環(huán)氧樹(shù)脂包封料金屬化薄膜電容器外表質(zhì)量的分析
2007-07-20
電容器的主要技術(shù)指標(biāo)是電性能。然而其外表質(zhì)量同樣是不可忽視的，因?yàn)?，金屬化薄膜電容器其?nèi)浸漬絕緣和外包封絕緣都是采用環(huán)氧樹(shù)脂結(jié)構(gòu)，但內(nèi)浸漬絕緣采用的配方是環(huán)氧樹(shù)脂-酸酐體系，而外包封絕緣用的是觸變性環(huán)氧樹(shù)脂-改性芳香胺配方體系。因此，盡管電容器的電氣性能是好的，但環(huán)氧樹(shù)脂外包封的工藝是否完整，其外表質(zhì)量不合要求也會(huì)造成廢品。而且電容器的外表質(zhì)量往往是生產(chǎn)廠造成廢品損失的主要原因。就金屬化薄膜電容器而言，造成電容器外表質(zhì)量不合格的主要原因是：環(huán)氧樹(shù)脂外包封層產(chǎn)生垂頭、氣泡、氣孔、變色、不平、顏料分離、印跡不清等現(xiàn)象。對(duì)此，我們來(lái)分析原因。
一，環(huán)氧樹(shù)脂外包封料下垂（垂頭）造成體積超差
環(huán)氧樹(shù)脂包封料垂頭不但外觀不好，而且易造成產(chǎn)品體積超差。其原因，環(huán)氧樹(shù)脂觸變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，要保證包封粘度適中，一方面要用活性稀釋劑來(lái)調(diào)節(jié)，另一方面氣相二氧化硅(白炭黑)的填加量也要合適。而包封料下垂，主要是氣相二氧化硅添加量不足引起的。然而，當(dāng)氣相二氧化硅過(guò)量，則包封料粘度過(guò)大。用這種粘度大的料包封的電容器料層厚，易造成體積超差。另外也使產(chǎn)品外表不光亮，因?yàn)?，氣相二氧化硅有消光的功能，同時(shí)也帶來(lái)了材料的浪費(fèi)。然而當(dāng)氣相二氧化硅添加量不足，則起不到包封料的觸變性能，也就無(wú)法防止包封料下垂的作用。
白炭黑，也稱氣相二氧化硅，其原始粒子極微細(xì)、質(zhì)輕，在空氣中吸收水份后成為聚集的細(xì)粒子。其顆粒表面的硅原子并不是全部具有四個(gè)硅氧鍵，其中一部分硅原子是由三個(gè)硅氧鍵和一個(gè)羥基所組成，形成了硅醇基。由于白炭黑顆粒表面的硅醇基在液體樹(shù)脂中彼此以氫鍵相締合(由簡(jiǎn)單的分子結(jié)合成比較復(fù)雜的分子，而不引起物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)改變的現(xiàn)象，叫做分子的締合。所謂氫鍵即和非金屬性強(qiáng)的元素，特別是氟、氧、氮等，以共價(jià)鍵相結(jié)合的氫原子．還可以再和此類元素的另一原子相結(jié)合。這時(shí)所形成的第2個(gè)鍵，叫做氫鍵)。就是說(shuō)，這些氣相二氧化硅顆粒之間互相結(jié)合成“鏈”。并進(jìn)而形成主體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，它們均勻的分散在樹(shù)脂分子之間，并形成一層包復(fù)層，緊貼在樹(shù)脂長(zhǎng)分子鏈上，從而也使樹(shù)脂連接起來(lái)，形成網(wǎng)狀鏈形結(jié)構(gòu)。因此，環(huán)氧樹(shù)脂包封料就產(chǎn)生了觸變性，它可以有效的防止環(huán)氧樹(shù)脂包封料的下垂問(wèn)題。這種以氫鍵相締合的氣相二氧化硅顆粒之間作用力較弱，易受攪拌或振動(dòng)而遭到破壞。但當(dāng)外力移除后，則再形成氫鍵。同時(shí)其形成的主體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對(duì)熱不敏感，以致在90℃烘箱中固化時(shí)仍能保持原有的外形，不會(huì)使環(huán)氧樹(shù)脂包封料的粘度下降。然而，氣相二氧化硅的填加量有一定的限度，加的過(guò)量則粘度大，操作困難，包封層過(guò)厚。同時(shí)，產(chǎn)品表面粗糙。氣相二氧化硅的填加量要根據(jù)氣溫、環(huán)氧樹(shù)脂配方、填料和顏料的量具體工藝等由試驗(yàn)確定。但是，我們的經(jīng)驗(yàn)是氣相二氧化硅的添加量是環(huán)氧樹(shù)脂外包封料的3.5％左右最理想，這祥工藝性良好，外表光亮平整。。
二、電容器外表的填料顏料與環(huán)氧樹(shù)脂分離
在分析電容器的質(zhì)量時(shí)，有時(shí)電容器的外表面發(fā)生填料、顏料和樹(shù)脂分離的現(xiàn)象，有半透明的固化環(huán)氧樹(shù)脂條紋出現(xiàn)。這主要是由于配制A組份時(shí)，環(huán)氧樹(shù)脂配方各組分比例不當(dāng)造成的。環(huán)氧樹(shù)脂外包封料的A組份是由環(huán)氧樹(shù)脂、填料、顏料混合而成的。若在A組份配比時(shí)，填料過(guò)量，必然造成A組份粘度過(guò)大，由于浸漬電容芯子的料必須用活性稀釋劑調(diào)節(jié)成合適的粘度才能滿足工藝要求。A組份粘度大、稀釋劑的量就要增加。如：在正常情況下，要加30％的稀釋就能滿足工藝要求的粘度，如A組份粘度過(guò)大后，就要加50～70％的稀釋劑才能達(dá)到工藝要求的粘度。這樣一來(lái)，稀釋劑由次要成份變成了主要成份?；钚韵♂寗┱扯鹊停戎匦?。而填料和顏料都是金屬氧化物，比重大，稀釋劑對(duì)其吸附力弱，所以造成沉淀分離現(xiàn)象。由于這種沉淀是個(gè)逐漸的過(guò)程。在浸漬時(shí)還不能發(fā)現(xiàn)分離現(xiàn)象。當(dāng)電容器包封后置于烘箱中固化時(shí)．由于氣相二氧化硅氫鍵力的減弱，更使之沉淀加速。環(huán)氧樹(shù)脂包封料固化后，在無(wú)填料和顏料的樹(shù)脂部分就形成了透明的條紋。很明顯，解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是在配制環(huán)氧樹(shù)脂A組份時(shí)，填料和顏料比例要適當(dāng)。此外，在浸漬電容器前的環(huán)氧樹(shù)脂包封料加氣相二氧化硅的量也不能過(guò)量，否則都將帶來(lái)多加過(guò)量的稀釋劑調(diào)節(jié)粘度，從而引起分離現(xiàn)象。
三、電容器環(huán)氧樹(shù)脂外包封層表面氣泡和氣孔
造成電容器環(huán)氧樹(shù)脂外包封層產(chǎn)生氣泡和氣孔的原因是明顯的，首先是包封料中的氣體，其次是電容器芯子內(nèi)部的氣體。因此，在浸潰包封前，要對(duì)環(huán)氧樹(shù)脂包封料進(jìn)行抽真空處理和對(duì)電容器芯子進(jìn)行抽真空處理。由于在電容器芯子內(nèi)部和引線焊接處都存有不少氣體，真空處理不好，會(huì)在包封料加熱固化過(guò)程中氣體膨脹，使電容器產(chǎn)生氣泡和氣孔。如果讓電容器在真空包封后，先在常溫下放置一段時(shí)間，使包封料慢慢固化，當(dāng)包封料達(dá)到一定硬度后，再放置烘箱中加溫固化，就不易產(chǎn)生氣泡了。
四、電容器包封后，打標(biāo)志的油墨不干
采用我們自己配制的稀釋劑無(wú)此問(wèn)題。而采用外購(gòu)的稀釋劑所配合的包封料生產(chǎn)的電容器曾發(fā)生過(guò)打印標(biāo)志后，油墨不干的問(wèn)題。我們分析除油墨質(zhì)量問(wèn)題外，這可能是制造廠在配制稀釋劑的過(guò)程中加入了消泡劑。消泡劑的種類很多，常見(jiàn)的有飽和醇、脂肪酸和其他酯類，以及有機(jī)硅油等。這些物質(zhì)都是難揮發(fā)的高沸點(diǎn)的有機(jī)化合物，它們能降低液體的表面張力，防止泡沫形成或使原有泡沫減少或消滅的物質(zhì)。同時(shí)，它們也可以起到對(duì)聚合物增塑的作用，它均勻混合在聚合物之中，消弱聚合物分子間的作用力，從而降低粘度、增加流動(dòng)性等。這些液液體像油狀，當(dāng)電容器在烘箱中加溫固化時(shí)，很容易析出到電容器表面，使打標(biāo)志之油墨與產(chǎn)品粘不牢。因此，稀釋劑中的消泡劑或增韌劑必須選擇合適，加量適當(dāng)，否則給產(chǎn)品打印標(biāo)志帶來(lái)麻煩。最近曾有文章介紹過(guò)特殊消泡劑，它能和樹(shù)脂一起交聯(lián)固化，用它就不會(huì)發(fā)生上述問(wèn)題了。因?yàn)槲覀冏灾频南♂寗┲胁患酉輨┖驮鲰g劑，所以不存在打印標(biāo)志不牢的問(wèn)題。
五、電容器環(huán)氧樹(shù)脂外包封料層顏料色變深
金屬化聚酯簿膜電容器是茶色。然而有時(shí)在環(huán)氧樹(shù)脂包封料加溫固化后出現(xiàn)顏色變深的現(xiàn)象，或局部變深，或一面變深。環(huán)氧樹(shù)脂包封料A組份其顏色的由鐵紅、鐵黃、紅丹按一 定比例調(diào)制成的。顏色變深現(xiàn)象，我們分析主要是顏料發(fā)生了變化引起的。氧化鐵紅(Fe2O3)比較穩(wěn)定，不易變化；紅丹(Pb3O4)加熱達(dá)5 O 0℃時(shí)分解成一氧化鉛和氧一般說(shuō)，烘箱不會(huì)達(dá)到那么高的溫度；而氧化鐵黃(Fe2O3-H2O)是晶形氧化鐵水合物，它在加熱時(shí)容易脫出結(jié)晶水而變色。電容器在烘箱內(nèi)加熱固化過(guò)程中，靠近電熱絲的部分有溫度過(guò)高的可能性。有的烘箱底板上有很多通氣孔，電熱絲可以直接對(duì)電容器加熱，那部位的溫度肯定是相當(dāng)高的，這樣就容易引起氧化鐵黃顏料的分解，這就是為什么靠近烘箱底板的電容器，發(fā)生了與板孔相對(duì)應(yīng)的黑色條紋現(xiàn)象的原因。當(dāng)我們抬高了電容器與底板的距離以及加強(qiáng)溫度循環(huán)等措施，不使其局部溫度過(guò)高，解決了此問(wèn)題。但要從根本上解決問(wèn)題，應(yīng)從顏料上下手，如將氧化鐵黃改為鉻黃。
六、電容器環(huán)氧樹(shù)脂包封層外表不平，包封料有結(jié)團(tuán)
環(huán)氧樹(shù)脂包封料A組份的配制順序是：將填料、顏料、氣相二氧化氧放入裝有環(huán)氧樹(shù)脂的不銹鋼桶內(nèi)，然后用滾動(dòng)的方式混合均勻，再用三棍研磨機(jī)研磨而成。我們分析，包封料A組份結(jié)團(tuán)現(xiàn)象是由于氣相二氧化硅沒(méi)有分散均勻的問(wèn)題。要解決這一現(xiàn)象，可以采用以下辦法：首先是在混料時(shí)不銹鋼桶內(nèi)的物料一定不能裝的過(guò)滿，否則在滾動(dòng)時(shí)將造成部分料混合不均，尤其是氣相二氧化硅質(zhì)輕，不易分散，很容易結(jié)團(tuán)。但是，若采用先將氣相二氧化硅與環(huán)氧樹(shù)脂混合，這樣由于沒(méi)加入填料和顏料，樹(shù)脂粘度低，便于氣相二氧化硅的分散。當(dāng)氣相二氧化硅與環(huán)氧樹(shù)脂均勻混合后，再加入填料和顏料就不易產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象了。否則，氣相二氧化硅、填料、顏科一起加入樹(shù)脂中，混合料粘度大，氣相二氧化硅不易分散，并在滾動(dòng)混合或研磨過(guò)程中揉成團(tuán)，既使加入稀釋劑攪拌也不易打開(kāi)。此外，氣相二氧化硅受潮后也容易結(jié)團(tuán)，尤其在夏天潮濕季節(jié)，氣相二氧化硅吸潮問(wèn)題不可忽視，因其顆粒表面的羥基具有親水性。因此，在使用前一定要在1 O O℃以上烘箱中加溫脫除潮氣去濕。除上述幾個(gè)措施之外，請(qǐng)注意氣相二氧化硅的添加量不能過(guò)多，否則也是結(jié)團(tuán)的一個(gè)因素。
