电气场景选材核心：别混淆塑料 CTI、介电强度与击穿强度

作为塑料选材工程师，你每天都在为不同的电子电气设备挑选最合适的材料，而电学性能参数常常是决定选材成败的关键。特别是在高压电池（如电动汽车的高压电池）系统中，如何正确选择CTI（电气爬升指数）、介电强度和击穿强度，直接影响到电池的安全性、可靠性和耐久性。

今天，我将深入解析这三个电学性能参数，并结合高压电池的选材要求，帮助你在实际选材过程中做出更加科学、精确的决策。

01 CTI（电气爬升指数）——防止电气追踪的必备参数

定义与测试标准：

CTI 是衡量塑料材料表面在潮湿环境下耐电气爬升的能力，依据 IEC 60112 标准进行测试，CTI 值越高，表示材料对电气追踪的抗性越强。

工程上，CTI 主要评估在潮湿、尘土环境下，材料表面是否会形成电气追踪路径，进而引发电气故障。

使用场景与选材技巧：

在高压电池应用中，电池模块、模块支架、电池壳体等塑料组件常常暴露在湿气和灰尘环境中，这时，选择CTI 值较高的材料，能够有效避免电气追踪导致的安全隐患。例如，采用具有高 CTI 值的聚酰亚胺（PI）或聚四氟乙烯（PTFE），能够确保电池系统在湿度较大的环境中仍保持稳定运行。

选材注意：

在高压电池系统中，特别是对于外壳和电池模块的材料，CTI 值是确保设备安全的关键。如果材料接触到湿气、灰尘等污染物，CTI 值高的塑料（如 PA、PP）能有效避免电气追踪问题。
在带电部件之间足够的间隙（气隙），或者例如在凹槽上设置肋条以增加漏电起痕距离（如下图）。

爬电距离是指两个导电点之间沿着绝缘材料表面的最短距离；气隙是指两个导电点之间穿过空气的最短距离。

02 介电强度——承受电压的能力，避免设备失效

定义与测试标准：

介电强度（Dielectric Strength）指的是材料在单位厚度下能够承受的最大电压，超过该电压，材料会发生电击穿。介电强度的测试遵循IEC 60243标准，测试过程中将电压逐步施加至材料，直到材料失去绝缘功能并发生击穿。

https://www.matsusada.com/application/ps/dielectric_breakdown_testing/

使用场景与选材技巧：

在高压电池系统中，虽然材料的电压要求通常较高，但并非所有部件都需要超高的介电强度。对于电池外壳和冷却系统，要求材料具备足够的耐压性，以确保系统的正常运行。例如聚苯硫醚（PPS）、聚酰胺（PA），这些材料能够有效承受高电压，不易发生电气击穿。

选材注意：

电池模块外壳、电池连接器等部件，需选择具有高介电强度的塑料材料，以保证在高压环境下材料不发生电击穿或损坏。
温度与湿度：介电强度随温度升高而降低。一个普遍的经验法则是，工作温度每升高 10°C，寿命就会缩短 50%，因为这会导致介电强度随着时间的推移逐渐下降。在选择塑料时必须考虑到这一点。
防止机械应力：承受机械应力的绝缘体（例如，由于材料内部缺陷导致的漏电路径）的介电强度值明显较低。

03 击穿强度——防止高电场环境下绝缘失效

定义与测试标准：

击穿强度（Breakdown Strength）指的是材料在电场作用下发生电气击穿的最大电场强度。该测试通常遵循 IEC 60243 或 ASTM D149 标准，测试过程中，材料承受电场强度增加，直到发生击穿。

击穿强度（Breakdown Strength）与内聚能密度（Cohesive Energy Density）之间的关系

CheolhongMin,TEMPERATURE DEPENDENCE OF DIELECTRIC BREAKDOWNIN POLYMERS.The Pennsylvania State University

使用场景与选材技巧：

击穿强度通常应用于暴露于高电场环境的部件，如高压电池的外部绝缘层或高压电缆。例如，在电动汽车的电池系统中，若电池工作在高电压下，需要击穿强度高的材料来防止电场过强导致的击穿。

选材注意：

高电压电池系统的外部绝缘层，尤其是电池模块的外壳，需要选择击穿强度较高的材料（如聚酰胺（PA） 或 环氧树脂（EP）），以确保在电场较大的情况下依然能够提供稳定的电气绝缘。

不难发现，介电强度和击穿强度是描述相同工况下的两种不同临界状态的性能指标。

✅介电强度是在没有发生击穿的情况下，材料所能承受的最大电场强度。

✅击穿强度则是材料发生击穿的电场强度，即材料失去绝缘功能的临界点。

04 如何根据实际需求选择合适的电学性能参数？

CTI 值高的材料：适用于潮湿环境或电气追踪风险较高的设备，如电池外壳、连接器等。

介电强度高的材料：适用于高电压电器，确保设备能承受高电压，不发生电气击穿。需要考虑电压等级和材料厚度。

击穿强度高的材料：适用于高电场强度的电气设备，确保在强电场环境下，材料能够保持稳定的绝缘性，避免设备损坏。

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