環(huán)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(huán)氧樹脂結構，但內浸漬絕緣采用的配方是環(huán)氧樹脂-酸酐體系，而外包封絕緣用的是觸變性環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂外包封料下垂（垂頭）造成體積超差
環(huán)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(huán)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(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(huán)氧樹脂包封料就產生了觸變性，它可以有效的防止環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(fā)生填料、顏料和樹脂分離的現象，有半透明的固化環(huán)氧樹脂條紋出現。這主要是由于配制A組份時，環(huán)氧樹脂配方各組分比例不當造成的。環(huán)氧樹脂外包封料的A組份是由環(huán)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(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組份粘度過大后，就要加50～70％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。活性稀釋劑粘度低，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(fā)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(huán)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(huán)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(huán)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(jié)粘度，從而引起分離現象。
三、電容器環(huán)氧樹脂外包封層表面氣泡和氣孔
造成電容器環(huán)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(huán)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(fā)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(fā)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(fā)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(huán)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(huán)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(huán)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(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(fā)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(huán)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(huán)氧樹脂包封層外表不平，包封料有結團
環(huán)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(huán)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(huán)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(huán)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(jié)，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。
