如何提高塑料的 CTI？——阻断导电通路

在电气绝缘材料的评价指标中，CTI（Comparative Tracking Index，耐漏电起痕指数）是一个关键参数。它反映了材料在电压和电解液作用下抵抗表面放电、形

成导电炭化路径的能力。CTI 值越高，材料越不易发生表面电击穿，绝缘稳定性也就越好。

那么，CTI 的机理是什么？为什么某些阻燃体系（比如溴系）CTI 偏低？又该如何通过改性提高 CTI 呢？

01 CTI 的机理？

材料表面的“电痕”往往经历这样一个过程：

1️⃣电解液润湿 → 试样表面有离子液滴存在；

2️⃣局部击穿 → 在交流电压作用下产生瞬时放电；

3️⃣有机相碳化 → 高能电子流和局部高温导致聚合物基体裂解、生成碳质导电通道；

4️⃣形成永久导电路径 → 表面一旦出现稳定的炭化链路，绝缘性能就急剧下降。

因此，决定 CTI 高低的核心因素有：

材料基体是否易碳化；

表面放电后，裂解产物是“炭化物”还是“非导电残渣”；

材料的热导率、极性、吸水性是否加速电解液的浸润和放电。

02 为什么溴系阻燃体系的 CTI 普遍较低？

溴系阻燃剂的机理是在气相捕捉自由基，形成 HBr、Br• 等物质抑制燃烧。但在电痕测试中，这种机理却带来几个问题：

副产物酸性：HBr 等强酸会显著提高表面液膜的导电性，反而促进电痕形成；

低残渣性：溴系阻燃剂燃烧后残留炭渣较少，容易直接暴露导电通道；

基体碳化倾向增强：溴元素参与裂解过程时会加速聚合物的碳化，导致形成导电炭痕。

因此，溴系阻燃体系常常表现为 CTI 偏低。

03 提高 CTI 的改性思路

1. 引入抗碳化的无机填料

机理：在放电高温区，填料能吸热、稀释碳源，且生成非导电残渣，阻断导电路径。

典型体系：氢氧化铝（ATH）、氢氧化镁（MDH）、硅酸盐、氧化铝、氮化硼等。

代表牌号：

Huber MARTINAL® OL-107 LE（MDH）

Nabaltec Apyral® 20X（ATH）

2. 使用富氧化残渣的磷氮系阻燃剂

机理：磷氮系助剂在热解过程中形成交联的聚磷酸盐玻璃层，非导电且阻断碳化链路。

典型体系：MPP（聚磷酸铵盐）、DOPO 衍生物。

Clariant Exolit® OP 1230（有机膦酸盐）

Italmatch Amgard® MPP 系列

3. 调整聚合物结构和极性

机理：降低吸水率与表面能，减少电解液浸润机会。

策略：

共混 PP或 PE（高 CTI 代表材料，典型 >600 V）；

选择低表面能树脂，如 Si-PC替代 PC。

4. 表面改性与纳米助剂

机理：通过表面能调节和纳米屏障效应，延缓电痕形成。

体系：纳米 SiO₂、蒙脱土、氮化硅。

Evonik Aerosil® R972（疏水型纳米 SiO₂）

04 总结

要提高材料的 CTI，必须从抑制碳化和阻断导电通道的机理出发。

避免溴系，选用磷氮系或金属氢氧化物阻燃剂；

利用无机填料吸热+成非导电残渣；

控制基体结构，降低吸水率与碳化倾向。最终目标是让材料在电痕测试中，即便经历反复放电，也只生成“绝缘的灰白残渣”，而不是“导电的黑色炭痕”。