II. Propiedades centrales de las varillas de fibra de vidrio FR4
El rendimiento de las varillas de fibra de vidrio FR4 está determinado por su estructura compuesta de "Fibra de vidrio + resina epoxi". Estas propiedades centrales se pueden clasificar en cuatro categorías principales: propiedades físicas, mecánicas, químicas y de proceso.
1. Propiedades físicas
• Excelente aislamiento eléctrico: la resina epoxi en sí es un material altamente aislante (resistividad de volumen ≥ 10lu⁴Ω · cm). La fibra de vidrio no es conductora y bloquea la transferencia de carga en la interfaz con la resina. Por lo tanto, el voltaje de desglose de las varillas FR4 es ≥ 15kV/mm (con un grosor de 1 mm), lo que las hace adecuadas para aplicaciones de alto voltaje o alta frecuencia.
• Densidad moderada: aproximadamente 2.0 g/cm³, logrando un equilibrio entre la resistencia mecánica y los requisitos livianos.
• Clasificación de resistencia a la temperatura: según la temperatura de transición del vidrio (TG) de la resina epoxi, las varillas FR4 se clasifican de la siguiente manera:
Convencional (TG ≈ 130-140 ° C): temperatura de funcionamiento a largo plazo ≤ 120 ° C, resistencia a corto plazo a 150 ° C;
Medio (TG ≈ 150-170 ° C): temperatura de funcionamiento a largo plazo ≤ 140 ° C, resistencia a corto plazo a 180 ° C;
Alta (TG> 180 ° C): la temperatura de funcionamiento a largo plazo ≤ 160 ° C, resistencia a corto plazo a 200 ° C (p. Ej.
2. Propiedades mecánicas
• Alta resistencia y resistencia a la fatiga: la fibra de vidrio tiene una resistencia a la tracción superior a los 3000 MPa, mientras que la resina epoxi transfiere se carga de manera uniforme a la fibra a través de unión interfacial, lo que resulta en barras FR4 con una resistencia a la flexión de 500-800 MPa y una resistencia a la tracción de 300-400 MPA. Además, la tenacidad de la fibra de vidrio absorbe cierta energía de impacto, lo que resulta en una alta resistencia a la fatiga.
• La fragilidad: la fibra de vidrio es inherentemente dura y quebradiza. Si bien la resina epoxi tiene un cierto grado de dureza, el material general es susceptible a la delaminación o la fractura (alargamiento en la ruptura <2%) cuando se somete a un impacto agudo o al cizallamiento transversal. Se deben evitar las muescas agudas y las cargas de impacto dinámico.
• Estabilidad de alta dimensión: el coeficiente de expansión térmica (CTE) de fibra de vidrio es de aproximadamente 6-10 ppm/° C, mientras que el de la resina epoxi es de aproximadamente 50-60 ppm/° C. El CTE compuesto resultante es de aproximadamente 10-15 ppm/° C (mucho más bajo que el de metal y plástico), lo que resulta en una deformación mínima en las fluctuaciones de temperatura (p. Ej., -40 ° C a 150 ° C).
3. Propiedades químicas
• Resistencia química: la resina epoxi exhibe una excelente resistencia a los ácidos no oxidantes (p. Ej., Ácido clorhídrico, ácido sulfúrico diluido), bases débiles (p. Ej., Hidróxido de sodio) y la mayoría de los solventes orgánicos (p. Ej. Su superficie no es susceptible a la corrosión o la hinchazón (sin cambio de peso significativo después de la inmersión a largo plazo). Sin embargo, es sensible a los ácidos oxidantes fuertes (p. Ej., Ácido nítrico concentrado, ácido sulfúrico concentrado) y solventes altamente polares (p. Ej., Dimetil sulfóxido) y deben evitarse.
• Retraso de la llama: la designación "Retardante de llama 4" en FR4 indica que cumple con el estándar de retraso de la llama UL94 V-0 (extinción dentro de los 3 segundos de la exposición a la llama, sin goteo). Los retardantes de llama basados en bromo o basados en fósforo en la resina epoxi son los principales contribuyentes, lo que lo convierte en adecuados para aplicaciones que requieren protección contra incendios, como electrodomésticos.
4. Características de procesamiento
• Alta maquinabilidad: las varillas FR4 se pueden formar en formas complejas a través de procesos de mecanizado convencionales como giro, fresado, perforación y molienda (se requieren herramientas especializadas), logrando asperezas superficiales de AR 0.8 μm o menos (mecanizado de precisión).
• Alta estabilidad térmica: el calor generado durante el mecanizado se disipa de manera efectiva por el fluido de corte soluble en agua, evitando el ablandamiento o la ablación de la resina debido a altas temperaturas localizadas (se requiere control de la velocidad de corte y la velocidad de alimentación).
Iii. Ventajas del núcleo de las varillas de fibra de vidrio FR4
Las ventajas de las barras de fibra de vidrio FR4 provienen de su rendimiento integral de "aislamiento, resistencia, resistencia a la temperatura y estabilidad", particularmente en los sectores electrónicos e industriales:
1. Alto aislamiento y seguridad:
La resistividad del volumen y el voltaje de descomposición de las barras FR4 exceden con creces los de los plásticos ordinarios. Pueden mantener el aislamiento incluso en entornos de alto voltaje (por ejemplo, por encima de 10 kV) o de alta frecuencia (por ejemplo, microondas), eliminando riesgos como fugas y arcos.
2. Alta resistencia y resistencia a la fatiga:
La resistencia a la flexión de las varillas FR4 (500-800MPA) está cerca de la de las aleaciones de aluminio, y su resistencia a la tracción es más de 10 veces la de los plásticos comunes. Su densidad es solo dos tercios que la de las aleaciones de aluminio. En aplicaciones que requieren tanto luz y alta resistencia, su relación de resistencia a densidad supera la de la mayoría de los plásticos de ingeniería, incluso acercándose a la de algunas aleaciones de aluminio. Además, su resistencia a la fatiga los hace adecuados para componentes industriales sujetos a un movimiento recíproco a largo plazo.
3. Resistencia a la temperatura y estabilidad dimensional:
La versión de alta TG de la barra FR4 puede soportar temperaturas a corto plazo superiores a 200 ° C, mientras que la versión convencional también puede funcionar de manera estable a 120 ° C durante períodos prolongados, superando a los plásticos comunes. Además, su bajo CTE minimiza la deformación bajo fluctuaciones de temperatura, asegurando un ajuste preciso con componentes electrónicos y estructuras mecánicas (por ejemplo, evitando el desplazamiento de los chips debido a la expansión en los accesorios de PCB).
4. Resistencia química y equilibrio de costos:
La varilla FR4 exhibe una resistencia de corrosión superior a los ácidos no oxidantes, bases débiles y solventes orgánicos a metales y plásticos comunes, lo que lo hace adecuado para su uso en entornos corrosivos como la bomba química y los sellos de válvulas y las perchas electro sobre colgadores. Además, su costo de materia prima es significativamente menor que el de los plásticos y metales de ingeniería de alto rendimiento, ofreciendo una excelente rentabilidad general.
5. Procesamiento maduro y flexibilidad de diseño:
La tecnología de procesamiento para la barra FR4 es muy madura. Utilizando herramientas especializadas, se logra mecanizado de alta precisión (tolerancia ± 0.05 mm), lo que lo hace adecuado para la producción en masa en líneas de producción automatizadas. Además, el método de tejido de la tela de fibra de vidrio (como tela unidireccional, tela lisa) y la fórmula de resina epoxi (como agregar rellenos) se puede personalizar para satisfacer las necesidades personalizadas de resistencia, resistencia a la temperatura o aislamiento en diferentes escenarios.
Ⅳ. Resumen
La varilla de fibra de vidrio FR4 es un material de varilla de alto rendimiento compuesto por un compuesto de fibra de vidrio y resina epoxi. Sus propiedades centrales incluyen un alto aislamiento, fuertes propiedades mecánicas, resistencia al calor, estabilidad dimensional y resistencia a la corrosión. Sus ventajas se encuentran en la seguridad de aislamiento de los electrodomésticos, la fuerza estructural de los equipos industriales, la adaptabilidad a los entornos duros y un equilibrio entre el costo y el proceso. A pesar de sus limitaciones de mayor fragilidad y una densidad ligeramente mayor, su rendimiento integral lo convierte en uno de los materiales básicos más utilizados para la "integración de aislamiento estructural" en los sectores electrónicos, industriales y automotrices.
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