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層壓製品是由兩層或多層浸有樹脂的纖維或織物經疊合、熱壓結合成的整體。層壓板就是層壓製品中的一種。

1層壓製品簡介

層壓製品可加工成各種絕緣和結構零部件,廣泛應用在電機、變壓器、高低壓電器、電工儀錶和電子設備中。層壓製品可以是板、管、棒或其他形狀。
隨著電氣工業的發展,高絕緣性。高強度、耐高溫和適應各種使用環境的層壓塑料製品相繼出現。印製電路用的覆銅箔層壓板也由於電子工業的需要迅速發展。中國電工和電子用層壓製品是解放后逐步發展起來的。中國熱固性層壓製品已形成比較完整的系列。
層壓製品的性能取決於基材和粘合劑以及成型工藝。按其組成、特性和耐熱性,層壓製品可分為以下兩種。
(1) 有機基材層壓製品——以木漿絕緣紙、棉纖維紙、棉布等為增強材料。長期使用溫度可達120℃,還發展了合成纖維製品為增強材料。
(2) 無機基材層壓製品——以無機玻璃纖維布、無鹼玻璃纖維氈等為增強材料。長期使用溫度為130~180℃,甚至可達更高溫度,隨粘合樹脂而異。
層壓塑料製品按形狀和用途分為層壓板、層壓管、層壓棒和模製層壓製品。印刷電路用覆銅箔層壓板和作為高電壓電器用電容式套管的膠紙電容套管芯,是兩類特殊的層壓塑料製品。

2層壓板的應用

酚醛層壓紙布板力學強度高,耐濕性和耐熱性優良,電性能良好(布板差些),易加工,在電工產品中廣泛應用。酚醛層壓紙、布板密度約1.35g/㎝³,比鋁輕一半,在航空和其他結構中用的很多。
酚醛層壓製品耐化學腐蝕性好,能耐有機溶劑、有機酸和稀得無機酸,適用於許多化工設備,一般不適用於鹼性介質。
層壓紙板能承受鋸、鑽、車、銑、刨等加工,加工后不應出現裂紋和掉渣,厚度在3㎜以下的可沖孔加工,冷沖型的無需加熱,一般型號需經預熱后沖孔。分別用於高低壓電機電器及電子工業的絕緣零部件。
布板加工性能比紙板、玻璃布板好,粘合強度和衝擊強度比紙板高,但吸水性大,吸濕后電絕緣性下降,且易長霉,不適於濕熱地區使用。因此一般用做低壓電機電器的絕緣結構零部件,如墊圈、槽楔、螺桿等。玻璃布板種類很多,其性能也隨粘合劑樹脂的不同而各異,玻璃布板與其他層壓板比較,具有更高的力學強度和耐熱性,在高溫作用下,其抗彎、抗張和衝擊強度雖有降低,但仍高於膠紙板和膠布板。
三聚氰胺玻璃布板強度高,具有耐弧性和耐燃性,特別適用於船用電器。環氧酚醛玻璃布板、有機硅環氧玻璃布板、二苯醚玻璃布板、聚醯亞胺玻璃布板、聚胺醯亞胺玻璃布板等,介電性能良好,還有較高的耐熱性和耐燃性,因而它是一種優良的介電絕緣材料。其中產量最大應用最廣的是環氧酚醛玻璃布板。
玻璃布板由於具有多方面的優良性能,因此廣泛用於電氣、建築、化工、電子、飛機、宇航、汽車、電機車和船舶等工業中。

3層壓板質量問題的分析

層壓板的質量問題是樹脂、上膠、壓制各工序質量問題的綜合反映。雖然壓制是層壓板製造的最後一道關鍵工序,但前面工序生產的半成品的質量好壞,對層壓板的質量將會產生直接的影響。因此對層壓板出現的質量問題,必須進行具體的全面分析,方能找到確切的原因,及時採取有效措施加以解決,提高層壓板的質量。
(1)表面麻孔 這種現象往往在薄板中易於出現,主要是膠紙布,特別是表面料含膠量偏小,可溶性樹脂含量偏低,樹脂的流動性差。其次是壓制時受壓不均,個別情況是由於預熱時間過長,壓力偏低。因此備薄板料時要特別注意膠紙布的可溶性樹脂含量不能偏低,並採用好的表面料,最好是薄板與厚板搭配一起壓制,以增加坯料的彈性,使受熱、受壓均勻。如由於產品規格的限制,只有薄板任務, 則墊紙就要加厚一些且要經常更換,預熱時間不能太長,壓力要跟緊。另外在流膠時熱板溫度也不宜過高。
(2)表面不平、有楞 這種現象常發生在樹脂含量較大、可溶性較小的膠紙板中,由於樹脂流動性小,上膠時造成膠量不均的現象容易在層壓板的表面反映呈現不平和有楞現象。因此上膠時要注意膠量控制均勻,備料時注意各張材料顛倒調向180°,彌補上膠時造成的膠量不均,這樣表面狀況可得到改善。
(3)層壓板開裂 開裂現象主要發生在比較厚的紙、布板,嚴重時5mm以上的層壓板就有開裂現象。環氧酚醛玻璃布板不易開裂,這是膠的粘合力強的緣故。層壓板的開裂與樹脂粘合力有很大關係,當老化料夾入層壓板中間,層壓板就一定開裂,因此應當進行膠紙布的選料工作,把老化料挑選出來,不能混入坯料中。此外膠紙布膠量過小又不均勻,壓力過低或打壓過慢,也易造成開裂。
(4)表面中部色深,四周發白 這主要是膠紙布揮發物大,在預熱時四周揮發物易逸出,中部揮發物殘留量大,因此四周發白而中間色深。這從板中部耐電壓比板邊發白處的耐電壓低就可判斷是揮發物所致。因此應當防止膠紙布吸潮,特別是膠紙布的可溶性樹脂含量過大,在熱壓時產生的低分子物相應增多,這時產生這種現象就更嚴重。試驗證明低分子物比水分影響更大,實踐證明膠紙布揮發物在4%以下不產生白邊,6%以下控制預熱可以不產生白邊或很少白邊,大於6%白邊較大。
(5)表面壓裂 這主要是樹脂在流動時打壓過急,將底材壓壞,因此應嚴格控制膠紙布在流膠時打壓次數和壓力不能過高。環氧酚醛玻璃布板單位壓力超過7MPa(70kgf/cm²)就會壓破玻璃布。
(6)表面積膠 增強材料本身厚度偏差較大,引起膠量不均或上膠機的缺欠造成膠紙布某一位置膠量過大,流動性不均,預熱時熱板傳熱不均,可溶性樹脂含量大,樹脂流動時加壓過快。因此底材厚度偏差不能太大,膠紙布的膠量應均勻,減少可溶性樹脂的含量,在備料時要注意將一部分膠紙布顛倒調向180°,預熱時加壓不宜過快。注意排除管路、熱板冷凝水。
(7)層壓板厚度偏差大 厚度偏差常見的是邊緣厚中間薄,這主要是鋼板邊緣有楞不平所致。因此鋼板要注意保管,發現邊緣有楞應修平后再用。偏差大也有一邊薄的現象,這主要是膠紙布一邊偏老、一邊偏嫩,或熱板一邊溫度高、一邊溫度低,以及熱板傾斜所造成。因此在備料時要注意將一部分膠紙布顛倒調向180°,管道進出口交錯排列,預熱時注意排掉熱板、管道積水,以防熱板一邊溫度高,一邊溫度低,同時要經常檢查熱板傾斜並及時進行維修。厚度偏差還有中間部位厚邊緣薄,這主要是熱板久用出現的中部凹陷變形所致。應檢修熱板。
(8)板材滑出 壓制時,膠紙布從鋼板中滑出,尤其是壓制環氧酚醛玻璃布板時容易發生,一般稱為「跑料」。造成跑料的原因較多,如膠布膠量過大過嫩,兩邊膠量不均,備料不齊,裝料不正,預熱流膠時加壓過快過高以及熱板本身受力不均都會產生跑料現象,跑料會造成人身設備事故,一定要注意防止。在備料時使用同一批膠紙布,含膠量和可溶性基本保持一致,坯料擺齊、裝正,採取逐步升溫加壓。如遇跑料情況,應關閉蒸汽降溫,但要保持足夠的壓力,觀察滑出情況,待穩定后再進行調整,然後逐步給汽升溫繼續壓制。
(9)粘鋼板或表面油花 這主要是脫模劑用量不適當造成的,內脫模劑如硬脂酸鋅、鈣、鋇、油酸等用量少,或外脫模劑擦得太少且不均勻就易粘鋼板,量多或擦脫模劑后未乾就放料易產生油花。因此要嚴格控制內脫模劑用量,需要擦外脫模劑,如地板蠟、硅橡膠等,脫模劑濃度要調配適當,要擦均勻,形成薄薄的一層,待干后再放料。此外粘鋼板與鋼板表面質量有關,表面光潔程度差或處理不夠,都容易粘鋼板,有時因為工作粗心把本體料當成表面料,也會發生粘鋼板的現象。
(10)層壓板翹曲過大 這種現象往往會發生在7~15mm厚的紙板,翹曲的原因很複雜,如膠紙膠量不均,壓制時升溫、冷卻速度太快,卸料溫度過高,搭配方案不合理等,但主要是因為內應力造成。因此應盡量減少內應力產生,如升溫、冷卻時要緩慢給汽或冷水,防止層壓板受劇熱或劇冷。要有足夠的冷卻時間,不能任意縮短,當水壓不足時應適當延長時間。搭配方案要注意層壓板受熱均勻,備料時盡量將膠紙布多調到幾次,這樣對減少翹曲是有好處的。
(11)耐電壓不合格 耐電壓不合格主要是薄板,因為薄板耐電壓標準比厚板高,熱處理工序取消后,薄板耐電壓常常達不到標準要求。薄板擊穿電壓與膠紙布的揮發物關係很大,實踐證明,當3020膠紙揮發物在4%以下時耐電壓合格,揮發物在4.5%~5%不穩定,5%以上合格率極低。耐電壓不合格的層壓板採取熱烘處理,一般是有效的,但有些耐電壓很低的層壓板熱烘也不合格。熱烘勞動量很大,所以膠紙布應當保存在乾燥庫中,切勿受潮。
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