Resina epóxi aplicada a capacitores: influência de diferentes agentes de cura

Abstract

Neste estudo avaliou-se a influência de diferentes agentes de cura comerciais de resina epóxi no encapsulamento de capacitores de filme. Foi utilizado uma formulação de resina epóxi DGEBA (diglicidil éter de bisfenol-A) com três tipos diferentes de agente de cura: base anidrido, base amina alifática e base poliamidoamina. A análise da cinética da reação de cura de cada sistema epóxi foi realizada pelo método dinâmico de Osawa, por DSC conforme ASTM E968. As propriedades térmicas dos sistemas epóxi foram determinadas por TGA e DSC enquanto que as propriedades mecânicas foram medidas através de dureza Shore D e resistência ao impacto IZOD, além disto foi realizado caracterização por MEV. O desempenho dos sistemas epóxi no capacitor foi verificado pelos ensaios de qualificação de capacitores de filme para aplicação automotiva baseados na norma AEC-Q200 D, sendo estes: exposição a temperatura máxima do capacitor, exposição a ciclos térmicos e exposição a umidade.Os capacitores foram caracterizados pela variação de capacitância enquanto que os efeitos nos sistemas epóxi foram acompanhados pela alteração em suas propriedades térmicas e mecânicas. Os sistemas a base de amina alifática e poliamidoamina apresentaram menor energia de ativação e maior velocidade de reação que o sistema anidrido. O desempenho do capacitor frente a umidade foi similar entre os sistemas avaliados com baixa perda de capacitância após o ensaio, enquanto que frente aos ciclos térmicos, mesmo não apresentando redução de propriedades mecânicas os sistemas base amina alifática e poliamidoamina tiveram seu desempenho afetado pelo aparecimento de trincas. Em relação ao desempenho sob exposição à temperatura máxima o sistema anidrido foi o que apresentou menor perda de capacitância no capacitor, seguido das amostras com poliamidoamina e amina alifática, respectivamente, sendo que estas apresentaram redução significativa das propriedades mecânicas após exposição prolongada a temperatura do ensaio.

In this study the influence of different commercial curing agents of epoxy resin on film capacitors encapsulation was evaluated. A formulation with DGEBA epoxy resin was used with three different curing agent types: anhydride base, aliphatic amine base and polyamidoamine base. The curing reaction kinetic analysis of each epoxy system was performed by Osawa dynamic method by DSC according ASTM E968. The thermal properties of the epoxy systems were checked by TGA and DSC while the mechanical properties were measured by Shore D hardness and IZOD impact strength, also the a characterization by SEM was performed. The epoxy systems performance in capacitor was verified by qualification tests for film capacitors for automotive application based in AEC-Q200 D, as: exposure to the maximum capacitor operating temperture, exposure to thermal cycles and exposure to humidity. The capacitors were characterized by the capacitance variation while the effects in the epoxy systems were checked by their thermal and mechanical properties change. The systems based on aliphatic amine and polyamidoamine had lower activation energy and higher reaction velocity than the anhydride system. The performance of the capacitor against humidity was similar between the evaluated systems showing low loss of capacitance after the test, whereas against thermal cycles, even the aliphatic amine and polyamidoamine base systems were not affected by reduction of mechanical properties, they had their performance affected by cracks arising. Regarding the performance under exposure to the maximum operating temperature, the anhydride system presented the lowest capacitance loss in the capacitor, followed by the samples with polyamidoamine and aliphatic amine, respectively, which showed a significant reduction of the mechanical properties after prolonged exposure to the temperature of the test.