铝电解电容器用胶塞的配方及工艺设计

摘 要 本文从电容器对胶塞的性能要求入手，详细分析论述了不同配方体系对胶塞性能的影响，并进行了相关试验验证，同时设计了对应的胶塞生产工艺路线。

【关键词】铝电解电容器 胶塞 电子元器件

1 前言

铝电解电容器（以下简称电容器）作为电子线路的重要基础元件，是众多电子元器件中发展较快的元件，据电子元件行业协会预测，铝电解电容器凭借其优异的技术特性在未来的电容器市场中仍将牢牢占据30%以上的份额，并有可能进一步扩大其市场份额。

橡胶封口塞（以下简称胶塞）作为电容器结构中的重要密封材料，其密封和电绝缘性能与电容器的使用寿命密切相关[1]。本文从电容器对胶塞的性能要求入手，详细分析论述了不同配方体系对胶塞性能的影响，并设计了相对应的胶塞生产工艺路线。

2 试验部分

2.1 主要原材料

2.2 主要仪器与设备

3 结果与讨论

3.1 配方设计

3.1.1 电容器对胶塞的基本性能要求

铝电解电容器对胶塞的基本性能要求有四项，分别为密封性，绝缘性，耐热氧老化和耐溶剂性能，耐腐蚀性。

3.1.2 生胶的选择

电容器用胶塞最早使用的材质为天然橡胶，但由于其密封性差及不耐老化而被市场所淘汰。目前胶塞主要采用乙丙胶和丁基胶，表1列出了三种主要气体在胶塞中的扩散率[3]。从表中可见，相比于天然胶和乙丙胶，丁基胶具备最好的密封性，因此是长寿命电容器的首选密封材料。

3.1.3 胶塞硫化体系

常用的橡胶硫化体系有硫磺硫化、过氧化物硫化、树脂硫化及硫载体硫化。硫磺硫化体系易带入游离硫使电解液性能恶化，且该体系形成的多硫键耐热性最差；过氧化物硫化容易引起断链，故不采用；树脂硫化体系可形成C-C、-C-O-C单键，硫载体硫化可形成-C-C-、-S-、-S2-，这些键离解能较高，耐热性能好，压变小，因此在胶塞配方设计上可选择树脂和硫载体硫化体系。

3.1.4 硫化体系对比

3.1.4.1 基础试验配方

该试验为探讨树脂硫化体系及硫载体硫化体系对胶塞的性能影响，基础试验配方见表2。

3.1.4.2 不同硫化体系对硫化特性的影响

分别采用门尼粘度仪和无转子硫化仪测量不同配方胶料的门尼粘度和硫化曲线，测试数据见表3。由表中可见，树脂硫化体系胶料（1#配方）的门尼粘度及起始门尼高，最高最低转矩提高，焦烧时间及工艺正硫化时间长。说明该体系胶料的加工安全性能较好，硫化程度高。

3.2 工艺设计

3.2.1 胶塞成型工艺

胶塞成型工艺主要有注塑成型和真空模压成型，这两种成型工艺的特点是注塑成型节省原料，其毛边率约为10%，而真空成型为30-60%；注塑成型生产工序少，生产效率高，可日产800-900模，而真空成型只有250-300模；但同时，注塑成型的缺点也很明显，由于采用高温硫化，注塑成型的胶塞密度低，力学性能较差，而真空成型的胶塞采用低温、高压、长时间硫化，这有利于提高胶塞的架桥密度，进而提升胶塞的性能。

胶塞的真空模压成型工艺流程如下。

称重-混炼-预成型出片-真空模压成型（一次硫化）-二次硫化-冲切-清洗-包装入库

3.2.2 混炼工艺

混炼工艺的目的是将生胶、炭黑、填料，硫化剂及其助剂等分散均匀，通常使用密炼机混炼，配套开炼机出条，其基本工作原理是利用密炼机混炼室内两转子的相对回转对胶料产生极大的挤压和剪切力，使胶料温度上升，粘度降低，更有利于其它原料在生胶中的分散。

该工艺流程的要点是低温、长时间混炼，虽然提高混炼温度可提高生产效率，但由于混炼是整个胶塞生产工序的起点，其混炼均匀程度对之后各个工序及胶塞质量均有极大影响，因此不建议为提高生产效率而大幅提高混炼温度。

3.2.3 预成型工艺

预成型工艺的目的是获得长、宽、厚均适宜的胶片，便于后道硫化工艺的顺利实施，通常采用挤出机配套压延机以及冷却系统组成。

该工艺流程的要点是该工艺执行前后均要对胶片进行一段时间的停放，这是由于胶塞属高分子材料，其内部的高分子链段经历混炼和挤出的过程中均会产生一定程度的内应力，而适当时间的停放正是内应力自我消除的过程，这一点在进行预成型之后，硫化之前尤其重要。

3.2.4 硫化工艺

胶塞的硫化工艺分一次硫化和二次硫化两个阶段。一次硫化使胶塞成型，二次硫化进一步加深交联程度，改善胶塞的力学和压缩永久变形性能。

该工序的操作要点是合理分配一次硫化和二次硫化的硫化程度，在产品性能和生产效率上得到平衡。

3.2.5 冲切工艺

冲切即除边，是将除产品之外的多余部分去除，获得产品。胶塞冲切一般可分为干法冲切和湿法冲切：1）干法冲切，不需要介质，直接将成型胶片对孔平放于冲切机上冲切，其特点是模具使用寿命较短，产品易出现毛边、毛刺；2）湿法冲切，将成型胶片浸入介质中浸泡后的冲切，其特点是冲切环境中产生的微粒较少，胶丝、胶屑也很少。建议电容器用胶塞采用湿法冲切。

3.2.6 清洗工艺

清洗工艺的目的是去除胶塞生产过程中带入的微粒及各类离子，保证胶塞的绝缘性能。一般包括预清洗和精洗，预清洗：即通过震动，用水冲洗除去产品表面较大的胶屑及易掉的污染物；精洗：通过外力或产品自身的相互摩擦力去除产品表面的污染及微粒，精洗一般可分为三类：1.利用产品的相互摩擦力清洗；2.利用强力冲击清洗；3.利用超声波清洗。

4 结论

合理的胶塞配方及工艺设计是保证电容器性能的基本条件，选择丁基胶、树脂硫化体系及配套真空模压成型工艺可满足长寿命电容器对胶塞的使用性能要求。

参考文献

[1]王宁.铝电解电容器密封材料与电容器可靠性的关系[Z].中国国防科技质量与可靠性高峰论坛.北京，2010：98-99.

[2]朱绪飞，贾红兵，文威，林霖.橡胶塞的老化和电容器的寿命[J].电子元件与材料，2002，21（2）：1-5.

[3]朱绪飞，刘霖，陈建平.电容器用橡胶制品及其发展趋势[J].特种橡胶制品，2002，23（5）：30-33.

作者单位

江苏华兰药用新材料股份有限公司 江苏省无锡市 214443