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環氧樹脂包封料金屬化薄膜電容器外表質量的分析
2007-07-20

電容器的主要技術指標是電性能。然而其外表質量同樣是不可忽視的,因為,金屬化薄膜電容器其內浸漬絕緣和外包封絕緣都是采用環氧樹脂結構,但內浸漬絕緣采用的配方是環氧樹脂-酸酐體系,而外包封絕緣用的是觸變性環氧樹脂-改性芳香胺配方體系。因此,盡管電容器的電氣性能是好的,但環氧樹脂外包封的工藝是否完整,其外表質量不合要求也會造成廢品。而且電容器的外表質量往往是生產廠造成廢品損失的主要原因。就金屬化薄膜電容器而言,造成電容器外表質量不合格的主要原因是:環氧樹脂外包封層產生垂頭、氣泡、氣孔、變色、不平、顏料分離、印跡不清等現象。對此,我們來分析原因。

一,環氧樹脂外包封料下垂(垂頭)造成體積超差

環氧樹脂包封料垂頭不但外觀不好,而且易造成產品體積超差。其原因,環氧樹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調節,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,當氣相二氧化硅過量,則包封料粘度過大。用這種粘度大的料包封的電容器料層厚,易造成體積超差。另外也使產品外表不光亮,因為,氣相二氧化硅有消光的功能,同時也帶來了材料的浪費。然而當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、質輕,在空氣中吸收水份后成為聚集的細粒子。其顆粒表面的硅原子并不是全部具有四個硅氧鍵,其中一部分硅原子是由三個硅氧鍵和一個羥基所組成,形成了硅醇基。由于白炭黑顆粒表面的硅醇基在液體樹脂中彼此以氫鍵相締合(由簡單的分子結合成比較復雜的分子,而不引起物質的化學性質改變的現象,叫做分子的締合。所謂氫鍵即和非金屬性強的元素,特別是氟、氧、氮等,以共價鍵相結合的氫原子.還可以再和此類元素的另一原子相結合。這時所形成的第2個鍵,叫做氫鍵)。就是說,這些氣相二氧化硅顆粒之間互相結合成“鏈”。并進而形成主體網狀結構,它們均勻的分散在樹脂分子之間,并形成一層包復層,緊貼在樹脂長分子鏈上,從而也使樹脂連接起來,形成網狀鏈形結構。因此,環氧樹脂包封料就產生了觸變性,它可以有效的防止環氧樹脂包封料的下垂問題。這種以氫鍵相締合的氣相二氧化硅顆粒之間作用力較弱,易受攪拌或振動而遭到破壞。但當外力移除后,則再形成氫鍵。同時其形成的主體網狀結構對熱不敏感,以致在90℃烘箱中固化時仍能保持原有的外形,不會使環氧樹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,加的過量則粘度大,操作困難,包封層過厚。同時,產品表面粗糙。氣相二氧化硅的填加量要根據氣溫、環氧樹脂配方、填料和顏料的量具體工藝等由試驗確定。但是,我們的經驗是氣相二氧化硅的添加量是環氧樹脂外包封料的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氧樹脂分離

在分析電容器的質量時,有時電容器的外表面發生填料、顏料和樹脂分離的現象,有半透明的固化環氧樹脂條紋出現。這主要是由于配制A組份時,環氧樹脂配方各組分比例不當造成的。環氧樹脂外包封料的A組份是由環氧樹脂、填料、顏料混合而成的。若在A組份配比時,填料過量,必然造成A組份粘度過大,由于浸漬電容芯子的料必須用活性稀釋劑調節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組份粘度過大后,就要加5070%的稀釋劑才能達到工藝要求的粘度。這樣一來,稀釋劑由次要成份變成了主要成份?;钚韵♂寗┱扯鹊?,比重小。而填料和顏料都是金屬氧化物,比重大,稀釋劑對其吸附力弱,所以造成沉淀分離現象。由于這種沉淀是個逐漸的過程。在浸漬時還不能發現分離現象。當電容器包封后置于烘箱中固化時.由于氣相二氧化硅氫鍵力的減弱,更使之沉淀加速。環氧樹脂包封料固化后,在無填料和顏料的樹脂部分就形成了透明的條紋。很明顯,解決這一問題的關鍵是在配制環氧樹脂A組份時,填料和顏料比例要適當。此外,在浸漬電容器前的環氧樹脂包封料加氣相二氧化硅的量也不能過量,否則都將帶來多加過量的稀釋劑調節粘度,從而引起分離現象。

三、電容器環氧樹脂外包封層表面氣泡和氣孔

造成電容器環氧樹脂外包封層產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部的氣體。因此,在浸潰包封前,要對環氧樹脂包封料進行抽真空處理和對電容器芯子進行抽真空處理。由于在電容器芯子內部和引線焊接處都存有不少氣體,真空處理不好,會在包封料加熱固化過程中氣體膨脹,使電容器產生氣泡和氣孔。如果讓電容器在真空包封后,先在常溫下放置一段時間,使包封料慢慢固化,當包封料達到一定硬度后,再放置烘箱中加溫固化,就不易產生氣泡了。

四、電容器包封后,打標志的油墨不干

采用我們自己配制的稀釋劑無此問題。而采用外購的稀釋劑所配合的包封料生產的電容器曾發生過打印標志后,油墨不干的問題。我們分析除油墨質量問題外,這可能是制造廠在配制稀釋劑的過程中加入了消泡劑。消泡劑的種類很多,常見的有飽和醇、脂肪酸和其他酯類,以及有機硅油等。這些物質都是難揮發的高沸點的有機化合物,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。同時,它們也可以起到對聚合物增塑的作用,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、增加流動性等。這些液液體像油狀,當電容器在烘箱中加溫固化時,很容易析出到電容器表面,使打標志之油墨與產品粘不牢。因此,稀釋劑中的消泡劑或增韌劑必須選擇合適,加量適當,否則給產品打印標志帶來麻煩。最近曾有文章介紹過特殊消泡劑,它能和樹脂一起交聯固化,用它就不會發生上述問題了。因為我們自制的稀釋劑中不加消泡劑和增韌劑,所以不存在打印標志不牢的問題。

五、電容器環氧樹脂外包封料層顏料色變深

金屬化聚酯簿膜電容器是茶色。然而有時在環氧樹脂包封料加溫固化后出現顏色變深的現象,或局部變深,或一面變深。環氧樹脂包封料A組份其顏色的由鐵紅、鐵黃、紅丹按一 定比例調制成的。顏色變深現象,我們分析主要是顏料發生了變化引起的。氧化鐵紅(Fe2O3)比較穩定,不易變化;紅丹(Pb3O4)加熱達5 O 0℃時分解成一氧化鉛和氧一般說,烘箱不會達到那么高的溫度;而氧化鐵黃(Fe2O3-H2O)是晶形氧化鐵水合物,它在加熱時容易脫出結晶水而變色。電容器在烘箱內加熱固化過程中,靠近電熱絲的部分有溫度過高的可能性。有的烘箱底板上有很多通氣孔,電熱絲可以直接對電容器加熱,那部位的溫度肯定是相當高的,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,發生了與板孔相對應的黑色條紋現象的原因。當我們抬高了電容器與底板的距離以及加強溫度循環等措施,不使其局部溫度過高,解決了此問題。但要從根本上解決問題,應從顏料上下手,如將氧化鐵黃改為鉻黃。

六、電容器環氧樹脂包封層外表不平,包封料有結團

環氧樹脂包封料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氧樹脂的不銹鋼桶內,然后用滾動的方式混合均勻,再用三棍研磨機研磨而成。我們分析,包封料A組份結團現象是由于氣相二氧化硅沒有分散均勻的問題。要解決這一現象,可以采用以下辦法:首先是在混料時不銹鋼桶內的物料一定不能裝的過滿,否則在滾動時將造成部分料混合不均,尤其是氣相二氧化硅質輕,不易分散,很容易結團。但是,若采用先將氣相二氧化硅與環氧樹脂混合,這樣由于沒加入填料和顏料,樹脂粘度低,便于氣相二氧化硅的分散。當氣相二氧化硅與環氧樹脂均勻混合后,再加入填料和顏料就不易產生結團現象了。否則,氣相二氧化硅、填料、顏科一起加入樹脂中,混合料粘度大,氣相二氧化硅不易分散,并在滾動混合或研磨過程中揉成團,既使加入稀釋劑攪拌也不易打開。此外,氣相二氧化硅受潮后也容易結團,尤其在夏天潮濕季節,氣相二氧化硅吸潮問題不可忽視,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。除上述幾個措施之外,請注意氣相二氧化硅的添加量不能過多,否則也是結團的一個因素。

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