一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器的制作方法

本发明属于电容器技术领域，具体涉及一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器。

背景技术：

电容器作为能量转换器件，广泛应用于家电、电力、工业和新能源汽车等领域，每个领域使用的环境和工况要求不同，尤其是电力和新能源汽车需要满足-40℃和+125℃的温度范围和≤93rh(％)湿度环境，对电容器有高温高湿和冷热冲击等试验要求。

部分电容器往往通不过此试验，或使用过程中早期失效，表现为灌封材料开裂，湿气进入电容器内部，造成电容器芯子电气腐蚀，容量大幅下降，严重者导致系统终止或功率器件爆炸。其主要原因是结构设计不合理、材料选型和使用不合理，工艺控制方法不规范。

技术实现要素：

本发明针对上述缺陷，提供一种解决了部分电容器因结构设计不合理、材料选型和使用不合理，工艺控制方法不规范而高温高湿和冷热冲击等试验试验或使用过程中早期失效甚至系统终止或功率器件爆炸等问题的改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器。

本发明提供如下技术方案：一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器，所述电容器包括电容器芯子、正极母排、负极母排、绝缘层；

所述电容器芯子、正极母排、负极母排、绝缘层表面依次设置有电容器半成品缓冲层、环氧树脂浇注固化层；

所述环氧树脂浇注固化层的制备方法为，使用搅拌工具对灌封料搅拌3min～5min，并边搅拌边抽真空，保持在≤-0.1mpa的真空度下，顺利脱泡；所述搅拌利用6至12节y型混合器多次充分混合，然后灌封至所述电容器内形成所述环氧树脂浇注固化层，所述环氧树脂浇注固化层的厚度为3mm～6mm；

所述灌封料包括质量比为1:1的a组分和b组分；所述a组分包括树脂、无机填料，所述b组分包括无机填料、作为增韧剂的聚酰亚胺pi、活性增塑剂、催化剂和固化剂；所述b组分中还包括长脂肪链酸酐；所述无机填料包括石棉纤维、玻璃纤维、石棉粉、硅微粉、氧化铝和石英粉中的一种或几种；所述作为增韧剂的聚酰亚胺pi为聚醚酰亚胺pei或双马来酰亚胺bmi；所述长脂肪链酸酐包括聚癸二酸酐、壬二酸酐、顺丁二烯酸酐、十二烯基琥珀酸酐及其改性物中的一种或几种；所述催化剂为dmp-30，添加量范围为0.35％至0.45％；

当环境温度低于10℃时，在50℃～60℃温度下搅拌；

所述电容器半成品缓冲层的线膨胀系数与环氧树脂相同，所述搅拌工具为旋转杆搅拌器；根据电容器的体积，灌胶重量和环氧树脂推荐的固化温度设置固化条件。

进一步地，所述绝缘膜和电容器半成品缓冲层材质为pet、pc、pa中的一种或多种；避免金属、玻璃、pps等材料。

进一步地，所述电容器半成品缓冲层厚度为2mm～4mm，所述外壳壁由模具注塑或机器加工成型，制作时做蚀纹或喷砂处理，避免做抛光亮面处理。

进一步地，所述电容器半成品缓冲层为涂覆在所述电容器芯子、正极母排、负极母排和绝缘层表面的一层缓冲层，然后常温或高温固化，形成电容器半成品缓冲层，其材质为聚氨酯、导热硅胶、油漆中的一种，进而使其拉伸强度较大。

进一步地，所述电容器半成品缓冲层为薄栅，或包裹的一层固态硅橡胶带、玻璃纤维网格布或无缄玻璃纤维带中的一种。

进一步地，所述环氧树脂浇注固化层的灌封方法为灌封前对涂覆有电容器半成品缓冲层的电容器进行70℃～80℃温度下1小时烘烤，以除去器件表面的湿气，也有利于封装含浸，同时灌胶时要沿外壳内壁单点流入，以便排出腔体内部气泡，然后再灌封。

进一步地，采用真空灌封设备时，按照负压抽真空-破真空-灌封的步骤多次循环灌封。

进一步地，所述电容器芯子为单只圆柱芯子、单只椭圆芯子、多只圆柱芯子串联、多只圆柱芯子并联。

进一步地，所述电容器芯子的直径和高度的比例k为0.6～3.5。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器的旨在提供一种能更优的电容器芯子、正极铜排、负极铜排、绝缘膜和外壳的结构设计方法和半成品缓冲层的设计，同时对环氧树脂浇注固化的方法做了规范控制。

2、本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器可以用于环氧树脂灌封类薄膜电容器领域或类似变压器、电抗器、继电器等干式灌封的产品。

3、本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器为解决环氧树脂开裂的问题，从产品设计角度给出了设计取值范围和方向，如定义了芯子设计的直径和高度需要符合一定的比例关系k，并建议k的取值范围为0.6至3.5，且k为1时，芯子结构上内部应力越小。再如定义了环氧树脂填充层的厚度t取值为3mm至6mm，外壳材料的线膨胀系数与环氧树脂相同。

4、本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器首次提出半成品缓冲层的设计思路和工艺实现，选择拉伸强度比较大的聚氨酯、导热硅胶、油漆等液态材料和硅橡胶带、玻璃纤维网格布、缠绕无缄玻璃纤维带等固态材料作为缓冲层。

5、本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器对使用环氧树脂的搅拌、配比、混合、灌封和固化操作方法和注意事项，分别从手工和设备做了较具体的规范。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1为本发明提供的改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器整体示意图；

图2为本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器制作流程图；

图3为本发明提供的改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器浸涂电容器半成品缓冲层的方法示意图。

具体实施例方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供的一种改善环境试验后环氧树脂开裂的电容器，所述电容器包括电容器芯子1、正极母排2、负极母排3、绝缘层4，本发明图中提供的示例以单只圆柱芯子为例，电容器芯子从工艺上可分为圆柱形状和椭圆体，从产品结构上可以分为单只圆柱芯子、单只椭圆芯子、多只圆柱芯子串联、多只圆柱芯子并联等，可以根据实际的应用需求进行电容器芯子的选择；

电容器芯子1的直径和高度的比例k为0.6～3.5，且k为1时，芯子结构上内部应力越小，k越大，电气性能越好，但结构上内部应力越大，越容易造成环氧树脂开裂。

所述电容器芯子1、正极母排2、负极母排3、绝缘层4表面依次设置有电容器半成品缓冲层5、环氧树脂浇注固化层6；

环氧树脂只有形成交联网状结构，环氧值与环氧当量、羟基值、氯含量、软化点、黏度、挥发物、热变形温度、平均相对分子质量及其分布指标正常，才会显示出各种优异的性能，所以使用应严格按其要求的方法做。主要步骤有搅拌、配比、混合、灌封和固化。本发明从改善环氧树脂固化后开裂的角度，采用如下环氧树脂浇注固化层的制备方法：为使添加在主机中的无机小分子颗粒均匀分布，应充分搅拌。对于比较粘稠的环氧树脂，推荐的条件为：使用工具旋转杆搅拌器，对灌封料搅拌3分钟至5分钟，并边搅拌边抽真空，保持在≤-0.1mpa的真空度下，顺利脱泡，顺利脱去气泡，必要时可以加以振动，使脱泡更加顺利，也可以使用离心搅拌脱泡机，完全脱泡会使灌封表面光洁且保护电容器芯子不受潮气电化学腐蚀；

所述灌封料包括质量比为1:1的a组分和b组分；所述a组分包括树脂、无机填料，所述b组分包括无机填料、作为增韧剂的聚酰亚胺pi、活性增塑剂、催化剂和固化剂；所述b组分中还包括长脂肪链酸酐；所述无机填料包括石棉纤维、玻璃纤维、石棉粉、硅微粉、氧化铝和石英粉中的一种或几种；所述作为增韧剂的聚酰亚胺pi为聚醚酰亚胺pei或双马来酰亚胺bmi；所述长脂肪链酸酐包括聚癸二酸酐、壬二酸酐、顺丁二烯酸酐、十二烯基琥珀酸酐及其改性物中的一种或几种；所述催化剂为dmp-30，添加量范围为0.35％至0.45％；

混合应该充分，混标准是颜色一致，手工混合建议放置在容器内用旋转杆搅拌器搅拌3分钟至5分钟，容器底部内部都能得到搅拌，如果自动真空灌封设备混合时，应利用6至12节y型混合器多次充分混合。然后灌封至所述电容器内形成所述环氧树脂浇注固化层；是否搅拌充分的判定方法是取出搅拌器，有拉丝现象。另外环氧树脂主剂和固化剂在10℃以下时可能出现结晶，当环境温度低于10℃时，需要加热至50～60℃使之完全溶解并进行搅拌。

配比不正确或混合不充分，会使环氧树脂的固化反应不充分，催化剂不能很好引发环氧基的开环聚合或者多功能化合物与环氧基完全反应。

配比注意精确计量，尤其在自动真空灌封设备使用时，计量应充分考虑管道和流动速度等因素。

所述电容器半成品缓冲层的线膨胀系数与环氧树脂应尽可能相近，最好相同，所述搅拌工具为旋转杆搅拌器，根据电容器的体积，灌胶重量和环氧树脂推荐的固化温度设置固化条件。

采用如下的环氧树脂浇注固化层的灌封方法：

灌封前对涂覆有电容器半成品缓冲层的电容器于70℃～80℃温度下1小时烘烤，以除去器件表面的湿气，也有利于封装含浸，同时灌胶时要沿外壳内壁单点流入，以便排出腔体内部气泡，然后再灌封。

采用真空灌封设备时，按照负压抽真空-破真空-灌封的步骤多次循环灌封。

例如a品牌的高温环氧树脂灌封车载电容器：

灌封重量≤500g固化条件为：(85±3)℃1.5h+(95±3)℃0.5h+(105±3)℃固化时间为2h；

500g≤灌封重量≤1000g固化条件为：(85±3)℃2h+(95±3)℃0.5h+(105±3)℃固化时间为2.5h；

1000g≤灌封重量≤2000g固化条件为：(85±3)℃3h+(95±3)℃1h+(105±3)℃固化时间为3.5h；

判断环氧树脂是否固化良好的条件是固化物比重和玻璃态转换温度达到环氧树脂指定的范围。

用压电电阻元件法进行的内部应力测试，试验数据表明环氧树脂固化物内不同部位内应力分布是不均匀的，与嵌件结合处应力最大，特别在嵌件拐角处，会产生内应力局部集中，甚至达到低应力区的10倍以上。解决方法是在正极铜排、负极铜排和绝缘膜的结构设计时应尽可能设计成圆弧形、流线体、纺锤形等，避免尖角、锐角、棱角等，尽可能降低制件拐角处内部应力集中。

环氧树脂承受内部应力的大小与填充层的薄厚有关系，一般越薄越容易开裂，但因热阻和重量等关系，不宜太厚，一般厚度t取值为3mm至6mm，同时填充层的厚度尽可能均匀，避免局部过薄或过厚。外壳的结构设计应该考虑半成品的外形和灌封层厚度，做相关的形状配合，如圆柱体、圆弧面、球体等。

所述电容器半成品缓冲层厚度为2mm～4mm，所述外壳壁由模具注塑或机器加工成型，制作时做蚀纹或喷砂处理，避免做抛光亮面处理。所述绝缘膜和电容器半成品缓冲层材质为pet、pc、pa中的一种或多种，避免金属、玻璃、pps等材料。

如果电容器的制件尺寸、体积偏大，内制结构件和芯子排布异形造成环氧树脂分布不均，局部过厚或过薄，都会造成环氧树脂应力超出固化物本身所能承受的极限应力，试验或使用会表现为开裂。解决方法是在电容器半成品上增加缓冲层，以降低或消除内制件周围的应力。具体为：

方案一：如图3所示，电容器半成品缓冲层为涂覆在所述电容器芯子、正极母排、负极母排和绝缘层表面的一层缓冲层，按其使用条件(如常温液态、高温液态、常温半液态等)制备，再将电容器半成品通过浸涂工艺，使电容器芯子、正极母排、负极母排、绝缘膜表面涂覆一层缓冲层，最后将涂覆层做常温或高温固化。

然后常温或高温固化，形成电容器半成品缓冲层，其材质为聚氨酯、导热硅胶、油漆中的一种，进而使其拉伸强度较大。

方案二：电容器半成品缓冲层为薄栅，或包裹的一层固态硅橡胶带、玻璃纤维网格布或无缄玻璃纤维带中的一种。

以上两种方案，利用了缓冲材料较大的拉伸强度，在制件和环氧树脂之间做柔性缓冲作用，使得内部应力达到环氧树脂能承受的范围。

以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。