熊紹志

(深圳市松普電機整流子有限公司，廣東深圳518104)

0 引 言

熱固性塑料在換向器制造中有著至關(guān)重要的作用，它主要決定著換向器的機械性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性，在換向器制造中它的重要性僅次于銅材。鑒于熱固性塑料種類多、性能復(fù)雜、生產(chǎn)廠家水平差異大，在換向器設(shè)計時選用一款性價比高的熱固性塑料有一定難度。

熱固性塑料是由各類樹脂基體加填料混合而成，常用的填料有云母粉、石英砂、玻璃纖維、顏料等。在換向器行業(yè)中應(yīng)用最多的樹脂是酚醛樹脂，它的特點是具有高強度的機械性能，以及良好的抗酸堿性，在加熱時發(fā)生縮聚反應(yīng)產(chǎn)生不熔化不溶解的固體，此反應(yīng)是一種不可逆轉(zhuǎn)的化學(xué)反應(yīng)，這也是與熱塑性塑料的最大不同點。根據(jù)縮聚反應(yīng)所產(chǎn)生的附屬物中是否含有氨氣，可分為有氨型的線性酚醛和無氨型的可溶酚醛，前者耐溫最高250℃左右，而后者耐溫可達300℃以上。本文把用于換向器行業(yè)中的熱固性塑料簡稱為換向器塑料。

1 換向器塑料的通用性能;

優(yōu)良的電性能，衡量指標有:絕緣電阻、耐電弧性;加工成換向器的評估方法，在規(guī)定泄漏電流下測試換向片之間、換向片與內(nèi)孔壁之間各自能否承受規(guī)定的電壓值，以及用兆歐表測量換向片之間，換向片與內(nèi)孔壁之間的最大電阻值能否滿足要求等。

優(yōu)良的機械性能，在換向器行業(yè)中對其間接的評估方法主要有以下四種。

(一)常溫和高溫下的超速實驗:測量換向片間相對段差變化量，換向器工作表面相對徑向變化量是否滿足規(guī)定要求，便可綜合得出換向器塑料在常溫下、高溫下以及動態(tài)下的穩(wěn)定性。

(二)內(nèi)孔壓爆實驗:用規(guī)定錐度的軸沿軸向壓入不帶襯套換向器的內(nèi)孔，直至內(nèi)孔壁被壓裂。該實驗不僅評估了塑料自身的結(jié)合能力，同時模擬了換向器內(nèi)孔與電樞軸配合時可承受的最大過盈量。

(三)換向片剝離實驗:將換向片按要求速度從換向器主體沿著徑向剝離，測量出換向片脫離時的最大力，從而評估出模塑料與銅片的沾附能力。

(四)溫度沖擊實驗:將換向器置于規(guī)定濕度的高低溫沖擊實驗箱中，然后按要求進行溫度差不少于100℃高低溫轉(zhuǎn)換。當完成規(guī)定的循環(huán)次數(shù)后，測量換向器的換向片之間相對段差變化量，以及工作表面徑向的相對變化量，便可得出該種塑料在溫度驟然變化時的穩(wěn)定性。

2 換向器塑料選擇

下面我們按換向器的應(yīng)用領(lǐng)域來考查換向器塑料應(yīng)具有的性能。

家電類換向器。除吸塵器電機外，其它電機工作條件和環(huán)境一般要求不高，只需換向器塑料有良好的機械性能、電性能、較好的尺寸穩(wěn)定性以及與銅片有較強的沾附能力等。對此類換向器塑料大多數(shù)國產(chǎn)料能滿足要求，如WH－5515、AL－6551是不錯的選擇，當然，對電機要求相對較高的情況，可考慮選取進口料，如PM－6432、CP－7111、CN－6641等。

吸塵器電機轉(zhuǎn)速可達20 000～40 000 r/min，發(fā)熱量大，運行條件惡劣，要求換向器塑料具有優(yōu)異的機械性能、電性能、良好的熱穩(wěn)定性等。目前功率不超過500 W的吸塵器電機，可選用國產(chǎn)料WH－8010、WH－5515外，其它功率的換向器建議選擇進口料為好，如CP－7010、PM－6280等。

另外，對于出口到美國的家電類電機，美國對換向器使用的塑料有其特殊要求，所用塑料的抗電弧跡徑指數(shù)不超過2級。目前針對此種情況可選擇的換向器用塑料有:PM－6545、PG－8651等，但需要說明的是，此類塑料由于提高了電性能，其機械性能有所降低。

汽車用電機換向器。這類電機屬于低壓直流類，電樞所用漆包線直徑比同功率的高壓電機粗，故在點焊時所需的電流更大，因而換向器承受的熱沖擊更劇烈，并且要求電機在各種復(fù)雜環(huán)境下均能可靠運行，這就需要換向器塑料具有良好耐熱性、尺寸穩(wěn)定性以及與銅片可靠的沾附能力。

汽車電機換向器塑料在此處分三種情況說明。

情況一，常規(guī)低功率電機。如升降窗電機、電動座椅電機、雨刮電機等，該種電機對換向器塑料要求不高，常用的PM －6432、PM －6630、CP －7111、WH －5515等都能較好滿足要求。

情況二，特殊類低功率電機。以燃油泵電機為代表，由于電機使用環(huán)境的特殊性，要求換向器塑料不僅具有較好的機械性能，更要有優(yōu)異的耐油性、耐水性等，常選用PM－6600、PM －660、CP－7320等。

情況三，高功率電機。以起動電機為代表，此類電機轉(zhuǎn)速高(可達到22 000 r/min)，功率大(可達10 kW)，電樞所用漆包線的橫截面面積大(可達到20 mm2)，這要求換向器塑料具有優(yōu)異機械性能、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等。常用的換向器塑料有:PM－6530、PM －6830、CP－7010等，當然對低功率起動電機也可選用4330－2。

電動工具用電機。此類電機具有轉(zhuǎn)速高、受到外在沖擊大、換向火花大的特點。要求換向器塑料具有高強度、高耐熱性、高耐電弧性等，可選用塑料有RX－6551S、PM－6552、CP－7010、CN－6575等。

對上述換向器塑料的選用進行匯總?cè)绫?所示。

3 換向器塑料關(guān)鍵工序

通過上面的介紹，我們對換向器塑料的選擇有了一個較清晰的思路，但對于任何一款塑料的性能是否能充分發(fā)揮，除與它本身的特點有關(guān)外，與后序的加工工藝也有著密切的關(guān)系。下面簡述后序加工中的壓制、固化兩道關(guān)鍵工序。

壓制工序:熱固性塑料在壓制前最好壓成料餅同時預(yù)熱，其優(yōu)點是，壓成料餅后能減少模塑料內(nèi)部的空氣含量，從而利于熱傳遞，縮短了預(yù)熱和保壓固化時間，并能避免換向器毛坯出現(xiàn)較多氣孔，從而提高了換向器的機械性能。

預(yù)熱的作用:縮短閉模時間，加快固化速度，提高模塑料的流動性，增加固化的均勻性，減少制品因收縮不均勻產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。

關(guān)于壓制時溫度、壓強、保壓時間的選擇。

溫度的選擇與模具結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系，對壓塑模、壓注模、注射模常將中模腔的溫度控制在140～170℃，這個范圍內(nèi)的溫度最有利于酚醛塑料成型。

餅料預(yù)熱壓強:14～19 MPa;餅料不預(yù)熱壓強:18～23 MPa。

保壓時間的設(shè)定:根據(jù)換向器毛坯的模塑料壁厚確定，一般按每1 mm壁厚需40～60 min，當然同時還要考慮到員工的操作時間是否充足。

換向器塑料的后期固化，其作用如下:提高制品的耐高溫強度、尺寸穩(wěn)定性、消除成型內(nèi)應(yīng)力等后期固化溫度的設(shè)定;為了避免后期因溫度設(shè)定不合適產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力，一般分三個步驟來進行:

(a)50～60 min升溫到160～180℃，保溫4～6 h;

(b)40～50 min升溫到200～230℃，保溫4～8 h;

(c)40～50 min升溫到240～250℃，保溫2～4 h;

對耐溫沒有特殊要求的換向器，如汽車類、小家電類、辦公設(shè)備類等，只需設(shè)定到第二步即可。若對耐溫要求高的換向器，如吸塵器、電動工具，則需設(shè)定到第三步。

4 結(jié) 語

在實際選擇換向器用塑料時，除借鑒本文闡述的方法外，還要結(jié)合使用國的法律、法規(guī)的限定、顧客的特殊要求、壓制模具的結(jié)構(gòu)等多方面進行論證、反復(fù)實驗，直到選擇出性價比高的換向器塑料。

［1］ 黃振源.模塑料模具工入門［M］.杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2001:1－38.

［2］ 住友電木有限公司.應(yīng)用于整流子行業(yè)的酚醛模塑料介紹［M］.住友電木有限公司，2010:1－22.

［3］ 日立化成株式會社.日立化成換向器材料簡介［M］.日立化成株式會社，2009:2 －10.

［4］ 無錫創(chuàng)達電子有限公司.WH型酚醛模塑料簡介［M］.無錫創(chuàng)達電子有限公司，2010:1－8.