2000多家，產(chǎn)值約700億元，低壓電器用熱塑性和熱固性?xún)纱箢?lèi)電工模塑料年消耗量已分別達(dá)到18萬(wàn)噸和45萬(wàn)噸左右。其中，聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）等工程塑料是目前常用的低壓電器用熱塑性模塑料，而酚醛模塑料（PF-PMC）、氨基模塑料（UF-PMC、MF-PMC、UMF-PMC）以及不飽和聚脂玻纖增強(qiáng)模塑料（UP-BMC、UP-SMC、UPPMC）則是目前常用的低壓電器用熱固性模塑料。在這些常用的低壓電器用熱塑性模塑料中，目前用量最大的是聚酰胺（PA），估計(jì)年消耗量在6萬(wàn)噸左右。PA是一類(lèi)結(jié)晶型塑料，俗稱(chēng)尼龍, 有PA6、PA66、PA1010、PA610等純樹(shù)脂及其增強(qiáng)改性品種，韌性好、耐疲勞、耐磨、易成型, 但極易吸水、尺寸穩(wěn)定性較差，主要用于電器罩殼、電氣零件等的注射成型加工。其次為聚碳酸酯（PC），有純樹(shù)脂及其增強(qiáng)改性品種，估計(jì)年消耗量在5萬(wàn)噸左右。PC是無(wú)定型塑料，透明性好、抗沖耐候、尺寸穩(wěn)定性高、吸水率低，但耐化學(xué)腐蝕性差、耐疲勞強(qiáng)度低、易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象，主要用于電器罩殼、表箱罩殼的注射成型加工。聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的用量相對(duì)較少，同樣有純樹(shù)脂及其增強(qiáng)改性品種，估計(jì)年消耗量在2萬(wàn)噸左右。PBT是一種結(jié)晶型塑料，剛性和硬度高、熱穩(wěn)定性好、抗沖耐磨、耐化學(xué)腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好，但易水解、成型收縮率較大，主要用來(lái)制造連接器、插頭、線(xiàn)圈架、熔絲盒及要求潤(rùn)滑性及耐腐蝕的一些部件。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）在低壓電器中的用量更少，品種以純樹(shù)脂為主，估計(jì)年消耗量在1萬(wàn)噸左右。ABS是無(wú)定型共聚物, 具有“豎、韌、剛”的綜合性能，易于成型加工，但耐化學(xué)腐蝕性差，主要用于電器外殼等的注射成型加工。而在上述常用的熱固性模塑料中，酚醛模塑料（PF-PMC），俗稱(chēng)電木粉，是最早用作絕緣材料的塑料品種，曾在低壓電器的應(yīng)用中占統(tǒng)治地位，據(jù)估計(jì)目前年消耗量已降至10萬(wàn)噸左右。電木粉阻燃、耐熱，但耐電弧性差、性脆，主要用于制作電器開(kāi)關(guān)底座、絕緣機(jī)構(gòu)件等。氨基模塑料，包括以紙漿、木粉為填充料的脲甲醛模塑料（UFPMC，俗稱(chēng)電玉粉）和以α-纖維素或玻璃纖維為填充增強(qiáng)材料的三聚氰胺甲醛塑料（MF-PMC），其在低壓電器中的使用量也在逐年減少，目前年用量約在8萬(wàn)噸左右。UF-PMC特點(diǎn)是原材料成本低廉，能制得各種外觀(guān)良好的制品，且表面硬度較高、耐電弧、耐霉菌，但其耐熱、耐水性較差，主要用于制作開(kāi)關(guān)插座、外殼、旋鈕等；MFPMC特點(diǎn)是具有比UF-PMC更好的耐熱性和耐水性，耐電弧性?xún)?yōu)良，且加工性能良好，制品光澤性好，耐酸堿、耐溶劑性能優(yōu)良，但其耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度等仍不甚理想，主要用于用于制造耐電弧電器零件、防爆電器配件等。不飽和聚脂玻纖增強(qiáng)模塑料，包括團(tuán)狀（UPBMC）、片狀（UP-SMC）和粒狀或粉狀（UP-PMC），是目前用量最大的熱固性模塑料，大有逐漸取代氨基模塑料和酚醛模塑料的趨勢(shì)，用量逐年增加，估計(jì)年產(chǎn)量已達(dá)20萬(wàn)噸以上。不飽和聚脂玻纖增強(qiáng)模塑料阻燃、耐熱、耐電弧、耐電痕，絕緣和機(jī)械性能好，被廣泛用于制作各類(lèi)電器開(kāi)關(guān)和表箱的殼體、絕緣機(jī)構(gòu)件等。

二、低壓電器用電工模塑料的發(fā)展趨勢(shì)

從總體而言，一是發(fā)展耐熱環(huán)保、無(wú)鹵阻燃、可再生利用的高性能產(chǎn)品；二是不斷擴(kuò)大熱塑性模塑料的占比，逐漸降低熱固性模塑料的占比，但因熱固性模塑料尚有其不可取代性，在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍將占主要地位。

若從熱塑和熱固兩大類(lèi)型各自的發(fā)展方向而言，熱塑性模塑料因其具有良好的易加工性能，生產(chǎn)效率高，可回收再利用，尤其是新一代改性熱塑性模塑料的高流動(dòng)性，低收縮率，可以一次加工成型復(fù)雜形狀、薄壁尺寸、高精度的電器塑料零部件，故目前越來(lái)越多的通用熱塑性模塑料被用于制備低壓電器殼體、內(nèi)外裝飾件、零部件等。但美中不足的是由通用熱塑性模塑料制成的成型件在耐熱性、耐燃性、耐電弧性、耐腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度等方面遠(yuǎn)不及熱固性模塑料制品。為此，低壓電器用熱塑性模塑料的發(fā)展方向?qū)⒅饕幸韵聨讉€(gè)方面：①不斷開(kāi)發(fā)新型工程塑料品種，如開(kāi)發(fā)安全環(huán)保低煙無(wú)鹵阻燃的新型綠色模塑料，開(kāi)發(fā)具有低磨損低磨擦系數(shù)的新型耐磨模塑料、新型高熔點(diǎn)生物基耐熱環(huán)保模塑料、新型產(chǎn)氣滅弧模塑料、新型高模量和高強(qiáng)度碳纖維增強(qiáng)模塑料，開(kāi)發(fā)聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT）模塑料等，滿(mǎn)足新型低壓電器的發(fā)展要求。②繼續(xù)改進(jìn)原有品種，如通過(guò)各種纖維（玻璃纖維、玄武巖纖維、碳纖維、劍麻等植物纖維、芳綸纖維等化學(xué)合成纖維）增強(qiáng)、不同樹(shù)脂共混、納米材料填充等手段以提高耐熱性、阻燃性、電氣絕緣性、尺寸穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等，滿(mǎn)足伴隨經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)低壓電器提出的更高要求。③按需發(fā)展特種工程塑料，如開(kāi)發(fā)耐輻射模塑料（如聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮等）、耐腐蝕模塑料（如聚苯并咪唑）、耐低溫尼龍模塑料（如長(zhǎng)碳鏈聚酰胺PA1111、PA1212、PA1313、PA1515）、耐高溫尼龍模塑料（如半芳香族聚酰胺PPA、PA9T、PA10T），開(kāi)發(fā)導(dǎo)電模塑料（如聚乙炔、聚毗咯、聚苯胺、聚唾吩等）、導(dǎo)熱模塑料、導(dǎo)磁模塑料等等，滿(mǎn)足一些特殊用途。

熱固性模塑料，因其具有良好的耐熱性、耐燃性、耐候性、耐電痕化和耐電弧性、尺寸穩(wěn)定性、高機(jī)械強(qiáng)度，而且價(jià)格較低等，被廣泛用于制造電器開(kāi)關(guān)底座、蓋、外殼、滅弧罩、手柄、線(xiàn)圈骨架，脫扣桿、主軸、高壓絕緣件、接線(xiàn)座等。但與熱塑性模塑料相比，熱固性模塑料的主要不足在于成型加工以壓塑為主，成型周期長(zhǎng)且過(guò)程復(fù)雜，生產(chǎn)效率較低，制件脆性大韌性不足，產(chǎn)品不易回收再利用等。

未來(lái)，低壓電器用熱固性模塑料的發(fā)展方向?qū)⒅饕幸韵聨讉€(gè)方面：①改進(jìn)提高原有品種，如用有機(jī)硅彈性體來(lái)增韌酚醛、環(huán)氧等模塑料，可在不影響其他性能的情況下改善熱固性模塑料的吸潮性和脆性；熱塑性模塑料與熱固性模塑料共混合制取互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物模塑料，或幾種熱固性模塑料共混合制取混合聚合物（亦稱(chēng)聚合物合金) 模塑料以取長(zhǎng)補(bǔ)短（如制取聚酯型聚氨酯聚合物合金模塑料可將聚酯和聚氨酯各不具有的高沖擊韌性、剛性和延伸率有機(jī)結(jié)合起來(lái)），或熱固性模塑料與納米材料復(fù)合制取納米復(fù)合模塑料以提高制品的綜合性能。②不斷開(kāi)發(fā)新品種，如開(kāi)發(fā)具有高熱穩(wěn)定性的熱固性聚苯硫醚、聚酰亞胺和聚雙馬來(lái)酰亞胺模塑料，開(kāi)發(fā)適用于多種成型工藝（包括壓塑、注塑、傳遞模塑）的通用不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料，開(kāi)發(fā)環(huán)氧團(tuán)狀模塑料，開(kāi)發(fā)高PTI模塑料，開(kāi)發(fā)永久性抗靜電模塑料。③發(fā)展新型加工技術(shù)以提升模塑料的加工性能，如開(kāi)發(fā)不飽和聚酯團(tuán)狀模塑料壓力注射成型技術(shù)，開(kāi)發(fā)不飽和聚酯片狀模塑料全自動(dòng)剪片加料壓制技術(shù)，開(kāi)發(fā)UV光固化注射成型工藝，以提高生產(chǎn)效率和制品的質(zhì)量穩(wěn)定性。

三、結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著低壓電器向小型化、智能化、電子化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化方向發(fā)展，以及人們對(duì)環(huán)保、使用安全性的日益重視，對(duì)低壓電器用電工模塑料提出了更高的要求，期待塑料行業(yè)能提供具有更好的加工性能、更高的電氣性能、更高的耐溫性能、更優(yōu)異的阻燃性能，符合安全、環(huán)保、無(wú)鹵阻燃的綠色電工模塑料，為低壓電器老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新產(chǎn)品的不斷開(kāi)發(fā)提供相應(yīng)的配套材料保證。

[1] 戴芳,等.2004年我國(guó)熱塑性工程塑料進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2005,32(4):56-62.

[2] 談桂春,等.2005年我國(guó)工程塑料加工技術(shù)進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2006,34(6) :62-67.

[3] 張銳,等.2010年我國(guó)熱塑性工程塑料研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2010,38(3) :90-97.

[4] 張振,等.2010年我國(guó)熱固性工程塑料進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2011,39(4) :56-62.

[5] 朱永茂,等.2012 - 2013年國(guó)外酚醛樹(shù)脂與塑料工業(yè)進(jìn)展[J]. 熱固性樹(shù)脂,2014,29(1) :54-60.

[6] 趙志鴻,等.2013年我國(guó)熱固性工程塑料進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2014,42(4) :104-103.

[7] 代芳,等.2014年我國(guó)熱塑性工程塑料研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2015,43(3) :123-132.

[8] 趙志鴻,等.2014年我國(guó)熱固性工程塑料進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用,2015,43(4) :124-133.

[9] 蔣頂軍,等.LED用導(dǎo)熱工程塑料進(jìn)展[J]. 國(guó)外塑料,2012,30(12) :34-36.

[10] 常樂(lè),等.UV光固化注射成型工藝實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)塑料,2014,28(6) :77-81.