文章概述

在電氣和電子組件的設(shè)計與采購中，外殼材料的選擇至關(guān)重要。它不僅影響產(chǎn)品的外觀和成本，更決定了外殼在不同環(huán)境下的性能表現(xiàn)。本文將深入探討外殼材料的種類、特性及其選用要點，幫助您在眾多材料中做出明智的選擇。

一、外殼材料分類

外殼有多種樣式、尺寸和形狀，但外殼材料往往才是采購新產(chǎn)品時的首要考慮因素，也可以說外殼材料是影響外殼性能的最大因素。常用材料的相關(guān)知識對于規(guī)劃、采購和維護電氣和電子組件至關(guān)重要。

一般來說，外殼材料可分為金屬材料和非金屬材料兩類。

（一）非金屬材料

非金屬材料包括塑料和玻璃纖維，其中大部分非金屬外殼由塑料制成，通常為ABS或聚碳酸酯。

非金屬材料可透射頻 (RF) 波，是需要輕松收發(fā)信號的無線通信設(shè)備的理想之選。但這也是把雙刃劍，如果設(shè)備需要隔離電磁干擾 (EMI) 和射頻干擾 (RFI)，這一特性就會帶來不利影響。

1.ABS

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯 (ABS) 是一種成本較低的熱塑性塑料，易于加工和成型。ABS是室內(nèi)用途的優(yōu)選塑料，雖然相對經(jīng)濟，但卻具有優(yōu)異的抗沖擊性、耐熱性和多功能性。通用 ABS (GPABS) 是最經(jīng)濟的類型，另外還有阻燃 ABS (FRABS)，其阻燃性能達到中高水平 (UL 94V-0)。

ABS外殼通常為黑色、灰色或白色，彩色外殼也不少見，但這種材料并不適合高強度用途，且很難使ABS透明。

圖 1：Hammond的 1551MINI 系列ABS 塑料外殼。由于 ABS 不可能完全透明，因此半透明或“磨砂”ABS 很常見。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

2.聚碳酸酯

聚碳酸酯具有出色的抗沖擊性、較寬的工作溫度范圍和優(yōu)異的抗紫外線破壞能力，是許多室外、高沖擊和海洋應(yīng)用的優(yōu)選塑料。抗紫外線聚碳酸酯可防止因日曬而褪色和變脆，且天然透明。因此，聚碳酸酯經(jīng)常用于眼鏡片、賽車擋風玻璃以及高質(zhì)量外殼等產(chǎn)品。聚碳酸酯具有高阻燃等級，經(jīng)濟性雖不如ABS，但從長遠來看，其耐用性可節(jié)省成本。

圖 2：Hammond的 1591T 系列透明聚碳酸酯塑料外殼。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

3.玻璃纖維

玻璃纖維增強聚酯簡稱 FRP 或 GRP，由玻璃纖維增強聚酯塑料組成。與聚碳酸酯一樣，FRP 也適合室外使用，具有優(yōu)異的抗沖擊性和較寬的工作溫度范圍，甚至比聚碳酸酯還要寬。不過，F(xiàn)RP 可能會因紫外線照射而褪色。由于 FRP 的構(gòu)成，其在切割時會使玻璃微粒分散，因此改造時需要專門的 PPE（個人防護用品）和工具。

聚碳酸酯和 FRP 都具有優(yōu)異的耐化學性，都非常適合在含鹽環(huán)境中使用。FRP 耐溶劑、稀酸和稀堿。聚碳酸酯對酸、某些溶劑和堿的耐受性也較好。

圖 3：玻璃纖維增強聚酯外殼，Hammond 零件編號 1590ZGRP084。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

（二）金屬材料

金屬外殼對射頻干擾（RFI）和電磁干擾（EMI）具有良好的屏蔽性。金屬與金屬之間的接觸對于完全屏蔽和接地至關(guān)重要，這是在外殼內(nèi)處理電氣設(shè)備時確保安全的必要過程。金屬材料一般可用于室外用途，并且具有優(yōu)異的抗沖擊性。

對于金屬而言，注意電化學腐蝕（也稱異種金屬腐蝕）非常重要。如果兩種不同的金屬相互接觸，“堿性”更強或更容易放棄電子的金屬將開始加速腐蝕，從而造成結(jié)構(gòu)和外觀損傷。例如，用戶應(yīng)注意不要在不銹鋼外殼上使用鍍鋅螺絲或鍍鋅鋼連接件。

1.鋁

鋁是一種有色金屬，重量相對較輕，但卻很堅固。鋁有鋁板、擠壓鋁和壓鑄鋁等各種形式，其特性也因使用的合金不同而不同。合金由基材（鋁）和其他金屬或元素組成。有些合金比其他合金更堅固，或更抗拉，或更能接受某些表面處理方式，等等。

鋁易于加工和成型，是成本最低的金屬外殼材料。

• 壓鑄鋁：通過將熔融金屬倒入模具生產(chǎn)，適合中小型外殼，生產(chǎn)速度快且產(chǎn)品一致性好。大型產(chǎn)品往往采用金屬板，而非鑄造金屬。壓鑄外殼以及注塑成型塑料外殼都有一個稱為脫模角的特性。盒壁必須略微向外傾斜，以便外殼能夠從鑄件上正確脫離。因此，壓鑄鋁外殼的壁會有幾度的傾斜。

圖 4：厚壁壓鑄鋁外殼，Hammond 零件編號 1590Z110。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

• 擠壓鋁：通過強制熔融鋁穿過模具形成特定形狀，可得到很長的擠壓件，再切割成不同尺寸。擠壓鋁外殼通常由擠壓管和端蓋組成，經(jīng)陽極氧化處理后表面更耐用，可呈現(xiàn)多種顏色。

Hammond提供的擠壓鋁外殼均經(jīng)過陽極氧化處理。陽極氧化是一種增加外殼氧化層厚度的工藝，可使表面更加耐用。陽極氧化可呈現(xiàn)各種顏色。有些鋁合金可以進行陽極氧化處理，有些則不行；而 Hammond 的擠壓外殼可以進行陽極氧化處理，壓鑄鋁外殼則不行，只能進行粉末噴涂。

圖 5：經(jīng)過藍色陽極氧化處理的擠壓鋁外殼（已組裝）。Hammond 零件編號 1455L1201BU。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

圖 6：圖 5 中經(jīng)過藍色陽極氧化處理的擠壓鋁外殼的拆卸狀態(tài)。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

• 鋁板：鋁板可以切割和折疊，以制作外殼和面板。擠壓件和模具受到工具特性和尺寸的限制，而折疊金屬板則與它們不同，可以制作出無數(shù)種外殼設(shè)計。鋁板，尤其是較薄的鋁板，不能承受特別大的重量，如果超重，鋁板可能會彎曲或翹曲。

2.鋼

鋼是許多行業(yè)廣泛使用的可靠材料。鋼是一種鐵合金（由鐵與碳結(jié)合而成）。鋼板用于制造外殼和面板，根據(jù)不同的應(yīng)用，有多種鋼材可供選擇。鋼比鋁重，其成本更高，尤其是不銹鋼。

• 軟鋼：軟鋼也稱為“低碳鋼”，其碳含量低于標準鋼，更易于成型和焊接。低碳鋼成本低，用途廣泛，但除非經(jīng)過表面處理，否則會因天氣影響而氧化。這就是軟鋼外殼采用粉末涂層表面處理而不銹鋼或鋁外殼則采用本色表面處理或較少表面處理的原因。天然軟鋼可用于內(nèi)部面板，因為它們不會暴露在自然環(huán)境中。

圖 8：經(jīng)過淺灰色粉末涂層表面處理的軟鋼外殼，Hammond零件編號 ST12126LG。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

• 鍍鋅鋼：鍍鋅鋼通過將鋼浸在鋅涂料中制成。這樣可以保護鋼的富鐵表面不被迅速腐蝕。鍍鋅鋼對于具有超強腐蝕性的化學品或海洋環(huán)境耐受性不佳。鍍鋅鋼是內(nèi)部面板和通用室內(nèi)商用外殼的常用材料。經(jīng)過粉末噴涂后，鍍鋅鋼可在室外光照條件下使用。

• 不銹鋼：不銹鋼是一種含鉻的鐵合金，具有耐腐蝕性。通過添加其他元素，可以制造出不同牌號的不銹鋼。不銹鋼不易生銹，無需進行表面處理。不銹鋼具有很強的耐酸性、耐堿性和耐溶劑性，在室外也有很好的表現(xiàn)，而且易于清潔，因此非常適合需要經(jīng)常沖洗外殼的衛(wèi)生環(huán)境，例如醫(yī)療或食品飲料應(yīng)用場合。

最常見的兩種不銹鋼牌號為：

• 304 - 這是最常見的不銹鋼牌號。

• 316 - 這是更專業(yè)的牌號，具有所有上述不銹鋼優(yōu)點，并且額外添加鉬元素，因此具有更強的耐腐蝕性。316 不銹鋼在海洋環(huán)境中表現(xiàn)出色。

圖 9：獨立式不銹鋼外殼，Hammond 零件編號 HN4FS726036SS。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

二、外殼評級系統(tǒng)

外殼的評級系統(tǒng)對其選擇至關(guān)重要，常見的評級系統(tǒng)有NEMA、IP和UL認證，它們根據(jù)外殼在不同條件下的性能進行評估。

（一）NEMA 評級

NEMA - NEMA 是工業(yè)和電氣外殼最常用的評級系統(tǒng)，NEMA類型描述外殼是用于室內(nèi)還是室外、是否耐腐蝕以及如何抵御水和灰塵等危害。常見的 NEMA 類型包括：

• 12和13- 室內(nèi)使用，有一定的防塵和防滴水能力

• 3R- 室內(nèi)或室外使用，防塵、防潮濕天氣（雨、雨夾雪、雪）

• 4- 室內(nèi)或室外使用，具有優(yōu)異的防塵、防潮濕天氣、防濺水或防水管引水能力

• 4X- 與 4 類似，但耐腐蝕性增強

圖 10：Hammond 的 HYW 系列不銹鋼外殼的門上有一個藍色衛(wèi)生硅膠墊圈。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

（二）IP 評級

侵入防護 (IP) - IP 等級由國際電工委員會 (IEC) 確定。IP 是電子器件外殼領(lǐng)域的典型術(shù)語，但 IP 等級和 NEMA 等級之間存在交叉。IP 等級的第一位數(shù)字與防塵性有關(guān)，第二位數(shù)字與防水性有關(guān)。一些常見的 IP 等級包括：

• IP54 - 防塵，防濺水

• IP65 - 最低防水等級，室外使用的最低建議等級，防塵，防噴水

• IP66 - 防塵，防強力噴水

• IP67 - 防塵，防暫時浸泡

• IP68 – 防塵，防長時間浸泡

（三）UL 認證

通過 UL 認證的產(chǎn)品由獨立實驗室進行測試。認證外殼符合 UL 508A 所列標準。兩次測試之間不得進水；否則，產(chǎn)品將無法通過 UL 認證。諸如材料一致性、工廠工藝、抗紫外線性以及可燃性等級之類的其他因素也在考慮之列。UL 認證是性能、質(zhì)量和安全性的重要指標。

圖 11：UL 認證聚碳酸酯外殼內(nèi)部的 UL 標簽，Hammond 零件編號 1554C2GYCL。（圖片來源：Hammond Manufacturing）

結(jié)語

設(shè)計電氣或電子組件需要考慮很多因素，但希望這篇關(guān)于外殼材料和等級的概述文章能幫助您簡化外殼的選擇過程。

無論應(yīng)用需要的是用于手持式開關(guān)的簡易塑料盒，還是必須在碼頭上抵御咸濕空氣的堅固不銹鋼柜，外殼無疑都是任何組件的重要組成部分。

小編的話

在設(shè)計電氣或電子組件時，正確選擇外殼對實現(xiàn)理想的安全防護、性能保障及成本與可持續(xù)性都非常重要。通過本文，我們對外殼選擇中所依據(jù)的判斷要素：材料類型、應(yīng)用特性和等級認證有了一個全面的了解。您在外殼選用中，有哪些好的經(jīng)驗可以補充？又或者遇到過哪些問題？歡迎分享，和DigiKey的朋友們分享交流！

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