Термостойкие и негорючие компаунды

Термостойкий компаунд — двухкомпонентная заливочная система, предназначенная для длительной работы при повышенных температурах с сохранением механических, электрических и эксплуатационных свойств. В зависимости от назначения материал может одновременно выполнять функции электроизоляции, герметизации, фиксации компонентов и защиты оборудования от влаги, пыли, вибрации и химических воздействий.

Если оборудование работает в условиях постоянного нагрева, применяют высокотемпературный компаунд, рассчитанный на длительную эксплуатацию при повышенных температурах без размягчения, растрескивания и потери электрической прочности.

Когда к температурной стойкости добавляются требования пожарной безопасности, используют негорючий компаунд или компаунд огнестойкий. Несмотря на схожесть терминов, термостойкость, огнестойкость и негорючесть обозначают разные свойства материала и должны подтверждаться технической документацией и результатами испытаний.

Термостойкие и негорючие компаунды применяют возле силовой электроники, нагревательных элементов, трансформаторов, драйверов светодиодного освещения, печей, сушильных камер, шкафов автоматики, промышленного оборудования, транспортной электроники и других узлов, где обычные полимерные материалы быстро теряют рабочие характеристики.

При выборе материала оценивают рабочий температурный диапазон, продолжительность нагрева, количество термоциклов, требования к пожарной безопасности, электрической изоляции, адгезии, эластичности и условия эксплуатации изделия.

Кому подходит категория

• производителям электротехнических изделий;
• производителям электронной аппаратуры;
• разработчикам силовой электроники;
• изготовителям нагревательного оборудования;
• производителям шкафов автоматики;
• предприятиям транспортного машиностроения;
• производителям светотехнического оборудования;
• проектировщикам объектов с повышенными требованиями пожарной безопасности;
• технологам производственных предприятий;
• службам снабжения и техническим специалистам.

Чем отличаются термостойкость, негорючесть и огнестойкость

Термостойкость определяет способность материала сохранять форму, электрические характеристики, механическую прочность и адгезию при длительном воздействии повышенной температуры.

Именно поэтому при выборе важно учитывать не только слова «термостойкий» или «высокотемпературный», а подтвержденный диапазон рабочих температур, допустимую продолжительность нагрева и условия проведения испытаний.

Высокотемпературный компаунд подбирают по фактической температуре эксплуатации оборудования. Для одних изделий важна длительная работа при постоянном нагреве, для других — устойчивость к кратковременным температурным пикам.

Негорючий компаунд характеризуется поведением материала при воздействии открытого пламени или другого источника воспламенения. Требуемая группа горючести подтверждается испытаниями и указывается в технической документации на конкретную марку материала.

Компаунд огнестойкий используют в случаях, когда необходимо ограничить распространение пламени, уменьшить скорость прогрева конструкции или обеспечить выполнение требований пожарной безопасности. При этом соответствие должно подтверждаться испытаниями готового изделия, а не только самого компаунда.

Отдельным направлением являются компаунд взрывозащищенный и специальные заливочные системы для оборудования, эксплуатируемого во взрывоопасных зонах. В подобных случаях материал должен не только герметизировать внутренний объем изделия, но и соответствовать требованиям нормативной документации для конкретной конструкции и класса взрывоопасной зоны.

Решения в линейке

Основным продуктом данной категории является КАСТА Л690 НГ.

Материал применяется в качестве электроизоляционного компаунда, используется для заливки электронных модулей, электротехнических изделий и оборудования, работающего при повышенных температурах. Продукт входит одновременно в категории электроизоляционных, заливочных, термостойких и негорючих компаундов.

Перед проектированием оборудования рекомендуется запросить:

• технический лист;
• паспорт безопасности;
• паспорт качества партии;
• протоколы испытаний;
• подтвержденный рабочий температурный диапазон;
• сведения о группе горючести;
• электрические характеристики;
• условия эксплуатации и хранения.

При выборе материала необходимо учитывать не только температурную стойкость, но и вязкость, жизнеспособность смеси, адгезию, твердость, электрическую прочность, допустимую толщину заливки и особенности конкретной конструкции изделия.

Химическая основа и особенности работы

Силиконовые системы

Термостойкий компаунд силиконовый широко применяется в узлах, работающих при длительном нагреве и постоянных температурных циклах. После отверждения силикон сохраняет эластичность в широком диапазоне температур, компенсирует различия коэффициентов теплового расширения материалов и снижает вероятность образования трещин при многократном нагреве и охлаждении.

Силиконовые компаунды используют для заливки силовой электроники, светодиодных драйверов, нагревательных элементов, датчиков, трансформаторов и других изделий, где одновременно требуются электрическая изоляция, устойчивость к высоким температурам и сохранение эластичности.

При выборе важно учитывать не только максимально допустимую температуру эксплуатации, но и электрические свойства, адгезию, теплопроводность, вязкость и условия отверждения конкретной марки материала.

Эпоксидные системы

Эпоксидные материалы выбирают тогда, когда помимо температурной стойкости необходимы высокая механическая прочность, минимальная усадка, надежная фиксация компонентов и высокая адгезия к металлу, керамике и большинству конструкционных материалов.

Высокотемпературный компаунд эпоксид применяют для жесткой фиксации электронных компонентов, силовых модулей, трансформаторов, датчиков и других изделий, работающих в условиях повышенных температур. При проектировании необходимо учитывать внутренние напряжения, возникающие при термоциклах, особенно в изделиях с крупными электронными компонентами и различными коэффициентами теплового расширения материалов.

Полиуретановые системы

Полиуретановые компаунды сочетают хорошие электроизоляционные свойства, высокую ударопрочность, эластичность и устойчивость к вибрационным нагрузкам. Благодаря этим свойствам они широко применяются в транспортной электронике, промышленной автоматике и оборудовании, эксплуатируемом в условиях постоянных механических воздействий.

При выборе полиуретановой системы рабочий температурный диапазон, показатели пожарной безопасности, механические характеристики и долговечность оценивают исключительно по технической документации конкретной марки.

Во время переработки полиуретановые материалы чувствительны к воздействию влаги, поэтому компоненты необходимо хранить в герметичной упаковке, а поверхности изделия тщательно очищать и высушивать перед заливкой.

Независимо от химической основы, каждая марка имеет собственные характеристики по рабочей температуре, вязкости, жизнеспособности смеси, теплопроводности, твердости, электрической прочности и группе горючести. Поэтому термостойкий компаунд, негорючий компаунд или компаунд огнестойкий выбирают не по названию материала, а по подтвержденным техническим характеристикам и требованиям конкретного проекта.

Где применяют термостойкие и негорючие компаунды

Силовая электроника

Термостойкие компаунды используют для заливки преобразователей частоты, источников питания, инверторов, силовых модулей, тиристоров, транзисторов и другой электроники, выделяющей значительное количество тепла. Материал должен сохранять электрические свойства, обеспечивать надежную фиксацию компонентов и не препятствовать отводу тепла от наиболее нагруженных элементов.

Нагревательное оборудование

Высокотемпературный компаунд применяется при производстве электрических нагревателей, промышленных печей, термошкафов, сушильных камер, тепловых пушек и другого оборудования, работающего при постоянном нагреве.

Подбор выполняют по фактической температуре внутри изделия, а не по температуре окружающей среды.

Светотехническое оборудование

Современные светодиодные светильники, драйверы питания и системы аварийного освещения выделяют значительное количество тепла. Для таких изделий применяют термостойкий компаунд, сохраняющий электрическую прочность, адгезию и стабильность характеристик на протяжении длительного срока эксплуатации.

Электротехническое оборудование

Негорючие компаунды широко используются для производства трансформаторов, клеммных коробок, распределительных устройств, силовых шкафов, соединительных модулей и другого оборудования, где одновременно предъявляются требования к электрической изоляции и пожарной безопасности.

При необходимости выполнения специальных требований применяют компаунд огнестойкий, характеристики которого подтверждены испытаниями в соответствии с действующими нормативами.

Шкафы автоматики

При производстве шкафов управления важно учитывать не только рабочую температуру, но и требования к пожарной безопасности всей конструкции.

Если проект предусматривает определенную группу горючести материалов, недостаточно использовать материал с соответствующим названием — характеристики должны подтверждаться технической документацией и протоколами испытаний.

Транспортная электроника

В железнодорожной, автомобильной, морской и специальной технике материалы одновременно испытывают воздействие вибраций, высокой влажности, отрицательных температур и постоянного нагрева.

Для подобных условий часто выбирают компаунд морозостойкий, сохраняющий механические и электрические свойства после многократных циклов замораживания и нагрева.

При повышенных требованиях к пожарной безопасности дополнительно могут использоваться безгалогеновые компаунды, материалы класса HF или LSZH, снижающие образование токсичных газов и дыма при воздействии открытого огня.

Промышленное оборудование

Термостойкие и негорючие компаунды применяются в промышленной автоматике, энергетике, металлургии, химическом производстве, нефтегазовой отрасли и других сферах, где оборудование эксплуатируется в условиях длительного нагрева и повышенных требований к надежности.

При выборе материала оценивают полный комплекс факторов: рабочую температуру, теплопроводность, вибрационные нагрузки, химическую стойкость, электрическую изоляцию, пожарную безопасность и долговечность конструкции.

Как выбрать термостойкий или негорючий компаунд

1. Определите температурный режим работы

Первым этапом необходимо определить реальные условия эксплуатации изделия: минимальную и максимальную рабочую температуру, продолжительность нагрева, количество термоциклов, наличие локальных зон перегрева и возможные аварийные режимы.

Термостойкий компаунд подбирают по длительной рабочей температуре, тогда как высокотемпературный компаунд дополнительно оценивают по способности выдерживать продолжительный нагрев без потери механических и электроизоляционных свойств. Постоянная рабочая температура и кратковременные температурные пики рассматриваются отдельно.

2. Определите требования пожарной безопасности

Если оборудование эксплуатируется на объектах с повышенными требованиями пожарной безопасности, заранее определяют необходимую группу горючести, класс материала или другой нормативный показатель.

В подобных случаях выбирают негорючий компаунд или компаунд огнестойкий, характеристики которых подтверждены технической документацией и протоколами испытаний. Использование только рекламного описания без подтверждающих документов не допускается.

3. Оцените тепловой режим изделия

Компаунд способен как улучшить теплоотвод, так и ухудшить охлаждение электронных компонентов.

Для силовой электроники, драйверов, преобразователей и других греющихся устройств анализируют:

• тепловыделение компонентов;
• путь отвода тепла;
• теплопроводность материала;
• температуру корпуса;
• температуру наиболее нагруженных элементов после заливки.

Расчет желательно подтверждать испытаниями готового изделия.

4. Выберите необходимую жесткость материала

Жесткие эпоксидные системы обеспечивают надежную фиксацию компонентов и высокую механическую прочность.

Эластичные силиконовые и полиуретановые материалы лучше компенсируют температурные расширения деталей и выдерживают многократные термоциклы.

При выборе учитывают размеры платы, массу компонентов, конструкцию корпуса и коэффициенты теплового расширения применяемых материалов.

5. Проверьте вязкость материала

Вязкость оказывает непосредственное влияние на качество заполнения внутренних полостей изделия.

Слишком вязкий компаунд может не заполнить пространство между элементами платы, тогда как чрезмерно жидкий материал предъявляет повышенные требования к герметичности корпуса.

Для изделий сложной геометрии рекомендуется проводить пробную заливку.

6. Учитывайте время жизни смеси

Жизнеспособность смеси должна быть достаточной для выполнения всех технологических операций:

• дозирования;
• смешивания;
• дегазации;
• заполнения изделия;
• удаления воздуха из внутренних полостей.

При крупносерийном производстве дополнительно рассчитывают максимально допустимый объем одной партии смеси.

7. Проверьте совместимость материалов

Перед запуском серийного производства необходимо убедиться в совместимости компаунда со всеми материалами изделия:

• алюминием;
• сталью;
• медью;
• пластиками;
• керамикой;
• печатной платой;
• защитными лаками;
• кабельной изоляцией;
• клеями;
• маркировкой.

Пробная заливка должна полностью повторять конструкцию будущего изделия.

8. Учитывайте условия эксплуатации

При эксплуатации оборудования в условиях отрицательных температур выбирают компаунд морозостойкий, способный сохранять эластичность и электрические характеристики после многократных циклов замораживания и нагрева.

Если оборудование устанавливается в общественных зданиях, тоннелях, метрополитене, транспортной инфраструктуре или других объектах с повышенными требованиями к пожарной безопасности, могут использоваться безгалогеновые компаунды, включая материалы класса HF и LSZH, если такие требования предусмотрены проектом.

9. Проверьте соответствие требованиям проекта

Для каждого изделия рекомендуется запросить у производителя:

• технический лист;
• паспорт безопасности;
• паспорт качества;
• рабочий температурный диапазон;
• показатели пожарной безопасности;
• теплопроводность;
• электрические характеристики;
• вязкость;
• плотность;
• жизнеспособность смеси;
• массовое соотношение компонентов;
• режим полного отверждения;
• допустимую толщину заливки;
• условия хранения.

При необходимости производитель должен предоставить протоколы испытаний, подтверждающие заявленные характеристики материала.

10. Выполните испытания готового изделия

Даже если материал соответствует всем требованиям документации, окончательное решение принимают только после испытаний готового изделия.

Программа испытаний обычно включает:

• проверку электрической прочности;
• длительный нагрев;
• термоциклы;
• вибрационные испытания;
• проверку адгезии;
• контроль отсутствия трещин и пустот;
• испытания на соответствие требованиям пожарной безопасности;
• проверку теплового режима оборудования.

Расчет количества компаунда

Перед закупкой материала рекомендуется заранее определить необходимый объем заливки. Правильный расчет позволяет выбрать оптимальную фасовку, определить массу готовой смеси и избежать как недостатка материала, так и лишних затрат. Независимо от того, используется термостойкий компаунд, негорючий компаунд или высокотемпературный компаунд, методика определения объема остается одинаковой и зависит от геометрии изделия и объема внутренних компонентов.

1. Рассчитайте геометрический объем полости

Для прямоугольного корпуса геометрический объем определяют по формуле:

Vгеом = A × B × H / 1 000 000

где:

• Vгеом — геометрический объем полости, л;
• A — внутренняя длина корпуса, мм;
• B — внутренняя ширина корпуса, мм;
• H — средняя высота заливки, мм.

2. Определите полезный объем заливки

Поскольку внутри корпуса находятся печатная плата, электронные компоненты, крепеж, провода и другие элементы, их объем необходимо вычесть из общего объема полости.

Vпол = Vгеом − Vдет

где:

• Vпол — полезный объем компаунда, л;
• Vдет — суммарный объем внутренних деталей, л.

Пример расчета

Внутренние размеры корпуса составляют:

• длина — 240 мм;
• ширина — 180 мм;
• высота заливки — 40 мм.

Геометрический объем:

Vгеом = 240 × 180 × 40 / 1 000 000 = 1,728 л

Объем электронных компонентов, платы, крепежа и проводов составляет 0,428 л.

Полезный объем:

Vпол = 1,728 − 0,428 = 1,3 л

Следовательно, для полной заливки потребуется 1,3 литра готовой смеси.

3. Рассчитайте массу компаунда

После определения полезного объема рассчитывают массу готовой смеси.

M = Vпол × ρ

где:

• M — масса готовой смеси, кг;
• ρ — плотность готовой смеси, кг/л.

Плотность принимают только из технического листа конкретной марки компаунда. Использовать усредненные значения не рекомендуется, поскольку плотность различных материалов может существенно отличаться.

4. Определите количество каждого компонента

Если производитель указывает массовое соотношение компонентов A:B, массу каждого компонента рассчитывают отдельно.

Масса компонента А:

Mₐ = M × a / (a + b)

Масса компонента B:

Mᵦ = M × b / (a + b)

где:

• a — массовая доля компонента А;
• b — массовая доля компонента B.

Использовать следует только пропорции, указанные в технической документации производителя.

Что еще необходимо учитывать

При расчете количества материала рекомендуется дополнительно проверить:

• допустимый объем одного замеса;
• максимальную толщину заливки;
• жизнеспособность смеси;
• возможность дегазации;
• температурный подъем при отверждении массивных заливок;
• особенности технологии конкретного изделия.

Для серийного производства технологические потери определяют опытным путем с учетом используемой тары, оборудования для смешивания и системы дозирования. Универсальный коэффициент запаса применять не рекомендуется, поскольку фактический расход зависит от конструкции изделия и особенностей производственного процесса.

Пошаговая технология заливки

Правильная технология заливки определяет не только внешний вид изделия, но и долговечность, электрическую надежность, устойчивость к нагреву и соответствие требованиям пожарной безопасности. Независимо от того, используется термостойкий компаунд, высокотемпературный компаунд или негорючий компаунд, необходимо строго соблюдать технологию производителя.

Последовательность работ

1. Проверить работоспособность изделия и электрические параметры.
2. Определить рабочий температурный режим оборудования.
3. Убедиться, что выбранный материал соответствует требованиям проекта.
4. Очистить и полностью высушить все поверхности.
5. Проверить совместимость компаунда с материалами изделия.
6. Загерметизировать все технологические отверстия.
7. Рассчитать необходимый объем заливки.
8. Проверить срок хранения компонентов.
9. Отмерить компоненты строго по массовому соотношению.
10. Перемешать смесь до полной однородности.
11. При необходимости выполнить дегазацию.
12. Производить заливку непрерывной струей с нижней точки изделия.
13. Контролировать выход воздуха через верхние зоны корпуса.
14. Не перемещать изделие до окончания первоначального отверждения.
15. Выдержать изделие до полного набора характеристик.
16. Выполнить электрические, тепловые и механические испытания.
17. При необходимости провести испытания на соответствие требованиям пожарной безопасности.
18. Сохранить контрольный образец партии.

Все параметры смешивания, температура компонентов, время жизни смеси, режимы отверждения и допустимая толщина заливки определяются технической документацией конкретной марки материала.

Типовые дефекты и причины

Даже качественный компаунд огнестойкий или термостойкий компаунд не сможет обеспечить требуемые характеристики при нарушении технологии переработки или неправильном подборе материала.

Контроль качества

Для каждой производственной партии рекомендуется фиксировать:

• номер партии компонентов;
• массу компонентов;
• температуру компонентов перед смешиванием;
• время приготовления смеси;
• время начала и окончания заливки;
• температуру окружающей среды;
• условия отверждения;
• результаты электрических испытаний;
• результаты визуального контроля.

Контрольный образец рекомендуется отверждать одновременно с готовыми изделиями.

После полного отверждения проводят:

• проверку электрической прочности;
• испытания при рабочей температуре;
• термоциклические испытания;
• проверку отсутствия трещин;
• контроль адгезии;
• контроль отсутствия воздушных полостей;
• испытания, предусмотренные техническим заданием.

Если применяется негорючий компаунд или компаунд огнестойкий, дополнительно проводят испытания на соответствие установленным требованиям пожарной безопасности.

Как купить термостойкий или негорючий компаунд

Правильный выбор компаунда начинается с анализа условий эксплуатации изделия. Для подбора оптимальной системы специалисты учитывают рабочую температуру, требования к пожарной безопасности, конструкцию узла, условия эксплуатации и особенности технологии производства.

Для получения рекомендации желательно предоставить следующую информацию:

• область применения изделия;
• постоянную и максимальную рабочую температуру;
• продолжительность нагрева и количество термоциклов;
• требования к группе горючести, огнестойкости или безгалогеновому исполнению (HF, LSZH), если они предусмотрены проектом;
• рабочее напряжение и требования к электроизоляции;
• размеры полости и ориентировочный объем заливки;
• материалы корпуса, печатной платы и электронных компонентов;
• требования к жесткости, эластичности или теплопроводности;
• условия эксплуатации (вибрация, влажность, воздействие химических веществ, отрицательные температуры).

На основании этих данных специалисты помогут подобрать термостойкий компаунд, высокотемпературный компаунд или негорючий компаунд, соответствующий требованиям вашего проекта.

После согласования материала вы можете заказать необходимый объем продукции, получить техническую документацию и консультацию по технологии смешивания, заливки и отверждения. При необходимости специалисты помогут рассчитать расход материала, подобрать фасовку и ответят на вопросы по применению компаунда в конкретной конструкции.