에폭시 유리 섬유 시트 두께: 강도, 절연 및 내열성에 미치는 영향

짧은 대답: 두께 제어

에폭시 유리섬유 적층판에서 두께는 단순한 기하학적 치수가 아닙니다. 이는 섬유량, 수지가 풍부한 영역, 프레싱 중에 고정된 내부 응력 간의 관계를 변경합니다. 기억해야 할 주요 관계는 다음과 같습니다.

• 굴곡 강성은 대략 두께의 세제곱에 따라 증가하므로 동일한 재료의 2mm 시트보다 4mm 시트가 훨씬 더 단단해집니다.
• 항복 전압은 두께에 따라 증가하지만 밀리미터당 절연 내력은 떨어지므로 두께가 늘어나면 전기적으로 효율성이 떨어집니다.
• 열 저항이 증가합니다. 즉, 두꺼운 시트는 열을 더 느리게 전도하고 연속 사용 시 더 뜨거워집니다.
• 뒤틀림과 내부 응력이 증가하여 두꺼운 판에서 평탄도를 보장하기가 더 어려워집니다.
• 열이 높아지고 공구 마모가 빨라지며 드릴링 및 절단 중 모서리 박리 위험이 높아져 가공이 더욱 어려워집니다.

이러한 효과는 "두꺼울수록 더 강하고 안전하다"는 일반적인 경험 법칙이 신뢰할 수 없는 이유를 설명합니다. 서로 다른 두께의 동일한 재료 등급은 서로 다른 엔지니어링 재료처럼 작동하므로 두께는 개별적으로 선택하는 것이 아니라 시스템 수준에서 선택해야 합니다.

기계적 강도 및 강성

굽힘 강성은 두께의 세제곱으로 확장됩니다.

주어진 폭의 판에 대해 굴곡 강성은 두께의 세제곱에 비례합니다. 두께를 두 배로 늘리면 굽힘 하중에 따른 처짐이 약 8배 감소합니다. 다른 모든 조건은 동일합니다. 이것이 프레스 고정 장치용 10mm 에폭시 유리 데크 플레이트가 5mm 플레이트와 완전히 다른 느낌을 주는 이유입니다. 장착 레일, 고정 베이스 또는 전기 장비의 지지 데크와 같이 부품이 휘어짐에 저항해야 하는 경우 두께를 늘리는 것이 가장 직접적인 설계 수단입니다.

굽힘 강도는 두께보다 라미네이트 품질에 더 많이 좌우됩니다.

굽힘 강도는 라미네이트가 파손되는 응력 수준이며 밀리미터 수보다는 수지 시스템, 유리 직물 스타일 및 압밀 품질에 따라 결정됩니다. 두꺼운 플레이트는 단면적이 더 크기 때문에 더 높은 절대 하중을 전달합니다. 동시에 두꺼운 라미네이트에는 더 많은 플라이 경계면이 포함되어 있으며 각 공극, 건조 지점 또는 중립 축 근처의 경화 응력 영역은 유효 강도를 감소시킬 수 있습니다. 따라서 두꺼운 에폭시 유리 시트의 현장 고장은 재료 두께가 불충분하기보다는 층간 무결성이 좋지 않아 발생하는 경우가 더 많습니다. 내하중 시트 공급업체를 평가할 때 다음을 사용하여 확인을 요청하십시오. 유리 전이 온도 및 층간 전단 강도에 대한 테스트 방법 하나의 굴곡 강도 수치에 의존하기보다는

전기 절연 성능

절연 응용 분야의 경우 두께의 영향은 유전 강도와 항복 전압이라는 두 가지 다른 양을 통해 읽어야 합니다.

두께가 증가함에 따라 절연 내력이 감소함

유전 강도는 밀리미터당 킬로볼트로 표시됩니다. 두꺼운 시트에서는 결함 체인이 전체 두께에 걸쳐 있을 가능성이 더 높고, 높은 테스트 전압에서 발생하는 열을 제거하기가 더 어렵기 때문에 단면이 성장함에 따라 밀리미터당 절연 내력이 떨어집니다. 시트가 견딜 수 있는 총 전압인 항복 전압은 두께에 따라 증가하지만 선형 이하의 비율로 증가합니다. 실용적인 측면에서 6mm 시트는 효율성 측면에서 3mm 시트의 두 배의 전기 마진을 제공하지 않지만 더 높은 절대 전압을 차단합니다.

실제 디자인에 이러한 값을 적용하는 방법

220V 또는 380V 장비의 경우 1mm 품질의 라미네이트라도 큰 항복 여유를 제공하며 실제 설계 한계는 일반적으로 벌크 절연 강도보다는 연면 거리, 오염 정도 및 표면 추적에서 비롯됩니다. 고전압 배터리 시스템 및 트랙션 컨버터의 경우 필요한 최소 항복 전압과 최소 2의 안전 계수를 더한 두께를 선택하고, 가공 시 유리 섬유가 노출되고 표면 방전 경로가 생성되므로 절단 모서리의 상태를 확인하십시오. 가장자리 마감은 단순한 외관 문제가 아니라 전기 안전 계산의 일부입니다.

배터리 팩 설계자는 작은 크기에서도 동일한 절충안을 직면합니다. 즉, 절연판은 팩에 장착되면서 작동 전압 요구 사항을 충족해야 합니다. 문서화된 UL94 V0 등급, 일관된 두께, 깔끔한 절단 가장자리를 갖춘 잘 제어된 라미네이트가 올바른 기준입니다. 이러한 이유로 우리의 에폭시 유리 섬유 절연판 추측이 아닌 작동 전압에 따라 두께를 선택하여 배터리, 전기 장비 및 PCB 고정 장치 애플리케이션용으로 설계되었습니다.

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열적 거동 및 치수 안정성

온도 변화는 시트 두께의 비선형 측면을 더욱 명확하게 드러냅니다. 관리할 수 있는 두 가지 메커니즘이 있습니다.

첫째, 유리 에폭시 라미네이트는 금속 및 세라믹에 비해 열전도율이 낮습니다. 시트 전체의 열 저항은 두께에 따라 증가하므로 부스바와 인클로저 사이의 두꺼운 스페이서는 인클로저를 더 시원하게 유지하지만 라미네이트 자체를 더 뜨겁게 만듭니다. 배터리 모듈이나 모터 컨트롤러에서는 단기 정격뿐만 아니라 수지 시스템의 연속 작동 온도를 확인합니다.

둘째, 라미네이트는 경화 온도로부터 냉각되는 동안 평면에서와 두께에 따라 다르게 수축합니다. 두께를 통한 팽창은 일반적으로 평면 내 팽창보다 몇 배 더 높습니다. 결과적인 내부 응력은 두께에 따라 증가합니다. 이는 두꺼운 판이 휘어지기 쉽고 가공 중에 재료가 제거된 후 평탄도가 변경될 수 있는 이유입니다. 두꺼운 시트는 창고에서 평평하게 보일 수 있으며 프로파일링 후에는 구부러질 수 있습니다. 이런 종류의 치수 드리프트는 에폭시 유리 섬유 부품에서 가장 빈번하게 발생하는 품질 불량 중 하나입니다.

열 천장은 프리프레그 단계에서 설정됩니다. 유리 전이 온도가 130~180°C 범위인 난연성 에폭시 유리 시스템은 등급에 따라 일반적으로 약 120~155°C에서 지속적인 서비스를 지원합니다. 일반적인 "단열판" 설명에 의존하는 대신 다음을 지정하십시오. 에폭시 프리프레그 문서화된 유리 전이 온도 및 가연성 등급이 있어야 완성된 라미네이트의 예측 가능성이 결정되기 때문입니다.

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가공성 및 제작 공차

두께는 CNC 공장에서 시트가 작동하는 방식도 변경합니다. 약 2mm 미만의 시트는 절단하기 쉽지만 클램핑 압력으로 인해 휘어집니다. 8mm 이상의 시트는 모양이 잘 유지되지만 열, 도구 마모 및 박리 문제가 발생합니다.

두꺼운 라미네이트를 드릴링한다는 것은 공구와 유리 강화 수지 사이의 긴 접촉을 의미합니다. 열로 인해 에폭시가 부드러워지고 드릴이 휘청거릴 수 있으며 출구 쪽이 버(burr)와 박리 현상이 발생하기 쉽습니다. 약 6mm보다 깊은 구멍의 경우 날카로운 초경 드릴, 적당한 스핀들 속도 및 스텝 드릴링을 사용하거나 마지막 층을 보호하기 위해 희생 백킹 보드를 사용하여 양쪽에서 드릴링합니다.

밀링 및 프로파일링도 ​​내부 응력을 해제합니다. 한 면에서 큰 영역을 제거한 후 두꺼운 시트가 지정된 평탄도 공차를 넘어 휘어질 수 있습니다. 이는 전형적인 조달 위험입니다. 원시 시트는 입고 검사를 통과하지만 완성된 부품은 통과하지 못합니다. 두께 공차와 평탄도도 마찬가지로 주의를 기울여야 합니다. 표준 라미네이트는 일반적으로 약 ±0.1mm ~ ±0.2mm의 두께 공차로 배송되며 느슨한 쪽의 시트가 더 두꺼워집니다. 설계에 정확한 스택 높이가 필요한 경우 도면에 공차를 기록하고 평탄도가 자유 상태에서 측정되었는지 확인합니다. 이곳은 또한 전 공정 자체 제조사 모든 위험을 기계 공장에 맡기는 대신 라미네이션 주기, 수지 함량 및 프레싱 매개변수를 업스트림으로 조정할 수 있기 때문에 차이가 있습니다.

• 주문하기 전에 공칭 두께 공차를 확인하십시오. 명시되지 않은 기본값을 가정하지 마십시오.
• 시트를 고정하거나 누른 상태가 아닌 평평한 표면에서 측정된 평탄도 데이터를 요청합니다.
• 부품에 깊은 구멍이나 얇은 웹이 있는 경우 드릴링 품질과 가장자리 마감 기능에 대해 문의하십시오.
• 매우 평평한 표면이 필요한 대형 부품의 경우 2차 연삭 또는 샌딩이 가능한지 문의하십시오.

올바른 두께를 선택하는 방법

에폭시 유리섬유 시트에는 보편적인 정확한 두께가 없습니다. 경험 법칙 대신 짧은 계산 순서를 사용하십시오.

1. 안전계수로 최소 항복 전압을 정의하고 공급업체 데이터 시트에서 공칭 두께를 선택하십시오.
2. 예상되는 기계적 하중에서 편향 한계에 대한 굴곡 강성을 확인합니다. 편향이 너무 높으면 두께를 늘리십시오.
3. 열 환경을 평가합니다. 시트가 열을 전도해야 하는 경우 전기적 및 기계적 점검을 충족하는 최소 두께를 사용하십시오. 열을 차단해야 하는 경우 수지의 연속 사용 온도를 확인하십시오.
4. 가공성을 검토합니다. 부품에 깊은 구멍, 얇은 벽 또는 단단한 평탄도가 필요한 경우 안정적으로 처리할 수 있는 두께로 제한하거나 공급업체와 함께 2차 마감을 준비하십시오.
5. 무게와 비용의 균형을 맞추세요. 1밀리미터가 추가될 때마다 자재 및 배송 비용이 추가되므로 이전 검사를 모두 통과한 가장 작은 두께를 선택하세요.

일반적인 실수 중 하나는 얇은 시트를 쌓아서 두꺼운 판에 가깝게 만드는 것입니다. 적층된 시트는 경계면에 공극, 공극 및 부분 방전을 유발하고 층 사이의 접착 필름은 절연 약점이 됩니다. 설계에 12mm 데크가 필요한 경우 더 얇은 시트를 접착하여 쌓는 대신 단일 성형 12mm 라미네이트를 지정하십시오.

일반적으로 사용 가능한 표준 두께에는 0.5, 1.0, 1.5, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 8.0, 10.0 및 12.0mm가 포함되며, 합리적인 생산량으로 맞춤형 크기도 가능합니다. 예를 들어 움직이는 고정물이나 차량 탑재 장비에서 우선순위가 낮은 중량과 높은 강성인 경우, 탄소섬유복합판 전기 절연 프로파일이 다르고 재료 비용이 더 높음에도 불구하고 질량의 일부만으로도 비슷한 강성을 제공합니다. 그 방향을 평가한다면 우리는 복합 패널을 사용한 경량 엔지니어링 개요 두 가지 설계 접근 방식을 더 자세히 비교합니다.

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결론

두께는 에폭시 유리 섬유 시트를 깨지기 쉬운 절연층에서 견고한 구조용 플레이트로 변환하고 그 과정에서 거의 모든 중요한 특성을 변경합니다. 강성은 두께의 세제곱에 따라 증가하고, 항복 전압은 더 느린 속도로 증가하며, 밀리미터당 절연 내력은 감소하고, 열 저항 및 변형 위험이 증가하며, 가공이 더 어려워집니다. 신뢰할 수 있는 선택 방법은 작동 전압, 예상 부하, 열 환경 및 제조 제약 조건을 계산한 다음 공급업체의 데이터 시트와 생산 능력을 확인하는 것입니다. 이 순서를 따르면 가장 일반적인 세 ​​가지 오류인 고정 부품 균열, 작동 전압에서의 한계 절연, 치수 검사에 실패한 뒤틀린 판 등을 방지할 수 있습니다.