【经验】叠层母线排绝缘材料——柔性与刚性绝缘及其参数浅谈

时间： 2022-05-20 来源：Rogers

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得益于出色的质量和可靠性、电气和机械专业性、联合研发优势和灵活的交货期，以及在电动汽车/混合动力汽车、轨道交通和可再生能源等高功率市场的广泛应用，罗杰斯ROLINX®母线排一直受到众多设计师的肯定和选择。而今天我们所要探讨的话题是叠层母线排的柔性与刚性绝缘材料及其参数。这对于实现母线排的性能，也是重要的关键之一。

01，目前的叠层母线排都采用什么绝缘材料？

叠层母线的主要作用是通过3D机械结构，在满足电气要求（电压与电流）的同时，使电气系统尽可能紧凑。为达到最大电气绝缘性能，所有相关导体均层压上柔性绝缘，在温度热循环期间将涂有粘合层的柔性薄膜层压在导体上。在这个过程中，粘合剂在压力作用下产生活性，牢牢地将薄膜与导体粘合起来，并在导体边缘形成密封，即使在最严苛的大气条件下也不会损坏。薄膜上喷涂的胶黏剂不仅具有出色的粘合性，其阻燃性也能够限制叠层母线排的易燃性（导体绝缘）。最常用的柔性绝缘材料是透明或白色聚酯（PET）。

凭借以下优点，聚酯材料成为各种母线应用的不二之选：

合理的温度额定值：105°C——可在此温度下使用多年且性能不变。
在折弯和导体包边工艺中良好的延展性，不会导致薄膜撕裂或变薄。伸长率/延展率超过100%。绝缘材料在超过玻璃化温度（80°C）几天后仍能保持导体形状。
标准薄膜以及多种经济型厚度可选：50、125、250和350 µm。
出色的表面质量（相对漏电起痕指数，CTI），低漏电起痕风险，爬电距离得以缩短。
实现最小厚度的同时保证良好的阻燃性（V0）。ROLINX母线排结构产品均为ULV0级。

聚酰亚胺（PI），一种仅适用于特定应用的高性能棕色高温绝缘材料，具有极高的温度额定值（RTI >200°C）。

最常见的应用是在母线排上焊接各种部件，避免绝缘材料在加热过程中受损。
比PET更硬，对密封和封闭模具更为关键，且没有随时间消除机械应力（弯曲、密封）的松弛点。
薄膜固有的阻燃等级为UL V0（最佳阻燃性）。
标准厚度为25到50 µm，比聚酯更加昂贵。
表面质量较差，仅适用于600V以下的应用。
典型颜色是棕色，也可提供黑色。白色PET是母线排的标准层压材料，棕色PI多用于低压焊接应用。

02，柔性绝缘与刚性绝缘有什么区别？分别在什么时候使用？

柔性绝缘用于导体的绝缘以形成叠层母排的部件，在边缘和过孔处形成最佳电气密封。然后这些部件将组装为成品母排，其中会插入刚性绝缘体，其厚度由电压决定。母线排设计旨在优化临界电场（电压除以距离），即所谓的“局部放电要求”。一般情况下，部件之间每千伏电压需要1 mm的刚性绝缘，通过增加厚的刚性绝缘（1-6 mm）可以达到要求。常用的标准解决方案是刚性玻璃纤维增强聚酯，我们公司把它叫做DM1。因此，工作电压越高（最大），导体间刚性绝缘就越厚。举个例子，对于3000V直流架空线路，其最大工作电压在4800V以内，因此我们需要用到5mm厚的刚性绝缘。

03，绝缘材料的重要特性有哪些？

RTI是指相对温度指数，UL 746中规定：绝缘材料最大连续使用温度。它的等效定义为：在使用至少2万小时后，其机械（伸长率）和电气（电场击穿）性能为初始值的一半。对于绝缘性能，在电击穿测试的基础上，试验结论表明，在105°C下可以达到6万小时的使用寿命。而在更高或更低温度下，根据阿伦尼乌斯定律：温度每增加或降低10°C，使用寿命翻倍或减半。

CTI指相对漏电起痕指数，主要涉及基材表面的电气性能——可用于测量污染环境下绝缘表面的漏电起痕绝缘敏感性。它定义了两个未覆绝缘膜端子间的爬电距离，是1000V以上电压应用的关键参数。就聚酯和聚酰亚胺这两种材料而言，前者具有良好的相对漏电起痕指数，而后者则较差，其爬电距离通常会翻倍。

延伸率表明绝缘材料在变薄或撕裂前能够拉伸多长（无电气绝缘材料残留）。PET通常至少可达100%以上，更容易使用。而PI只有70%。延伸率是密封与封闭式模具的一个重要参数。

04，绝缘材料在工业（高压）和汽车应用中有什么区别？

工业应用对性能的要求与汽车应用的要求相去甚远，这也对设计和材料的选择产生了重大的影响。

工业应用：

电压（1000-6000V）远高于汽车应用（400-800V）电气性能至关重要（特别是局部放电），需要刚性绝缘。
爬电要求较高，需要表面质量好的材料，如PET。
使用寿命（25年）远高于汽车应用（<=5年）。温度任务剖面对评估绝缘寿命和选择标准温度等级105°c或是130°c至关重要。

汽车应用：

低压应用（< 800v），意味着：低电气要求、无局部放电要求、无刚性绝缘。
汽车的最大测试电压为2.5kV交流或3.7kV直流。
材料的相对漏电起痕指数并不重要，可以采用PI，特别是需要焊接部件时；典型应用如焊接有电容的母线排。

05，还有其它绝缘材料吗？

对于单个的导体来说，粉末喷涂无疑是层压导体的又一选择，它能够轻松密封形状复杂的导体。这些导体通常不会与其它导体直接接触（不会组成母线排），因此绝缘，特别是导体的锐角处，并没有那么重要。用环氧树脂涂层密封导体并不总是一件容易的事。

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