绝缘材料的发展及在低压电器中的应用

绝缘材料的发展及在低压电器中的应用 中国机械工业集团桂林电器科学研究所马林泉

绝缘材料的发展及在低压电器中的应用 目录 1 前言 ………………………………………………………………………….4 1.1何谓绝缘材料 ………………………………………………………………4 1.2绝缘材料的分类…………………………………………………………..5 1.3绝缘材料的耐热等级或温度指数 …………………………………….….8 1.4绝缘材料的主要用途……………………………………………………..9 2 绝缘材料的发展简史 ……………………………………………………..10 2.1天然材料的利用 …………………………………………………….... 10 2.2天然材料的改性和合成树脂的出..................................................….11 2.3绝缘材料蓬勃发展的时期………………………………………..…….13 2.4新型绝缘材料的确立和普及…………………………………………...14 2.5耐热绝缘材料迅速发展……………………………………………….15 2.6绝缘材料的改性时代…………………. ……………………………16 2.7我国绝缘材料的发展简况 ……………………. ……………………….17

3 绝缘材料在我国低压电器中的应用………………………………………… 19 3.1低压电器用电工绝缘材料的类型 ……………………………………………19 3.2低压电器用电工绝缘材料的性能特点 ………………………………….….24 3.3 低压电器用电工绝缘塑料的主要品种及需求………………………………25 3.4 RoHS指令限用的6种有害物质在电工绝缘塑料中的使用情况 …………33 3.5 国内电工塑料生产厂家总体情况……………………………………………35 4 国外低压电器使用电工绝缘材料的总体情况 ……………………………….36 5 我国现行电工绝缘材料标准及检测技术……………………………………...38 5.1现行电工绝缘材料标准…………………..........................................…… 38 5.2 石化行业管理的现行相关塑料产品标准……………………………………49 5.3建材、轻工等行业管理的现行相关塑料产品标准…………………………50 5.4正在制修订的标准…………………………………………………………… 51 5.5存在的问题………………………………………………………………….58 6 六种有害物质国内外检测技术现状 ………………………………………...59 6.1 国内检测技术现状 ………………………………………………………６0 6.2 国外通行的检测技术　 …………………………………………………6４ 7 我国电工绝缘材料的发展方向　 ………………………………………65

1 前言 1.1 何谓绝缘材料这里所说的绝缘材料是指电工绝缘材料。依据国家标准GB/T 2900.5－2002《电工术语绝缘固体、液体和气体》的规定，绝缘材料的定义是：“用于防止导电元件之间导电的材料”。绝缘材料的电阻率很高，通常在106～1017Ω·m的范围内。 1.2 绝缘材料的分类绝缘材料按其形态可分为：气体、液体、固体三类，典型的气体绝缘材料是高压断路器中的SF6，典型的液体绝缘材料则是电容器油、变压器油，而常见的固体绝缘材料则是电工模塑料。绝缘材料按其化学性质又可分为：无机绝缘材料、有机绝缘材料和混合绝缘材料三类。常用的无机绝缘材料有：云母、石棉、大理石、瓷器、玻璃等，它们主要用作电机、电器的绕组绝缘、开关的底板和绝缘子等；有机绝缘材料有：虫胶、树脂、橡胶、棉纱、纸、麻、人造丝等，它们大多用以制造绝缘漆、绕组导线的被覆绝缘物等；混合绝缘材料是由以上两种材料经过加工制成的各种成型绝缘材料如模塑料、层压板等，它们用以制作电器的底座、外壳、隔板等。不过业内通行的分类方法是按标准JB／T2197－1996《电气绝缘材料分类、命名及型号编制方法》将绝缘材料分为：漆、可聚合树脂和胶类，树脂浸渍纤维制品类，层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶和引拨制品类，模塑料类，云母制品类，薄膜、粘带和柔软复合材料类，纤维制品类，绝缘液体类共八大类。众所周知，塑料、合成橡胶、合成纤维是当今世界被广泛应用的三大合成材料。而三大合成材料在数量上和应用的广泛性上均以塑料居首，它和钢铁、木材、水泥构成现代社会中四大基础材料，是建筑、电力、电讯、电器、能源、交通运输、农业、医疗卫生、宇航、信息、国防等行业不可缺少的材料。这里说的“塑料”，是指以树脂（或在加工过程中用单体直接聚合）为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂，着色剂等添加剂为辅助成分，经混合加工而成为某种形状的、在再加工过程中能流动成型的复合材料。而所谓“树脂”，通常是指受热后可软化或熔融，软化时在外力作用下有流动倾向，常温下是固态、半固态，有时也可以是液态的纯有机聚合物。从广义上说，可以作为塑料制品加工原料的任何聚合物都称为“树脂”。至于“电工塑料”，从广义上说，是指在电气电子工程中应用的电绝缘塑料、导电塑料、（压）热电塑料和磁性塑料四大类塑料，但从某种意义上说，往往仅指电绝缘塑料，因为电绝缘塑料的用量占据电工塑料总量的80%以上。本文提及的电工塑料也是指电绝缘塑料。

1.2绝缘材料的分类

漆、可聚合树脂和胶类:如无溶剂浸渍漆、灌注胶等漆、可聚合树脂和胶类:如无溶剂浸渍漆、灌注胶等树脂浸渍纤维制品类:如漆布、套管等层压制品、卷绕制品、真空压力浸胶和引拨制品类:如层压板、层压管、层压棒、引拨槽楔等模塑料类 :酚醛塑料、氨基塑料、DMC/SMC模塑料等云母制品类:云母板、云母带、云母箔等薄膜、粘带和柔软复合材料类:如BOPP膜、PVC胶粘带、青壳纸等纤维制品类:如玻璃纤维编织带、聚酯纤维机织带等绝缘液体类:如变压器油、电容器油等按标准JB／T2197－1996《电气绝缘材料分类、命名及型号编制方法》将绝缘材料分为八大类:

1.3绝缘材料的耐热等级或温度指数 • 绝缘材料的性能与温度有密切的关系。温度越高，绝缘材料的性能越差。为保证绝缘性能，每种绝缘材料都规定有一个最高允许工作温度，在此温度以下，绝缘材料可以长期安全地使用。这个温度就是人们常说的耐热等级或温度指数。 • 按照耐热等级，通常把绝缘材料分为Y、A、E、B、F、H、200、220等级别。 • Y级绝缘材料的最高允许工作温度为90℃、A级为105 ℃ 、E级为120 ℃ 、B级为130℃、F级为155 ℃、H级为180 ℃ 、 200 ℃ 以上每隔20 ℃为一级。

1.4绝缘材料的主要用途 • 绝缘材料的主要用途是将带电的部分与不带电的部分或带不同电位的部分相互隔离开来，使电流能够按人们指定的路线流动。因此绝缘材料首先应具有较高的绝缘电阻和介电强度，并能避免发生漏电、击穿等事故。其次耐热性能要好，避免因长期过热而较快老化变质；此外，还应有良好的导热性、耐潮防霉性和较高的机械强度以及工艺加工方便等特点。 • 在电工产品中，绝缘材料是一种必不可少的材料，例如一台300MW汽轮发电机就需绝缘漆10t、云母制品8t、层压板5t、漆布和薄膜约1t；一台3200kVA的变压器所需绝缘材料占其总质量的34％；一台10kV的高压断路器所需绝缘材料占其总量的18％；至于低压电器，其外壳及部分构件大多是由各类电工塑料制成的，因此可以说绝缘材料是其用得最多的材料。据有关资料介绍，我国发电设备装机容量及与之配套的电工设备的绝缘材料消耗定额平均为65t／10MW，由此可见绝缘材料在电工设备中的用量是很大的。

2 绝缘材料的发展简史 2.1天然材料的利用在二十世纪以前，绝缘材料几乎都是来自天然材料或其制成品，在很大程度上，电气工作者只能采用不是专为电工行业制造的材料，例如棉布、绸、纸、麻、木材、沥青、云母片、腊、植物油和矿物油等。

2.2天然材料的改性和合成树脂的出现 • 从二十世纪初至二十世纪二十年代末的20～30年间，为解决天然材料存在的问题，对天然绝缘材料进行了广泛的改性并导致合成树脂及以其为基的绝缘材料的出现，下面以绝缘油的改性和酚醛树脂等的发展为例说明。 • 据文献报道，最早的绝缘油是松脂油，这种油作电缆油时介质损耗太高，作变压器油时倾向于发粘，所以，在变压器场合，它很快就被第一代的未精制的矿物油取代，可是，未精制的矿物油中含有萘酸，会引起油中水乳化，使变压器油中的水份难于驱除干净，后来采用苛性钠或粘土对这种油进行蒸馏处理，除去其中的萘酸，发展了中性油。但这种中性油中含有大量的挥发组份，许多变压器因此而发生火灾，于是，本世纪初制定了第一个变压器油标准。对绝缘油的这种改性的努力，一直持续到1925年现代矿物油的出现。 • 在酚醛树脂出现以前，当时使用的树脂主要是虫胶、醋酸纡维素和某些干性油。这些树脂作浸渍漆和漆包线漆，性能低，满足不了发展着的电工要求，为此，要求寻找性能更好的树脂。在1907年，美国化学家贝克茉德在前人的基础上，试制成功第一个工业合成树脂，即酚醛树脂，这种树脂具有较好的电性能和较高的耐热性，而且便于大批量生产。于是，这种材料很快就在电工中应用开来，在1909～1911年期间，先后制成了以其为基的浸渍漆、压塑料、浸渍纤维制品和层压制品等。但酚醛树脂有二个不利因素限制其在绝缘

材料中发展成为更票要的材料，一是酚醛树脂对表面漏电敏感，二是酚醛树的介质损耗太大。为解决这些问题，导致在20年代后期发展了脲醛树脂、苯胺树脂和醇酸树脂等。脲醛树脂和苯胺树脂比酚醛树脂具有较高的机械性能、较低的吸水率和介质损耗，成功地用作压塑料。醇酸树脂具有良好的可挠性，以其为基发展了相应的浸渍漆、纤维制品和云母制品等，广泛用于电机绝缘。材料中发展成为更票要的材料，一是酚醛树脂对表面漏电敏感，二是酚醛树的介质损耗太大。为解决这些问题，导致在20年代后期发展了脲醛树脂、苯胺树脂和醇酸树脂等。脲醛树脂和苯胺树脂比酚醛树脂具有较高的机械性能、较低的吸水率和介质损耗，成功地用作压塑料。醇酸树脂具有良好的可挠性，以其为基发展了相应的浸渍漆、纤维制品和云母制品等，广泛用于电机绝缘。 • 在这一时期，随着电工制造规模扩大，对绝缘材料的需求量增加，为适应这种生产发展情况，出现了绝缘材料专业制造厂，例如德国 Dr.Beck Co．（1904年），瑞士Micafil AG.（1905年），意大利Montie Martini Co.（1908年），英国Mica＆Insulator Co.（1910年），一些电气公司例如美国 Westinghouse Electric Corp.和General Electric Co.等也建立了绝缘材料制造车间，生产主要供本公司使用的绝缘树料，初步改变了过去从非专为电工用的产品中寻找价格低的合适材料的状态。不过，这个时期从产品品种到用量，仍然是天然材料及其制品占优势，合成材料还仅初露头角。

2.3绝缘材料蓬勃发展的时期 • 从二十世纪三十年代起，绝缘材料开始蓬勃发展，特别是以加成聚合物为中心的合成树脂得到迅速发展，在二十世纪三十年代研究成功的树脂有：缩醛树脂（1930年），氯丁橡胶、聚氯乙烯（1931年），聚丁烯（1932年），丁苯橡胶（1933年），增塑聚氯乙烯（1933年），聚酰胺（1936年），三聚氰胺（1937年），低密度聚乙烯〈1938年〉。并于1938年发蚬了聚四氟乙烯。几乎每年都有新的合成树脂出现或投入工业生产，其中一些树脂对当时及以后绝缘材料和电工技术的发展起了重要的作用。 • 在这一时期，纤维及其制品也获得显著发展，1930年美国一公司研究成功玻璃纤维及其编织带。1931年英国一公司制成纸压制件。1938年美国通用电气公司研究成功氰乙基化纸，同年美国杜邦公司制成聚酰胺纤维。约在1940年左右，有机硅树脂合成成动，并于1943年开始工业生产，随之发展了一系列以其为基的H级绝缘材料。除有机硅树脂外，几种量大面广的电工用树脂也是在这一时期发展起来的，例如1942年不饱和聚酯，1946年环氧树脂。粉云母纸也是在这一时期研制成功（1945年）和开始工业生产（1949年）的。特别是粉云母纸的出现，是近代绝缘材料发展史中的一次重大革命，它使人们可以摆脱片云母资源稀缺的困扰。

2.4新型绝缘材料的确立和普及 • 进入二十世纪五十年代，向以合成树脂为基的新型绝缘材料过渡已趋明朗化，大多数绝缘漆是以合成树脂为基的，虫胶已大部分被合成树脂取代，H级有机硅玻璃云母制品开始在电机中使用，玻璃纤维以各种形式供应，聚烯烃和合成橡胶广泛用于电缆和某些特殊场合，聚酯玻璃增强塑料进人工程塑料市场……。但是，以合成树脂为基的新型绝缘材料，真正开始迅速应用还是在二十世纪五十年代，其突出表现在如下几方面： ―1950年无溶剂聚酯漆用于高压电机； ―50年代初薄膜及柔软复合材料用作槽绝缘； ―50年代SF6用于高压电器； ―1954年粉云母开始用作大型高压电机定子绝缘。 • 在这一时期，对聚合物的各种电性能进行了广泛的研究。

2.5耐热绝缘材料迅速发展 • 在二十世纪六十年代，除上述新型绝缘材料继续发展外，以美国发展宇航技术为转机，发展了一系列含杂环和芳环的耐热树脂，如：1961年聚酰亚胺（薄膜、漆包线、层手板）、聚苯并咪唑（层压板），1962年聚芳酰胺（纸、纤维）、聚二苯醚（漆、层压板），1964年聚苯醚（塑料），1965年聚砜（薄膜、塑料、印刷电路板）、1967年聚芳砜（薄膜、塑料、印刷电路板），1968年聚苯硫醚（塑料） 1969年聚酚醚（塑料、层压板）、聚海因（漆包线、薄膜）等。这些树脂的耐热等级均为H级或更高，随着它们的出现，以其为基的耐热绝缘材料一时纷纷出现，括弧中为该种树脂在电工中的主要用途。 • 到二十世纪六十年代中后期，绝缘材料科学技术发展进人了一个高峰期，各国大型高压电机均已转为采用环氧云母绝缘。低压通用电机普遍采用薄膜和合成纸。高压电器中，SF6气体绝缘和浇注绝缘迅速发展。聚丙稀薄膜成功地用于电力电容器。热固性注射塑料和各种塑料在低压电器中广泛推广使用，绝缘材料科学技术达到空前的高度发展，故六十年代有绝缘材料发展史上的高峰期之称。

2.6绝缘材料的改性时代 • 进入二十世纪七十年代以来，世界各国开始面临着环保、安全和能源等新问题，在这种形势下，绝缘材料工业开始由品种的发展时代逐渐转到品质的时代。也就是说，以新树脂为基的新产品的开发研究逐渐减少，更多的是对现有材料进行改性，其突出表现在如下几方面： ――发展低损耗高强度的高压绝缘； ――发展减本低、加工性好的耐热绝缘材料； ――发展无公害的绝缘材料； ――发展节能的绝缘材料； ――发展阻燃的绝缘材料。

2.7我国绝缘材料的发展简况 • 我国绝缘材料行业经过50多年的发展，己初步形成一个产品比较齐全，配套比较完备，具有相当生产规模和科研实力的工业体系。特别是近20多年来，绝缘材料的品种发展迅速，质量有很大提高，产品水平已达到一个新的高度。 • 从专业方面看，电气工业共有36个专业，绝缘材料专业属于电工材料类，是电气工业中的一个小专业，是一门解放后才建立起来的边缘学科。专业虽小，但它关系到国家命脉——电，进而影响国家的发展水平。 • 解放前，绝缘材料工业只有几个小作坊，生产一些用于维修的绝缘漆、漆布、酚醛压塑料等低水平的绝缘材料。全国解放后，于1956年7月1日批准成立为哈尔滨绝缘材料厂，这是中国第一个国营的部属企业。1954年国家批准建设西安绝缘材料厂，1960年验收投产，这是国家第二个部属企业。1968年在绵阳建立了东方绝缘材料厂，1971年10月国家验收投产，这是国家第三个部属企业。发展至今，根据行业调查，全国绝缘材料生产企业约400家，分布于全国25个省、市、自治区。 • 从绝缘材料本身的构成及品种发展方面看，我国绝缘材料也是经历从无到有、从量到质的发展过程。20世纪60年代以前，电工产品仍以A级、E级为主，B级产品、H级产品仅占很少部分。进人20世纪70年代，聚合物工业在进一步向大型工业化发展的同时，绝缘材料工业开始出现了新的F级、H级绝缘材料体系，

相继开发了聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯亚贱、聚马来酰亚胺、聚二苯醚等耐热性绝缘漆、粘合剂和薄膜，以及改性环氧、不饱和聚酯、聚芳酰胺纤维纸及其复合材料等系列新产品。大批电工产品的耐热等级上升为B级，在冶金、吊车、机车电机等特殊电机中开始采用新的F级、H级绝缘材料。进人20世纪80年代后，对F级、H级绝缘材料进行了大规模的自主开发，出现了改性二苯醚，改性双马来酰亚胺，改性柔酯亚胺漆包线漆，聚酰胺酰亚胺漆包线漆，聚酰亚胺漆包线漆，F级、H级玻璃纤维制品，高性能聚酰亚胺薄膜，F级环氧粉云母带等。无溶剂浸渍树脂和快干浸渍漆得到迅速发展。少胶粉云母带、VPI（真空压力浸渍）浸渍树脂开始应用。为进一步提高绝缘材料行业的技术水平，80年代开始引进国外先进制造技术和设备，对提高我圄绝缘材料整体水平起到了重要作用。相继开发了聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酯亚贱、聚马来酰亚胺、聚二苯醚等耐热性绝缘漆、粘合剂和薄膜，以及改性环氧、不饱和聚酯、聚芳酰胺纤维纸及其复合材料等系列新产品。大批电工产品的耐热等级上升为B级，在冶金、吊车、机车电机等特殊电机中开始采用新的F级、H级绝缘材料。进人20世纪80年代后，对F级、H级绝缘材料进行了大规模的自主开发，出现了改性二苯醚，改性双马来酰亚胺，改性柔酯亚胺漆包线漆，聚酰胺酰亚胺漆包线漆，聚酰亚胺漆包线漆，F级、H级玻璃纤维制品，高性能聚酰亚胺薄膜，F级环氧粉云母带等。无溶剂浸渍树脂和快干浸渍漆得到迅速发展。少胶粉云母带、VPI（真空压力浸渍）浸渍树脂开始应用。为进一步提高绝缘材料行业的技术水平，80年代开始引进国外先进制造技术和设备，对提高我圄绝缘材料整体水平起到了重要作用。 • 改革开放以来的20多年时间里，对新型绝缘材料产品进行了开发及引进，取得了令人瞩目的成就。与20多年前比较，增加了200多个品种，年产量是20多年前的4倍。开发及引进的许多品种已成为正常生产的品种，在电工行业发挥着中流砥柱的作用。目前从高压绝缘到低压绝缘，从发电设备、输电、变电配电设备到用电设备绝缘，从A级绝缘到200℃级绝缘，基本上可以满足国内的需求，形成了产品众多、门类齐全、符合中国国情的绝缘材料产品体系，并有80多个品种出口到20多个国家和地区，包括美国和欧洲、日本、澳大利亚、韩国等。有资料显示，我国已成为世界绝缘材料生产第一大国。

3 绝缘材料在我国低压电器中的应用 3.1低压电器用电工绝缘材料的类型 • 如上所述，绝缘材料是电工产品中必不可少的材料，同时也是电工产品长期安全可靠运行的重要保证。就低压电器而言，其外壳及部分构件大多是由电工绝缘材料制成的，因此可以说绝缘材料是低压电器中用得最多的一种材料。据不完全统计，低压电器中用的电工绝缘材料大致有：漆、可聚合树脂和胶类，树脂浸渍纤维制品类，层压制品类，模塑料类，薄膜、粘带和柔软复合材料类等大类。但无论是品种还是数量，用得最多的是电工绝缘模塑料。为便于了解低压电器中应用绝缘材料的大致情况，现剖析以下二种低压电器典型产品使用绝缘材料的详细情况： • 1）塑壳断路器 • 塑壳断路器产品是为发电设备、配电设备、电气传动、自动控制设备等配套的产品，能接通、承载以及分断正常电路条件下的电流，也能在规定的非正常电路条件（例如短路）下接通、承载和分断一定时间电流的一种机械开关电器，是低压配电系统中功能最为重要的基础电器元件。 • 塑壳断路器，顾名思义，其外壳和底座是由塑料制成的。塑壳断路器对电工塑料的需求很大，涉及的品种很多，我们对行业中正在研发的SA系列塑壳断路器产品进行解体分析，发现绝缘材料件多达40余个，品种多达20余种。详细的SA系列塑壳断路器产品采用绝缘材料的部位和品种见表1。

表1 SA系列塑壳断路器产品采用绝缘材料的部位和品种

续表1

2）CJ40交流接触器 • 交流接触器是一种适用于远距离频繁地接通和分断交流主回路及大容量控制电路的电器，常用于电动机的启动、停止、反转、调速，也可用于其他各种配电控制回路。该产品是低压电器产品的主要产品之一，目前年产量在4000万台以上。 • 交流接触器与塑壳断路器产品类似，外壳底座等也都是塑料制成的。其对电工塑料的需求也很大，过去的老产品使用的材料都为酚醛塑料（俗称电木粉），现在已普遍采用玻璃纤维增强的聚酰胺塑料（即增强尼龙）。我们对2000年后研发的CJ40系列塑壳断路器产品进行解体分析，统计得出绝缘材料料件高达近40个，品种近10种。详细的CJ40系列交流接触器产品采用绝缘材料（不含橡胶）的部位和品种见表2。 • 除了以上两种产品外，其他低压电器产品中都大量使用不同种类、不同牌号的电工塑料，如产量相当大的小型断路器就广泛使用聚酰胺PA66通用工程塑料作为外壳材料等，这里不一一列举了。

表2 CJ40系列交流接触器产品采用绝缘材料的部位和品种

3.2低压电器用电工绝缘材料的性能特点 • 低压电器工业是电气工业的重要组成部分。在发配电系统中，低压成套开关设备主要是由各种低压电器元件构成的，发电设备所发出电能的80%以上是通过低压电器分配使用的。工业自动化系统中，需要大量由低压电器构成的控制屏、控制台、控制器等控制设备。此外，石化、煤炭、冶金、建筑业以及民用设施中也需要由低压电器组装而成的配电屏、动力配电箱、保护屏、控制屏等低压成套装置。由于这些低压电器的外壳及部分构件大多是由各类电工绝缘塑料制成的，因此电工绝缘材料，尤其是电工绝缘塑料的正确选用不仅会影响到电气设备的容量和体积，而且还直接关系到电气线路运行的质量和寿命。选用电工绝缘塑料一定要根据电气工程要求和应用环境条件，结合材料的电气性能和其他性能进行。对于低压电器中所使用的绝缘材料，由于使用电压低，选材时往往不必太注重材料的电气性能，这是因为一般的电工绝缘材料差不多都有胜任低压绝缘的能力，直接由绝缘材料的介电性能所引起的事故很少。选材时往往注重材料的其他性能如环境适应性、耐热性、机械性能、耐电弧性、阻燃性等。当然，并不是所有情况下都要注重上述各项性能，不同情况侧重点有所不同。例如，那些不聚热的或散热良好的低压电器的线路间或对地绝缘部分（外壳）同时又是电器用于承重和固定的支承部件或结构体，选材时耐热性不是主要的，而要看有无支承和固定的能力，因而酚醛和氨基塑料是常用于这类低压电器的主要绝缘材料。当这类电器需要更高的耐热性时，一般都采用耐热耐电弧的有机硅塑料。又例如，那些应用于潮湿环境中或热带地区使用的电器，必须要有耐潮、耐水、耐霉变的能力，因而环氧、环氧酚醛、有机硅、二苯醚以及大多数热塑性塑料成为常用于这类电器的主要绝缘材料。

3.3 低压电器用电工绝缘塑料的主要品种及需求量鉴于电工绝缘塑料占低压电器用电工绝缘材料的大头，以下着重介绍低压电器中应用的一些主要电工绝缘塑料的品种及需求量： 1）酚醛塑料（PF）酚醛塑料又称电木粉，是最早用作绝缘材料的塑料品种，至今已有近一个世纪（1909年诞生）。目前其在低压电器中的应用仍占统治地位，据不完全统计，年需求量约4～5万吨，生产单位约40家。酚醛塑料的牌号有几十种，分别适用于制作不同的低压电器件。以木粉作填充料的传统电气类酚醛塑料粉料具有良好的电绝缘性能，制品外观光亮平滑，但冲击强度较低，适用于制造各类电器部件；以玻璃纤维增强的酚醛塑料模压料具有优良的机械性能、电绝缘性能及耐化学性能，适用于制造机械强度和电绝缘性能要求高的结构件。

2）氨基塑料（UF/MF） 氨基塑料主要包括脲甲醛塑料（UF,俗称电玉粉，1926年诞生）和三聚氰胺甲醛塑料（MF,1938年诞生），其在低压电器中的使用量似乎有逐年减少的趋向。据不完全统计，目前年用量逾10万吨，生产单位40余家。氨基塑料的牌号有10余种，其中脲甲醛塑料粉是以纸浆、木粉为填充料，特点是原材料成本低廉，能制得各种外观良好而色彩鲜艳的制品，且表面硬度较高、耐电弧、耐矿物油，对霉菌的作用稳定，但其耐水性较差，主要用于制作电插头、开关、仪表外壳、旋钮、机器手柄、日用品和装饰品；三聚氰胺甲醛塑料是以α-纤维素或石棉为填充料，或以玻璃纤维为增强材料，特点是可任意着色，比脲甲醛塑料具有更好的耐热性和耐水性，其机械性能和电绝缘性能好，特别是耐电弧性优良，且加工性能良好，制品光泽性好，耐酸碱、耐溶剂性能优良，无氨气放出，所以不腐蚀金属，被广泛用于制造耐电弧电器零件、防爆电器配件、电动工具绝缘部件等。

3）不饱和聚酯模塑料（UP） 不饱和聚酯模塑料分湿式和干式两类（湿式诞生于1946年），是近年来发展最快的电工塑料品种，大有替代酚醛塑料和氨基塑料的趋势。据不完全统计，目前湿式不饱和聚酯模塑料大大小小的生产单位超过50家，年产量高达8～10万吨；干式不饱和聚酯模塑料生产单位只有桂林金格电工电子科技有限公司等2家，年产量不到4000吨。湿式不饱和聚酯模塑料又有团状/块状（DMC/BMC）和片状（SMC）之分，此类模塑料具有优良的机械性能，成型工艺较为简单，生产效率高，制品尺寸稳定等特点。因其制造工艺简单、易着色，可较容易地改变原料的配比来提高塑料的某项性能，因此派生出了很多具有某种特性的品种，如阻燃型、电气型、耐腐蚀型、封装型等等，2005年欧盟公布的符合RoHS及WEEE指令、由欧盟成员国生产的用于不同行业的BMC、SMC甚至高达42种。随着电器产品向着高可靠性、高容量、小型化方向的发展，电气型湿式不饱和聚酯模塑料在低压电器如交流接触器、空气开关、小型断路以及防爆电器、船用电器等产品中得到了广泛的应用，在中高压电器中已用其来替代陶瓷材料制造户内绝缘子、护套等。干式不饱和聚酯模塑料（粒状），诞生时间相对较晚，大约在六、七十年代，其除具备优异的电气性能、耐热、阻燃、高CTI值、高耐电弧等特点外，与湿式相比，突出的优点是其室温下的贮存期在一年以上，并且不需要特殊的贮存条件，能在普通的热固性注射机上全自动成型，适合于制造电工产品中结构复杂、精度高、技术性能要求高的绝缘结构部件。

4）聚酰胺（PA） 聚酰胺又称尼龙，其品种较多，其中最早诞生的品种是PA66（1939年），当前在电器中应用较多的有PA6、PA66、PA1010、PA610等纯树脂及其增强改性品种，年用量估计超过5000吨，生产厂家数十家。尼龙主要特性是机械性能优异、使用温度宽（-40～100℃）、电绝缘性能良好、耐电弧，且制品易加工；缺点是吸水性大、尺寸稳定性较差，但经填充增强改性后可明显提高其性能。该类塑料主要用于制作电机罩、电器框架、电器外壳、线圈芯棒、电机叶片、插头、插座等。 5）聚碳酸酯（PC）聚碳酸酯是诞生于1958年的一种综合性能优良的热塑性工程塑料，具有综合均衡的机械、热及介电性能，特别是耐冲击韧性为一般热塑性塑料之首。另外，还具有高透明度、耐蠕变、尺寸稳定性好、自熄性好、吸水性小的特点。除已进入到机械、电子、交通、建筑、生活用品等领域外，正迅速地扩展到航空、航天、电子计算机、光纤、光盘等许多高新技术领域。

我国是聚碳酸酯开发最早的国家之一，早在1958年由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法生产工艺，并于1965年在大连塑料四厂建成100吨/年的生产装置。到70年代末期，采用国内技术生产聚碳酸酯的企业先后多达20余家，总生产能力已超过3000吨/年。但是由于工艺技术落后、设备简陋，以及原料来源等问题，致使产品质量差，消耗高，迫使多数企业停产。目前，维持正常生产的企业只有上海申聚化工厂、重庆长风化工厂和常州有机化工厂，总生产能力为5600吨/年，但产量不足1000吨，远远满足不了市场需求，完全依靠进口。正因为我国聚碳酸酯没有形成规模化生产能力，市场需求量又很大，因此，国际资本纷纷加快对华投资力度，目前正在筹建的聚碳酸酯装置有：我国是聚碳酸酯开发最早的国家之一，早在1958年由沈阳化工研究院首先开发成功酯交换法生产工艺，并于1965年在大连塑料四厂建成100吨/年的生产装置。到70年代末期，采用国内技术生产聚碳酸酯的企业先后多达20余家，总生产能力已超过3000吨/年。但是由于工艺技术落后、设备简陋，以及原料来源等问题，致使产品质量差，消耗高，迫使多数企业停产。目前，维持正常生产的企业只有上海申聚化工厂、重庆长风化工厂和常州有机化工厂，总生产能力为5600吨/年，但产量不足1000吨，远远满足不了市场需求，完全依靠进口。正因为我国聚碳酸酯没有形成规模化生产能力，市场需求量又很大，因此，国际资本纷纷加快对华投资力度，目前正在筹建的聚碳酸酯装置有： a. 德国拜耳公司在上海漕泾化学工业园区内合资建设的一期工程10万吨/年的PC装置（最终将达到20万吨/年的生产能力）； b. 日本帝人化成在浙江嘉兴乍浦投资建设的5万吨/年PC装置，计划 2007年其生产能力将由5万吨/年扩大到10万吨/年；c. 蓝星公司计划引进技术，在兰州或南通建设2万吨/年的PC装置，其可行性研究报告已通过专家评审，正在报批。

另外，中石油吉林石化分公司正公开对其20万t/a聚碳酸酯项目进行招商，该项目总投资34亿元，合资、合作方式建立股份制企业或采用外方独资的方式均可。另外，中石油吉林石化分公司正公开对其20万t/a聚碳酸酯项目进行招商，该项目总投资34亿元，合资、合作方式建立股份制企业或采用外方独资的方式均可。 2001年我国聚碳酸酯的表观消费量为21.17万吨，根据有关专家估计，我国2005年聚碳酸酯的需求量为62万吨，2010年将达到85万吨左右。由于聚碳酸酯在较宽的温、湿度范围内具有良好而恒定的电绝缘性，是优良的绝缘材料。同时，其良好的难燃性和尺寸稳定性，使其在电子电器行业形成了广阔的应用领域，预计2005年消费量将达到15万吨，主要用于生产各种电动工具外壳、机体、机架、冰箱冷冻室抽屉和真空吸尘器零件等。

6）聚甲醛（POM） 聚甲醛是重要的通用型热塑性工程塑料，其生产能力仅次于聚酰胺和聚碳酸酯居第三位。聚甲醛（POM）由美国DuPont公司于1959年开发成功，并首先实现了均聚甲醛的工业化生产，其商品名为Delrin；美国Celanese公司于1960年开发成功以三聚甲醛和环氧乙烷制造共聚甲醛的技术，并于1962年实现了工业化生产，其商品名为Ceicon。我国聚甲醛于1959年由中科院长春应用化学所和沈阳化工研究院等单位合作先后进行了均聚甲醛和共聚甲醛研制开发工作，20世纪60年代末期开始自行开发建设了第一套聚甲醛生产装置，但经30多年的发展，技术水平没有重大突破，与国外公司差距较大，目前只有上海溶剂厂和吉化公司石井沟联合化工厂等个别企业生产。通过近年来引进技术扩能、外商投资建厂等，预计到今年年底，国内的生产能力将超过17万吨。由于聚甲醛的介质损耗较小，介电强度和绝缘电阻较高，具有耐电弧等性能，我国聚甲醛被广泛的应用于电子电器领域。如用聚甲醛制造电扳手外壳、电动羊毛剪外壳、煤钻外壳和开关手柄等，还可制造电话、无线电、录音机、电视机、计算机等的零部件、计时器零件、录音机磁带座。近年来国内电子电气工业发展迅速，而汽车工业也逐步成为我国的支柱产业，因此对聚甲醛的需求量将进一步增加。预计我国2005年聚甲醛的需求量将超过12万吨。

7）热塑性聚酯（PET、PBT） 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）机械强度高、耐热性好、低温柔性优良。纯PET主要用于制造薄膜，而玻纤增强的PET适用于电气、电子工业和汽车工业，例如耐高温的灯座、灯罩，要求耐热、化学稳定的印刷电路底板，各种变压器和线圈骨架，继电器、电视机等零件和外壳。聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）具有高的热变形温度、低的吸水性、优良的耐化学药品性，其制品冲击强度高、电绝缘性好。纯的PBT用于制造要求耐热、电绝缘、耐有机溶剂以及机械强度高的零件，例如电视机等所需的线圈骨架、接插件等。玻纤增强的PBT可制作继电器、电位器、电容器外壳，微电机换向器的转子支架、护盖，可变电阻器的耐热部件，耐焊性较好的开关外壳等。电器工业年需热塑性聚酯PET、PBT约1500吨，目前国内生产厂家有十余家。

3.4 RoHS指令限用的6种有害物质在电工绝缘塑料中的使用情况欧盟RoHS指令限用的6种有害物质是：铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯、多溴二苯醚。其中汞在电工绝缘塑料中基本上不存在，而铅、镉、六价铬基本上是作为稳定剂和颜料被加入塑料中，但并不是每种塑料均需加入稳定剂和颜料的，如本色的酚醛模塑料、氨基模塑料、不饱和聚酯模塑料等热固性塑性一般不加稳定剂和颜料；多溴联苯、多溴二苯醚是作为阻燃剂被加入阻燃塑料中的，且加入该类阻燃剂的塑料通常都是聚酰胺（PA）、热塑性聚酯（PET、PBT）、聚氯乙烯（PVC）等热塑性塑料，而热固性阻燃塑料一般采用 Al（OH）3 、Sb2O3、红磷、磷酸酯等非卤素类阻燃剂。低压电器用电工绝缘塑料中常用的热稳定剂主要是：硬脂酸铅、环烷酸铅、硼酸铅等含铅化合物，用量约为0.5%～2.0%；而常用的无机着色颜料主要是：柠檬黄、浅铬黄、中铬黄、深铬黄、浅铬绿、中铬绿、深铬绿等含铬、铅的化合物，用量约为6%；而作为阻燃剂的多溴联苯、多溴二苯醚通常为十溴联苯、八溴联苯、六溴联苯、十溴二苯醚、八溴二苯醚和五溴二苯醚等，且以十溴二苯醚为主，用量约为8%～12%。 2003年前我国低压电器用塑料主要产品的部分牌号中六种有害物质的分布情况见表3。欧盟RoHS指令颁布后，国内企业已纷纷采取应对措施选用不含有害物质的添加剂。

表3 我国低压电器用电工绝缘塑料主要产品中六种有害物质的分布情况（2003年前）

3.5 国内电工塑料生产厂家总体情况 中国已成为名副其实的世界塑料生产、消费和进口大国，预计2006年中国塑料树脂消费量将超过4000万吨，在全球排名前三位。目前，中国塑料及其制品行业规模以上企业近万家，小型企业则遍地开花，因中国塑料及其制品企业分属石化、轻工、机械、电工、建材等行业，故企业数量无法得到准确的统计。电工绝缘塑料只占整个塑料的很小一部分，估计年消费量约20万吨（电缆用塑料除外），专业生产厂家（不计电缆料生产厂家）约50家，其中加入中国电器工业协会绝缘材料分会的企业只有东绝、哈绝、北京福润达等10余家。除东绝、哈绝引进国外技术生产不饱和聚酯模塑料外，大多数电工塑料生产厂家的生产工艺、技术水平均相对落后，产品单一，且大多仿制国外公司的产品，自主品牌极少，无法与跨国公司进行竞争。至于RoHS指令限用的六种有害物质，目前国内生产的热固性模塑料经SGS等权威检测机构检测显示均能达标，而PA等热塑性工程塑料因弃用十溴二苯醚阻燃剂而改用其他阻燃剂（如磷酸酯类阻燃剂，氢氧化铝、氢氧化镁等无机阻燃剂），基本上也能达标，只不过成本有所提高，除阻燃性能外的其它机械、电气等综合性能还有待进一步的提高。

4 国外低压电器目前使用塑料的总体情况 上海电器科学研究所作为国内低压电器产品专业研究机构和行业归口所, 长期以来一直密切跟踪国内外低压电器产品的发展方向，对国内外低压电器产品的现状有深入的了解。我们通过该所了解到，国外低压电器产品制造商在电工塑料的选用上大体和国内相差无几，但有两个动向值得注意：一是近几年来国外低压电器产品制造商除了在技术方面不断创新继续领先外，纷纷增强了产品的环保意识，采取措施严格禁止在电工塑料及其制品的制作过程中掺入有害物质，促使产品完全符合欧盟RoHS指令的要求。而国内，除常熟开关制造有限公司、正泰集团等少数几个有实力的企业外大部分低压电器产品制造商还未来得及考虑这方面的事。二是国外低压电器产品制造商在电工塑料的选用中加大了对可回收塑料的应用力度，有些原本使用不可回收的热固性塑料的产品正朝着用可回收的热塑性塑料替代的方向发展，产品中可回收的热塑性材料使用比例越来越高。较典型的是，塑壳断路器外壳材料由传统的热固性塑料改用可回收的热塑性塑料已成为行业的发展趋势，小型的交流接触器、继电器也由原本酚醛类外壳设计改为可回收的热塑性塑料（如聚酰胺类）。目前国外正不断发展耐高温、机械强度高的可回收的热塑性工程塑料，如荷兰DSM公司推出了高强度尼龙（PA46）等，其耐高温性能甚至超过了热固性塑料，现已作为塑壳断路器外壳的新颖材料得到了应用。据了解，国外有的公司（如ABB）其塑壳断路器上盖壳采用可回收的热塑性塑料，但底座仍采用高强度的热固性

塑料。有的外国公司对塑壳断路器产品整体进行重新设计，对承受分断电流冲击和高温电弧冲击的灭弧部分采用高强度的热固性塑料或高性能的热塑性塑料做成封闭的小室来解决，而上盖壳和底座均采用高强度可回收的热塑性塑料。施耐德公司、穆勒公司及GE公司按照上述方法已推出新颖的塑壳断路器产品（如施耐德公司的NS型）。据了解ABB公司也正在作这方面的研究，新产品不久将问世。除外壳外，国外各大公司还纷纷将产品中其他热固性塑料零部件改用可回收的热塑性材料替代，不断提高可回收的热塑性塑料在产品中所占的比例，并正在形成新的潮流。塑料。有的外国公司对塑壳断路器产品整体进行重新设计，对承受分断电流冲击和高温电弧冲击的灭弧部分采用高强度的热固性塑料或高性能的热塑性塑料做成封闭的小室来解决，而上盖壳和底座均采用高强度可回收的热塑性塑料。施耐德公司、穆勒公司及GE公司按照上述方法已推出新颖的塑壳断路器产品（如施耐德公司的NS型）。据了解ABB公司也正在作这方面的研究，新产品不久将问世。除外壳外，国外各大公司还纷纷将产品中其他热固性塑料零部件改用可回收的热塑性材料替代，不断提高可回收的热塑性塑料在产品中所占的比例，并正在形成新的潮流。反观国内，多年以来国内企业在研发新产品时，均比较注重收集国外产品的电气技术指标，分析样机时也仅对关键金属件做些金相分析，而对电工塑料件由于本身组成复杂，加上有的塑料加热固化成型时存在化学反应的缘故，一般较难分析其原来的配方，所以新产品方案设计时一般均采用国内现有的工程塑料，通过不断的试验来最后确定塑料的品种和牌号。对材料是否含有害物质和可回收性考虑较少。据了解，随着国外技术的不断深入和环保意识的加强，国内企业对电工塑料件的有害性和可回收性的认识正得到逐步重视。如常熟开关制造有限公司注重新材料的应用，研究并推出了CM2型塑壳断路器新产品，其外壳材料（上盖壳和底座）均采用可回收的增强热塑性材料—高强度尼龙（PA46），为全行业推广采用不含有害物质和可回收利用的新材料起了一个良好的开端。

5 我国现行电工绝缘材料标准及相关塑料产品标准 5.1 现行电工绝缘材料标准截止2006年9月上旬，由全国绝缘材料标准化技术委员会(TC51)归口管理的现行绝缘材料标准共计130项，其中国家标准52项，行业标准78项（电工绝缘材料标准目录见表4）。

表4 现行电工绝缘材料标准目录

续表4

5.2 石化行业管理的现行相关塑料产品标准 1） GB 1404-1995 酚醛模塑料； 2） GB/T 5761-1993 悬浮法通用型聚氯乙烯树脂； 3） GB 11115-1989 低密度聚乙烯树脂 4） GB 11116-1989 高密度聚乙烯树脂； 5） GB 12670-1990 聚丙烯树脂； 6） GB 12671-1990 聚苯乙烯树脂； 7） GB 12672-1990 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯（ABS）树脂； 8） GB 13454-1992 氨基模塑料； 9） GB/T 9351-1988 模塑和挤塑用聚全氟乙丙烯树脂； 10）HG/T 2001-1991 301-G30阻燃增强聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）工程塑料； 11）HG/T 2232-1991 改性聚苯醚工程塑料； 12）HG/T 2233-1991 共聚甲醛树脂； 13）HG/T 2349-1992 聚酰胺1010树脂； 14）HG/T 2503-1993 聚碳酸酯树脂。

5.3 建材、轻工等行业管理的现行相关塑料产品标准 1）GB/T 15568-1995 通用型片状模塑料（SMC）； 2）GB/T 8237-1987 玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）用液体不饱和聚酯树脂； 3）GB 15665-1994 电线电缆用黑色聚乙烯塑料。

绝缘材料的发展及 在低压电器中的应用