热固性塑料在换向器中的选用

熊绍志

(深圳市松普电机整流子有限公司，广东深圳518104)

0 引 言

热固性塑料在换向器制造中有着至关重要的作用，它主要决定着换向器的机械性能、耐热性、尺寸稳定性，在换向器制造中它的重要性仅次于铜材。鉴于热固性塑料种类多、性能复杂、生产厂家水平差异大，在换向器设计时选用一款性价比高的热固性塑料有一定难度。

热固性塑料是由各类树脂基体加填料混合而成，常用的填料有云母粉、石英砂、玻璃纤维、颜料等。在换向器行业中应用最多的树脂是酚醛树脂，它的特点是具有高强度的机械性能，以及良好的抗酸碱性，在加热时发生缩聚反应产生不熔化不溶解的固体，此反应是一种不可逆转的化学反应，这也是与热塑性塑料的最大不同点。根据缩聚反应所产生的附属物中是否含有氨气，可分为有氨型的线性酚醛和无氨型的可溶酚醛，前者耐温最高250℃左右，而后者耐温可达300℃以上。本文把用于换向器行业中的热固性塑料简称为换向器塑料。

1 换向器塑料的通用性能;

优良的电性能，衡量指标有:绝缘电阻、耐电弧性;加工成换向器的评估方法，在规定泄漏电流下测试换向片之间、换向片与内孔壁之间各自能否承受规定的电压值，以及用兆欧表测量换向片之间，换向片与内孔壁之间的最大电阻值能否满足要求等。

优良的机械性能，在换向器行业中对其间接的评估方法主要有以下四种。

(一)常温和高温下的超速实验:测量换向片间相对段差变化量，换向器工作表面相对径向变化量是否满足规定要求，便可综合得出换向器塑料在常温下、高温下以及动态下的稳定性。

(二)内孔压爆实验:用规定锥度的轴沿轴向压入不带衬套换向器的内孔，直至内孔壁被压裂。该实验不仅评估了塑料自身的结合能力，同时模拟了换向器内孔与电枢轴配合时可承受的最大过盈量。

(三)换向片剥离实验:将换向片按要求速度从换向器主体沿着径向剥离，测量出换向片脱离时的最大力，从而评估出模塑料与铜片的沾附能力。

(四)温度冲击实验:将换向器置于规定湿度的高低温冲击实验箱中，然后按要求进行温度差不少于100℃高低温转换。当完成规定的循环次数后，测量换向器的换向片之间相对段差变化量，以及工作表面径向的相对变化量，便可得出该种塑料在温度骤然变化时的稳定性。

2 换向器塑料选择

下面我们按换向器的应用领域来考查换向器塑料应具有的性能。

家电类换向器。除吸尘器电机外，其它电机工作条件和环境一般要求不高，只需换向器塑料有良好的机械性能、电性能、较好的尺寸稳定性以及与铜片有较强的沾附能力等。对此类换向器塑料大多数国产料能满足要求，如WH－5515、AL－6551是不错的选择，当然，对电机要求相对较高的情况，可考虑选取进口料，如PM－6432、CP－7111、CN－6641等。

吸尘器电机转速可达20 000～40 000 r/min，发热量大，运行条件恶劣，要求换向器塑料具有优异的机械性能、电性能、良好的热稳定性等。目前功率不超过500 W的吸尘器电机，可选用国产料WH－8010、WH－5515外，其它功率的换向器建议选择进口料为好，如CP－7010、PM－6280等。

另外，对于出口到美国的家电类电机，美国对换向器使用的塑料有其特殊要求，所用塑料的抗电弧迹径指数不超过2级。目前针对此种情况可选择的换向器用塑料有:PM－6545、PG－8651等，但需要说明的是，此类塑料由于提高了电性能，其机械性能有所降低。

汽车用电机换向器。这类电机属于低压直流类，电枢所用漆包线直径比同功率的高压电机粗，故在点焊时所需的电流更大，因而换向器承受的热冲击更剧烈，并且要求电机在各种复杂环境下均能可靠运行，这就需要换向器塑料具有良好耐热性、尺寸稳定性以及与铜片可靠的沾附能力。

汽车电机换向器塑料在此处分三种情况说明。

情况一，常规低功率电机。如升降窗电机、电动座椅电机、雨刮电机等，该种电机对换向器塑料要求不高，常用的PM －6432、PM －6630、CP －7111、WH －5515等都能较好满足要求。

情况二，特殊类低功率电机。以燃油泵电机为代表，由于电机使用环境的特殊性，要求换向器塑料不仅具有较好的机械性能，更要有优异的耐油性、耐水性等，常选用PM－6600、PM －660、CP－7320等。

情况三，高功率电机。以起动电机为代表，此类电机转速高(可达到22 000 r/min)，功率大(可达10 kW)，电枢所用漆包线的横截面面积大(可达到20 mm2)，这要求换向器塑料具有优异机械性能、耐热性、尺寸稳定性等。常用的换向器塑料有:PM－6530、PM －6830、CP－7010等，当然对低功率起动电机也可选用4330－2。

电动工具用电机。此类电机具有转速高、受到外在冲击大、换向火花大的特点。要求换向器塑料具有高强度、高耐热性、高耐电弧性等，可选用塑料有RX－6551S、PM－6552、CP－7010、CN－6575等。

对上述换向器塑料的选用进行汇总如表1所示。

3 换向器塑料关键工序

通过上面的介绍，我们对换向器塑料的选择有了一个较清晰的思路，但对于任何一款塑料的性能是否能充分发挥，除与它本身的特点有关外，与后序的加工工艺也有着密切的关系。下面简述后序加工中的压制、固化两道关键工序。

压制工序:热固性塑料在压制前最好压成料饼同时预热，其优点是，压成料饼后能减少模塑料内部的空气含量，从而利于热传递，缩短了预热和保压固化时间，并能避免换向器毛坯出现较多气孔，从而提高了换向器的机械性能。

预热的作用:缩短闭模时间，加快固化速度，提高模塑料的流动性，增加固化的均匀性，减少制品因收缩不均匀产生的内应力。

关于压制时温度、压强、保压时间的选择。

温度的选择与模具结构有一定关系，对压塑模、压注模、注射模常将中模腔的温度控制在140～170℃，这个范围内的温度最有利于酚醛塑料成型。

饼料预热压强:14～19 MPa;饼料不预热压强:18～23 MPa。

保压时间的设定:根据换向器毛坯的模塑料壁厚确定，一般按每1 mm壁厚需40～60 min，当然同时还要考虑到员工的操作时间是否充足。

换向器塑料的后期固化，其作用如下:提高制品的耐高温强度、尺寸稳定性、消除成型内应力等后期固化温度的设定;为了避免后期因温度设定不合适产生新的内应力，一般分三个步骤来进行:

(a)50～60 min升温到160～180℃，保温4～6 h;

(b)40～50 min升温到200～230℃，保温4～8 h;

(c)40～50 min升温到240～250℃，保温2～4 h;

对耐温没有特殊要求的换向器，如汽车类、小家电类、办公设备类等，只需设定到第二步即可。若对耐温要求高的换向器，如吸尘器、电动工具，则需设定到第三步。

4 结 语

在实际选择换向器用塑料时，除借鉴本文阐述的方法外，还要结合使用国的法律、法规的限定、顾客的特殊要求、压制模具的结构等多方面进行论证、反复实验，直到选择出性价比高的换向器塑料。

［1］ 黄振源.模塑料模具工入门［M］.杭州:浙江科学技术出版社，2001:1－38.

［2］ 住友电木有限公司.应用于整流子行业的酚醛模塑料介绍［M］.住友电木有限公司，2010:1－22.

［3］ 日立化成株式会社.日立化成换向器材料简介［M］.日立化成株式会社，2009:2 －10.

［4］ 无锡创达电子有限公司.WH型酚醛模塑料简介［M］.无锡创达电子有限公司，2010:1－8.