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气相二氧化硅应用于环氧树脂包封金属化薄膜电容器外表质量的分析

上一篇 / 下一篇  2010-03-09 16:49:18

气相二氧化硅应用于环氧树脂包封金属化薄膜电容器外表质量的分析

电容器的主要技术指标是电性能。然而其外表质量同样是不可忽视的,因为,金属化薄膜电容器其内浸渍绝缘和外包封绝缘都是采用环氧树脂结构,但内浸渍绝缘采用的配方是环氧树脂-酸酐体系,而外包封绝缘用的是触变性环氧树脂-改性芳香胺配方体系。因此,尽管电容器的电性能是好的,但环氧树脂外包封的工艺是否完整其外表质量不合要求也会造成废品。而且电容器的外表质量往往是生产厂造成废品损失的主要原因。就金属化薄膜电容器而言,造成电容器外表质量不合格的主要原因是:环氧树脂外包封层产生垂头、气泡、气孔、变色、不平、颜料分离、印迹不清等现象。对此,我们来分析原因。

一、环氧树脂外包封料下垂(垂头)造成体积超差

环氧树脂包封料垂头不但外观不好,而且易造成产品体积超差。其原因,环氧树脂触变包封涂料槽下降速度太快外,主要是包封料粘度太大造成的。因此,要保证包封粘度适中,一方面要用活性稀释剂来调节,另一方面气相二氧化硅(白炭黑)的填加量也要合适。而包封料下垂,主要是气相二氧化硅添加量不足引起的。然而,当气相二氧化硅过量,则包封料粘度过大。用这种粘度大的料包封的电容器料层厚,易造成体积超差。另外也使产品外表不光亮,因为,气相二氧化硅有消光的功能,同时也带来了材料的浪费。然而当气相二氧化硅添加量不足,则起不到包封料的触变性能,也就无法防止包封料下垂的作用。

白炭黑,也称气相二氧化硅,其原始粒子极微细、质轻,在空气中吸收水份后成为聚集的细粒子。其颗粒表面的硅原子并不是全部具有四个硅氧键,其中一部分硅原子是由三个硅氧键和一个羟基所组成,形成了硅醇基。由于白炭黑颗粒表面的硅醇基在液体树脂中彼此以氢键相缔合(由简单的分子结合成比较复杂的分子,而不引起物质的化学性质改变的现象,叫做分子的缔合。所谓氢键即和非金属性强的元素,特别是氟、氧、氮等,以共价键相结合的氢原子.还可以再和此类元素的另一原子相结合。这时所形成的第2个键,叫做氢键)。就是说,这些气相二氧化硅颗粒之间互相结合成。并进而形成主体网状结构,它们均匀的分散在树脂分子之间,并形成一层包复层,紧贴在树脂长分子链上,从而也使树脂连接起来,形成网状链形结构。因此,环氧树脂包封料就产生了触变性,它可以有效的防止环氧树脂包封料的下垂问题。这种以氢键相缔合的气相二氧化硅颗粒之间作用力较弱,易受搅拌或振动而遭到破坏。但当外力移除后,则再形成氢键。同时其形成的主体网状结构对热不敏感,以致在90℃烘箱中固化时仍能保持原有的外形,不会使环氧树脂包封料的粘度下降。然而,气相二氧化硅的填加量有一定的限度,加的过量则粘度大,操作困难,包封层过厚。同时,产品表面粗糙。气相二氧化硅的填加量要根据气温、环氧树脂配方、填料和颜料的量具体工艺等由试验确定。但是,我们的经验是气相二氧化硅的添加量是环氧树脂外包封料的3.5%左右最理想,这祥工艺性良好,外表光亮平整。。

二、电容器外表的填料颜料与环氧树脂分离

在分析电容器的质量时,有时电容器的外表面发生填料、颜料和树脂分离的现象,有半透明的固化环氧树脂条纹出现。这主要是由于配制A组份时,环氧树脂配方各组分比例不当造成的。环氧树脂外包封料的A组份是由环氧树脂、填料、颜料混合而成的。若在A组份配比时,填料过量,必然造成A组份粘度过大,由于浸渍电容芯子的料必须用活性稀释剂调节成合适的粘度才能满足工艺要求。A组份粘度大、稀释剂的量就要增加。如:在正常情况下,要加30%的稀释就能满足工艺要求的粘度,如A组份粘度过大后,就要加5070%的稀释剂才能达到工艺要求的粘度。这样一来,稀释剂由次要成份变成了主要成份。活性稀释剂粘度低,比重小。而填料和颜料都是金属氧化物,比重大,稀释剂对其吸附力弱,所以造成沉淀分离现象。由于这种沉淀是个逐渐的过程。在浸渍时还不能发现分离现象。当电容器包封后置于烘箱中固化时.由于气相二氧化硅氢键力的减弱,更使之沉淀加速。环氧树脂包封料固化后,在无填料和颜料的树脂部分就形成了透明的条纹。很明显,解决这一问题的关键是在配制环氧树脂A组份时,填料和颜料比例要适当。此外,在浸渍电容器前的环氧树脂包封料加气相二氧化硅的量也不能过量,否则都将带来多加过量的稀释剂调节粘度,从而引起分离现象。

三、电容器环氧树脂外包封层表面气泡和气孔

造成电容器环氧树脂外包封层产生气泡和气孔的原因是明显的,首先是包封料中的气体,其次是电容器芯子内部的气体。因此,在浸溃包封前,要对环氧树脂包封料进行抽真空处理和对电容器芯子进行抽真空处理。由于在电容器芯子内部和引线焊接处都存有不少气体,真空处理不好,会在包封料加热固化过程中气体膨胀,使电容器产生气泡和气孔。如果让电容器在真空包封后,先在常温下放置一段时间,使包封料慢慢固化,当包封料达到一定硬度后,再放置烘箱中加温固化,就不易产生气泡了。

四、电容器包封后,打标志的油墨不干

采用我们自己配制的稀释剂无此问题。而采用外购的稀释剂所配合的包封料生产的电容器曾发生过打印标志后,油墨不干的问题。我们分析除油墨质量问题外,这可能是制造厂在配制稀释剂的过程中加入了消泡剂。消泡剂的种类很多,常见的有饱和醇、脂肪酸和其他酯类,以及有机硅油等。这些物质都是难挥发的高沸点的有机化合物,它们能降低液体的表面张力,防止泡沫形成或使原有泡沫减少或消灭的物质。同时,它们也可以起到对聚合物增塑的作用,它均匀混合在聚合物之中,消弱聚合物分子间的作用力,从而降低粘度、增加流动性等。这些液液体像油状,当电容器在烘箱中加温固化时,很容易析出到电容器表面,使打标志之油墨与产品粘不牢。因此,稀释剂中的消泡剂或增韧剂必须选择合适,加量适当,否则给产品打印标志带来麻烦。最近曾有文章介绍过特殊消泡剂,它能和树脂一起交联固化,用它就不会发生上述问题了。因为我们自制的稀释剂中不加消泡剂和增韧剂,所以不存在打印标志不牢的问题。

五、电容器环氧树脂外包封料层颜料色变深

金属化聚酯簿膜电容器是茶色。然而有时在环氧树脂包封料加温固化后出现颜色变深的现象,或局部变深,或一面变深。环氧树脂包封料A组份其颜色的由铁红、铁黄、红丹按一定比例调制成的。颜色变深现象,我们分析主要是颜料发生了变化引起的。氧化铁红(Fe2O3)比较稳定,不易变化;红丹(Pb3O4)加热达500℃时分解成一氧化铅和氧一般说,烘箱不会达到那么高的温度;而氧化铁黄(Fe2O3-H2O)是晶形氧化铁水合物,它在加热时容易脱出结晶水而变色。电容器在烘箱内加热固化过程中,靠近电热丝的部分有温度过高的可能性。有的烘箱底板上有很多通气孔,电热丝可以直接对电容器加热,那部位的温度肯定是相当高的,这样就容易引起氧化铁黄颜料的分解,这就是为什么靠近烘箱底板的电容器,发生了与板孔相对应的黑色条纹现象的原因。当我们抬高了电容器与底板的距离以及加强温度循环等措施,不使其局部温度过高,解决了此问题。但要从根本上解决问题,应从颜料上下手,如将氧化铁黄改为铬黄。

六、电容器环氧树脂包封层外表不平,包封料有结团

环氧树脂包封料A组份的配制顺序是:将填料、颜料、气相二氧化氧放入装有环氧树脂的不锈钢桶内,然后用滚动的方式混合均匀,再用三棍研磨机研磨而成。我们分析,包封料A组份结团现象是由于气相二氧化硅没有分散均匀的问题。要解决这一现象,可以采用以下办法:首先是在混料时不锈钢桶内的物料一定不能装的过满,否则在滚动时将造成部分料混合不均,尤其是气相二氧化硅质轻,不易分散,很容易结团。但是,若采用先将气相二氧化硅与环氧树脂混合,这样由于没加入填料和颜料,树脂粘度低,便于气相二氧化硅的分散。当气相二氧化硅与环氧树脂均匀混合后,再加入填料和颜料就不易产生结团现象了。否则,气相二氧化硅、填料、颜科一起加入树脂中,混合料粘度大,气相二氧化硅不易分散,并在滚动混合或研磨过程中揉成团,既使加入稀释剂搅拌也不易打开。此外,气相二氧化硅受潮后也容易结团,尤其在夏天潮湿季节,气相二氧化硅吸潮问题不可忽视,因其颗粒表面的羟基具有亲水性。因此,在使用前一定要在100℃以上烘箱中加温脱除潮气去湿。除上述几个措施之外,请注意气相二氧化硅的添加量不能过多,否则也是结团的一个因素。

 

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TAG: 气相二氧化硅 薄膜 电容器 环氧树脂 金属

 

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