Estudo de materiais estanques à humidade em condensadores de filme, para encapsulamento da bobina

Abstract

Um condensador de filme é usado para armazenamento de energia em aplicações eletrónicas. Estes são constituídos por uma bobina - um enrolamento de filme metalizado, copo e resina, que funcionam como encapsulamento da bobina e garantem o seu correto isolamento. Os principais desafios para um condensador são a sua longevidade e a manutenção das propriedades elétricas ao longo do tempo. As propriedades elétricas dependem do nível de oxidação do filme metalizado (bobina). É comum a aplicação de um teste de aceleração da degradação do condensador por condições extremas resultantes da combinação de temperatura e humidade, permitindo prever se o condensador mantém as suas características ao longo do tempo. Para a comercialização dos condensadores é exigido por parte dos clientes, principalmente a indústria automóvel, que os condensadores passem este teste. O teste consiste em submeter o condensador a condições climatéricas de 85°C de temperatura e 85 % de humidade relativa, durante um período de 1000 horas. Sendo estes requisitos de desempenho tão exigentess, poucos são os materiais poliméricos capazes de cumprir eficientemente os mesmos, sem comprometer o custo do produto final. O presente trabalho foi realizado na empresa Vishay Eletrónica Portugal, situada em Vila Nova de Famalicão e focou-se no estudo das caraterísticas e propriedades dos materiais que promovem o isolamento de um condensador de filme (copo de material plástico e resina). Numa primeira fase foram estudados os materiais atualmente usados na produção dos copos do condensador, nomeadamente diferentes graus de PBT - Poli(tereftalato de butileno). De seguida foram selecionados novos materiais aptos a cumprir com os requisitos especificados para os condensadores. Por fim, foi estudada a cura da resina e otimizado o seu ciclo de cura, para garantir uma maior resistência à temperatura / humidade dos condensadores. Os resultados permitiram concluir que o PBT utilizado atualmente é suscetível à degradação durante o teste de aceleração da degradação, não garantindo que o condensador mantivesse as suas características ao longo do tempo. O material selecionado como alternativa foi o PPS, sendo que apresenta as melhores caraterísticas e estabilidade de entre todos os materiais estudados. Contudo este material tem um custo superior ao PBT. Em relação à resina epóxida, uma vez que as suas propriedades dependem fortemente da sua cura e da Temperatura de transição vítrea (Tg) resultante, após otimização do ciclo obteve-se para o aumento de Tg para 109°C, garantindo que a resina para além de ter boas propriedades de resistência à penetração da humidade também passasse um outro teste de resistência a alterações súbitas de temperatura designado por thermalshock a -40 °C/30min e 105 °C/30min durante 1000 ciclos.

A film capacitor is used for energy storage in electronic applications. These consist of a coil - a coil of metallized film, cup and resin, which act as encapsulation of the coil and ensure its correct insulation. The main challenges for a capacitor are its longevity and maintenance of electrical properties over time.The electrical properties depend on the level of oxidation of the metallized film (coil). It is common to apply a test of acceleration of condenser degradation by extreme conditions resulting from the combination of temperature and humidity, making it possible to predict whether the capacitor maintains its characteristics over time. For the commercialization of capacitors is required by customers, especially the automotive industry, that the capacitors pass this test. The test consists of subjecting the condenser to 85 ° C temperature and 85% relative humidity for a period of 1000 hours. Since these performance requirements are so demanding, few polymeric materials are able to efficiently meet the same requirements without compromising the cost of the final product. The present work was carried out at the company Vishay Electronica Portugal, located in Vila Nova de Famalicão and focused on the study of the characteristics and properties of materials that promote the isolation of a film capacitor (glass and plastic material). In a first phase the materials currently used in the production of condenser cups, namely different grades of PBT - Poly (butylene terephthalate) were studied. Next, new materials were selected to meet the requirements specified for the capacitors. Finally, curing of the resin was studied and its curing cycle optimized to ensure a higher temperature / humidity resistance of the capacitors. The results allowed to conclude that the PBT currently used is susceptible to degradation during the acceleration degradation test, not guaranteeing that the capacitor maintains its characteristics over time. The material selected as an alternative was the PPS, which presents the best characteristics and stability among all the studied materials. However this material has a higher cost than PBT. With respect to the epoxy resin, since its properties depend heavily on its curing and the resulting glass transition temperature (Tg), after optimization of the cycle it was obtained to increase Tg to 109 ° C, ensuring that the resin for in addition to having good moisture penetration resistance properties also passed another test of resistance to sudden changes of temperature designated by thermalshock at -40 ° C / 30min and 105 ° C / 30min for 1000 cycles.