一、电阻器的性能及影响因素
1.电阻器的性能指标
（1）碳膜电阻器技术性能目前，碳膜电阻器的生产和使用均占电阻器的绝大多数。例如，日本生产碳膜电阻器（RD型）占全部电阻器的86%，大功率金属氧化膜电阻器（RS型）占2.1%，高精度金属膜电阻器（RN型）占3.1%，其他类型电阻器占8.8%。以高绝缘性碳膜电阻器（RD.M型）为例，其技术性能指标见表7-56。
 （2）金属膜电阻器技术性能金属膜电阻器类型有RJ14、RJ15、RJ24和RJ25等。其主要技术性能指标见表7-57。
 （3）金属氧化膜电阻器技术性能金属氧化膜电阻器主要类型有RY15、RY16、RY17、RY18等。它们的主要技术性能指标见表7-58。
 （4）线绕电阻器技术性能线绕电阻器（包括不燃型电阻器），主要特征是在超负荷试验条件下，电阻器无明火出现，故人们称为不燃型电阻器。线绕电阻器主要技术性能指标见表7-59。
电阻器的类型除上述四种外，还有消磁热敏电阻器、水泥电阻器、熔断电阻器和专用电阻器等。绝大多数电阻器都需要用绝缘涂料（材料）进行保护，被涂料保护后的电阻器一定要满足电阻器的性能要求。所以，应掌握电阻器组成、使用时的性能变化及电阻涂料对电阻器性能的影响等因素，才能保证电阻器具有满意的应用效果。
 2.影响碳膜电阻器性能的因素电阻器类型很多，这里只选碳膜电阻器进行介绍。实践证明，生产碳膜电阻器的每个环节都会影响碳膜电阻器的性能。主要讨论阳极化作用、电晕放电作用、电解氧化作用和电阻涂料组分对碳膜电阻器性能的影响。
（1）阳极化作用 用于电阻器的元件瓷体，主要有富铝红柱石、镁橄榄石和氧化铝。它们含有的各种氧化物组成见表7-60。
 用含氧化钠量多的瓷体制成电阻器后，外加电压时，会产生如下反应。
Na2O→2Na++O2-
反应式中的钠离子移向阴极，氧离子移向阳极并与电阻器的碳膜反应而产生气体。由于离子移动和碳膜气体化，改变了电阻器的电阻值，湿度和温度升高会加速这种作用。在阳极（碳膜）上产生的阳化作用，导致碳膜局部消失，使电阻器的电阻值无限增大（或称开路）。所以，通常元件瓷体含氧化钠较少为宜，同时应采用不含氧化钠的电阻涂料作为碳膜电阻器的绝缘保护材料。
（2）电晕放电作用 当在涂覆涂料的碳膜电阻器上加入冲击电压时，会在电阻器的刻槽沟间产生电弧，反复操作后，就引起碳膜和保护涂膜的部分氧化。这种在刻槽间产生的电晕放电作用，破坏了电阻器的碳膜，使电阻值无限大。刻槽内的残渣和有机吸潮物质是引起电晕放电的主要原因，保证碳膜电阻器用涂料中不含有机吸潮物质和涂覆前的电阻器清洁是相当重要的。
（3）电解氧化作用
①水的电解氧化将涂覆好的碳膜电阻器放在水和湿气存在的环境中，如果水渗透涂膜到碳膜表面上，当有电流通过时，水电解成氢离子和氢氧根离子，氢离子移向阴极，氢氧根离子移向阳极，并在阳极周围形成水和氧分子：
 水电解后，在阳极（碳膜）上发生氧化作用。尤其是水与涂膜组分发生作用时，对高电阻值的碳膜电阻器破坏现象特别明显，在碳膜电阻器（1/4W、1MΩ）上涂覆几种涂料，考察涂膜的渗水率与电阻值变化的关系，证明碳膜电阻器的电阻值变化随涂膜的渗水率增加而增大，结果如图7-1所示。
 ②涂料中的电解质 组成涂料的基料中含有微量电解质（如碱和盐等）时，涂覆碳膜电阻器后，形成的涂膜会影响电阻器性能。含有电解质的涂膜受潮并在电流作用下发生电解，会增加碳膜的电解氧化作用，即引起电阻器的电阻值上升。假设导电膜（碳膜）氧化后完全不导电，并且氧化过程是均匀的沿着螺旋导电带的外表面发生，则电阻的相对变化与导电膜有效截面积的相对变化成正比，可以得到碳膜电阻器在电解氧化作用下的电阻值：
R=R0ρBT
式中 R——碳膜电阻器电解氧化时的电阻值，Ω；
R0——碳膜电阻器电解氧化前的初始电阻值，Ω；
T——碳膜电阻器发生电解氧化作用时间，s。
 式中 K——电化当量，g/s·A；
r——导电膜密度，g/cm3；
U——匝间电压，V；
I——匝间槽中的电流，A；δω——水膜厚度，cm；
ρω——水膜电阻率，Ω·cm；
a——匝间距离，cm；
A——螺旋导电带的横截面积，cm2；
t——螺旋导电带宽度和匝间距离，cm。
从R和B两式知，在电解质发生电解氧化作用时，碳膜电阻器的电阻值与时间、电化当量、匝间电压、水膜厚度和导电带宽度等参数成指数关系迅速增加。因此，避免涂料中混入电解质和阻止水渗入涂膜是极其重要的防护措施。试验证明，涂料的基料中含有电解质时，对电阻器的电阻值变化影响甚大。将含有电解质和不含电解质的涂料，都涂覆电阻器并进行水煮负荷试验，其结果列于表7-61。
 电解质的电解氧化腐蚀速度是惊人的，尤其是高电阻值刻槽的电阻器，由于刻槽间有很高的电位梯度，更容易受到电解氧化腐蚀的损害。为进一步证明电阻涂料中电解质的电解氧化作用，在电阻涂料组成中外加少量氯化钠，将其涂在碳膜电阻器（1/4W，120kΩ）上，经水煮负荷试验后，测得碳膜电阻器的电阻值为无限大（开路）。由图7-2可以看出，原来黑色的碳膜，经水煮负荷试验后变成了灰白色，绝大部碳膜被电解质（氯化钠）的电解氧化作用而破坏。
 ③涂膜中的羟基涂膜（尤其是底漆膜）中含有大量羟基时，电阻器在外加电压下，会引起羟基与碳膜间的电解氧化反应，促使电阻器的电阻值变大。例如以酚醛一环氧树脂为基料的涂膜，最容易产生电解氧化反应，导致电阻器水煮负荷试验后的电阻值无限大，当采用封闭物“吃掉”涂膜中的部分羟基后，测得电阻器水煮负荷试验后的电阻值变化下降。用四种清漆（底漆）涂覆碳膜电阻器，测定涂膜中羟基含量和水煮负荷试验后的电阻值变化（△R），其结果列于表7-62。
 （4）填充剂的影响 在碳膜电阻器用涂料中，往往加入适量的填充剂，如增稠剂、消泡剂、流平剂、调阻剂、偶联剂、填料和阻燃剂等。有的填充剂会增加涂膜的吸潮性，有的填充剂的分子内含有水，易于引起电晕放电作用和电解氧化作用，影响电阻器的使用性能；有的阻燃剂会破坏电阻涂料的贮存稳定性，严重影响施工工艺性；有的填充剂在涂料固化时会产生易于电解的物质，会导致电阻器碳膜破坏。因此，在电阻涂料配方设计时，应采取有效的技术措施，尽量减少或消除影响电阻器性能的因素。
（5）电阻器的质量及△R值 碳膜电阻器的质量，对其使用性能有很大影响，一般情况下，通过水煮负荷试验可以检查碳膜电阻器的质量。这里选择了A厂和B厂的碳膜电阻器，用水煮负荷试验比较电阻值变化，其结果列于表7-63
 表7-63中，采用的碳膜电阻器技术性能指标是水煮负荷试验后的△R应为±1%，经试验证明，碳膜电阻器空白试验的△R大时，涂RT-30底漆后也无法满足△R为±1%的技术指标。由此可知，在涂底漆之前就应保证电阻器水煮负荷后达到△R的技术指标要求。为准确地考察底漆性能，必须保证未涂漆的碳膜电阻器符合质量要求。
（6）涂膜的绝缘老化通常，绝大部分绝缘材料在使用中都要发生缓慢地和不可逆的变化，这种变化称为绝缘老化。促使绝缘老化的因素有热、氧化、温度、电压、机械作用力、光、电晕、臭氧、微生物和放射线等。一般在低电压情况下，促使有机物质老化的主要因素是热和氧化。在额定电压高时，会发生电晕放电，使电阻体和绝缘涂层都受到侵蚀。在湿热工作条件下，湿度和微生物是促进绝缘老化的主要因素。
促进绝缘老化的各种因素都是相互联系彼此影响的。例如，热和氧化作用，尽管在高温下热作用比较强烈，而在低温下氧化作用比较显著，但是热老化经常伴随着氧化作用，而氧化作用又深受温度的影响。又如，水和温度同时作用下的绝缘涂层寿命要比单独热老化缩短40%左右。从绝缘材料的化学结构上看，许多高聚物都存在容易老化的弱点。例如，环氧树脂和酚醛树脂分子中的C—O键易断裂；聚氯乙烯易脱氯化氢；聚丙烯分子中叔碳原子多，易自动氧化。现在，人们对绝缘老化机理进行了深入研究，主要有热老化机理、氧老化机理、电压老化机理和霉菌老化机理等。
总之，掌握电阻器技术性能和影响碳膜电阻器性能的诸因素后，才能确定正确的电阻涂料配方设计方案，开发出性能优异的配套化、系列化电阻涂料品种，满足电子工业发展需要。
二、电阻涂料的配方设计
1.电阻器对涂料的要求涂覆电阻涂料的电阻器，必须满足电阻器的使用性能和技术指标要求。因此，构成电阻涂料的底漆、面漆和色环标志涂料都应满足电阻器的使用条件。根据电阻涂料的使用部位和功效，对每种涂料的要求如下。
（1）电阻涂料底漆 电阻涂料底漆是绝缘保护膜的“基础层”，涂覆底漆后，要求电阻器帽盖与电阻体膜接触处无微泡和微孔；底漆膜与电阻体膜层、面漆膜层间有优异的粘接性，尤其是应保证良好的“湿态”粘接性；底漆膜应有足够低的渗水率，以防止水的电解氧化破坏作用；底漆膜经高低温循环和耐湿试验后，应保持优良的绝缘性，保证电阻器性能稳定；底漆膜应能有效地控制电阻值的变化，以提高电阻器的可靠性。
（2）电阻涂料面漆 电阻器用绝缘涂料面漆除具有保护装饰作用外，还应满足温度循环、耐电压、煮水试验、耐溶剂、耐温、焊锡试验和耐湿热等技术性能要求。对于阻燃型（或不燃型）电阻涂料面漆，要求涂膜有出色的阻燃自熄性（或不燃性）。
（3）色环标志涂料 色环标志涂料表征电阻器的电阻值和精密度，不但要求色环标志涂料涂膜有良好的粘接性、耐温性和耐溶剂性，而且涂膜的色泽应鲜明，颜色易于辨认，保证电阻器的技术性能指标具有准确性。
2.电阻涂料配方设计示例 电阻涂料面漆可分为普通型电阻涂料、自熄阻燃型电阻涂料和不燃型电阻涂料。这里以普通型电阻涂料作为面漆配方设计示例，介绍电阻涂料配方设计的全过程。
（1）电阻涂料底漆配方设计
①涂膜防水渗透能力 水腐蚀破坏碳膜的原因，前面已经说明。采用底漆的主要目的在于防止水等介质渗透涂膜以提高绝缘保护能力。在底漆配方设计中，用渗透指数（PJ）评价和预测涂膜防水等介质渗透能力，大大减少试验次数，提高工作效率，为选择渗水性低的涂膜并保证电阻器能稳定可靠提供了科学依据。
试验证明，水对涂膜的渗透量随PI值增加而增大，只要选择PI值小的底漆膜，就能获得优异的防水渗透能力，并保证电阻值变化（△R%）小。试验结果列于表7-64。
 从表7-64知，配方2具有低的PI值，测得渗水率和△R值都低，确定DPA-2(4)/PT-4为电阻涂料底漆主要基料，取基料与固化剂的摩尔比相等。
②增韧树脂选择底漆的增韧树脂可改进涂膜的柔韧性，调节涂膜的交联固化网络结构。增韧树脂用量不但影响底漆固化速度和施工性，而且明显地影响涂膜的耐水性。当DPA-2(4)：PT-4:增韧树脂=1:0.5:X时，改变X的用量，得表7-65的试验结果。
 根据干性、起泡情况和耐蒸馏水煮沸试验结果，选择增韧树脂用量为DPA-2(4)的50%为佳。增韧树脂可与DPA-2（4）树脂复配成含增韧树脂的DPA-2（4）树脂，该树脂作电阻涂料底漆的复合基料。
③消泡剂选择 电阻涂料与其他领域中的涂料最明显的区别在于施工的特殊性。涂覆在电阻器上的涂料不应有流坠、保证金属帽盖上有足够的涂膜厚度、帽盖与电阻体膜接触处不能有微泡和微孔，这种苛刻的施工要求，是常规涂料难以达到的。
采用的消泡剂应无吸潮性并能参与底漆组分的交联固化反应，满足电阻器的使用性能要求。在设计底漆配方时，必须加入特殊化学结构的消泡剂，才能起到明显的消泡效果。
由表7-66结果得知，使用消泡剂量占DPA-2（4）的19%时，才有好的消泡效果，这样大量的消泡剂在常规涂料中是罕见的。
 ①每克DPA-2（4）中加入消泡剂的克数。
④调阻剂和固化促进剂 调阻剂是电阻涂料底漆中不可缺少的组分。电阻器在使用或湿热条件下，往往会改变电阻器的电阻值，引起电阻值变化（绝对值）的增加。在底漆中加入适量调阻剂，能起到“抑制”电阻值变化的作用，保证电阻器使用时的绝对可靠性和准确性。调阻剂是一种特殊功效的助剂。它的选择性强、敏感性高，在一般情况下，酸性或碱性物质都会使电阻值变化增加，只有特殊化学结构的有机化合物，才能使电阻值变化减小。当底漆主要成分为DPA-2(4)：PT-4：增韧树脂=1：1：0.5（质量）时，用水煮负荷试验考核几种助剂的效果，证明调阻剂具有明显的作用。试验结果列于表7-67。
 ①加有助剂的淆漆涂覆在100mm×120mm×0.1mm铜片上，180℃/5min烘干，将试片用蒸馏水煮2h。
从表7-67知，调阻剂不会改变涂膜的耐水性，但对“抑制”电阻器水煮负荷试验后的电阻值变化起决定作用。调阻剂Ⅱ有良好的调节作用，其用量为DPA-2（4）的0.9%～1.4%。
在配方中加入固化促进剂量为DPA-2（4）的1.3%～2.0%，可以实现180℃/3min实干的工艺条件要求。
（2）电阻涂料面漆配方设计
①基料品种选择 电阻涂料多采用双酚A型环氧树脂作基料。有时为了增加环氧树脂的有效交联密度，在制作环氧树脂时，用Novolac代替双酚A，可以得到较好的耐温性。另外，脂环族环氧树脂的耐热性和物理机械性较好，也可选用。
电阻涂料采用的环氧树脂应具有较高的环氧值、低的氯含量和钠离子含量，人们正在开发新型的环氧树脂，这种环氧树脂形成的涂膜既保证有足够的有效交联密度，又具有优良的柔韧性。
另外，基料对涂料的施工工艺性、涂膜的黏结性和电气绝缘性等有重要作用。筛选、考核试验结果列于表7-68。
 由表7-68知，E-44环氧树脂有良好的干性、耐温性、施工性和耐三氯乙烯性，确定E-44环氧树脂为普通型电阻涂料面漆的基料。
②固化剂选择 多数电阻涂料中需要加入固化剂（或引发剂），它与基料进行固化反应，使涂料形成满意的绝缘保护膜，保证电子元器件的使用性能。因此，固化剂是电阻涂料重要组分之一。在以烯烃树脂为基料的涂料中，应加入适量的过氧化物作引发剂；在以有机硅树脂为基料的涂料中，应加入偶联剂（交联剂）和促干剂，在以环氧树脂为基料的涂料中，应加入胺类、胺加成物、酸酐及其衍生物、合成树脂类和潜固化剂等。
固化剂是使基料交联固化成涂膜不可缺少的组分。面漆中的固化剂应保证涂料适用期长并能实现快速固化。因此，在满足工艺条件前提下，选择适当的固化剂、确定合理的固化体系，是面漆配方设计的主要技术关键之一。在选择固化剂时，对EA-10固化剂、TA-2固化剂、AC-13固化剂、594#固化剂、DPA-固化剂和芳胺加成物等进行性能比较，证明TA-2固化剂能快速固化、施工性能良好、适用期长并且涂膜的耐沸水性优异。采用TA-2固化剂、加入适量的固化促进剂，可以满足涂料在180℃/3min固化；采用快干型固化剂可在190℃/40s固化。
③颜填料选择在电阻涂料中，加入适量的颜填料将涂料配制成要求的颜色并使之达到要求的使用性能。
在电阻涂料中，常用的颜填料有钛白、氧化铁红、炭黑、铬系颜料、偏硼酸钡、云母氧化铁、硅微粉、镉红、大红粉、甲苯胺红、云母粉、碳酸钙、碳酸镁、长石粉、硫酸钡、氢氧化铝和气相二氧化硅等。钛白和滑石粉形成漆膜的渗水率低，并且涂料的施工性和贮存稳定性良好。选用钛白和滑石粉作主要颜填料，并用其他颜料把涂料配成需要的颜色。
④助剂的选择 为保证电阻涂料正常生产、贮存、施工及改进涂料性能，应在涂料中加入不同功效的助剂。按助剂作用机理可分为：固化促进剂、表面活性剂、调阻剂、偶联剂、触变剂、贮存稳定剂和防老化剂等。
⑤溶剂的选择溶剂作为制备电阻涂料的媒介物，它可以调节涂料的施工黏度，满足施工要求。当施工结束后，要求它以适当的挥发速度挥发。试验测得，有机溶剂的挥发速度随着它的沸点和表面张力上升而下降。涂料中溶剂挥发速度快时，流平性差，涂膜出现针孔和黏结力下降等弊病；涂料中溶剂挥发速度慢时，增加涂膜中溶剂残留量，会影响涂膜电性能等。只有恰当地控制溶剂的挥发速度，才会保证涂料优良的施工性和涂膜优异的电性能。
溶剂对基料、颜填料、固化剂和助剂等组分都应是惰性的，因为加入具有反应性的溶剂时，会严重影响涂膜的使用性能。在选择溶剂时，除考虑到混合溶剂中各组分相对挥发速度和保持相对惰性外，还应掌握溶剂本身的电性能。溶剂的体积电阻率（ρv）和介电常数（ε）列于表7-69。
 ①电阻率和介电常数是在20～21℃下测定工业用溶刑的值。
综上所述，电阻涂料面漆的基本组成有基料、颜填料、固化剂、助剂和溶剂等。在制备电阻涂料时，应科学合理地进行配方设计，根据各种类型电阻器的技术要求，开发出配套化、系列化的电阻涂料品种，以满足电子工业发展需要。
（3）色环标志涂料配方设计
①基料品种确定 以环氧树脂为基料制造的色环标志涂料有双组分包装和单组分包装两种类型。通常，双组分包装的色环标志涂料的基料可选用E-51或E-44环氧树脂；单组分包装的色环标志涂料的基料可选用E-03等较高分子质量的环氧树脂。有时，选用混合型环氧树脂，如在基料中加入适量的柔韧性环氧树脂，可明显改善涂膜的物理机械性能。
②固化剂选择双组分色环标志涂料可选用2-乙基-4-甲基咪唑等胺类化合物；单组分色环标志涂料可选用PT固化剂或含羟基、烷氧基的氨基树脂等合成树脂固化剂。
③颜料选择色环标志涂料经常采用的颜料有铝粉浆（漂浮型）、氧化铬、氧化铜、氧化锰、普鲁士蓝、钴蓝、钛白粉、柠檬黄、中铬黄、钼铬红、大红粉、酞菁蓝、炭黑、塑料紫、铜金粉（青红光1000目）和6#调墨油等。
④溶剂选择双组分色环标志涂料的溶剂选择见电阻涂料面漆配方设计。单组分色环标志涂料配方设计时，若选用PT固化剂，一定采用环己酮等不含氢键给予体的溶剂；若选用氨基树脂作固化剂，可采用常规溶剂，但应加入BYK450等促进剂。 环氧树脂 - www.epoxy8.com -(责任编辑：admin) |