换向器专用玻璃纤维增强酚醛模压塑料综述

换向器专用玻璃纤维增强

酚醛模压塑料综述

LDD

摘要：本文主要介绍了换向器专用的玻璃纤维增强酚醛模压塑料的主要情况，对它们的性能作了比较详细的说明。而且本文对换向器模压成型后的热处理作了分析，同时对于换向器其它与模压材料有关的技术问题作了简要的探讨。

关键词：模压材料、换向器、径向变形量

Key words: Molding compounds, commutator, Out-diameter changer

一、 前言

酚醛模压塑料（英文Phenolic Molding Compounds，缩写PMC）是一个大品种，它一般分为两大类，一类是通用性PMC，通常是用木粉或矿物质等作增强剂，主要用于电器开关外壳、灯座、插座、器具把手、普通阀门等。另一类工程级酚醛模塑料（英文缩写GP/PMC），主要以玻璃纤维或碳纤维作增强剂，一般用作高要求、高性能的产品，如滑环、碳刷架、盘形制动器活塞、摩托车链轮、洗衣机上推板、轴承支架、换向器、汽车刹车片等。本文主要就换向器专用玻璃纤维增强酚醛模压塑料（英文缩写GF/PMC）作一论述。

世界换向器行业的总规模达到大约100亿美圆，是电器行业的重要产业之一。现换向器主要在三大类电器产品中使用：①，各种电动工具，如电锤、电钻、切割机、木工用电刨、磨光机等；②，家用电器，如吸尘器、洗衣机、电吹风、果汁机、搅拌机等；③，汽车行业，如汽车起动电机、摇窗电机、冷却风扇电机、雨刮电机、油泵电机、座椅电机等。由于其应用范围十分广阔，而且随着现代科技以及社会生产力的发展，对换向器的性能也提出了更高的要求。对于换向器的关键材料玻璃纤维增强酚醛模压塑料而言，则要有热态下优良的机械性能、尽可能低的导电性和热传导性、高温状态下的稳定性、优良的

阻燃性、耐腐蚀性、易切削加工性、低毒性、低粉尘污染等。

二、 长玻璃纤维酚醛模压塑料

我国过去乃至现在仍有一部分换向器采用的是国产的标准号为

JB2948-1981的4330酚醛模压塑料来制造的，它的增强剂是长玻璃

纤维。这种材料具有优良的机械强度和一定的热稳定性，基本能够满

足电机运转温度和速度都不是很高的档次较低的换向器在的要求。其

性能如表1所示。

但是，由于4330是以长玻璃纤维作增强剂，产品形状呈长丝形，

在换向器的生产过程中，称料和入料比较费时，生产效率低，而且只

能进行压塑方式生产，不能采用移送成型的方法生产，耐热性也不是

非常好，因此国内许多换向器厂家纷纷仿效国外先进经验，采用以短

玻璃纤维为增强剂的粒状酚醛模压塑料，并取得了成功的经验。

表1：国产4330长玻璃纤维酚醛模压塑料性能表

序号 指标名称 单位 规格值

1比重 1.7~1.9

2挥发物 % 3~6 3吸水率 g/dm2≯0.05

4马丁耐热性 ℃ ≮250

5抗弯强度 Kgf/cm2≮3000

6抗张强度 Kgf/cm2≮3000

7抗冲击强度 Kgf.cm/cm2≮150

8表面电阻系数 Ω ≮1012

9体积电阻系数 Ω-cm≮1012

10击穿强度 Kv/mm ≮13

三、 短玻璃纤维增强粒状酚醛模压塑料

目前，中国各换向器生产厂家从国外进口的短玻璃纤维增强酚醛

模压塑料主要有以下系列产品：日本松下电工材料公司的CN系列、

日本住友电木公司的PM系列、日本日立化学公司的CP系列、日本OTALITE公司生产的PG系列，德国西南化工公司生产的PK系列等；

国产的主要有瑞安市银河电工材料厂的RT系列产品。这些材料均具

有优良的热态机械性能、高尺寸稳定性、易于切削加工、优良的阻燃

性和电气绝缘性能等。当然，这些产品也是各有千秋，但可以基本满

足高要求换向器在高温高速条件下的径向变形量要求。表2是部分代

表性的进口材料的性能比较。

能否满足换向器的要求，除酚醛模压塑料本身固有的性能之外，

换向器的设计、生产工艺、品质保证等各个方面均起到非常关键的作

用。否则，就是性能十全十美的材料，也制不成高品质的换向器。在

此，只要认真解决以上问题，才能使酚醛模压塑料发挥最佳性能，达

到最好的状态。一般说来，每种酚醛模压塑料都提出了合理的压制工

艺和后烘处理。如住友电木公司对于外径Ф27，内径Ф12，高度21mm

的无衬套换向器，建议压制温度为175℃，固化时间三分钟，后烘处

理为150℃/2小时+180℃/6小时+210℃/8小时+240℃/6小时。成品

换向器在250℃下测量破坏转速和250℃下40000rpm历时10分钟，

其性能表如表3所示。

表3：PM6432和PM6630制成换向器的若干性能

项目 单位 PM6432 PM6630 旋转破坏速度 rpm 50000~55000 55000~60000 片间段差 μm1~3 1~3

径向变形量 μm10~20 5~15 其它公司的各种牌号的GF/PMC也都提出了合适的工艺要求，本

文不一一详加介绍。

表2：若干进口酚醛模压塑料性能表

但是，具体情况应进行具体分析，不能全部照搬照抄。我们应根据不同的换向器，不同玻璃纤维增强酚醛模压塑料进行充分试验，以获得最佳的条件来指导生产。

四、 换向器的后固化处理

由玻璃纤维增强酚醛模压塑料压制成的换向器，在进行机械加工之前需进行后烘处理，以弥补压塑过程的固化度不足，缩短成型周期，并且提高各项性能。

后固化处理是在空气中进行的，与模具内受热受压发生的化学反应不同。它在进一步固化的过程中一些可挥发成分容易发散，塑件的内应力也可以予以消除，从而对提高换向器的质量有很大的好处。后固化处理的主要优点有：

1，经过后固化处理，可大大提高电性能，使制品的耐电弧性、耐电压性等均有所提高。

2，通过后固化处理，可有效的消除换向器冷却不均匀而产生的内应力，提高尺寸的稳定性，减少由于后收缩引起

的尺寸变化。

3，经过后固化处理，酚醛模压塑料成型固化物的热变形温度有所提高，可减少换向器在高温下连续运转的变形，

使得换向器在高温高速旋转后的片间段差和径向变形量

比较小。

4，后固化处理可以提高换向器的机械性能，如拉伸强度、弯曲强度等。

但是，不同牌号的酚醛模压塑料、不同规格和尺寸的换向器，都有不同要求的后烘处理的工艺。酚醛模压塑料的生产厂家大多会提供一些后烘处理工艺，但这些只能作为参考而已。我们经过大量的摸索，成功找到各种酚醛模压塑料的比较好的后烘处理工艺，用于指导生产，有力地保证了换向器的质量。

五、 换向器有关性能的讨论

中华人民共和国机械行业标准JB/T10107-1999《电动工具换向

器》对换向器的技术要求主要有尺寸、外观、常温以及热态下根据一定线速度旋转一定时间后的片间段差、径向变形量、绝缘性能等，但是对于以下的指标没有进行说明：

1，破坏转速；能够评估酚醛模压塑料成型品机械强度的最直接数据。

2，尺寸稳定性，包括热态下和潮湿状态下的尺寸变化。

3，换向器的压入性，指用一定锥度的轴压入换向器内孔中直至把换向器压裂的最大力和压入距离。

这些指标对于换向器来说应该是非常重要的，如德国博世公司的换向器测试标准对于这三项都是明确要求，而且第一和第三项是作为测试的重点项目。这三个项目应该和酚醛模压塑料的性能有着直接的关系，如日本日立化学公司就明确提出这些特性，特别是压入性。表4就是日立系列酚醛模压塑料的压入性数据及示意图。

在这方面，国产的玻璃纤维增强酚醛模压塑料也正在追赶国际先进水平。如瑞安市银河电工材料厂开发的RT8592酚醛模压塑料，在压入性方面显示了较高的水平，测试数据接近日本的一些最优秀的材料。

表4：日立化成公司系列材料的压入强度

六、 换向器专用玻璃纤维增强酚醛模压塑料发展前景

正如前文所说的，换向器在各个行业都有大量的应用，并且呈现快速上升的趋势。以汽车为例，每辆汽车就需要有很多换向器，而中国的汽车生产正处于快速增长期，由此产生的对于换向器专用酚醛模压塑料的市场需求非常大。因此，这是一个很有发展前途的产业。而国内目前使用的材料基本以从日本进口为主，年进口量约5000吨。我国如果在已经取得的成功经验基础上，积极引进国外先进技术和推广自主开发的先进技术，在国内建成具有国际先进水平进的上规模生产线，不仅能够推动我国酚醛模压塑料行业的发展，同时大力支持了我国换向器行业的发展。

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