材料是否容易發(fā)生漏電起痕,核心取決于其抗漏電起痕能力(由化學(xué)組成、表面特性、熱穩(wěn)定性等決定),通常用相比漏電起痕指數(shù)(CTI,Comparative Tracking Index) 衡量(CTI 值越低,越易發(fā)生漏電起痕)。結(jié)合 IEC 60112 標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,以下幾類材料因自身特性,屬于漏電起痕高風(fēng)險(xiǎn)材料:
聚合物材料因分子結(jié)構(gòu)易受電化學(xué)侵蝕(如高溫下分解生成導(dǎo)電碳化物),且表面易吸附電解液,是漏電起痕的主要發(fā)生載體。其中,低 CTI 值聚合物(2 級(jí)抗痕性,CTI 100V-400V)最易發(fā)生起痕,具體包括:
聚氯乙烯(PVC):
含氯元素,在高溫和電場(chǎng)作用下易分解產(chǎn)生 HCl(氯化氫),加速材料老化脆化;同時(shí),PVC 表面極性強(qiáng),易吸附濕氣和污染物形成電解液,CTI 值通常為 250V-350V。常用于低壓電線絕緣層、普通電器外殼,在潮濕環(huán)境(如浴室電器)中易發(fā)生起痕。
聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP):
分子鏈為非極性結(jié)構(gòu),表面疏水性較強(qiáng),但純 PE/PP 熱穩(wěn)定性差(熔點(diǎn)約 100-160℃),在漏電起痕的局部高溫(可達(dá) 200℃以上)下易熔融、碳化,形成導(dǎo)電通路,CTI 值約 300V-400V。多用于管材、簡(jiǎn)單絕緣件,在戶外高污染環(huán)境(如粉塵較多的車間)中風(fēng)險(xiǎn)較高。
ABS 樹(shù)脂(丙烯腈 - 丁二烯 - 苯乙烯共聚物):
含苯環(huán)等芳香族結(jié)構(gòu),高溫下易分解生成碳化物;丁二烯組分的存在降低了材料的耐候性,表面易老化粗糙,吸附污染物,CTI 值通常為 200V-300V。廣泛用于家電外殼、電子配件,若長(zhǎng)期暴露于高濕環(huán)境(如廚房、地下室),起痕風(fēng)險(xiǎn)顯著升高。
聚酰胺(PA,尼龍):
分子鏈含酰胺鍵(-CONH-),易吸水(吸水率 2%-10%),導(dǎo)致表面絕緣電阻下降;吸水后材料膨脹,表面易形成微小裂紋,電解液易滲入并引發(fā)電化學(xué)侵蝕,純 PA6/PA66 的 CTI 值約 250V-350V。常用于機(jī)械部件、接線端子,在潮濕且有粉塵的工業(yè)環(huán)境中(如紡織廠、食品加工廠)易發(fā)生起痕。
聚碳酸酯(PC):
分子鏈含碳酸酯鍵(-O-CO-O-),在紫外線、高溫或酸性電解液(如含 SO?的工業(yè)廢氣形成的酸霧)作用下易降解,表面產(chǎn)生微裂紋;雖透光性好、沖擊強(qiáng)度高,但 CTI 值僅約 280V-380V,純 PC 制成的戶外燈具外殼、電氣蓋板,長(zhǎng)期使用后起痕風(fēng)險(xiǎn)較高。
部分塑料為滿足阻燃要求添加溴系阻燃劑(如十溴二苯醚),但未配套添加抗痕劑(如三聚氰胺氰尿酸鹽、二氧化硅),反而會(huì)降低抗痕性:
無(wú)機(jī)材料(如陶瓷、玻璃)通常化學(xué)穩(wěn)定性高,抗痕性優(yōu)于聚合物,但表面狀態(tài)或微觀結(jié)構(gòu)缺陷會(huì)使其成為起痕高風(fēng)險(xiǎn)材料:
普通氧化鋁陶瓷(Al?O?含量<90%):
致密度低(<95%),表面和內(nèi)部存在大量氣孔,易吸附濕氣、粉塵和電解液;氣孔中的電解液形成 “微電池",引發(fā)局部電解反應(yīng),導(dǎo)致陶瓷表面離子流失(如 Al3?溶解),形成導(dǎo)電斑點(diǎn)。雖 Al?O?陶瓷本身 CTI 值可達(dá) 600V 以上,但低致密度產(chǎn)品(如廉價(jià)絕緣子、陶瓷基片)的 CTI 可能降至 400V-500V,在鹽霧環(huán)境(如沿海地區(qū)輸電線路)中易發(fā)生起痕。
滑石粉填充陶瓷:
為降低成本添加大量滑石粉(Mg?Si?O??(OH)?),滑石粉易吸水且耐酸性差,在含工業(yè)廢氣的環(huán)境中易被侵蝕,導(dǎo)致陶瓷表面形成導(dǎo)電層,抗痕性顯著下降。
普通鈉鈣玻璃:
含大量鈉離子(Na?),表面易形成水膜(因玻璃極性強(qiáng)),鈉離子在電場(chǎng)作用下易遷移,增強(qiáng)電解液導(dǎo)電性;若表面未做涂層處理(如硅烷化、氟化物涂層),且長(zhǎng)期暴露于潮濕粉塵環(huán)境(如實(shí)驗(yàn)室玻璃器皿、戶外儀表視窗),易發(fā)生漏電起痕,CTI 值約 350V-450V。
玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP):
雖玻璃纖維本身抗痕性好,但樹(shù)脂基體(如不飽和聚酯樹(shù)脂)多為低 CTI 材料(200V-300V),且纖維與樹(shù)脂的界面易存在縫隙,電解液滲入后引發(fā)界面腐蝕,導(dǎo)致整體抗痕性下降,常用于通信天線罩、戶外支架,在高濕高污染環(huán)境中風(fēng)險(xiǎn)較高。
部分材料以金屬為基底,表面涂覆絕緣層,若涂層存在缺陷,易成為漏電起痕的 “薄弱環(huán)節(jié)":
涂漆金屬外殼(如冷軋鋼板 + 醇酸漆):
醇酸漆等普通涂料耐候性差,長(zhǎng)期暴露于雨、雪、紫外線后易老化脫落,露出金屬基底;涂層若存在針孔、劃痕,電解液會(huì)滲入并與金屬(如鐵、鋼)反應(yīng),形成導(dǎo)電的金屬氧化物(如 Fe?O?),加速起痕,常見(jiàn)于戶外配電箱、老舊設(shè)備外殼。
陽(yáng)極氧化鋁合金:
陽(yáng)極氧化膜(Al?O?)本身抗痕性好,但膜層厚度不足(<10μm)或存在微孔時(shí),電解液易穿透膜層與鋁基體接觸,引發(fā)電化學(xué)腐蝕,形成導(dǎo)電通道,多用于散熱器、外殼部件,在潮濕且有腐蝕性氣體(如化工園區(qū))的環(huán)境中易起痕。
通過(guò)上述分類可見(jiàn),易發(fā)生漏電起痕的材料普遍具備以下共性:
CTI 值低:CTI<400V(IEC 60112 標(biāo)準(zhǔn)中 2 級(jí)抗痕性及以下),抗電化學(xué)侵蝕能力弱;
表面易吸附電解液:極性強(qiáng)、親水性高(如 PVC、PA),或表面粗糙、多孔(如低致密度陶瓷),易形成穩(wěn)定的導(dǎo)電液膜;
高溫下易分解 / 碳化:分子鏈含弱鍵(如 PVC 的 C-Cl 鍵、PC 的碳酸酯鍵),或熱穩(wěn)定性差(如 PE、PP),局部高溫下易生成導(dǎo)電物質(zhì);
存在結(jié)構(gòu)缺陷:如涂層針孔、陶瓷氣孔、復(fù)合材料界面縫隙,為電解液滲透和電流集中提供通道。
因此,在高濕、高污染、高壓等場(chǎng)景(如戶外電氣設(shè)備、工業(yè)控制柜、新能源汽車高壓部件),應(yīng)優(yōu)先避免選用上述材料,或通過(guò)表面改性(涂覆疏水性涂層)、添加抗痕劑(如三聚氰胺衍生物)、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(增大爬電距離)等方式提升其抗痕性。