Objašnjenje različitih razreda epoksidnih staklenih vlakana: G10, FR4, G11 i FR5

Za upravljačku kutiju baterijskog paketa od 400 V, ploča od epoksi stakloplastike nije samo jedan materijal - njezina kvaliteta određuje hoće li preživjeti 40.000 sati termičkog ciklusa ili otkazati u prvom mjesecu.

Epoksidna ploča od stakloplastike, koja se naziva i laminat od epoksidne staklene tkanine, izrađuje se slaganjem slojeva tkanine od stakloplastike impregnirane epoksidnom smolom i njihovim prešanjem pod toplinom i pritiskom. Rezultat je kruta izolacijska ploča koja se koristi u paketima litijevih baterija, električne opreme, PCB uređaja i komponenti transformatora. Ali nema svaki list iste performanse. NEMA stupanj - G10, FR4, G11 ili FR5 - definira sustav smole, maksimalnu kontinuiranu temperaturu i otpornost na plamen.

         UL94 V-0 i klasa F (155°C) dva su najčešća kriterija prihvatljivosti u modernoj električnoj opremi.       

Što definira razred epoksidne ploče od stakloplastike?

Vrste ploča od epoksi stakloplastike definirane su sustavom smole, temperaturom staklenog prijelaza (Tg), toplinskom klasom i dielektričnim svojstvima.

NEMA oznake poput G10 i FR4 nisu pojmovi robne marke. To su standardizirane ocjene koje određuju kako se laminat ponaša pod utjecajem topline, plamena i napona. Tri parametra koja su najvažnija:

Kontinuirana radna temperatura

Toplinska klasa postavlja maksimalnu temperaturu na kojoj lim može raditi neograničeno dugo. G10 podržava 105°C (klasa A), FR4 podržava 135°C (klasa B), G11 podržava 150°C (klasa F), a FR5 podržava 170°C (klasa F).

UL94 ocjena zapaljivosti

UL94 mjeri koliko se brzo materijal gasi nakon paljenja. FR4 i FR5 imaju oznaku V-0, što znači da se sami gase za manje od 10 sekundi. G10 i G11 imaju samo HB ocjenu.

Dielektrična čvrstoća

To je napon pri kojem se materijal raspada. Visokonaponska izolacija zahtijeva vrijednosti iznad 10 kV/mm. Što je veća konzistencija sadržaja smole, to je pouzdaniji dielektrični put preko ploče.

U Dongli New Materials, izolacijska ploča od epoksidnih staklenih vlakana proizvodi se sa strogo kontroliranim sadržajem smole i nadziranim toplinskim profilom prešanja. Ovo smanjuje unutarnje šupljine koje bi mogle djelovati kao putanje električnog proboja u visokonaponskim aplikacijama.

Četiri glavna razreda na prvi pogled

Četiri ploče najvećeg razreda od epoksidne stakloplastike su G10, FR4, G11 i FR5, a svaka je standardizirana prema različitim zahtjevima za temperaturu, otpornost na plamen i mehaničke zahtjeve.

105°C G10 Kontinuirano

135°C FR4 Kontinuirano

150°C G11 Kontinuirano

170°C FR5 Kontinuirano

Izolacijska ploča od staklenih vlakana od epoksidne smole Otpornost luka: 180 sekundi bez praćenja (ASTM D495), navedeno za visokonaponsku sklopnu opremu i kontaktore. Pogledajte proizvod →

G10 i njegov IEC ekvivalent EPGC201 su klase opće namjene ocijenjene za kontinuiranu upotrebu od 105°C. Nude snažnu mehaničku izvedbu, ali samo ocjenu UL94 HB, što ih ograničava u primjenama koje zahtijevaju samogasivost.

FR4 je najširi stupanj za električnu i elektroničku izolaciju. Ima oznaku UL94 V-0 i ostaje dimenzijski stabilan na 135°C. FR4 je zadani izbor za PCB izolaciju, separatore paketa baterija i ploče za ugradnju upravljačke ploče.

G11 je visokotemperaturni vrh visoke čvrstoće za 150°C. Omogućuje vrhunsku čvrstoću na savijanje i koristi se u zrakoplovnoj i teškoj industrijskoj opremi gdje je otpornost na toplinu važnija od usporavanja plamena.

FR5 kombinira toplinske performanse G11 s otpornošću na plamen FR4. Tolerira kontinuirani rad na 170°C i specifičan je za vučne pretvarače i elektroniku velike snage.

Kontinuirana radna temperatura Usporedba (°C)

G10

105°C

FR4

135°C

G11

150°C

FR5

170°C

Usporedba svojstava G10, FR4, G11 i FR5 ploča od epoksi stakloplastike
Vlasništvo	G10	FR4	G11	FR5
Kontinuirana temp	105°C	135°C	150°C	170°C
UL94 ocjena	HB	V-0	HB	V-0
Dielektrična čvrstoća	10 kV/mm	12 kV/mm	12 kV/mm	14 kV/mm
Apsorpcija vode	0,50%	0,30%	0,40%	0,30%
Čvrstoća na savijanje	400 MPa	450 MPa	430 MPa	460 MPa

Dok je G10 još uvijek uobičajen u jeftinim izolacijskim dijelovima, FR4 ga je u velikoj mjeri zamijenio u PCB uređajima i komponentama paketa baterija zbog zahtjeva V-0. G11 i FR5 rezervirani su za primjenu u kojima je toplina primarno ograničena - obično u zrakoplovstvu, pogonskim pretvaračima ili opremom za zavarivanje.

Kako odabrati pravu ocjenu

Odaberite vrstu ploče od epoksi stakloplastike uspoređujući tri ograničenja: trajnu radnu temperaturu, UL94 zahtjev za zapaljivost i izloženost vlazi.

Počnite s kontinuiranom temperaturom. Zatvoreno kućište s otpornicima snage može lako doseći temperaturu zraka od 110°C. Za uklanjanje G10 i tjera vas prema FR4 ili više.
Provjerite zahtjev UL94. Potrošačka elektronika, električni sustavi vozila i mnogi industrijski standardi nude V-0. Zadovoljavaju ga samo FR4 i FR5.
Uzmite u obzir izloženost ulazi. FR4 apsorbira 0,30% vode nakon 24 sata potapanja, G10 apsorbira gotovo 0,50%. Vlažno tlo biljke zahtijeva manju apsorpciju.
Ponašanje obrade težine. FR4 i FR5 strugotine su abrazivnije od G10, tako da je trošenje čahure bušilice oko 20% veće. Plan za alate od karbida.

Proizvođač paketa litijskih baterija prebacio se s G10 na FR4 nakon što je toplinsko testiranje pokazalo da je izolacijska površina dosegla 145°C tijekom brzog punjenja od 2C, premašivši kontinuiranu ocjenu od 105°C. Ploča FR4 prošla je isti test s marginom od 12°C.

Kontrola kvalitete i obrada

Ključni pokazatelji kvalitete ploče od epoksi stakloplastike su konzistencija sadržaja smole, sadržaj šupljine i stabilnost dimenzija nakon strojne obrade.

Dobro napravljen laminat od epoksi staklene tkanine sadrži sadržaj smole unutar ±2% po površini lista. Distribucija smole koja nije u skladu sa specifikacijama stvara lokalne vruće točke, neujednačenu dielektričnu čvrstoću i savijanje nakon CNC glodanja. Omjer smole i vlakana je bitan jer izravno kontrolira kvalitetu veze između slojeva i sposobnosti materijala da izdrži toplinske cikluse. Ovaj tehnički vodič za omjere epoksidne smole i vlakana preprega pokriva iste kontrolne parametre u obliku preprega.

Prilikom nabave izolacijskih ploča provjerite ove kontrole proizvodnje:

Gustoća između 1,85 i 2,0 g/cm³ ovisno o sadržaju stakla.
Sadržaj šupljine ispod 0,5% za visokonaponsku izolaciju. Mikroskopski zračni džepovi vodeći su uzrok proboja dielektrike.
Kvaliteta rubova nakon strojne obrade. Raslojavanje ili mikropukotine na reznim rubovima uobičajeni su način kvara u izolacijskim komponentama.

Prepreg od epoksidnih ugljičnih vlakana Trenutačno je 70% naprednih kompozitnih proizvoda izrađeno od preprega koji se slažu i stvrdnjavaju. Preprezi su poluproizvodi koji se skladište i pripremaju nakon... Pogledajte proizvod →

Dongli New Materials upravlja objektom od 32.000 m² s radionicama s konstantnom temperaturom i čistoćom za 100.000 razreda. Okruženje čiste sobe pomaže u procesu kontaminacije česticama na površini laminata tijekom postavljanja i prešanja.

FAQ

Koja je razlika između G10 i FR4?

G10 je ocijenjen za kontinuiranu upotrebu od 105°C s UL94 HB zapaljivošću, dok FR4 podržava 135°C i zadovoljava UL94 V-0. Za električnu opremu pod toplinskim opterećenjem, FR4 je sigurniji izbor.

Mogu li se ploče od epoksi stakloplastike koristiti na otvorenom?

Epoksidni laminati nisu UV-stabilni i razgrađuju se na površini nakon dugotrajne izravne sunčeve svjetlosti. Koristite ih u zatvorenom prostoru ili nanesite zaštitni premaz otporan na UV zračenje.

Što znači FR4?

FR4 označava stupanj otpornosti na plamen 4 u NEMA sustavu. Koristi epoksidnu smolu s bromiranim dodacima za usporavanje plamena i standardni je materijal za izolaciju baze PCB-a.

Kako mogu znati koja je ocjena potrebna mojoj prijavi?

Usporedite tri broja: vašu najvišu kontinuiranu temperaturu zraka na dijelu, vaš zahtjev UL94 i izloženost ulazi. Zatim ih usporedite s tablicom ocjena. Proizvođač materijala može provesti ispitivanja dielektrične čvrstoće na uzorcima kako bi potvrdio izbor.