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引言 随着科技进步的不断推进,越来越多的新材料被广泛应用到各个领域,一些综合性能优异的塑料也在开关插座产品上得到了普遍应用。塑料几乎被应用在除了功能必需的金属导电件
时间:2016-07-20 14:04来源:中国建筑装饰材料网 作者:admin 点击:

引言

随着科技进步的不断推进,越来越多的新材料被广泛应用到各个领域,一些综合性能优异的塑料也在开关插座产品上得到了普遍应用。塑料几乎被应用在除了功能必需的金属导电件、接触触点、固定螺钉之外的大多数零部件上。如塑料安装结构的开关产品,塑料件的量占整个产品量的85%以上;钢板安装结构的开关产品,塑料件的量占比也达50%以上。伴随着安全、环保、节能等要求的逐步提高,人们对这些产品上应用的塑料部件也会有越来越深的认知。

应用体会

毋庸置疑,PC、ABS、PA是目前开关插座产品中应用最广的三种工程塑料,颜色以白色、黑色为主色调,辅以彩色点缀。

PC,中文名称叫做聚碳酸酯,是英文名称Polycarbonate的缩写。PC是一种分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物,俗称防弹胶,耐热、抗冲击、电性能和加工性能较好,广泛应用在建材、汽车、医疗器械、航空、航天、电子电器等领域。

ABS,中文名称叫做丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物,是英文名称Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写。ABS是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料树脂,可在-25℃~60℃的环境下表现正常,有很好的成型性,易于染色和电镀,而且可与多种树脂混配成共混物,主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业领域。

PA,中文名称叫做聚酰胺树脂,俗称尼龙,是英文名称为Polyamide的简称。PA是大分子主链重复单元中含有酰胺基团的共聚物的总称,具有良好的综合性能,包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学性和自润滑性,且摩擦系数低,易于加工,为工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种,广泛用于机械、汽车、电器、化工、航空、冶金等领域。

1、应用在开关插座上塑料的特点

(1)量轻。轻量化是所有消费品共同的追求目标,一般塑料的密度在0.8~1.5之间,ABS约为1.1,PA约为1.15,PC约为1.2,而普通金属材料的密度在3~10之间,铝材约为2.7,钢材约为7.8,铜材约为8.9,所以塑料是实现产品轻量化的最有效途径之一。

(2)综合性能优越。塑料具有良好的尺寸稳定性、耐化学性、热稳定性、抗冲击性等特点。

(3)成型容易、零件精度高。塑料可使形状复杂的零部件加工简单化,利用注塑成型的制件,形态各异、形状复杂。成型的周期短、生产自动化程度高,精度有保证。例如复杂结构形状的固定架和后座,用塑料就可以一次注塑成型。

(4)耐腐蚀性强。局部受损不会腐蚀,对酸、碱、盐等抗腐蚀能力优于金属,十分适宜在污染较大的场合使用。

(5)良好的耐热性能。这个关键指标是衡量开关插座产品耐热程度的,即产品在多少温度下会发生变形,一旦产品发生变形将不能正常工作。正常开关插座的使用环境一般在室内,温度不超过30℃,如果考虑产品后座在通电工作时会产生一点热量,最高温度不超过70℃,而能够使用在开关插座产品中的塑料最低的热变形温度也高于70℃,最低约为100℃,所以正常使用时不会产生热变形。

普通PC塑料的热变形温度约为135℃,普通ABS塑料的热变形温度约为100℃,普通PA的热变形温度约为150℃。

标准要求,开关插座产品必须能通过以下耐热球压试验才为合格。

将样品存放在温度为100℃的加热箱里1小时,试验期间,样品不得出现影响使用的变化,试验结束后,当样品按正常使用要求安装好后,用类似于人手指形状的标准试验指测试后应不触及通常是不可触及的带电部件。试验结束后,样品的各种标识标志仍应清晰可辨。

如果是用于将金属通电部件和接地电路的部件保持在正常位置所必需的塑料部件,试验要在温度为125℃的加热箱内进行球压试验,加热保持1小时之后,测出标准钢球压痕的直径,此直径应不超过2毫米即为合格。

(6)良好的耐老化性能。这个指标是衡量产品实际使用若干年后在自然环境下是否会发生一些变化,标准规定开关插座产品必须通过耐老化试验:

先将产品放在的70℃加热箱里存放7天(168小时),然后在室温和相对湿度在45%~55%之间的恒温恒湿箱里存放至少4天(96小时),试验之后,产品不得有损坏,产品上不得有可见的裂痕,材料也不得发黏变滑。

(7)良好的阻燃性能。这是衡量开关插座防火性能的重要指标。

关于塑料阻燃这个问题,过去曾有消费者直接用打火机能否将产品点燃来判断阻燃是否合格,这种做法是不科学的,国家标准规定是用灼热丝试验来验证判断。

进行灼热丝试验的目的是,要保证电热试验丝在规定条件下不会使绝缘材料部件着火,或要保证绝缘材料零部件在规定的条件下被灼热丝点着,但仅在有限的时间内燃烧,而火势不会因火焰或燃烧颗粒跌落到用绢纸覆盖的木板上的而蔓延。

必须使用国家标准规定的灼热丝试验装置进行试验:对用于将通电部件和接地电路部件保持在正常位置所必需的绝缘材料部件,试验温度在850℃;用于将接地端子保持在安装盒内正常位置的绝缘材料部件,试验温度为650℃。

试验期间,如果是没有可见的火焰又无持续的辉光,或者在灼热丝移去30秒内,试验样品上的火焰熄灭或辉光消失的结果,则试验合格。

(8)良好的抗冲击性能。

开关插座产品必须通过用国家标准规定的冲击试验装置进行的试验,试验样品不得有损坏,尤其是不能触摸到带电部件。

(9)塑料材料环保、节能,可多次循环利用,材料成本相对较低。

2、从功能上分,塑料在开关插座上多用作装饰件、结构件、运动件

(1)装饰件,如面板、边框、装饰嵌条等。

零部件不直接与通电部件接触,不起固定支撑的作用,主要是起装饰作用,即属于标准中所说的“保持载流部件在正常位置上所非必需的绝缘材料”。通常选用PC、ABS材料,满足650℃灼热丝试验和70℃耐热试验即可。一般通用级ABS也能满足,但是受到普通ABS的抗紫外线不好等性能的局限,为了避免长期使用后色变等缺陷,多数还是选择PC或PC/ABS合成料。

表面装饰件为了追求丰富多彩的色彩组合,可以通过添加剂调色产生不同的塑料颜色,也可以省去喷漆工序,但彩色塑料直接生产的零件似乎缺少一些金属质感、光泽。

为了强调金属质感效果,塑料喷涂和电镀是目前不错的选择,ABS塑料具有很好的电镀性能,材料规格上多选用电镀级ABS。

我们曾经尝试过在塑料中添加金属闪光材料,虽然实现了塑料表面金属闪光效果,但对应零件结构和注塑要求较高,零件表面有中空后效果会不佳,结果只用于试验不能批量推广应用。

表面装饰件尤其应注意在生产时产生的工艺缺陷,使一些工艺浇口、收缩痕、注塑纹、溶接线等工艺缺陷不太明显。

表面装饰件多采用边缘浇口(牛角浇口)进胶生产,手工修削,以弥补点浇口不太美观的遗憾。

表面装饰件需要适当控制收缩痕、熔接线,白色产品这些缺陷不太显眼,而采用喷涂高光颜色之后这些缺陷会放大得更加明显。

部分带夜光的塑料,含有放射性成分,对人和环境没有任何危害,属于豁免范围内的极微量含量、标准不作要求。

(2)结构件,如固定架、后座等。

零件直接与通电部件接触,即属于标准中所说的“保持载流部件在正常位置上所必需的绝缘材料部件”,通常选用PC、PA,也有使用PC/ABS合成料,必须满足850℃灼热丝试验和125℃耐热试验。

后座颜色通常采用白色、黑色,为了追求新颖,也有一些选择了“半透黑色”。表面多为磨砂细纹处理,使工艺浇口、收缩痕、注塑纹、溶接线等工艺缺陷不太明显。

这些零件要防止应力开裂缺陷。以前曾有一个案例,因为产品设计原因,一种产品后座需选用高流动性的塑料,使用一段时间之后零件开裂,经多方分析判断为该批材料在生产时存在较大内应力,应力开裂导致,后座脱落,产品无法正常使用。

曾有个别客户反馈插座插口烧熔现象,经过分析其实并非材料问题,主要是插座内部插套夹持力不沟通或弹性不足,也有可能是插销长度不足或厚度不足,这些共同引起的插销和插套接触不良,使插销过度发热所致,一般反映在插座的相线插孔边缘。

根据塑料的组成成分,可以通过添加不同的填料、增塑剂和硬化剂来制出所需性能的塑料,改变材料的机械强度及加工成型性能。如果塑料结构的安装架因结构设计原因不能设计为具有较好的刚度时,可以选用适当的PC+玻璃纤维材料,来改善增加整个产品的强度和刚度。

(3)运动件,如开关按键、拨架、插座保护门等。

尽管这些零件不直接与通电部件接触,但确是实现产品功能的基本件,实为关键件,必须满足850℃灼热丝试验和125℃耐热试验。通常选用PC、PA材料,也有使用PC/ABS合成料。

塑料具有吸收和衰减振动和噪音的功能,提高了使用舒适度。如与开关按键动作的配合件,通常也用塑料,并适当在接触处设计一些缓冲减震结构,避免大面积接触,可使按键工作时,与安装底座之间发出很清脆的声音,不至于产生影响人们正常工作生活的噪声。

开关按键,因为正常与人手指接触,通常选用PC材料,表面高光处理。

开关运动拨架,通常选用PC或PA材料。以前偶尔有反馈拨架溶化黏连现象,分析下来并非材料问题,实际是负载过大或者为荧光负载集中,瞬间启动电流过大,过度发热所致。如会议室开关控制多组荧光灯盘,带开关的空调插座等,可以适当考虑改变加大压缩弹簧的力值、增加接触压力等方法来改善。

插座保护门。选用PA,更多是添加玻璃纤维改性后的PA,主要品种有PA6+玻璃纤维、PA66+玻璃纤维、增强阻燃PA6。PA材料本身的耐磨能力非常高,多有自润滑功能,摩擦系数低,所以可在无润滑下能正常操作,能满足一般场合对保护门运动灵活自如的要求,如想得到特别的润滑效果,可在PA中加入少量硫化物,另外辅以适当润滑脂,能有效改善润滑效果,既能保证动作灵活自如又能满足插座产品标准要求的防止单极插入测试的要求。

这些运动件都必须杜绝应力开裂缺陷。

(4)在使用过程中,还需注意以下几点:

为了提高生产效率,模具设计时多选择同一零件一模多腔,二个或三个零件合用一个模具,甚至可以将同一产品上相邻的两个零件设计为一个整体,可有效控制模具数量、注塑用工和产品装配卡装时间,很大程度上提高了生产效率,同时也节约了能源消耗。

为了适应自动化大批量的生产,模具设计时优先选择无流道注塑,优先选择点浇口(剪切浇口),除非表面要求较高必须选用边缘浇口(牛角浇口)才能保证质量。

塑件表面能用磨砂处理的尽量不选择高光处理,表面磨砂处理能有效掩饰很多的注塑缺陷,如熔接线、流纹、冷斑、收缩痕等。磨砂表面对于注塑自动化、装配自动化、快捷物流都十分有利,注塑机械手吸盘可直接接触,注塑时可以直接落到托盘之中集中收集,零件在流经装配自动机的自动振动盘运动时不易刮花,在整个物流周转过程中即使适当摩擦也不会影响表面质量。

不同塑料的注塑工艺尤其是溶化温度不同,即使同一厂商相近规格牌号材料的溶化温度也会有所差异,所以在再生料的分类回收循环利用方面尤其要注意,避免因混料的溶化温度不同而产生缺陷。

结束语

今后,新型材料会越来越多地融入到我们的日常生活,但是安全、节能、环保始终是不变的主题。人们在获得高品质多彩生活的同时,更加会崇尚节能环保,产品不仅仅必须满足相关标准,更要保证对使用者、对环境没有任何可见的或者潜在的危害。产品唯有通过不断创新设计、精心选材、提高效率、优化成本,使其外观新颖且优质价格合理,才能满足人们越来越理性的真正需求。

本文作者:西蒙电气(中国)有限公司 丁建国


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