變壓器油環境下塑膠螺絲可靠性｜120°C實測數據解析（下）

電力設備用塑膠螺絲選型指南 3：強度、絕緣測試與可靠性評估 (三)

2026.04.15

繼前篇對材質規格的通盤介紹後，本篇將進入實戰驗證階段。電力設備中工程塑膠的應用環境多元且複雜，本單元先聚焦於一項具代表性的極端工況進行專題研究，其他應用情境將於後續陸續分享。

本篇將探討「工程塑膠於 120°C 變壓器油環境之可靠性評估」，透過實驗數據，帶您了解材料在高溫油浸環境下的真實表現。

篇章:
第一篇：電力設備緊固件的變革：從金屬到工程塑膠的選型邏輯
第二篇：常用電力工程塑膠材料解析：從規格選擇到典型應用
第三篇：專題研究：工程塑膠於變壓器油環境之可靠性評估

專題研究：變壓器油環境下的可靠性 (實驗數據分析)

針對電力設備常見的「油浸式環境」，我們進行了專門的實驗。將 PPS GF40、PEEK、RENY、PEI 四種材質的螺絲，浸泡於 +120°C 的變壓器油中 4 小時，模擬極端過載情況。(Ref.6) 本報告將從抗拉強度與扭力的變異，解讀材料在高溫熱油中的真實表現。

PPS GF40	PEEK	RENY	PEI

實驗照片		檢測設備照片

1. 物理特性觀察
實驗結果顯示，四種材質在外觀、幾何尺寸及實際鎖附測試中，前後並無明顯差異，展現了高品質工程塑膠優異的化學惰性。
2. 抗拉強度 (Tensile Strength) 的變化
拉力測試是評估零件受壓能力的指標：
• PPS GF40：實驗後拉力平均值下降了 7.72%。這在預期範圍內，反映出玻纖強化材質在熱油中的應力釋放。
• 其他材質 (PEEK, RENY, PEI)：拉力僅略微下降，降幅極小，顯示其結構穩定性。
3. 扭力 (Torque) 的關鍵變異：
扭力表現反映了材料在鎖緊時的抗扭能力與摩擦係數變化：
•   PPS GF40 與 PEI：實驗後扭力數值反而提高 (約 7-8%)，這顯示油浸後的表面分子微觀變化可能增加了鎖附時的阻力。
•   PEEK 與 RENY：實驗後扭力下降。
•   警告：RENY 在實驗後扭力下降了 17.63%。這表示在高溫油浸環境下，RENY 雖然拉力不減，但其螺牙的抗扭轉能力會顯著弱化。工程師在設計需要頻繁鎖付的油中結構時，需對此進行補償校正。

Material	Link Upon Lab	Tensile Strength	Torque
PPS GF40	Before Immersion	4326.88	4.96
	After Immersion	3992.89	5.31
	Change	-7.72%	+6.86%
PEEK	Before Immersion	3564.88	7.76
	After Immersion	3540.58	7.14
	Change	-0.68%	-7.97%
RENY	Before Immersion	7049.11	14.46
	After Immersion	6966.83	11.91
	Change	-1.17%	-17.63%
PEI	Before Immersion	3423.83	5.32
	After Immersion	3325.27	5.74
	Change	-2.88%	+7.83%

結語：專業選型，始於對每一根螺絲的可靠堅持。

在電力能源設備持續向高功率密度與高可靠度發展的趨勢下，工程塑膠螺絲已逐漸從輔助配件演變為受關注的絕緣結構元件。透過科學化的材料選型（如 PPS 的耐熱性、RENY 的高機械強度或 PVDF 的性價比平衡）與嚴謹的可靠性驗證，塑膠螺絲不僅能滿足複雜的機械載荷，更能為電力系統提供無可取代的電氣安全保護。

允拓材料科技股份公司長期專注於工程塑膠材料與高性能塑膠緊固件的開發，我們持續透過深度的可靠性測試與應用研究，協助客戶在 Grid、SST、ESS 等尖端電力設計中，精準鎖定最適合的材料方案。

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技術附錄：
120°C 變壓器油環境之再現性測試分析 (Reproducibility Analysis)
為了驗證實驗數據的穩定性與可靠性，允拓材料實驗室針對上述四種高性能材質進行了再現性測試。透過「同批次重複檢驗」與「跨批次對比」兩種方式，確認材料在極端環境下的物理表現是否具備一致性。

再現性測試數據彙整

材質與批次條件	抗拉強度變化率 (Tensile)	鎖附扭力變化率 (Torque)	測試結論
PPS GF40（同批次再現）	-4.32%	+10.28%	趨勢一致，扭力上升特性明確。
PEEK（跨批次再現）	-0.82%	-3.30%	表現極其穩定，批次間差異極微。
RENY（跨批次再現）	-0.54%	-17.63%	再現性極高，證實存在扭力弱化現象。
PEI（同批次再現）	-2.55%	+7.83%	強度損耗穩定，扭力呈現小幅補強。

關鍵技術分析與發現
•   RENY 的扭力弱化警告 (Torque Reduction)：
在兩次獨立測試中，RENY 均展現了極其穩定的抗拉強度（變化率僅 -0.54% 至 -1.17%），但其鎖附扭力皆顯著下降達 14.5% ~ 17.6%。這項高度再現的數據證實：RENY 雖能維持結構剛性，但螺牙表面在高溫油浸後會發生物理性質改變。設計建議：在油浸高負載結構中，需針對此扭力降幅進行預力補償校正。
•   PEEK 的跨批次穩定性：
跨批次測試結果顯示，PEEK 在抗拉強度上的變動僅有 0.14% 的極微差異。這證明了 PEEK 具有優異的材料純度與抗化學穩定性，是針對高可靠度、高一致性需求設備的最佳選擇。
•   PPS GF40 與 PEI 的趨勢一致性：
兩者在再現性測試中均再次觀察到「扭力上升」現象（PPS +10.3%、PEI +7.8%）。這顯示該類材質在熱油環境後，表面摩擦阻力增加，對於防止設備長期運行中的震動鬆脫具有正面效益。

實驗室結語
透過本次再現性測試，我們證實了所有數據變動均在工程容許範圍（±10%）內，且材料特性的物理趨勢具有高度的可預測性。

參考資料來源：

Ref.1：#IEC 60664-1 Insulation coordination for equipment within low-voltage systems. 如何透過絕緣材料的分類（如 CTI 指數）來減少導電部件之間的距離。根據 IEC 60664-1 標準，選用高 CTI 指數的工程塑膠緊固件，能有效縮短電力模組內部的爬電距離要求，實現設備小型化。
Ref.2：IEEE Transactions on Power Electronics. 在高頻交變磁場中，金屬螺絲會形成微小的「短路環」，產生渦流損耗（Eddy Current Loss），導致局部過熱並產生電磁輻射干擾。「在《Power Electronics》等經典文獻中指出，非金屬材料能避免在高頻磁場下產生渦流損耗，對穩定 EMI 敏感電路具有顯著意義。」
Ref.3：ASTM B117 (Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus). 工程塑膠（如 PPS、PVDF）具有天然的化學惰性，不需額外電鍍處理即可通過嚴苛的鹽霧測試。「針對戶外 ESS 的防護設計，選用具備優異耐化學性的聚合物材料，可免除金屬件在 ASTM B117 鹽霧試驗中常見的氧化腐蝕風險。」
Ref.4：Electrical testing of plastics and polymers – Measurlabs, Ryan Johnsson – MSc in Polymer Chemistry
Ref.5：[材料電性標準]：介電損耗與常數之評估參考 ASTM D150 (工頻至百萬赫茲級別) 及相關高頻測試標準。
Ref.6：資訊來源與實驗基準，這部分數據源自我們公司針對電力能源設備開發的內部實驗室報告。實驗方法：參考 ASTM D543（塑膠耐化學試劑評估標準）之精神，進行高溫油浸加速模擬測試。實驗條件：將螺絲完全浸漬於變壓器絕緣油中，環境溫度設定為 120°C，持續時間為 4 小時。