Как улучшить термостойкость листов эпоксидного стекловолокна | Руководство по материалам

Тепло — настоящее испытание листа эпоксидного стекловолокна

Мы видели эту картину отказа не раз: изоляционная плата в литиевой батарее выдерживает все проверки при комнатной температуре, однако через несколько месяцев края темнеют, поверхность становится восковой, а диэлектрическая прочность падает почти на треть. Прибор расположен в нескольких сантиметрах от батарей, которые весь день работают при температуре 70 °C, с редкими скачками выше 100 °C. Неудача не была качественной случайностью.

Температурная стойкость листа эпоксидного стекловолокна является системным свойством. Он состоит из четырех взаимодействующих частей: сетки эпоксидной смолы, стекловолокна и отделки его поверхности, пакета наполнителей и процесса отверждения, который соединяет их вместе. Улучшите одну часть, и вы получите несколько градусов. Улучшите все четыре скоординированным образом, и температура непрерывной эксплуатации увеличится примерно со 120 °C до 180 °C или выше.

Что ограничивает тепловые характеристики листа эпоксидного стекловолокна

Прежде чем обсуждать решения, полезно определить четыре потолка, которые снижают тепловые характеристики.

Температура стеклования задает первый потолок

Затвердевшая эпоксидная смола ведет себя как твердое вещество при температуре ниже температуры стеклования (Tg). Нагрейте лист выше Tg, и полимерная сетка размягчится, модуль упругости при изгибе упадет, и материал начнет расползаться под давлением сжимания. Стандартная эпоксидная смола на основе бисфенола-А с обычным отвердителем имеет температуру от 110 до 140 °C, что приемлемо для общей электроизоляции, но недопустимо вблизи обмоток двигателя, сердечников трансформатора или контактов батареи. Практическое правило заключается в том, что постоянная рабочая температура должна оставаться значительно ниже Tg, а Tg следует проверять с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) или динамического механического анализа (ДМА), а не просто копировать из таблицы данных.

Интерфейс волокно-смола первым разрушается при циклическом нагреве.

Стеклянные волокна расширяются медленно; эпоксидка расширяется быстрее. Во время термоциклирования напряжения сдвига концентрируются на границе раздела волокно-смола. Если граница раздела слабая, микротрещины появляются задолго до того, как основная масса смолы разложится, и эти трещины становятся путями проникновения влаги, трекинга и частичного разряда. Вот почему силановый связующий агент на отделке стекла является настоящим показателем тепловых характеристик, а не элементом обработки поверхности.

Термическое старение меняет правила

Температурная стойкость – это не только пиковая температура, которую лист может выдержать в течение нескольких минут. Речь также идет о том, чтобы пережить годы непрерывной жары. Эпоксидная смола медленно окисляется при температуре 150–200 ° C, теряет вес, становится хрупкой и образует поверхностные трещины. Ламинат, прошедший кратковременное испытание, может потерять половину своей прочности на изгиб после 500 часов старения. Вот почему долгосрочные показатели, такие как относительный термический индекс (RTI), имеют большее значение, чем максимальная температура, указанная в маркетинговой брошюре.

Четыре способа улучшения термостойкости на практике

Улучшение начинается на этапе составления рецептуры смолы и заканчивается строгим контролем процесса. Каждый шаг приносит измеримый и суммируемый выигрыш.

Химический состав смолы и система отверждения

Самый быстрый результат достигается при замене стандартной эпоксидной смолы с бисфенолом-А на многофункциональную или новолачную эпоксидную смолу. Эти смолы образуют более плотную сшитую сеть, которая повышает Tg и замедляет окислительную деградацию. Их сочетание с ароматическими аминами или ангидридными отвердителями добавляет температурный запас примерно на 20–40 °C по сравнению с обычными отвердителями, а контролируемый этап постотверждения поднимает конечную Tg выше максимальной температуры, которую лист будет испытывать при эксплуатации. Выбор смолы фиксируется на этапе пропитки, поэтому наши линия эпоксидного препрега с самого начала спроектирован с учетом тепловых характеристик. После нанесения покрытия на стеклоткань ни один из последующих этапов процесса не сможет восстановить слабый состав.

Производители препрегов из эпоксидного углеродного волокна на заказ, завод Мы предлагаем изготовленный на заказ препрег из эпоксидного углеродного волокна, Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd - китайский производитель препрегов из эпоксидного углеродного волокна... Посмотреть продукт →

Стекловолокно и разработка интерфейсов

Тип волокна определяет долгосрочный потолок. Стандартное стекло E подходит для большинства изоляционных задач, но в ламинатах, предназначенных для длительного нагрева, используется стекло E-CR или S-стекло, которые сохраняют жесткость при более высоких температурах и лучше сопротивляются гидролизу. Стеклянная отделка имеет не меньшее значение. Совместимый силановый связующий агент создает химические связи между поверхностью стекла и эпоксидной сеткой, замедляя разрушение интерфейса при термоциклировании и сохраняя прочность на изгиб после старения.

Наполнители, поглощающие тепло и замедляющие расширение.

Теплопроводящие электроизолирующие наполнители, такие как плавленый кварц, оксид алюминия или нитрид бора, снижают коэффициент теплового расширения и отводят тепло от горячих точек. Гидроксид алюминия действует по-другому: он выделяет водяной пар при температуре выше 200 °C, что подавляет распространение пламени и дым. Пакет наполнителей работает только тогда, когда размер частиц и дисперсия контролируются, поскольку агломерированные наполнители создают концентрации напряжений, которые ухудшают механические характеристики при высокой температуре.

Цикл отверждения и контроль процесса

Химия хороша настолько, насколько хорош процесс, который ее реализует. Ламинат следует укладывать в контролируемой среде, поскольку пыль и влажность создают пустоты, которые под воздействием тепла становятся очагами разрушения. Консолидация под воздействием тепла и давления должна следовать циклу отверждения, соответствующему системе смолы, с последующим постотверждением, которое снимает внутреннее напряжение. На нашей производственной базе площадью 32 000 м² цеха с постоянной температурой и чистое помещение класса 100 000 защищают этот этап, а графики отверждения настраиваются для каждой марки смолы так, чтобы готовый лист действительно достигал Tg, обещанного химическим составом.

Как проверить работоспособность при высоких температурах перед тем, как указать

Заявления об улучшении требуют доказательств. При сравнении поставщиков обратите внимание на заголовок Tg и спросите о свойствах, указанных ниже.

Поставщик, который может объяснить, как было измерено каждое значение — цикл отверждения, толщина образца, протокол старения и кондиционирование — более надежен, чем тот, кто отправляет одностраничную таблицу данных. стандарты термических испытаний, используемые для термореактивных препрегов предоставить практичный шаблон для полного набора отчетов по запросу.

Где улучшение тепловых характеристик имеет значение в реальных продуктах

Устойчивость к более высоким температурам не является абстрактной спецификацией. Это напрямую влияет на надежность в ряде требовательных приложений.

Литиевые аккумуляторы и силовая электроника

Элементы литиевого аккумуляторного блока постоянно выделяют тепло, а шины и разъемы создают горячие точки во время сильного разряда. Изоляционные листы, используемые между элементами, под шинами или внутри корпуса блока, должны сохранять диэлектрическую прочность при температуре 80–100 °C в течение многих лет, а не часов. По этой же причине наш изоляционная плита из эпоксидного стекловолокна производится по рецептуре, соответствующей стандарту UL 94 V0, и имеет контролируемую толщину. Он широко используется в изоляции аккумуляторных блоков и электрооборудовании. Мы также производим корпуса аккумуляторных батарей и изоляционные компоненты для клиентов, которым необходима такая же термическая дисциплина в готовых деталях.

Производители аккумуляторных батарей из углеродного волокна на заказ, Фабрика Мы предлагаем изготовленный на заказ аккумуляторный ящик из углеродного волокна, Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd - китайское производство аккумуляторных ящиков из углеродного волокна... Посмотреть продукт →

Производители изоляционных плит из стекловолокна на заказ, завод Мы предлагаем изготовленную на заказ изоляционную плиту из эпоксидной смолы из стекловолокна, Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd - это китайская эпоксидная смола из стекловолокна... Посмотреть продукт →

Крепления для печатных плат и инструменты для пайки

Испытательные приспособления и поддоны для пайки волной подвергаются повторяющимся тепловым ударам. Лист с недостаточным Tg размягчается, деформируется и теряет точность размеров, что напрямую приводит к смещению датчиков и неудачным циклам испытаний. Ламинаты с более высоким Tg сохраняют плоскостность в ходе повторяющихся процессов оплавления.

Трансформаторы, распределительные устройства и вращающиеся машины

В трансформаторах и распределительных устройствах изолирующие пластины разделяют проводники с разными потенциалами. Горячие точки в сочетании с влажностью являются классическим рецептом электрического отслеживания, поэтому высокий CTI и стабильная диэлектрическая прочность при рабочей температуре становятся критически важными для безопасности. В двигателях и генераторах изоляция пазов должна противостоять как нагреву, так и вибрации; качество интерфейса волокно-смола определяет, как долго оно прослужит.

Когда приложение является структурным, а не электрическим, и движущей силой проектирования является нагрузка, а не напряжение. композитные пластины из углеродного волокна это обычный выбор. Для экстремальных температурных условий, когда необходимы как изоляция, так и механическая поддержка, ткани из высокотемпературного арамидного волокна являются дополнительным семейством материалов, которое стоит оценить.

Практический вывод

Температурная стойкость листа эпоксидного стеклотекстолита – это не единый номер паспорта. Это результат скоординированной системы: многофункциональная смола, подобранный отвердитель, термостабильное волокно, контролируемые наполнители и цикл отверждения, обеспечивающий обещанный Tg. Каждый уровень добавляет измеримый запас, а самый слабый уровень определяет окончательный предел.

При выборе листа сначала определите постоянную рабочую температуру, пиковую температуру и предполагаемый срок службы. Затем запросите данные по срокам, а не только свежие значения. Производитель с полным контролем процесса — от пропитки стеклоткани до окончательного ламинирования панели — может дать вам прямой ответ, ведь тепловые характеристики были заложены с первого шага.