PPS 與 PEI 電絕緣零件材料比較

現代配電設備、電力電子、電池系統及半導體測試座，都在嚴苛的熱力學條件下運作。隨著工作電壓提高、外殼空間縮小，尼龍、Delrin（POM）及一般聚碳酸酯等傳統工程塑膠，會因熱變形、受潮引發的電弧追蹤，或化學劣化而失效。

在 PlasticCNCPro 的精密 CNC 加工廠，我們經常與硬體工程師討論選材，他們常在兩種高性能熱塑性塑膠之間猶豫：聚苯硫醚（PPS）與聚醚醯亞胺（PEI，即 SABIC 品牌 Ultem® 的通稱）。選擇適當的聚合物，需要權衡介電崩潰門檻、機械應力、熱膨脹、化學暴露及整體加工成本。

什麼是 PPS 塑膠？

聚苯硫醚（PPS）是一種半結晶型高性能熱塑性塑膠，由交替排列的硫原子與對位取代的伸苯基環組成。這種緊密鍵結、對稱的化學主鏈，使 PPS 具有極佳的耐化學劣化能力、優異的熱穩定性，且無需添加含鹵素阻燃劑，本身即具備固有阻燃性（天然達到 UL94 V-0 等級）。

在電氣組件中，PPS 之所以受到重視，是因為其電絕緣特性在寬廣的溫度與頻率變化範圍內幾乎保持不變。此外，PPS 幾乎不吸水（24 小時吸水率 <0.05%），因此在高濕度的戶外開關設備或船用電子設備中運作時，零件不會膨脹，也不會喪失介電隔離能力。

PPS 塑膠能承受多高的溫度？

在選用絕緣襯套、線圈骨架或大電流接觸件載體的尺寸時，耐熱性是不可妥協的條件。PPS 的熱性能指標十分出色：如需更多背景資訊，請參閱關於 PPSU vs PSU vs PEI 的配套指南.

連續使用溫度 220°C – 240°C （428°F – 464°F）

熔點（Tm） ~285°C （545°F 結晶轉變溫度）

短期瞬時耐受最高 260°C 波峰焊接／迴焊峰值

由於 PPS 為半結晶型，在玻璃轉移溫度（約 85°C）以上仍能保持相當的機械剛性，尤其是玻纖或礦物填充的規格（如 PPS-GF30 或 PPS-GF40），這些是 CNC 加工電力絕緣件的標準選擇。

什麼是 PEI 材料？

聚醚醯亞胺（PEI）通常以 SABIC 品牌名稱 Ultem® 指定（主要為未填充的 Ultem 1000 及 30% 玻纖增強的 Ultem 2300），是一種非晶型、琥珀色透明的聚醯亞胺聚合物。其重複單元含有剛性芳香族醯亞胺環，並以柔性醚鍵連接。

與半結晶型塑膠不同，PEI 的非晶型分子結構賦予其等向性的機械性質、加工後殘留應力造成的變形極小、在極寬溫度範圍內具有極高的介電強度，以及優異的衝擊韌性。在半導體測試座、晶圓搬運及航電連接器中，PEI 是業界的標竿材料。

材料性能比較：PPS 與 PEI

以下為實測性能摘要，評估的是我們 CNC 車削與銑削中心常用的電子級未填充及 30% 玻纖增強標準型材：

性能項目	測試方法	PPS（未填充／GF30）	PEI／Ultem（1000／2300）
聚合物結構	—	半結晶型	非晶型
介電強度（1mm）	ASTM D149	18 – 21 kV/mm	25 – 33 kV/mm
介電常數（1 MHz）	ASTM D150	3.0 – 3.2	3.15 – 3.5
介電損耗因子（1 MHz）	ASTM D150	0.001 – 0.002	0.0025 – 0.005
體積電阻率	ASTM D257	10^16 Ω·cm	10^16 – 10^17 Ω·cm
連續使用溫度	UL 746B	220°C – 240°C	170°C – 180°C
拉伸強度（降伏點）	ASTM D638	80 MPa（未填充）／160 MPa（GF30）	105 MPa（1000）／170 MPa（2300）
吸水率（24 小時）	ASTM D570	0.02% – 0.05%	0.25%
耐化學性	—	幾乎惰性（<200°C）	對極性溶劑／酯類敏感

電絕緣性能

當原始介電崩潰電壓是主要設計限制時， PEI 表現優於 PPS。在薄壁截面中，介電強度超過 25–30 kV/mm，PEI 可防止緊湊型航太多針連接器發生針孔崩潰。然而，PPS 在高頻（十億赫茲範圍）下的介電損耗因子（損耗正切）較低，使其非常適合高頻射頻傳輸隔離器及微波腔體外殼。

熱穩定性與耐熱性

就絕對連續使用溫度而言，PPS 具有優勢（220°C–240°C，相較之下 PEI 為 170°C）。若絕緣件必須置於油冷式變壓器內、引擎排氣線束旁，或靠近長期承受 200°C 熱浸的功率逆變器 MOSFET，PPS 可防止蠕變與劣化。相比之下，PEI 在接近其玻璃轉移溫度（Tg）217°C 時會明顯軟化。

機械強度與尺寸穩定性

未填充的 PEI（Ultem 1000）具有優異的拉伸降伏強度（105 MPa）與延展性，在將銷釘壓入加工孔時可抵抗脆性斷裂。未填充的 PPS 本質上較脆；若將結構複雜的薄壁未填充 PPS 零件掉落在混凝土上，可能會發生破裂。因此，我們通常以玻纖增強型材加工 PPS。此外，由於 PEI 為非晶型，其收縮完全呈等向性，使我們能在加工時將公差控制在 ±0.01 mm 的精密範圍，且夾持後不會翹曲。如需更多背景資訊，請參閱這篇以加工為重點的概述.

耐化學性與環境穩定性

PPS 幾乎不受大多數工業化學品侵蝕 在 200°C 以下，且在常溫下不溶於任何已知溶劑。它不受汽車煞車油、變速箱油、電池電解液、酸類及強效清潔液的影響。PEI 雖耐礦物酸與醇類，但暴露於氯化溶劑、酮類（如丙酮）、酯類及芳香烴時，容易發生應力龜裂。

PPS 與 PEI：哪種材料在電絕緣零件上表現更好？

結論完全取決於電子元件的操作環境：

以下情況請選擇 PEI（Ultem）：

在緊湊的壁厚中需要最高的介電崩潰強度。
零件需要過盈配合的壓入銷釘或卡扣，要求具備機械韌性。
需要光學透明度，或便於從內部目視檢查接點。
操作溫度長期維持在 170°C 以下。

以下情況請選擇 PPS：

零件會接觸嚴苛的油類、燃料、冷卻液，或化學清洗液的沖洗。
連續使用溫度超過 180°C，最高可達 240°C。
必須零吸水，以消除尺寸膨脹及漏電流。
在低至中等產量時，原料成本最佳化是首要考量。

電氣與電子產業的常見應用

在 PlasticCNCPro 所服務的各產業中，這兩種塑膠都擔負關鍵的電氣功能：

PPS 典型零件：

汽車電動車電池斷路器外殼、高溫端子台、電動馬達碳刷座、泵浦馬達絕緣件、IGBT 功率模組支架、開關設備滅弧室，以及化學感測器電氣隔離件。

PEI（Ultem）典型零件：

半導體老化測試座（BiTS）、IC 晶片測試座、高密度航電圓形連接器、微波導波隔離器、光纖連接器座、醫療儀器隔離夾頭，以及航太雷達罩電路支撐件。

PPS 用於電絕緣的優缺點

優點

• 固有 UL94 V-0 阻燃等級，且不含鹵素毒性。
• 優異的連續耐熱能力，最高可達 240°C。
• 對有機及無機試劑幾乎完全耐受。
• 極低吸水率，確保在潮濕環境中介電常數穩定。
• 原料成本通常低於 PEI。

限制

• 未填充等級易脆，且對缺口敏感。
• 玻纖填充型材在 CNC 銑削時會加速刀具磨損。
• 半結晶結構可能造成輕微的非等向性熱膨脹。
• 完全不透明，無法進行內部接點檢查。

PEI 用於電絕緣的優缺點

優點

• 優異的介電強度（最高 33 kV/mm）。
• 卓越的機械韌性與高拉伸模數。
• CNC 加工時尺寸可預測性高（±0.01 mm）。
• 天然琥珀色半透明，可光學檢視內部零件。
• 在極低溫下仍能保持優異的介電性能。

限制

• 易受酮類、芳香烴及煞車清潔劑引起的環境應力龜裂影響。
• 最高連續使用溫度較低（170°C，相較 PPS 為 240°C）。
• 吸水率較高（0.25%），若用於乾燥密封外殼，需預先乾燥。
• 材料原料成本明顯較高。

如何為您的專案在 PPS 與 PEI 之間做選擇

在審閱 2D 圖面及規格時，我們的加工工程團隊會採用以下四點評估矩陣，協助客戶做決定：

1

評估電壓梯度與壁厚

若您的設計含有微型壁厚（<0.8 mm）並承受 >5 kV 的電壓，PEI 較高的介電強度對於消除崩潰風險至關重要。

2

確認流體與溶劑暴露情況

若絕緣件接觸燃料、引擎油、工業沖洗除脂劑或蒸汽，PPS 可提供長久的化學耐受性，而 PEI 可能出現龜裂或應力裂紋。如需更多背景資訊，請參閱本相關材料比較.

3

評估機械固定方式

若黃銅銷釘、螺紋鋼絲螺套或過盈卡扣銷釘需壓入塑膠中，PEI 處理機械剪應力的能力遠優於對缺口敏感的 PPS。

4

預算與試製數量

對於熱性與電性規格均符合要求的中大型加工量產，相較於 Ultem 1000，PPS 通常可將整體原料胚料成本降低 15% 至 30%。

常見問題

PPS 與 PEI 之間的主要差異為何？

兩者的主要差異源於聚合物物理特性：PPS 為半結晶型，具有優異的耐化學性、零吸水性，以及 240°C 的連續耐熱上限。PEI 為非晶型聚合物，提供明顯更高的介電強度（最高 33 kV/mm）、琥珀色半透明性、優異的機械韌性，以及更嚴格的等向性加工公差，但對極性溶劑的耐化學性較差。

哪種塑膠的熔點最高？

PPS 具有真正的結晶熔點（Tm），約為 285°C（545°F）。由於 PEI 為非晶型聚合物，並不具備真正的結晶熔點，而是具有約 217°C（423°F）的玻璃轉移溫度（Tg），超過此溫度後會逐漸軟化。因此，PPS 能承受較高的瞬時熱峰值，例如自動化焊接迴焊製程。

PPS 是良好的電絕緣體嗎？

是的，PPS 是優異的電絕緣體。其體積電阻率高達 10^16 Ω·cm，依 ASTM D149 測得的介電強度為 18–21 kV/mm，且介電損耗極低（tan δ 約 0.001），在高達 10 GHz 的頻率範圍內保持穩定。結合近乎零的吸水率及 UL94 V-0 阻燃性，PPS 被廣泛應用於高壓工業及汽車零件。

PPS 與 PEI：哪種材料更適合電絕緣零件？