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如何提高电容器的耐湿热能力

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摘要:通过对塑壳焊片引出电容器的原材料、设备和工艺的分析,提供电容器通过“双85”试验的可行性方案。本文着重分析了通过采用不同材质的镀层结构设计,来解决插片的盐雾试验要求。同时对环氧树脂的固化温度进行了分析,以便提供电容器通过湿热试验的方法。

关键词:玻璃化结晶转化;玻璃化结晶温度;镀层晶相分析;湿热试验;盐雾试验

前言

随着人们物质生活水平的不断提高,对日用电器的质量要求也在不断提高。特别是冰箱生产企业,要求将压缩机用电容器现有的湿热试验和寿命试验相结合,即在温度为85℃和湿度为85%RH的条件下进行寿命试验,因此对电容器的耐湿热性能要求更高。与新能源发电的逆变器配套的直流支撑电容器,也从几年前提出了这种“双85”的试验要求。因为采用树脂灌封的结构,也适用下文中的分析。

1产品结构分析

1)插片式结构:这是空调压缩机类电容器的主要引出类型,虽然有部分产品采用铜质材料,但成本较高。因此普遍采用冷轧钢冲压成型,再进行电镀的方案。2)环氧树脂是冰箱压缩机用塑壳电容器常用的填充材料,由于塑壳无法形成密封的结构,对电容器元件的保护只能由环氧树脂来完成。因此,环氧树脂的防湿热性能是影响电容器使用寿命的关键因素。

2改善方案研究

2.1电镀层性能分析为了满足客户的使用要求,铁质插片的防锈性能一直在不断提高。早期只是在插片表面镀一层锡,即使增加锡层厚度和调整电镀工艺,但效果一直不理想。随后出现了二次电镀方法,即在插片表面通过电镀形成两种不同金属的镀层。这种方案是在插片与镀锡层之间增加一层镀镍层,用来阻拦水分子穿过镀锡层。图1是两层镀层加工的插片的测量图片和数据。第二种方案仍为双镀层结构,只是将第一种方案中增加的镀镍层替换为镀铜层。对比较成熟工艺加工这种插片取样检验,相关情况如图2。将由于单纯镀锡的插片多次试验很难通过24h的盐雾试验,此次仅对上述两种各取10只试品进行对比性试验,第一种镀层各有1只试品分别在48h和72h后出现锈,而第二种镀层的10只试品在96h后仍未出现生锈的现象。

2.2环氧树脂性能分析目前各电容器制造企业不断通过工艺改进,已经完全能够克服环氧树脂固化时形成气泡,导致水分进入电容器元件内部的问题。为进一步提高环氧树脂的密封性能,需要对固化过程进行晶相分析,来了解固化过程中的温度变化情况和结晶程度。以浙江某企业生产的中温环氧树脂为例,其在不同固化温度下的测试结果如图3~6所示。上述测量数据表明,环氧树脂采用加温固化后,其玻璃化温度及程度均有所改善,但只有在95℃以上的条件下固化时,其玻璃化温度和结晶度才有明显的改善。

3分析和总结

1)为提高铁质插片的防锈性能,目前主要研究的方向是采用不同的镀层和调节各个镀层的厚度,本文中提出的两种解决方案已能满足不同客户的质量要求(分别为48h和96h的盐雾试验)。也有采用3层镀层的解决方案,即锡-镍-铜(从外到里)的设计,其原理是通过增加镀镍层来防止铜镀层向外扩散,使得铜镀层只能向内层渗入。这样一来,一方面可有效防止水分向内渗透,另一方面阻止了铁原子向外镀层的扩散,降低与水分接触的机会。但无论采用何种保护方式,其加工成本不应超过镀镍铜插片的成本,否则会被铜插片取代。2)环氧树脂的固化过程是一个向外释放热量的化学反应。当固化时的外界环境温度较低时,固化时间短,玻璃化温度偏低,结晶度也呈现出非稳定的状态。固化后的紧密度也随之降低,导致对电容器元件的密封效果变差,水分更容易进入而影响电容器的使用寿命。而在实际的工艺处理过程中,受电容器其他材料的影响,很难达到试验中效果最好的110℃固化温度的条件。因为电容器中大量使用塑料材料,如外壳、PVC引线、芯轴和聚丙烯薄膜等。特别是环氧树脂固化剂在高温下产生的少量化学气体,一旦在相对封闭的环境内形成累积,会明显改变这些塑料的性能。因此,建议环氧树脂的固化温度选择在95℃左右,同时可有效避免固化时释放出的热量产生的叠加影响。当然,上述试验是基于特定厂家生产的中温环氧树脂,考虑到各个厂家和每个批次间存在不同程度的差异,在制订工艺时还需要进行试验,来验证最佳的温度点。

4结束语

无论是选择插片镀层材质和厚度来解决盐雾试验问题,还是调整固化温度来解决环氧树脂的固化效果,本文主要目的是提供分析和解决问题的思路和方法。只有在不断试验和总结的基础上,确定最有效、最经济的方案,来满足客户的要求。

参考文献:

[1]张良莹,姚熹.电介质物理[M].西安:西安交通大学,1991.

[2]天津大学无线电材料与元件教研室.电容器[M].北京:标准出版社,1981.

作者:薛泽峰 靳小根 章新宇 单位:安徽源光电器有限公司

日用电器杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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