Оценка электроизоляционных эпоксидных смол

Эпоксидные смолы представляют собой универсальные полимерные системы, которые являются «подходящими материалами» для электрических, электронных и микроэлектронных систем, особенно в тех случаях, когда необходимы превосходные электроизоляционные свойства. Их широкое применение обусловлено превосходной адгезией к широкому спектру оснований, превосходной химической и термостойкостью, а также долговечностью. Они пригодны для склеивания, герметизации, нанесения покрытий и герметизации/герметизации.

Основная цель этой статьи двоякая; Во-первых, мы обсудим электроизоляционные свойства эпоксидных смол. Другой — углубиться в изменение этих свойств в зависимости от химического состава системы (особенно роли отвердителя), а также условий эксплуатации.

До отверждения эпоксидная смола состоит из смолы и отвердителя, которые при смешивании полимеризуются и образуют отвержденную матрицу. Существует множество различных типов эпоксидных смол и отвердителей. В сочетании они создают различные структуры поперечных связей, что приводит к различным характеристикам полимеризованной системы. Выбор отвердителя зависит не только от желаемых значений электроизоляции, но и от других параметров, таких как рабочие температуры, химическая стойкость и требования к физической прочности. Еще одним фактором при выборе отвердителя является оценка его технологических возможностей и ограничений. Мы начнем с обсуждения некоторых фундаментальных электроизоляционных свойств, то есть диэлектрической проницаемости, коэффициента диэлектрических потерь, диэлектрической прочности и объемного удельного сопротивления. Затем мы соотнесем эти значения с точки зрения обработки с конечными свойствами, полученными с различными группами отвердителей, включая алифатические амины, полиамиды, циклоалифатические амины, ароматические амины, ангидриды, кислоты Льюиса и имидазолы.

Диэлектрическая проницаемость, также известная как относительная диэлектрическая проницаемость, указывает на способность материала сохранять электрическую энергию в ответ на электрическое поле. Это безразмерное число, определяемое как отношение диэлектрической проницаемости материала к диэлектрической проницаемости вакуума, где диэлектрическая проницаемость является мерой электрической энергии, запасенной в результате приложенного напряжения. Обычно низкое значение (2–5) желательно для эпоксидных смол и других материалов, предназначенных для использования в качестве электрических изоляторов, хотя в некоторых случаях требуется средний уровень диэлектрической проницаемости (6–12).

Стандартным методом измерения диэлектрической проницаемости твердого электроизоляционного материала является ASTM D150. Он включает в себя помещение образца материала между двумя обкладками конденсатора и измерение результирующей емкости — способности хранить электрический заряд. Затем ее сравнивают с емкостью тех же пластин с воздухом или вакуумом между ними. Полученное соотношение и есть диэлектрическая проницаемость материала.

Для отвержденной эпоксидной системы диэлектрическая проницаемость зависит от температуры, частоты и наполнителя. Например, конкретная система может иметь диэлектрическую проницаемость, которая увеличивается с температурой (3,46 при 23 °C, 3,55 при 100 °C и 4,24 при 150 °C) для приложения с частотой 60 Гц, но колеблется с температурой (3,28 при 23 °C). °C, 2,99 при 100 °C и 3,87 при 150 °C) для приложения с частотой 1 кГц. Обычно, но не всегда, диэлектрическая проницаемость увеличивается с повышением температуры и уменьшается с повышением частоты. По сути, эпоксидные смолы теряют часть своих изоляционных свойств при более высоких температурах, но проявляют лучшие изоляционные свойства при более высоких частотах. Добавление частиц минерального наполнителя немного увеличивает диэлектрическую проницаемость конкретной эпоксидной системы, тогда как металлические наполнители оказывают более заметное влияние.

Коэффициент рассеяния (DF) является мерой потерь мощности в материале, находящемся под воздействием переменного электрического поля. Согласно стандарту ASTM D150, DF представляет собой отношение рассеиваемой мощности к приложенной мощности. (Для определения характеристик DF на микроволновых частотах рекомендуется использовать дополнительный стандарт ASTM D2520.) Более низкий DF желателен, чтобы уменьшить нагрев материала и свести к минимуму воздействие на окружающую цепь. Коэффициент рассеяния может быть очень полезной мерой других характеристик материала, таких как степень отверждения, пустоты, содержание влаги и загрязнение. Со временем может произойти значительное изменение DF, когда условия эксплуатации станут слишком тяжелыми для отвержденной системы.