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环氧树脂灌封料、浇注料施工常见问题
作为环氧树脂的一个重要应用领域,灌封已广泛地用于电子器件制造业,成为电子工业不可缺少的重要绝缘材料。随着制造和应用的发展,许多新兴企业常为遇到的一些问题而烦恼。那么环氧灌封常见问题有哪些?中国环氧树脂行业协会的日前为此答疑解惑。
灌封,就是将液态环氧树脂复合物用机械或手工方式灌人装有电子元件、线路的器件内,在常温或加热条件下固化成为性能的热固性高分子绝缘材料。首要关心的是灌封工艺,灌封产品的质量主要与产品结构设计、元件选择、组装及所用灌封材料密切相关,灌封工艺也是不容忽视的因素。环氧树脂灌封有常态和真空2种灌封工艺,其中:环氧树脂、胺类常温固化灌封料一般用于低压电器,多采用常态灌封;环氧树脂、酸酐加热固化灌封料,一般用于高压电子器件灌封,多采用真空灌封工艺。
目前常见的有手工真空灌封、机械真空灌封2种方式,而机械真空灌封又可以分为A、B组分先混合脱泡后灌封,和先分别脱泡后混合灌封这2种情况。据中国环氧树脂行业协会介绍,其工艺流程如下:一是手工真空灌封工艺;二是机械真空灌封工艺,包括先混合脱泡后灌封工艺和A、B先分别脱泡后混合灌封工艺。相比之下机械真空灌封、设备投资大、维护费用高,但在产品的一致性、可靠性等方面明显优于手工真空灌封工艺。无论何种灌封方式都应严格遵守给定的工艺条件,否则很难得到满意的产品。
灌封产品常出现的问题主要有:一是局部放电起始电压低,线间打火或击穿电视机、显示器行输出变压器,汽车、摩托车点火器等高压电子产品,常因灌封工艺不当而工作时会出现局部放电(电晕)、线间打火或击穿现象,是因为这类产品高压线圈线径很小(一般只有0.02~0.04mm),灌封料未能完全浸透匝间使线圈匝间存留空隙。由于空隙介电常数远小于环氧灌封料,在交变高压条件下会产生不均匀电场,引起界面局部放电使材料老化分解造成绝缘破坏。从工艺角度分析,造成线间空隙有以下2方面原因:灌封时真空度不够高,线间空气未能完全排除,使材料无法完全浸渗;灌封前试件预热温度不够,灌人试件物料黏度不能迅速降低,影响浸渗。对于手工灌封或先混合脱泡后真空灌封工艺,物料混合脱泡温度高、作业时间长或超过物料适用期,以及灌封后产品未及时进入加热固化程序,都会造成物料黏度增大,影响对线圈的浸渗。热固化环氧灌封材料复合物,起始温度越高黏度越小,随时间延长黏度增长也越迅速,因此为使物料对线圈有良好的浸渗性,操作上应注意做到灌封料复合物应保持在给定的温度范围内,并在适用期内使用完毕;灌封前试件要加热到规定温度,灌封完毕应及时进入加热固化程序;灌封真空度要符合技术规范要求。
环氧树脂的灌封及灌封材料
(1)灌封料的用途
灌封是环氧树脂的一个重要应用领域。已广泛地用于电子器件制造业,是电子工业不可缺少 的重要绝缘材料。
灌封,就是将液态环氧树脂复合物用机械或手工方式灌入装有电子元件、线路的器件内,在常温或加热条件下固化成为性能的热因性高分子绝缘材料。它的作用是:强化电子器件的整体性,提高对外来冲击、震动的反抗力;提高内部元件、线路间绝缘,有利于器件小型化、轻量化;避免元件、线路直接暴露,改善器件的防水、防潮性能。
(2)灌封料的分类
环氧灌封料应用范围广,技术要求千差万别,品种繁多。从固化条件上分,有常温固化和加热固化两类。从剂型上分,有双组分和单组分两类。多组分剂型,由于使用不方便,做为商品不多见。
常温固化环氧灌封料一般为双组分,灌封后不需加热即可固化,对设备要求不高,使用方便。缺点是复合物作业教度大,浸渗性差,适用期短,难以实现自动化生产,且固化物耐热性和电性能不很高。一般多用于低压电子器件灌封或不宜加热固化的场合使用。
(3)灌封料的术要求
加热固化双组分环氧灌封料,是用量大、用途广的品种。其特点是复合物作业教度小,工艺性好,适用期长,浸渗性好,固化物综合性能,适于高压电子器件自动生产线使用。
单组分环氧灌封料,是近年国外发展的新品种,需加热固化。与双组分加热固化灌封料相比,的优点是所需灌封设备简单,使用方便,灌封产品的质量对设备及工艺的依靠性小。不足之外是成本较高,材料贮存条件要求严格,所用环氧灌封料应满足如下要求:
1)性能好,适用期长,适合大批量自动生产线作业。
2)教度小,浸渗性强,可布满元件和线间。
3)灌封和固化过程中,填充剂等粉体组分沉降小,不分层。
4)固化放热峰低,固化收缩小。
5)固化物电气性能和力学性能,耐热性好,对多种材料有良好的粘接性,吸水性和线膨胀系数小。
6)某些场合还要求灌封料具有难燃、耐候、导热、耐高低温交变等性能。近年,随电子工业迅猛发展,我国已拥有一支的环氧灌封料研究、开发队伍,生产厂家规模不断壮大,产品商品化程度明显提高,初步形成了门类品种较为的新兴产业。
影响环氧树脂固化反应的因素
一. 反应物的结构
1. 环氧树脂的结构
环氧树脂(含环氧酯)由于分子结构差异,在与活泼氢化合物、含质子给予体化合物、合成树脂以及引发剂等进行固化反应时具有不同的活性。环氧树脂含有吸电子基团时,会增加路易斯碱(亲核试剂)固化剂的反应速度、降低与路易斯酸(亲电试剂)固化剂的反应速度;环氧树脂分子中含有给电子基团时,会增加与路易斯酸固化剂的得反应速度,降低与路易斯碱固化剂的反应速度。两种固化剂与环氧树脂的反应部位如下:
2. 固化剂的结构:
固化剂的结构对环氧树脂的固化反应起到决定性作用。含活泼泼氢化合物中,由于脂肪胺的结构和碱性都不同于芳香胺,通常环氧树脂的环氧基进行亲核加成反应的活性为:
脂肪胺大于芳香胺
同系列胺类化合物中,伯胺的活性大于仲胺;
叔胺的氮原子上没有活泼情,其通过叔胺上氮原子的强负电性(氮原子上有为城键电子对)向环氧基的电子云密度较低的碳原子进攻,形成氧阴离子,引发环氧树脂的阴离子聚合反应。
含活泼氢化合物与环氧树脂的反应速度明显大于含质子给予体化合物与环氧基团的反应速率。因此亲电型固化促进剂可以加入到环氧树脂中,在室温下保持良好的存储稳定性。
合成树脂(异氰酸酯除外)类固化剂分子中主要活性基团是羟甲剂,烷氧甲剂和羧基等。用于固化丙烯酸环氧酯的引发剂结构,直接影响其分解能力、引发效率和产生自由基的稳定性。