一、電阻器的性能及影響因素
1.電阻器的性能指標
（1）碳膜電阻器技術性能目前，碳膜電阻器的生產和使用均占電阻器的絕大多數。例如，日本生產碳膜電阻器（RD型）占全部電阻器的86%，大功率金屬氧化膜電阻器（RS型）占2.1%，高精度金屬膜電阻器（RN型）占3.1%，其他類型電阻器占8.8%。以高絕緣性碳膜電阻器（RD.M型）為例，其技術性能指標見表7-56。
 （2）金屬膜電阻器技術性能金屬膜電阻器類型有RJ14、RJ15、RJ24和RJ25等。其主要技術性能指標見表7-57。
 （3）金屬氧化膜電阻器技術性能金屬氧化膜電阻器主要類型有RY15、RY16、RY17、RY18等。它們的主要技術性能指標見表7-58。
 （4）線繞電阻器技術性能線繞電阻器（包括不燃型電阻器），主要特征是在超負荷試驗條件下，電阻器無明火出現，故人們稱為不燃型電阻器。線繞電阻器主要技術性能指標見表7-59。
電阻器的類型除上述四種外，還有消磁熱敏電阻器、水泥電阻器、熔斷電阻器和專用電阻器等。絕大多數電阻器都需要用絕緣涂料（材料）進行保護，被涂料保護后的電阻器一定要滿足電阻器的性能要求。所以，應掌握電阻器組成、使用時的性能變化及電阻涂料對電阻器性能的影響等因素，才能保證電阻器具有滿意的應用效果。
 2.影響碳膜電阻器性能的因素電阻器類型很多，這里只選碳膜電阻器進行介紹。實踐證明，生產碳膜電阻器的每個環節都會影響碳膜電阻器的性能。主要討論陽極化作用、電暈放電作用、電解氧化作用和電阻涂料組分對碳膜電阻器性能的影響。
（1）陽極化作用 用于電阻器的元件瓷體，主要有富鋁紅柱石、鎂橄欖石和氧化鋁。它們含有的各種氧化物組成見表7-60。
 用含氧化鈉量多的瓷體制成電阻器后，外加電壓時，會產生如下反應。
Na2O→2Na++O2-
反應式中的鈉離子移向陰極，氧離子移向陽極并與電阻器的碳膜反應而產生氣體。由于離子移動和碳膜氣體化，改變了電阻器的電阻值，濕度和溫度升高會加速這種作用。在陽極（碳膜）上產生的陽化作用，導致碳膜局部消失，使電阻器的電阻值無限增大（或稱開路）。所以，通常元件瓷體含氧化鈉較少為宜，同時應采用不含氧化鈉的電阻涂料作為碳膜電阻器的絕緣保護材料。
（2）電暈放電作用 當在涂覆涂料的碳膜電阻器上加入沖擊電壓時，會在電阻器的刻槽溝間產生電弧，反復操作后，就引起碳膜和保護涂膜的部分氧化。這種在刻槽間產生的電暈放電作用，破壞了電阻器的碳膜，使電阻值無限大。刻槽內的殘渣和有機吸潮物質是引起電暈放電的主要原因，保證碳膜電阻器用涂料中不含有機吸潮物質和涂覆前的電阻器清潔是相當重要的。
（3）電解氧化作用
①水的電解氧化將涂覆好的碳膜電阻器放在水和濕氣存在的環境中，如果水滲透涂膜到碳膜表面上，當有電流通過時，水電解成氫離子和氫氧根離子，氫離子移向陰極，氫氧根離子移向陽極，并在陽極周圍形成水和氧分子：
 水電解后，在陽極（碳膜）上發生氧化作用。尤其是水與涂膜組分發生作用時，對高電阻值的碳膜電阻器破壞現象特別明顯，在碳膜電阻器（1/4W、1MΩ）上涂覆幾種涂料，考察涂膜的滲水率與電阻值變化的關系，證明碳膜電阻器的電阻值變化隨涂膜的滲水率增加而增大，結果如圖7-1所示。
 ②涂料中的電解質 組成涂料的基料中含有微量電解質（如堿和鹽等）時，涂覆碳膜電阻器后，形成的涂膜會影響電阻器性能。含有電解質的涂膜受潮并在電流作用下發生電解，會增加碳膜的電解氧化作用，即引起電阻器的電阻值上升。假設導電膜（碳膜）氧化后完全不導電，并且氧化過程是均勻的沿著螺旋導電帶的外表面發生，則電阻的相對變化與導電膜有效截面積的相對變化成正比，可以得到碳膜電阻器在電解氧化作用下的電阻值：
R=R0ρBT
式中 R——碳膜電阻器電解氧化時的電阻值，Ω；
R0——碳膜電阻器電解氧化前的初始電阻值，Ω；
T——碳膜電阻器發生電解氧化作用時間，s。
 式中 K——電化當量，g/s·A；
r——導電膜密度，g/cm3；
U——匝間電壓，V；
I——匝間槽中的電流，A；δω——水膜厚度，cm；
ρω——水膜電阻率，Ω·cm；
a——匝間距離，cm；
A——螺旋導電帶的橫截面積，cm2；
t——螺旋導電帶寬度和匝間距離，cm。
從R和B兩式知，在電解質發生電解氧化作用時，碳膜電阻器的電阻值與時間、電化當量、匝間電壓、水膜厚度和導電帶寬度等參數成指數關系迅速增加。因此，避免涂料中混入電解質和阻止水滲入涂膜是極其重要的防護措施。試驗證明，涂料的基料中含有電解質時，對電阻器的電阻值變化影響甚大。將含有電解質和不含電解質的涂料，都涂覆電阻器并進行水煮負荷試驗，其結果列于表7-61。
 電解質的電解氧化腐蝕速度是驚人的，尤其是高電阻值刻槽的電阻器，由于刻槽間有很高的電位梯度，更容易受到電解氧化腐蝕的損害。為進一步證明電阻涂料中電解質的電解氧化作用，在電阻涂料組成中外加少量氯化鈉，將其涂在碳膜電阻器（1/4W，120kΩ）上，經水煮負荷試驗后，測得碳膜電阻器的電阻值為無限大（開路）。由圖7-2可以看出，原來黑色的碳膜，經水煮負荷試驗后變成了灰白色，絕大部碳膜被電解質（氯化鈉）的電解氧化作用而破壞。
 ③涂膜中的羥基涂膜（尤其是底漆膜）中含有大量羥基時，電阻器在外加電壓下，會引起羥基與碳膜間的電解氧化反應，促使電阻器的電阻值變大。例如以酚醛一環氧樹脂為基料的涂膜，最容易產生電解氧化反應，導致電阻器水煮負荷試驗后的電阻值無限大，當采用封閉物“吃掉”涂膜中的部分羥基后，測得電阻器水煮負荷試驗后的電阻值變化下降。用四種清漆（底漆）涂覆碳膜電阻器，測定涂膜中羥基含量和水煮負荷試驗后的電阻值變化（△R），其結果列于表7-62。
 （4）填充劑的影響 在碳膜電阻器用涂料中，往往加入適量的填充劑，如增稠劑、消泡劑、流平劑、調阻劑、偶聯劑、填料和阻燃劑等。有的填充劑會增加涂膜的吸潮性，有的填充劑的分子內含有水，易于引起電暈放電作用和電解氧化作用，影響電阻器的使用性能；有的阻燃劑會破壞電阻涂料的貯存穩定性，嚴重影響施工工藝性；有的填充劑在涂料固化時會產生易于電解的物質，會導致電阻器碳膜破壞。因此，在電阻涂料配方設計時，應采取有效的技術措施，盡量減少或消除影響電阻器性能的因素。
（5）電阻器的質量及△R值 碳膜電阻器的質量，對其使用性能有很大影響，一般情況下，通過水煮負荷試驗可以檢查碳膜電阻器的質量。這里選擇了A廠和B廠的碳膜電阻器，用水煮負荷試驗比較電阻值變化，其結果列于表7-63
 表7-63中，采用的碳膜電阻器技術性能指標是水煮負荷試驗后的△R應為±1%，經試驗證明，碳膜電阻器空白試驗的△R大時，涂RT-30底漆后也無法滿足△R為±1%的技術指標。由此可知，在涂底漆之前就應保證電阻器水煮負荷后達到△R的技術指標要求。為準確地考察底漆性能，必須保證未涂漆的碳膜電阻器符合質量要求。
（6）涂膜的絕緣老化通常，絕大部分絕緣材料在使用中都要發生緩慢地和不可逆的變化，這種變化稱為絕緣老化。促使絕緣老化的因素有熱、氧化、溫度、電壓、機械作用力、光、電暈、臭氧、微生物和放射線等。一般在低電壓情況下，促使有機物質老化的主要因素是熱和氧化。在額定電壓高時，會發生電暈放電，使電阻體和絕緣涂層都受到侵蝕。在濕熱工作條件下，濕度和微生物是促進絕緣老化的主要因素。
促進絕緣老化的各種因素都是相互聯系彼此影響的。例如，熱和氧化作用，盡管在高溫下熱作用比較強烈，而在低溫下氧化作用比較顯著，但是熱老化經常伴隨著氧化作用，而氧化作用又深受溫度的影響。又如，水和溫度同時作用下的絕緣涂層壽命要比單獨熱老化縮短40%左右。從絕緣材料的化學結構上看，許多高聚物都存在容易老化的弱點。例如，環氧樹脂和酚醛樹脂分子中的C—O鍵易斷裂；聚氯乙烯易脫氯化氫；聚丙烯分子中叔碳原子多，易自動氧化。現在，人們對絕緣老化機理進行了深入研究，主要有熱老化機理、氧老化機理、電壓老化機理和霉菌老化機理等。
總之，掌握電阻器技術性能和影響碳膜電阻器性能的諸因素后，才能確定正確的電阻涂料配方設計方案，開發出性能優異的配套化、系列化電阻涂料品種，滿足電子工業發展需要。
二、電阻涂料的配方設計
1.電阻器對涂料的要求涂覆電阻涂料的電阻器，必須滿足電阻器的使用性能和技術指標要求。因此，構成電阻涂料的底漆、面漆和色環標志涂料都應滿足電阻器的使用條件。根據電阻涂料的使用部位和功效，對每種涂料的要求如下。
（1）電阻涂料底漆 電阻涂料底漆是絕緣保護膜的“基礎層”，涂覆底漆后，要求電阻器帽蓋與電阻體膜接觸處無微泡和微孔；底漆膜與電阻體膜層、面漆膜層間有優異的粘接性，尤其是應保證良好的“濕態”粘接性；底漆膜應有足夠低的滲水率，以防止水的電解氧化破壞作用；底漆膜經高低溫循環和耐濕試驗后，應保持優良的絕緣性，保證電阻器性能穩定；底漆膜應能有效地控制電阻值的變化，以提高電阻器的可靠性。
（2）電阻涂料面漆 電阻器用絕緣涂料面漆除具有保護裝飾作用外，還應滿足溫度循環、耐電壓、煮水試驗、耐溶劑、耐溫、焊錫試驗和耐濕熱等技術性能要求。對于阻燃型（或不燃型）電阻涂料面漆，要求涂膜有出色的阻燃自熄性（或不燃性）。
（3）色環標志涂料 色環標志涂料表征電阻器的電阻值和精密度，不但要求色環標志涂料涂膜有良好的粘接性、耐溫性和耐溶劑性，而且涂膜的色澤應鮮明，顏色易于辨認，保證電阻器的技術性能指標具有準確性。
2.電阻涂料配方設計示例 電阻涂料面漆可分為普通型電阻涂料、自熄阻燃型電阻涂料和不燃型電阻涂料。這里以普通型電阻涂料作為面漆配方設計示例，介紹電阻涂料配方設計的全過程。
（1）電阻涂料底漆配方設計
①涂膜防水滲透能力 水腐蝕破壞碳膜的原因，前面已經說明。采用底漆的主要目的在于防止水等介質滲透涂膜以提高絕緣保護能力。在底漆配方設計中，用滲透指數（PJ）評價和預測涂膜防水等介質滲透能力，大大減少試驗次數，提高工作效率，為選擇滲水性低的涂膜并保證電阻器能穩定可靠提供了科學依據。
試驗證明，水對涂膜的滲透量隨PI值增加而增大，只要選擇PI值小的底漆膜，就能獲得優異的防水滲透能力，并保證電阻值變化（△R%）小。試驗結果列于表7-64。
 從表7-64知，配方2具有低的PI值，測得滲水率和△R值都低，確定DPA-2(4)/PT-4為電阻涂料底漆主要基料，取基料與固化劑的摩爾比相等。
②增韌樹脂選擇底漆的增韌樹脂可改進涂膜的柔韌性，調節涂膜的交聯固化網絡結構。增韌樹脂用量不但影響底漆固化速度和施工性，而且明顯地影響涂膜的耐水性。當DPA-2(4)：PT-4:增韌樹脂=1:0.5:X時，改變X的用量，得表7-65的試驗結果。
 根據干性、起泡情況和耐蒸餾水煮沸試驗結果，選擇增韌樹脂用量為DPA-2(4)的50%為佳。增韌樹脂可與DPA-2（4）樹脂復配成含增韌樹脂的DPA-2（4）樹脂，該樹脂作電阻涂料底漆的復合基料。
③消泡劑選擇 電阻涂料與其他領域中的涂料最明顯的區別在于施工的特殊性。涂覆在電阻器上的涂料不應有流墜、保證金屬帽蓋上有足夠的涂膜厚度、帽蓋與電阻體膜接觸處不能有微泡和微孔，這種苛刻的施工要求，是常規涂料難以達到的。
采用的消泡劑應無吸潮性并能參與底漆組分的交聯固化反應，滿足電阻器的使用性能要求。在設計底漆配方時，必須加入特殊化學結構的消泡劑，才能起到明顯的消泡效果。
由表7-66結果得知，使用消泡劑量占DPA-2（4）的19%時，才有好的消泡效果，這樣大量的消泡劑在常規涂料中是罕見的。
 ①每克DPA-2（4）中加入消泡劑的克數。
④調阻劑和固化促進劑 調阻劑是電阻涂料底漆中不可缺少的組分。電阻器在使用或濕熱條件下，往往會改變電阻器的電阻值，引起電阻值變化（絕對值）的增加。在底漆中加入適量調阻劑，能起到“抑制”電阻值變化的作用，保證電阻器使用時的絕對可靠性和準確性。調阻劑是一種特殊功效的助劑。它的選擇性強、敏感性高，在一般情況下，酸性或堿性物質都會使電阻值變化增加，只有特殊化學結構的有機化合物，才能使電阻值變化減小。當底漆主要成分為DPA-2(4)：PT-4：增韌樹脂=1：1：0.5（質量）時，用水煮負荷試驗考核幾種助劑的效果，證明調阻劑具有明顯的作用。試驗結果列于表7-67。
 ①加有助劑的淆漆涂覆在100mm×120mm×0.1mm銅片上，180℃/5min烘干，將試片用蒸餾水煮2h。
從表7-67知，調阻劑不會改變涂膜的耐水性，但對“抑制”電阻器水煮負荷試驗后的電阻值變化起決定作用。調阻劑Ⅱ有良好的調節作用，其用量為DPA-2（4）的0.9%～1.4%。
在配方中加入固化促進劑量為DPA-2（4）的1.3%～2.0%，可以實現180℃/3min實干的工藝條件要求。
（2）電阻涂料面漆配方設計
①基料品種選擇 電阻涂料多采用雙酚A型環氧樹脂作基料。有時為了增加環氧樹脂的有效交聯密度，在制作環氧樹脂時，用Novolac代替雙酚A，可以得到較好的耐溫性。另外，脂環族環氧樹脂的耐熱性和物理機械性較好，也可選用。
電阻涂料采用的環氧樹脂應具有較高的環氧值、低的氯含量和鈉離子含量，人們正在開發新型的環氧樹脂，這種環氧樹脂形成的涂膜既保證有足夠的有效交聯密度，又具有優良的柔韌性。
另外，基料對涂料的施工工藝性、涂膜的黏結性和電氣絕緣性等有重要作用。篩選、考核試驗結果列于表7-68。
 由表7-68知，E-44環氧樹脂有良好的干性、耐溫性、施工性和耐三氯乙烯性，確定E-44環氧樹脂為普通型電阻涂料面漆的基料。
②固化劑選擇 多數電阻涂料中需要加入固化劑（或引發劑），它與基料進行固化反應，使涂料形成滿意的絕緣保護膜，保證電子元器件的使用性能。因此，固化劑是電阻涂料重要組分之一。在以烯烴樹脂為基料的涂料中，應加入適量的過氧化物作引發劑；在以有機硅樹脂為基料的涂料中，應加入偶聯劑（交聯劑）和促干劑，在以環氧樹脂為基料的涂料中，應加入胺類、胺加成物、酸酐及其衍生物、合成樹脂類和潛固化劑等。
固化劑是使基料交聯固化成涂膜不可缺少的組分。面漆中的固化劑應保證涂料適用期長并能實現快速固化。因此，在滿足工藝條件前提下，選擇適當的固化劑、確定合理的固化體系，是面漆配方設計的主要技術關鍵之一。在選擇固化劑時，對EA-10固化劑、TA-2固化劑、AC-13固化劑、594#固化劑、DPA-固化劑和芳胺加成物等進行性能比較，證明TA-2固化劑能快速固化、施工性能良好、適用期長并且涂膜的耐沸水性優異。采用TA-2固化劑、加入適量的固化促進劑，可以滿足涂料在180℃/3min固化；采用快干型固化劑可在190℃/40s固化。
③顏填料選擇在電阻涂料中，加入適量的顏填料將涂料配制成要求的顏色并使之達到要求的使用性能。
在電阻涂料中，常用的顏填料有鈦白、氧化鐵紅、炭黑、鉻系顏料、偏硼酸鋇、云母氧化鐵、硅微粉、鎘紅、大紅粉、甲苯胺紅、云母粉、碳酸鈣、碳酸鎂、長石粉、硫酸鋇、氫氧化鋁和氣相二氧化硅等。鈦白和滑石粉形成漆膜的滲水率低，并且涂料的施工性和貯存穩定性良好。選用鈦白和滑石粉作主要顏填料，并用其他顏料把涂料配成需要的顏色。
④助劑的選擇 為保證電阻涂料正常生產、貯存、施工及改進涂料性能，應在涂料中加入不同功效的助劑。按助劑作用機理可分為：固化促進劑、表面活性劑、調阻劑、偶聯劑、觸變劑、貯存穩定劑和防老化劑等。
⑤溶劑的選擇溶劑作為制備電阻涂料的媒介物，它可以調節涂料的施工黏度，滿足施工要求。當施工結束后，要求它以適當的揮發速度揮發。試驗測得，有機溶劑的揮發速度隨著它的沸點和表面張力上升而下降。涂料中溶劑揮發速度快時，流平性差，涂膜出現針孔和黏結力下降等弊病；涂料中溶劑揮發速度慢時，增加涂膜中溶劑殘留量，會影響涂膜電性能等。只有恰當地控制溶劑的揮發速度，才會保證涂料優良的施工性和涂膜優異的電性能。
溶劑對基料、顏填料、固化劑和助劑等組分都應是惰性的，因為加入具有反應性的溶劑時，會嚴重影響涂膜的使用性能。在選擇溶劑時，除考慮到混合溶劑中各組分相對揮發速度和保持相對惰性外，還應掌握溶劑本身的電性能。溶劑的體積電阻率（ρv）和介電常數（ε）列于表7-69。
 ①電阻率和介電常數是在20～21℃下測定工業用溶刑的值。
綜上所述，電阻涂料面漆的基本組成有基料、顏填料、固化劑、助劑和溶劑等。在制備電阻涂料時，應科學合理地進行配方設計，根據各種類型電阻器的技術要求，開發出配套化、系列化的電阻涂料品種，以滿足電子工業發展需要。
（3）色環標志涂料配方設計
①基料品種確定 以環氧樹脂為基料制造的色環標志涂料有雙組分包裝和單組分包裝兩種類型。通常，雙組分包裝的色環標志涂料的基料可選用E-51或E-44環氧樹脂；單組分包裝的色環標志涂料的基料可選用E-03等較高分子質量的環氧樹脂。有時，選用混合型環氧樹脂，如在基料中加入適量的柔韌性環氧樹脂，可明顯改善涂膜的物理機械性能。
②固化劑選擇雙組分色環標志涂料可選用2-乙基-4-甲基咪唑等胺類化合物；單組分色環標志涂料可選用PT固化劑或含羥基、烷氧基的氨基樹脂等合成樹脂固化劑。
③顏料選擇色環標志涂料經常采用的顏料有鋁粉漿（漂浮型）、氧化鉻、氧化銅、氧化錳、普魯士藍、鈷藍、鈦白粉、檸檬黃、中鉻黃、鉬鉻紅、大紅粉、酞菁藍、炭黑、塑料紫、銅金粉（青紅光1000目）和6#調墨油等。
④溶劑選擇雙組分色環標志涂料的溶劑選擇見電阻涂料面漆配方設計。單組分色環標志涂料配方設計時，若選用PT固化劑，一定采用環己酮等不含氫鍵給予體的溶劑；若選用氨基樹脂作固化劑，可采用常規溶劑，但應加入BYK450等促進劑。 環氧樹脂 - www.ytfilter.com -(責任編輯：admin) |