低压电器用电工模塑料的现状与发展趋势

／中国机械工业集团桂林电器科学研究院有限公司 马林泉／

目前，我国电工模塑料除满足国内市场需求外，尚有大量的出口。据不完全统计，我国低压电器产品品种已超过1000个系列，生产厂家达2000多家，产值约700亿元，低压电器用热塑性和热固性两大类电工模塑料年消耗量已分别达到18万吨和45万吨左右。

断路器、交流接触器、连接器、开关件、接线盒等低压电器是低压成套电气设备的基本组成单元。在工业、农业、交通、国防以及人们日常生活中，大多数采用低压供电，因此各种低压电器单元的质量将直接影响到低压供电系统的安全和可靠性。鉴于各类低压电器大多由金属（导电）材料和以电工模塑料为主的绝缘材料构成，以电工模塑料为主的绝缘材料的性能与质量在很大程度上决定了低压电器的质量与使用寿命，电工模塑料的现状和发展趋势值得人们高度关注。

低压电器用电工模塑料的发展趋势从总体而言，一是发展耐热环保、无卤阻燃、可再生利用的高性能产品；二是不断扩大热塑性模塑料的占比，逐渐降低热固性模塑料的占比，但因热固性模塑料尚有其不可取代性。

一、我国低压电器用电工模塑料发展现状

我国是世界塑料的生产与消费大国，随着ABB、施耐德、西门子、伊顿等国际知名电气公司纷纷落户中国，不少国外塑料公司也纷纷在中国各地设厂，促使我国电工模塑料行业获得了快速发展，技术、质量水平不断提高，生产与消费量更是稳居世界前列。目前，我国电工模塑料除满足国内市场需求外，尚有大量的出口。据不完全统计，我国低压电器产品品种已超过1000个系列，生产厂家达2000多家，产值约700亿元，低压电器用热塑性和热固性两大类电工模塑料年消耗量已分别达到18万吨和45万吨左右。其中，聚酰胺（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（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压电器用热塑性模塑料，而酚醛模塑料（PF-PMC）、氨基模塑料（UF-PMC、MF-PMC、UMF-PMC）以及不饱和聚脂玻纤增强模塑料（UP-BMC、UP-SMC、UPPMC）则是目前常用的低压电器用热固性模塑料。在这些常用的低压电器用热塑性模塑料中，目前用量最大的是聚酰胺（PA），估计年消耗量在6万吨左右。PA是一类结晶型塑料，俗称尼龙, 有PA6、PA66、PA1010、PA610等纯树脂及其增强改性品种，韧性好、耐疲劳、耐磨、易成型, 但极易吸水、尺寸稳定性较差，主要用于电器罩壳、电气零件等的注射成型加工。其次为聚碳酸酯（PC），有纯树脂及其增强改性品种，估计年消耗量在5万吨左右。PC是无定型塑料，透明性好、抗冲耐候、尺寸稳定性高、吸水率低，但耐化学腐蚀性差、耐疲劳强度低、易产生内应力开裂现象，主要用于电器罩壳、表箱罩壳的注射成型加工。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）的用量相对较少，同样有纯树脂及其增强改性品种，估计年消耗量在2万吨左右。PBT是一种结晶型塑料，刚性和硬度高、热稳定性好、抗冲耐磨、耐化学腐蚀、尺寸稳定性好，但易水解、成型收缩率较大，主要用来制造连接器、插头、线圈架、熔丝盒及要求润滑性及耐腐蚀的一些部件。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）在低压电器中的用量更少，品种以纯树脂为主，估计年消耗量在1万吨左右。ABS是无定型共聚物, 具有“竖、韧、刚”的综合性能，易于成型加工，但耐化学腐蚀性差，主要用于电器外壳等的注射成型加工。而在上述常用的热固性模塑料中，酚醛模塑料（PF-PMC），俗称电木粉，是最早用作绝缘材料的塑料品种，曾在低压电器的应用中占统治地位，据估计目前年消耗量已降至10万吨左右。电木粉阻燃、耐热，但耐电弧性差、性脆，主要用于制作电器开关底座、绝缘机构件等。氨基模塑料，包括以纸浆、木粉为填充料的脲甲醛模塑料（UFPMC，俗称电玉粉）和以α-纤维素或玻璃纤维为填充增强材料的三聚氰胺甲醛塑料（MF-PMC），其在低压电器中的使用量也在逐年减少，目前年用量约在8万吨左右。UF-PMC特点是原材料成本低廉，能制得各种外观良好的制品，且表面硬度较高、耐电弧、耐霉菌，但其耐热、耐水性较差，主要用于制作开关插座、外壳、旋钮等；MFPMC特点是具有比UF-PMC更好的耐热性和耐水性，耐电弧性优良，且加工性能良好，制品光泽性好，耐酸碱、耐溶剂性能优良，但其耐热性、机械强度等仍不甚理想，主要用于用于制造耐电弧电器零件、防爆电器配件等。不饱和聚脂玻纤增强模塑料，包括团状（UPBMC）、片状（UP-SMC）和粒状或粉状（UP-PMC），是目前用量最大的热固性模塑料，大有逐渐取代氨基模塑料和酚醛模塑料的趋势，用量逐年增加，估计年产量已达20万吨以上。不饱和聚脂玻纤增强模塑料阻燃、耐热、耐电弧、耐电痕，绝缘和机械性能好，被广泛用于制作各类电器开关和表箱的壳体、绝缘机构件等。

二、低压电器用电工模塑料的发展趋势

从总体而言，一是发展耐热环保、无卤阻燃、可再生利用的高性能产品；二是不断扩大热塑性模塑料的占比，逐渐降低热固性模塑料的占比，但因热固性模塑料尚有其不可取代性，在今后相当长的一段时间内仍将占主要地位。

若从热塑和热固两大类型各自的发展方向而言，热塑性模塑料因其具有良好的易加工性能，生产效率高，可回收再利用，尤其是新一代改性热塑性模塑料的高流动性，低收缩率，可以一次加工成型复杂形状、薄壁尺寸、高精度的电器塑料零部件，故目前越来越多的通用热塑性模塑料被用于制备低压电器壳体、内外装饰件、零部件等。但美中不足的是由通用热塑性模塑料制成的成型件在耐热性、耐燃性、耐电弧性、耐腐蚀性、尺寸稳定性、机械强度等方面远不及热固性模塑料制品。为此，低压电器用热塑性模塑料的发展方向将主要有以下几个方面：①不断开发新型工程塑料品种，如开发安全环保低烟无卤阻燃的新型绿色模塑料，开发具有低磨损低磨擦系数的新型耐磨模塑料、新型高熔点生物基耐热环保模塑料、新型产气灭弧模塑料、新型高模量和高强度碳纤维增强模塑料，开发聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）模塑料等，满足新型低压电器的发展要求。②继续改进原有品种，如通过各种纤维（玻璃纤维、玄武岩纤维、碳纤维、剑麻等植物纤维、芳纶纤维等化学合成纤维）增强、不同树脂共混、纳米材料填充等手段以提高耐热性、阻燃性、电气绝缘性、尺寸稳定性和机械强度等，满足伴随经济社会发展对低压电器提出的更高要求。③按需发展特种工程塑料，如开发耐辐射模塑料（如聚砜、聚醚酮、聚醚醚酮等）、耐腐蚀模塑料（如聚苯并咪唑）、耐低温尼龙模塑料（如长碳链聚酰胺PA1111、PA1212、PA1313、PA1515）、耐高温尼龙模塑料（如半芳香族聚酰胺PPA、PA9T、PA10T），开发导电模塑料（如聚乙炔、聚毗咯、聚苯胺、聚唾吩等）、导热模塑料、导磁模塑料等等，满足一些特殊用途。

热固性模塑料，因其具有良好的耐热性、耐燃性、耐候性、耐电痕化和耐电弧性、尺寸稳定性、高机械强度，而且价格较低等，被广泛用于制造电器开关底座、盖、外壳、灭弧罩、手柄、线圈骨架，脱扣杆、主轴、高压绝缘件、接线座等。但与热塑性模塑料相比，热固性模塑料的主要不足在于成型加工以压塑为主，成型周期长且过程复杂，生产效率较低，制件脆性大韧性不足，产品不易回收再利用等。

未来，低压电器用热固性模塑料的发展方向将主要有以下几个方面：①改进提高原有品种，如用有机硅弹性体来增韧酚醛、环氧等模塑料，可在不影响其他性能的情况下改善热固性模塑料的吸潮性和脆性；热塑性模塑料与热固性模塑料共混合制取互穿网络聚合物模塑料，或几种热固性模塑料共混合制取混合聚合物（亦称聚合物合金) 模塑料以取长补短（如制取聚酯型聚氨酯聚合物合金模塑料可将聚酯和聚氨酯各不具有的高冲击韧性、刚性和延伸率有机结合起来），或热固性模塑料与纳米材料复合制取纳米复合模塑料以提高制品的综合性能。②不断开发新品种，如开发具有高热稳定性的热固性聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚双马来酰亚胺模塑料，开发适用于多种成型工艺（包括压塑、注塑、传递模塑）的通用不饱和聚酯团状模塑料，开发环氧团状模塑料，开发高PTI模塑料，开发永久性抗静电模塑料。③发展新型加工技术以提升模塑料的加工性能，如开发不饱和聚酯团状模塑料压力注射成型技术，开发不饱和聚酯片状模塑料全自动剪片加料压制技术，开发UV光固化注射成型工艺，以提高生产效率和制品的质量稳定性。

三、结束语

总之，随着低压电器向小型化、智能化、电子化、模块化、网络化、多功能化方向发展，以及人们对环保、使用安全性的日益重视，对低压电器用电工模塑料提出了更高的要求，期待塑料行业能提供具有更好的加工性能、更高的电气性能、更高的耐温性能、更优异的阻燃性能，符合安全、环保、无卤阻燃的绿色电工模塑料，为低压电器老产品的更新换代、新产品的不断开发提供相应的配套材料保证。

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