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新能源汽車作為中國汽車產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)彎道超車的發(fā)展愿景,一直以來被國家所重視。截止2018年二月,我國的新能源汽車和智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)銷量分別達到79.4萬輛和77.7萬輛,連續(xù)三年位居世界,累計保有量達到180萬輛,占全球市場保有量50%以上。據(jù)發(fā)改委印發(fā)的《電動汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指南(2015-2020年)》顯示,我國充電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展目標(biāo)是到2020年,建成集中充電站1.2萬座,分散式充電樁480萬個,以便滿足全國500萬輛電動汽車的充電需求。
充電樁國家標(biāo)準(zhǔn)界定工作環(huán)境條件 :工作環(huán)境溫度-20℃~+50℃; 相對濕度5%~95%;由于其容易受環(huán)境污染而在表面沉降污穢,在電場的作用下材料表面會產(chǎn)生漏電電流進而導(dǎo)致放電,這會對絕緣材料介電性能產(chǎn)生影響,威脅電器的正常運行。 充電樁外殼共有6個部分用到塑料,分別是充電樁殼體、充電樁插頭、充電樁插座、充電槍外殼、斷路器、接觸器及電源模塊外殼,由于充電樁工作環(huán)境空氣中灰塵等污穢累積在表面,在雨、露、霜、霧等作用下處于濕潤狀態(tài),表面受到潮氣和具有正負離子污染物的污染時,在外加電壓作用下其表面的泄漏電流比干凈的表面要大得多。該泄漏電流將產(chǎn)生熱量,蒸發(fā)潮濕污染物,使絕緣材料的表面處于不均勻的干燥狀態(tài),導(dǎo)致絕緣表面形成局部干燥點或干燥帶。干區(qū)使表面電阻增大,這樣電場就變得不均勻,進而產(chǎn)生閃絡(luò)放電。在電場和熱的共同作用下,促使絕緣材料表面碳化,碳化物電阻小,促使施加電壓的電極形成的電場強度增大,因而更容易發(fā)生閃絡(luò)放電。如此惡性循環(huán),直到引起施加電壓的電極間表面絕緣破壞,形成導(dǎo)電通道,產(chǎn)生漏電起痕。
一般主鏈有苯環(huán)的聚合物更容易發(fā)生電痕破壞,那些含苯環(huán)的象PPS白料只有125V,。,如PE、PP、PA6(66)的CTI值在600V左右,即是因其較低的含碳量有關(guān)。因為CTI 就是炭化所形成的痕跡。。材料的電痕化是由兩個相對過程所決定的,即碳的形成和碳的揮發(fā),當(dāng)前者快于后者時,便發(fā)生電痕化。氧化反應(yīng)過程容易產(chǎn)生揮發(fā)性的碳(CO或CO2),如果材料中加入耐高溫化合物作為填料,則其耐漏電起痕性可大幅改善。例如傳統(tǒng)高CTI 的電路板采用氫氧化鋁(ATH)填料,當(dāng)電路板表面發(fā)生干帶電弧放電時, ATH 在高溫下分解并釋放大量水蒸氣,這個過程吸收了大量的熱,從而降低了材料表面的溫度;另一方面 ATH 與材料表面游離碳反應(yīng)生成氣體 CO 、CO 2 ,從而抑制了材料表面導(dǎo)電通路的形成;此外,ATH 降解后形成的氧化鋁具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),有利于降低干帶電弧產(chǎn)生的熱量累積,從而避免了基體發(fā)生進一步的降解,故ATH作為橡膠、塑料改善耐漏電起痕性有很多應(yīng)用案例,但該材料含結(jié)晶水的特點決定 其制成品存在著耐熱性低(失重1%時的溫度在200℃左右,由于ATH高溫時會有結(jié)晶水釋放,因此在PCB 高溫焊接時,容易使PCB因含ATH 在高溫下分解并釋放水蒸氣而致產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生裂紋,終使產(chǎn)品可靠性大受影響),而且因環(huán)保法要求推廣無鉛焊接,無鉛焊接工作溫度升高到260度左右,這將是高CTI 的電路板使用ATH的一大考驗。另外ATH易受酸腐蝕,在制造PCB酸洗蝕刻等工序可能被腐蝕形成微小空洞殘留水份導(dǎo)致潛在失效等不足,為改善這一現(xiàn)象,我們對PCB高CTI 材料的組成體系進行解剖,并通過對填料類型的研究,開發(fā)出高耐熱性抗腐蝕的納米填料體系HTC600. 納米CTI填料HTC600的優(yōu)良耐高溫性能,阻礙了碳化通道的進一步發(fā)展,耐漏電起痕性可大幅改善;而且耐酸耐堿,化學(xué)穩(wěn)定性好,防止產(chǎn)品因制造過程導(dǎo)致的進一步劣化。
研究表明,碳氫鍵高分子材料電痕化的重要原因是放電產(chǎn)生的高溫和氧化作用及誘發(fā)的紫外線的聯(lián)合作用導(dǎo)致絕緣材料表面形成炭層,終使絕緣材料發(fā)生破壞,另絕緣材料表面憎水性和濕潤狀態(tài)對電痕化老化也有影響,不同接觸角的材料的放電起始電壓不同,在相同電壓作用下放電的起始時間也不同,越是親水性材料越容易放電。長期暴露在日光下的絕緣材料其接觸角逐漸減小,是因為在紫外線照射下材料表面分子發(fā)生降解反應(yīng)而使其疏水基減少,從而導(dǎo)致放電容易發(fā)生。而納米CTI填料HTC600除了優(yōu)異的耐酸堿、耐高溫特性,還可吸收紫外線、抗輻射,故在配方中適當(dāng)添加該填料可吸收放電時產(chǎn)生的紫外線,對提高絕緣材料的耐候性、耐漏電起痕性有較顯著的作用。
已有大量生產(chǎn)案例證明通過無機復(fù)合改性可以明顯改善高分子材料在交直流電場下的耐漏電起痕性能,而且納米級填料比微米級填料在改善耐漏電起痕性能方面效果更好。納米CTI填料HTC600粒徑D50:350nm,全球的CCL企業(yè)建滔化工集團應(yīng)用該產(chǎn)品于高CTI特種電路板,通過HTC600納米填料的增強改性CTI>600v以上,隨著這種超細填料的引入效果愈加顯著,這種高CTI特種電路板全部用于三星、LG、海爾、海信、格力品牌的洗衣機、洗碗機、空調(diào)外機等產(chǎn)品進入千家萬戶,其優(yōu)良的耐電痕化老化能力保障了億萬產(chǎn)品的長期安全使用。
結(jié)論:
隨著大氣污染加劇及電力電氣設(shè)備的運行電壓等級不斷提升,對電子電工產(chǎn)品的耐漏電起痕性能提出了更高的要求。通過提高材料的抗污能力、抑制放電、提高耐放電侵蝕能力、阻礙碳層形成、改善絕緣電場分布等手段都可提高絕緣材料的耐電痕化老化能力。充電樁等充電基礎(chǔ)設(shè)施分布大江南北,使用地域廣闊,必將面對各種各樣的復(fù)雜使用環(huán)境,只有設(shè)法提升其耐候性、耐電痕化老化能力,才能保障其億萬產(chǎn)品的長期安全使用。新能源汽車龐大的產(chǎn)業(yè)機會已然來臨,如何擁有核心技術(shù)、把握發(fā)展機遇,實現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)的彎道超車是全產(chǎn)業(yè)鏈同仁共同進步之道。