1、前言 隨著中國經濟建設的迅速發展，金屬化電容器以其技術先進、性能價格比優良、無功補償安全穩定等特點，在改革開放的二十多年里（尤其是近十年來）得到了快速發展。隨著電氣制造技術的不斷改進和提高，人們對電容器絕緣灌封材料性能的優劣，以及對電容器制造工藝、產品性能的影響的認識也進一步加強了，這為電氣行業選擇和評價電容器的絕緣灌封材料提供了先決條件。 電容器專用蠟作為電容器絕緣灌封材料的一個重要品種，在中國的電氣行業已累計應用了10000噸左右。目前在中國，多數的低壓并聯電容器制造廠家均選擇專用蠟來發揮絕緣灌封的作用，但是直到今天，我們一些企業對蠟的基本性能，尤其是應用性能，如：對電容器內部元件、結構、安全、老化等與產品質量緊密相關的性能參數的認識，或者重視程度都不容樂觀。蠟的絕緣性能是電力電子技術發展的客觀要求，是有關絕緣問題的歸結和解決的結果。對專用蠟的應用性能，尤其是絕緣性能進行深入的探索研究，有助于我們進一步了解蠟作為電容器的灌封絕緣材料，其基本的應用條件和作用機理，從而提高對電容器產品的質量控制水平。 2、電容器專用蠟的絕緣機理 2.1概述 電容器專用蠟作為電介質根據使用目的和使用條件，要求具備電氣、熱、機械等多方面性能。但從電工絕緣角度來看，其基本電性能如表1所示。 正確理解蠟在電場作用下表現這些性能的物理本質，以及這些性能參數與周圍環境各種變化的關系，才能客觀地判斷和選擇符合電容器使用要求的蠟類絕緣材料。 2.2電容器專用蠟的電介質極化與電介質損耗 蠟以其分子的非極性，被廣泛應用于電氣工業的浸漬、包封，起絕緣和防潮作用。但在電場作用下，蠟作為電介質將發生極化，正、負電荷作微小位移而產生偶極矩，或在電介質表面出現束縛電荷Q。 2.2.1電容器專用蠟的相對介電常數 在圖1中，設想未置入介質時，真空電容為C0，極板上自由電荷量為Q0；以蠟為介質時，電容為C，介質表面出現的束縛電荷Q′必削弱宏觀平均電場E，而當電壓恒定的情況下，一定要在極板上補充與Q′異號而等量的電荷，以維持電場不變，顯然，由于介質極化，介電常數是電容量增大的倍數，是描寫介質極化等屬性的本征參數。 根據金屬化電容器的構造特性，電容器專用蠟的介電常數最好與金屬化膜的介電常數一致，提高或降低介電常數不僅是無謂的，而且會對電阻率和耐壓強度產生不良影響。  2.2.2電容器專用蠟的電介質損耗 由于蠟為實際介質非理想介質，其直流電導率y不等于0，介質中還存在一種貫穿電導電流，它雖然不大，但在直流或交流電壓下始終不可避免，故亦有漏導電流之稱。介質中的總電流由三部分組成：即電子位移極化等引起的瞬時電流（i1），松弛極化引起的吸收電流（i2）和貫穿電導電流（i3）。前兩部分電流是介質極化過程引起的，而貫穿電導電流使介質在交流電壓下產生貫穿電導損耗。 基于以上分析，現將電容器專用蠟在電場作用下所發生的各類極化和貫穿電導畫一等值電路圖和向量圖。 [align=center] [/align] （在一周期T內）即介質損耗： 　　W=WR+Wr 介質損耗由貫穿電導損耗WR和松弛損耗Wr兩部分組成，如圖3所示，定義δ為介質損耗角，δ是松弛極化滯后角φ的余角；介質損耗角的正切值即為損耗因數，是有功功率與無功功率之比——無量綱的純數。在頻率、介質材料體積和工作電壓均一定的情況下，損耗因數可直接表征介質損耗的大小。 根據電容器專用蠟的使用條件，損耗的主要特征表現為電能轉變為熱能，熱能的累積造成電容器工作溫度的持續上升，直至電容器整體或局部的性能劣化，使局部放電或擊穿提前。因此，損耗因數成為電容器專用蠟的重要應用性能參數之一。 2.3電容器專用蠟的電介質電導與擊穿 電導率y或電阻率ρ是表征電介質電導的主要性能指標之一，是評價電容器專用蠟在工作狀態下絕緣性能的重要參數。根據金屬化電容器要求電容器專用蠟提供灌封絕緣的作用特點，主要用體積電阻率ρV來表征蠟的電導特性。 一切電介質的電導率y均不為0，在外電場下，單位體積介質每秒產生yE2的焦耳熱。如圖4所示，設此熱量為Q1，它必使介質溫度升高，同時又向周圍媒質散發。如設此散熱量為Q2，則Q2與溫差成正比，Q1、Q2同T有如下關系：當外加電場一定時，由于不同的蠟的體積電阻率（電導率）不同，所以它們的發熱量也不同。當某種蠟的電阻率為ρ1時，剛開始Q1>Q2，介質溫度升至T1達到平衡，發熱量與散熱量相等，此后溫度不再升高。如降低電阻率到ρ3時，則在任意溫度下Q1>Q2，熱平衡受到破壞，介質溫度不斷升高到發生熱擊穿［１］。 蠟類固體電介質的擊穿與氣體、液體介質比較，主要有兩點不同：①是前者的擊穿強度比后者高，要在均勻電場下得到最大擊穿強度，需用氣體或液體作周圍媒質。②是固體擊穿是一不可逆的過程，即在蠟介質中留下貫穿電極間的孔道、溶洞和開裂等不能復原的痕跡。作為表征固體電介質性能的擊穿強度，為一受到多種因素制約的物理量，在多數實際情況下，只是一個統計值。 按擊穿發生的條件不同，常見的蠟類電介質擊穿主要分為熱擊穿、電擊穿和局部放電三類。電擊穿是一電子過程，對于不同固體電介質，其差別不大（108～109V/m），熱擊穿由介質內熱不穩定所致，兩類擊穿的物理過程顯然不同。蠟類電介質服從希伯爾（Hipple）的固體（主要是晶體）電介質電擊穿的碰撞電離理論，當電子在電場中加速所獲得的動能與晶格吸收的能量平衡時，蠟的微混晶體形成穩定的電導，當電場升高到使平衡破壞時，立即發生碰撞電離，擊穿到來。 由于蠟的來源和種類千差萬別，所體現的電性能亦有很大的區別，因此，必須對蠟的品質加以選擇和控制。  3、電容器專用蠟的選擇和評價 光譜研究表明，電容器專用蠟主要由飽和烷烴和部分烯烴組成。芳香環化合物的含量很少，幾乎不影響蠟的性質。決定電容器專用蠟的性質的關鍵因素是正構烴、異構烴和環烷烴按碳原子數的分布和它們的相對含量。 眾所周知，石油蠟以其自身的烷烴結構和分子的非極性，被廣泛應用于電氣絕緣、防銹、上光等各行業，但由于蠟是從石油中提煉出來的，石油種類的差異、加工流程的不同，提煉精度的不一致，更重要的是蠟的同分異構體的繁雜，造成了蠟的品質各異［２］，如何選擇適合于電氣工業應用的絕緣灌封蠟，根據電容器產品的性能特點，電容器專用蠟必須滿足如下基本條件： ①優異的電氣性能； ②不易氧化或老化； ③適宜的外觀狀態； ④良好的工藝性能； ⑤操作的安全性能； ⑥最低的體積收縮； ⑦穩定的抗溶脹能力。  3.1電容器專用蠟的選擇 首先，決定蠟的上述性能的關鍵，還是蠟的分子形態，如圖5所示。 蠟通常有三種分子形態： a）的分子結構決定了它在發生液－固相變時，體積發生較大的收縮，另外由于分子量小（２４０～４５０），易氧化和閃點低，因此不能用于電容器的絕緣灌封； b）由于分子的異構化和分子量的增加（４５０～７００），抗氧化和相容性，閃點都有提高，但由于收縮率偏大，仍不適易于帶殼體的電氣元件； c）的分子構型最理想，不僅抗氧化和安全性與b相當，由于分子的大部分的環烷結構，柔韌性好、收縮率低，與膜和殼體的相容性好，是電容器專用蠟的首選材料。  3.2電容器專用蠟的提純 有了好的基礎蠟，為了更有效地發揮它的功效，還必須進行提純，大家知道，蠟的電氣性能與其自身的純度有很大的關系，比如：雜環酸、硫、氮等不安定分子基團或原子，短碳鏈的烴、水份、機械雜質等都會對蠟的絕緣能力［3］、產品壽命產生直接的破壞作用。通過原料的加氫飽和處理，或脫硫脫氮處理，以及物理吸附等方法的運用，是保證蠟的電氣性能的必要過程，蠟的深度精制與基礎蠟的選擇在保證蠟的產品質量方面同等重要。脫油過程的目的就是為了去除低碳烴，從而確保持續穩定的體積電阻率和介電損耗因數，更有利于提高耐電壓強度，并降低對聚丙烯膜的溶脹，加氫精制和物理吸附過程的目的，就是為了提高產品的熱穩定性和電場穩定性，去除易對元件的噴金面或引線端子產生氧化腐蝕的成分。  3.3電容器專用蠟的改性 經過提純的微晶蠟在使用的物理性能指標上如硬度、表觀粘度、滴熔點、流動能力、外觀狀態、與殼體的相容性等方面如不十分滿意，可進行必要的改性處理。通常，能夠對蠟進行改性處理的材料是已知的，聚丁烯就是最常見的一種，由于它的分子鏈的柔性以及在電氣性能方面的優點，被世界上大多數發達國家的電氣企業所采用，尤其在電纜的填充方面。我們在選擇聚丁烯時，著重考察的是它的純度和分子量分布，如添加了稀釋油的聚丁烯是不能被用于電容器蠟的改性材料的。在分子量分布上我們主要選擇分子量在900～1300之間的聚丁烯，這主要是因為分子量太小、電氣絕緣能力差；分子量太大，與蠟的相容性不好，不利于操作［４］。  3.4電容器專用蠟的收縮問題 目前，產品質量調查表明蠟對電容器質量的影響日益突出了，眾所周知，蠟的品質對電容器的性能有直接關系，只是不象膜的影響那么大罷了。在講究企業信譽，講究產品質量的今天，離開配套材料的質量談電容器的質量無異于空談。如何選擇優質穩定、方便及時的供應渠道，是每一個電容器制造企業所迫切要求的，那么，蠟的哪些性能指標是使用單位必須清楚的呢？ 蠟用于金屬化電容器的絕緣灌封，其體積電阻率，耐壓強度比較容易滿足，而酸值和體積收縮率就不那么容易了。 如色拉油被某些廠家所采用，在使用初期，除了滲漏問題（與工裝有關）外，幾乎與蠟無差別，但電容器運行半年以后，就會發現氧化現象比較嚴重，因為不飽和脂肪酸的抗氧化性能較差，酸值偏高，穩定性不好，蓖麻油也如此。有些廠家用凡士林進行試驗，也有同樣問題發生。但凡士林主要是由于低碳烴（礦物油）的氧化引起的，同時凡士林的低碳烴易造成對金屬化膜的溶脹。 蠟的體積收縮是蠟的最大缺點之一，它不僅造成脫殼，更主要的是易在收縮過程中對元件產生損傷，使噴金層脫落。目前我們知道蠟在有殼體的電容器中體積收縮有三種形態。見圖6。 a）收縮主要是蠟中直鏈烴引起的，由于邊緣的溫度先于內部出現降低，直鏈烴易從外部生成晶核，并逐漸生成大晶體，在真空狀態下，中間的蠟分子向結晶體靠攏［5］，這主要是石蠟引起的，這也是石蠟不宜用于電容器灌封的主要原因之一。 b）收縮主要是蠟的均勻結晶與蠟和殼體的相容性引起的，這時蠟的結晶屬于針形微混晶態，并與殼體保持良好的粘附性，這種收縮不易對元件產生破壞，比較適合電容器使用。 c）收縮主要是蠟中剛性鏈較多或大分子基團的引入造成的，個別蠟制造廠為了片面追求表觀粘度，引入乙烯醋酸乙烯類樹脂，這種大分子的引入一方面造成蠟的內聚力增強，容易造成脫殼。另一方面，醋酸乙烯分子基團長期在電場作用下易氧化變質，也是不宜電容器使用的。 3.5電容器蠟的性能比較 為了確保電容器制造企業對蠟的需求，協助電容器制造企業更好地了解各電容器蠟生產廠的產品質量。我們根據客戶提供的樣品進行了一系列的數據分析對比。 從表2可以看出，各廠家的產品性能差異較大，也有些廠家為了追求拉絲性和手感粘度，添加了對電容器有影響的高分子聚合物，這些添加劑與蠟的相容性較差，很難均勻穩定地互熔，長期在電場作用下，很容易劣化變質，從酸值和體積收縮率上可以看出差別，尤其是體積收縮率，A和B均出現a收縮。SP2070、SP2071均出現b收縮。C和E均出現c收縮，從體積電阻率這一指標可以看到SP2070、SP2071和E最大。 4、結論 電容器專用蠟的生產和使用必須充分注意其絕緣性能，必須對產品的絕緣留有相當的裕度，以便最大限度地滿足電容器對蠟的品質要求。 電容器專用蠟的選擇在滿足電性能要求的同時，應充分注意蠟的收縮問題，以及低碳烴的氧化和對金屬化膜的溶脹影響。 隨著電容器品種的增加和應用范圍的不斷擴大，對蠟的要求會越來越高。只有供需雙方的共同努力，才能更好地了解和控制電容器專用蠟對電容器產品質量的影響，從而取得品質與效益的最佳平衡。