上海山彤電子與浙江大學(xué)有機(jī)高分子系共同研究中發(fā)現(xiàn)，有機(jī)絕緣材料電痕化的因素主要有：

1 基體樹(shù)脂的影響

Raychem公司在70年代系統(tǒng)研究了含碳?xì)渚酆衔锏难踔笖?shù)與CTI值之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)樹(shù)脂的氧指數(shù)越高，其CTI值越低。這是因?yàn)樵跓帷⒆贤饩€等高能場(chǎng)作用下，氧指數(shù)越高的材料形成的炭越多，形成炭的通路越容易。因此，有電痕化設(shè)計(jì)要求的制品，應(yīng)盡量選擇氧指數(shù)低的塑膠樹(shù)脂為基體材料 。他們還推算出CTI和成炭率之間的換算關(guān)系，如圖1所示。圖1所示的成炭率與CTI之問(wèn)的關(guān)系適用于碳?xì)漕?lèi)高分子材料，對(duì)于硅橡膠類(lèi)材料，盡管具有較高的氧指數(shù)，但是由于不存在碳源，CTI值響因素探t也較高。Prabu等 發(fā)現(xiàn)，EPDM與硅橡膠在雙輥開(kāi)煉機(jī)上混煉得到的混合物，隨著硅橡膠含量的增加，混合物的CTI值線性增加。當(dāng)硅膠的含量由0％增加到100％時(shí)，絕緣體系的CTI值由415 V增加到520V。

2 玻纖和填料的影響

為了提高聚合物絕緣材料的功能性，一般會(huì)添加玻纖、填料、阻燃劑等功能性助劑，這些助劑會(huì)影響材料的CTI。玻纖對(duì)絕緣材料的CTI有負(fù)面影響，這是因?yàn)椴＠w會(huì)增加表面的粗糙度，從而形成電應(yīng)力集中點(diǎn)，容易產(chǎn)生放電，因此降低玻纖的外露有助于提高材料的CTI。填料的影響比較復(fù)雜，較細(xì)的填料可以阻礙支化碳的形成，因此可以大幅度提高絕緣材料的CTI。此外，添加無(wú)機(jī)物能吸收放電產(chǎn)生的高能粒子和紫外線，減少局部放電對(duì)絕緣材料的破壞，使空間電荷和局部放電引起的介質(zhì)損耗分量減少。專(zhuān)利US390184US4731405指出采用添加鈦白粉的方式提高聚碳酸酯的CTI值，顯現(xiàn)出較好的效果。專(zhuān)利US4668718和US5994429指出采用添加磷酸鈣和氫氧化鋁的方式可提高環(huán)氧敷銅板的CTI，但磷酸鈣和氫氧化鋁由于不耐酸堿，在后續(xù)的PCB制程潛在品質(zhì)缺陷，加上近年以來(lái)因環(huán)保的要求，磷酸鈣和氫氧化鋁也不能滿足無(wú)鉛化制程的溫度要求，故逐漸被淘汰使用。上海山彤電子與浙江大學(xué)共同研究開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品納米CTI功能填料，因具有化學(xué)惰性強(qiáng)，穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐電暈、高CTI、硬度適中等優(yōu)點(diǎn)，尤其是需要耐高溫、耐腐蝕、高CTI、耐電暈的應(yīng)用環(huán)境。專(zhuān)利US404397 l、US4052356、US4296021、US4421888、US5326806、US6221947等指出采用添加填料，如硫酸鈣、高嶺土、硅酸鋁、滑石粉、硅灰石和硼酸鋁等，可大幅度提高玻纖增強(qiáng)聚酯的CTI值。專(zhuān)利US4373052指出，在聚苯醚中添加滑石粉和磷酸鈣有助于提高CTI的水平 。Ersoy等 卅研究發(fā)現(xiàn)在絕緣材料中添加硼酸鋅、硼酸鈉等填料，在發(fā)生電痕化時(shí)，硼酸鋅和硼酸鈉等會(huì)在絕緣材料表面形成一層玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，大幅度抑制碳的沉積，從而可以降低對(duì)絕緣材料表面的侵蝕破壞對(duì)于硅橡膠類(lèi)非有機(jī)烴體系的絕緣材料，電痕化的主要原因是電腐蝕。

 L H Meyer等 研究發(fā)現(xiàn)，填充二氧化硅粉體可以大幅度降低電腐蝕，從而提高耐電痕化能力。通過(guò)接觸角測(cè)試發(fā)現(xiàn)，納米二氧化硅填充的絕緣材料的接觸角要小于同含量下微米二氧化硅填充的絕緣材料的接觸角，填充納米二氧化硅的硅橡膠不容易被環(huán)境雜質(zhì)附著在表面，因此納米二氧化硅對(duì)電痕化的改善效果較優(yōu)。合適的填料可以提高聚合物絕緣材料CTI，但是過(guò)量的填料會(huì)對(duì)CTI帶來(lái)負(fù)面效應(yīng)。M GVeena等R 研究發(fā)現(xiàn)，在環(huán)氧樹(shù)脂中填充二氧化硅，隨著二氧化硅含量的增加，環(huán)氧樹(shù)脂的CTI值逐步遞增，當(dāng)二氧化硅含量為15％時(shí)，材料的CTI值達(dá)到值590 V，繼續(xù)增加二氧化硅的含量，材料的CTI值下降到525 V。這可能由于填料含量過(guò)高無(wú)法有效分散，使二氧化硅填料團(tuán)聚嚴(yán)重，導(dǎo)致CTI值下降。

3 阻燃劑的影響

      在阻燃高分子絕緣材料中可以觀察到，隨著溴系阻燃劑的增加，放電強(qiáng)度隨之上升 l。一般鹵素類(lèi)阻燃劑含有一些游離鹵素，從而會(huì)增加絕緣材料表面的電導(dǎo)率。隨著鹵素含量的增加，電腐蝕的深度加劇，使絕緣材料容易被擊穿破壞。鹵素的協(xié)效阻燃劑銻白的添加也會(huì)導(dǎo)致CTI下降，這是因?yàn)殇R白加速鹵素從絕緣材料中的脫離。chryver等 發(fā)現(xiàn)，采用不同的溴系阻燃劑，耐電痕化能力差別較大。其中，采用高分子量的溴化苯乙烯(HP7010)阻燃玻纖增強(qiáng)PBT，可以獲得較高的CTI值。這是由于HP一7010的分子量高，耐熱性好，游離溴含量低。因此要獲得優(yōu)異的CTI性能，選擇合理的阻燃劑非常重要。隨著有機(jī)絕緣領(lǐng)域?qū)τ谧枞俭w系的無(wú)鹵化要求越來(lái)越高，人們開(kāi)始關(guān)注無(wú)鹵阻燃劑對(duì)絕緣材料電痕化的影響。采用紅磷、磷酸鹽等磷系阻燃劑以及氮系阻燃劑均可以得到較為理想的CTI，這可能是由于紅磷等的分解速度較快，從而阻礙碳化過(guò)程的持續(xù)進(jìn)行口 。Sullalt等【2 發(fā)現(xiàn)，將新型金屬磷酸鹽阻燃劑與MPP合理搭配，能夠?qū)崿F(xiàn)絕緣材料的阻燃性能與電

氣性能的平衡。采用金屬磷酸鹽類(lèi)新型阻燃PBT體系，金屬磷酸鹽會(huì)促進(jìn)成炭而使材料的CTI值下降，而氮系阻燃劑的分解速度較快，使碳層無(wú)法形成，從而具有良好的耐電痕化性能。

4 其他添加劑的影響

     根據(jù)電磁場(chǎng)理論，在不均勻電場(chǎng)中，相對(duì)介電常數(shù)高的小分子容易向電場(chǎng)強(qiáng)度高的部位遷移，使缺陷電場(chǎng)分布平均化，局部放電活動(dòng)大為減少。添加電壓穩(wěn)定劑等物質(zhì)后，這些物質(zhì)會(huì)在固體絕緣表面析出，降低表面電阻，增加局部區(qū)域的介電常數(shù)，阻礙局部放電，達(dá)到緩和電場(chǎng)分布的目的，同時(shí)俘獲導(dǎo)致聚合物老化降解的熱電子和自由基等。此外，在類(lèi)似針一板電極體系下，這類(lèi)物質(zhì)有利于緩和針尖處的電場(chǎng)分布。常見(jiàn)抑制劑有苯乙酮、二戊鐵、聚乙二醇衍生物、乙烯．丙烯酸共聚物、硬酸酯等。專(zhuān)利US5234984指出，在聚苯硫醚中添加0．5份的聚乙二醇酯，可以將聚苯硫醚的CTI由150 V提高到225 Vt 。

3 測(cè)試條件的影響

      在電痕化測(cè)試過(guò)程中，由于存在電弧放電現(xiàn)象，因此電極金屬的種類(lèi)嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果(ASTM D 5288)。測(cè)試相同高分子絕緣材料的電痕化，在AC條件下，白金電極>青銅電極>黃銅電極；而在DC條件下，黃銅電極>青銅電極>白金電極。此外，銅電極在電場(chǎng)作用下容易發(fā)生電解反應(yīng)，使干帶變窄導(dǎo)致放電迅速發(fā)生 。一般情況下，絕緣材料對(duì)于交流電的耐電痕化能力遠(yuǎn)高于直流電，這是因?yàn)镈C有較高的電應(yīng)力，漏電電流比AC場(chǎng)高一個(gè)數(shù)量級(jí)。在靜電場(chǎng)作用下，更多的污染物會(huì)向電極處靠近。此外，正電極比負(fù)電極的耐電痕化能力強(qiáng)，具體機(jī)理還不清楚。S John等 研究了改性塑料作為絕緣材料在DC條件下的CTI值，結(jié)果表明絕緣材料的CTI呈現(xiàn)較低的水平。

4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與環(huán)境因素的影響

      高分子絕緣材料在使用過(guò)程中的電痕化取決于材料的耐電痕化能力和使用環(huán)境兩方面。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以改善電痕化能力，如避免絕緣材料接觸污染物，避免導(dǎo)體間污染物的聚集，加大爬電距離等。對(duì)于室內(nèi)使用的絕緣材料，盡量保證通風(fēng)，降低環(huán)境濕度 ”。研究表明，CTI值越低，電氣產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的爬電距離越大 ” 。當(dāng)絕緣材料保持干燥、清潔、沒(méi)有損傷時(shí)，材料的耐電痕化能力可以保持在良好的水平。由于硅橡膠不含碳?xì)浣Y(jié)構(gòu)，因此難于發(fā)生電痕化現(xiàn)象，所以在較為重要的使用條件下，可以選用硅橡膠類(lèi)高分子絕緣體系 。

     碳?xì)滏I高分子材料電痕化的重要原因是放電誘發(fā)紫外線和熱的聯(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，而硅橡膠類(lèi)高分子材料電痕化的重要原因是放電導(dǎo)致電腐蝕。因此抑制放電、降低材料的侵蝕破壞、阻礙炭層的形成、改善絕緣制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等手段都可提高絕緣材料的耐電痕化能力。

     目前，在高分子絕緣材料領(lǐng)域，直流電使用的領(lǐng)域越來(lái)越多，比如大型蓄電池組、汽車(chē)供電系統(tǒng)等。由于該領(lǐng)域的研究較少，如何提高直流條件下的電痕化能力將成為未來(lái)高分子絕緣材料的一個(gè)重要研究方向。上海山彤電子與浙江大學(xué)共同研究開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品納米CTI功能填料，因具有化學(xué)惰性強(qiáng)，穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫、耐電暈、高CTI、硬度適中等優(yōu)點(diǎn)，故在需要耐高溫、耐腐蝕、高CTI、耐電暈的使用環(huán)境有良好應(yīng)用。 該納米新材料五大特性：

      ：化學(xué)惰性強(qiáng)，穩(wěn)定性好、耐酸堿、耐高溫且不失光澤，耐候性好；

      第二：吸收x、γ射線、阻擋紫外線、抗輻射，高CTI值、耐電暈效果好；

      第三：活化度高，吸油量低，可大量添加減少樹(shù)脂用量，減低材料成本；

      第四：硬度適中，減少設(shè)備磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命；

        第五：納米粒徑、分散好，提高附著力,改善制品的力學(xué)性能。

本產(chǎn)品已應(yīng)用于UV油墨、橡塑改性、電子材料、電工材料、絕緣材料等行業(yè)，新型阻燃技術(shù)、納米技術(shù)、高頻介電材料等新技術(shù)全面應(yīng)用于高分子絕緣材料，使電痕化的研究進(jìn)入一個(gè)新的階段。