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阻燃增強PET在線圈骨架上的應(yīng)用瓶頸及其解決方案

線圈骨架是電子電器設(shè)備中最為常見的一種部件，它是一種用于繞制線圈、起到支撐作用的支架。最常見的線圈骨架有變壓器線圈骨架、電感線圈骨架、電磁閥線圈骨架以及點火線圈骨架等。

目前市場上常見的線圈骨架材料有阻燃PA、阻燃增強PBT以及阻燃增強PET等。隨著市場競爭的日趨激烈，電子產(chǎn)品廠家不斷的從降低成本和提升產(chǎn)品性能方面來迎合消費者的需求。在這種趨勢下，凸顯出阻燃增強PET材料的優(yōu)勢：與改性尼龍相比，PET材料的系統(tǒng)成本只有尼龍材料的三分之二，而吸水率小于尼龍，電氣性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越PA材料；而與PBT相比，PET除了具有PBT的特性外，還具有更高的耐熱性和長期使用溫度、更高的力學(xué)性能、成本亦低于PBT產(chǎn)品，更為重要的是PET比PBT具有更優(yōu)異的電氣性能，更適用于電氣性能要求較高的線圈骨架材料。

但PET要想成功應(yīng)用于線圈骨架材料，需要解決很多瓶頸：

（1）要求線圈骨架用料具有優(yōu)異的表觀性能以及較短的注塑周期。

由于線圈骨架材料本身結(jié)構(gòu)以及注塑過程工藝欠缺，會使線圈骨架表面不光滑甚至有毛刺，導(dǎo)致繞線時掛住漆包線而斷線，從而影響線圈產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)順暢性。同時，線圈骨架的生產(chǎn)商一般為勞動密集型企業(yè)，效率是這類企業(yè)追求利潤最大化的最為關(guān)鍵因素。

而由于PET主鏈上帶有剛性的苯環(huán)，分子鏈柔順性差，活動能力弱，結(jié)晶過程中，首先要越過極高的“能壘”完成的從順式到反式的轉(zhuǎn)變，需要更多的能量，使其結(jié)晶速度是所有工程塑料中最慢的，正是因為其結(jié)晶速度慢使其注塑周期比普通工程塑料長很多，不僅嚴(yán)重影響注塑生產(chǎn)效率，也極易產(chǎn)生外觀問題。要解決PET結(jié)晶速度慢的問題，必須從兩個方面入手，第一降低順式到反式反轉(zhuǎn)的“能壘”，需要用促進劑來“捋順”PET分子鏈，讓其更容易完成順式到反式的反轉(zhuǎn)；其次，通過成核劑的異象成核作用來加快PET晶核的生長過程，在PET結(jié)晶的全過程中幫助其迅速的完成結(jié)晶。

順式

反式

相同的結(jié)晶和熔融條件下，DSC圖中的材料的熱結(jié)晶峰的半峰寬反應(yīng)材料結(jié)晶速度，寬值越窄，材料的結(jié)晶速度越快。從圖中我們可以發(fā)現(xiàn)，在促進劑和成核劑的共同作用下，經(jīng)過結(jié)晶改性后的PET的半峰寬為22.14，只有未改性PET（41.25）的一半，極大的縮短了材料的成型周期，提升了注塑效率，避免產(chǎn)生外觀問題。與上述不同的是，國內(nèi)有些PET產(chǎn)品的峰值偏較多低（196.54℃），更多的是由于PET分子鏈的斷裂或增塑過多引起，雖然可提高材料的結(jié)晶速度（降低峰寬），但是極大的影響材料的力學(xué)性能。

（2）要求線圈骨架材料具有優(yōu)異強度的同時還要具有一定的韌性。

線圈骨架纏繞漆包線時基本采用自動或半自動方式，若線圈外漲力超出骨架的剛性，線圈骨架會出現(xiàn)變形或不易察覺的微裂紋，用戶使用時易導(dǎo)致電擊穿而引發(fā)事故，甚至有些獨特結(jié)構(gòu)的線圈骨架，要求先把注塑好線圈骨架打開，繞線后再閉合。

雖然PET具有超越PBT近似PA的強度，但PET鏈段結(jié)構(gòu)中酯基與苯環(huán)形成的共軛體系，增大分子鏈的剛性，導(dǎo)致PET耐沖擊性能較差，因此在線圈骨架應(yīng)用上，就必須賦予PET材料一定的韌性。但PET是一種很特殊的聚合物，常規(guī)添加增韌劑的方法并不能有效提升PET的韌性，這是因為增韌劑會對PET結(jié)晶產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致PET結(jié)晶不完善，最終影響材料韌性。與之相對的反應(yīng)擠出的改性方法，則更為有效。通過將PET增粘劑與帶有反應(yīng)性基團的增韌劑復(fù)配制得反應(yīng)性抗沖改性劑，能夠在不影響PET結(jié)晶完善度的前提下實現(xiàn)PET材料的高抗沖性能，其抗沖強度較普通PET材料提升約30%，從而滿足線圈骨架對材料韌性的要求。該方法已經(jīng)申請國家專利（申請?zhí)枺?01310694395.5）。

（3）要求線圈骨架用料具有優(yōu)異的耐熱性

線圈骨架工作在超大電流下時，會產(chǎn)生大量的熱量，一旦周邊散熱性能不足，極易積蓄高溫，耐溫性差的線圈骨架，會在高溫下產(chǎn)生變形，從而影響電氣性能，甚至引發(fā)事故，產(chǎn)生安全隱患。線圈骨架選材時，一般要求材料在1.82MPa下的熱變形溫度在200℃以上。

正如前面所述的，PET分子結(jié)構(gòu)的不僅使其結(jié)晶速度慢，結(jié)晶時間長，并且使PET結(jié)晶不完善，嚴(yán)重影響PET材料耐溫性。未經(jīng)過結(jié)晶改性的30%玻纖增強的阻燃PET材料的熱變形溫度（HDT）在常溫注塑條件下只有100℃左右。為了獲得結(jié)晶完善、耐高溫的PET材料，通常材料供應(yīng)商會要求注塑工廠注塑時模具溫度在130℃以上。而應(yīng)用促進劑和成核劑協(xié)同作用的方法，在提高PET結(jié)晶速率的同時，可有效的改善PET的結(jié)晶完善度，只需要在90℃模溫下就能夠達(dá)到220℃以上的熱變形溫度，這就意味著注塑工廠不需要添加模溫機，常溫條件下注塑便可達(dá)到近200℃的熱變形溫度，可以有效的降低設(shè)備及電力成本。