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电缆组件综合防护灌封技术

电缆组件综合防护灌封技术一、什么是灌封技术?

 

       灌封技术是根据产品应用环境、结构设计、加工制造等防护的需求,采用不同的液态灌封材料在其固体介质未固化前排除空气填充到产品周围,与外界隔离从而达到产品防护需求的一种工艺加工方法。

       目前工艺灌封手段采用机械或手工方式灌人装有电子元件、线路的器件内,在常温或加热条件下固化成为性能优异的热固性高分子绝缘材料。(由于灌封对产品防护的重要性及技术操作的复杂性,在军工企业一般将其列入特种工艺范畴)

       灌封技术针对灌封防护产品内容主要包括:灌封材料、工艺技术、灌封工具设备三类。

 

二、电子、电气产品灌封的作用

灌封的综合防护技术作用是:

1、 加工制造及各种使用环境中防多余物;

2、 提高内部元件、线路间绝缘及电压击穿强度,有利于器件小型化、轻量化;

3、 避免元件、导电线路直接暴露,改善器件的防水、防潮、防腐、防霉及耐温性能等。

4、 强化电子器件的整体性,提高接点连接强度、对元器件进行粘接加固、提高对外来冲击、震动的抵抗力(阻尼减震);

5、 对内部器件结构安装及外部操作应力的解除,保护器件接点的断线损伤等;

6、 设备腔体内外耐压力密封(气密、水密);

7、 保密、外观等。

 

      例如,户外工作,舰船舱外的电路板,电缆附件(连接器、接线器等)为了防止湿气、凝露、盐雾对产品的电气性能(绝缘、腐蚀)影响,需要对产品进行灌封;为提高海上工作的电子设备的三防性能,所有的变压器、阻流圈,线间接点等要求灌封、包封或封端;为提高车载、机载、航天电子设备抗振能力,对某些元件、功能模块需要进行固体封装或局部加固封装;某些电缆插头座,防止加工或操作应力损伤,需灌封;……

 

三、灌封材料应用选择及特点

      灌封材料是灌封技术的基础,熟悉灌封材料的性状,选择合理的灌封材料,是灌封工艺成败的关键,一般应根据电子产品不同性能以及使用环境的要求,选择不同性能的灌封材料,尽可能发挥各种材料的优点,以满足产品设计的要求。电子灌封胶种类非常多,从材质类型来分,目前使用最多最常见的主要为三种:即有机硅树脂灌封胶、环氧树脂灌封胶、聚氨酯灌封胶;而这三种材质灌封胶又可细分几百种不同的产品。

1、有机硅树脂灌封胶(也称作有机硅凝胶、硅橡胶)

        常见的单组份硅橡胶产品有GD一414、GD一4O6、双组份硅橡胶产品GN512等。

        工艺流程:配比、搅拌、真空排泡、浇注、室温或UV固化。对灌封环境有较宽泛的温湿度要求。

       特点:硫化前是液体,可实现人工或自动灌注,使用方便;可室温固化,在一6o℃~200℃长期保持弹性;固化后多为透明软性固体。

       优势:具有优良的电性能和化学稳定性能,耐臭氧、耐气候,绝缘性能较环氧树脂好;无应力收缩,无任何腐蚀;修复性好,便于检测与返修、价格适中。

       应用产品防护范围:用其灌封电子产品后,可以起到耐温、防震、防多余物的作用。

       缺点及不适用防护范围:与金属非金属器件材料粘接力差,不适用产品密封防水、防潮、防腐的防护及耐压力密封;对提高接点连接强度、元器件粘接加固、防止断线损伤、应力解除方面的防护作用更是有限;材料不允许与含有氮、硫、磷的化合物及金属有机酸接触,否则胶料不能硫化。暴露在空气中的硅橡胶固化物不能进行修补灌封。

 

2、环氧灌封胶

      环氧树脂主要有双酚A环氧树脂、酚醛环氧树脂和脂环族环氧树脂三大类,从固化条件上分有常温固化和加热固化两类。

      在环氧灌封材料中,常选用低分子量的双酚A环氧树脂,如:E一44、E一51、E一39D等作为灌封材料。

      常温固化环氧灌封胶一般为双组分,灌封后不需加热即可固化。具有粘接性高,,耐热性好、化学惰性、灌注工艺好(设备要求不高)、使用方便等优点;缺点是复合物作业黏度大,浸渗性差,适用期短,难以实现自动化生。一般多用于低压电子器件灌封或不宜加热固化的场合使用。 

      加热固化双组分环氧灌封胶,是环氧类中用量最大、用途最广的品种。其特点是复合物作业黏度小,工艺性好,适用期长,浸渗性好,固化物综合性能优异。一般应用在一些高压部件上,如:高压变压器,集电汇流环等。

 

环氧灌封胶优势:

1、灌封和固化过程中,填充剂等粉体组分沉降小,不分层,适用期长,适合大批量自动生产线作业。

2、固化物电气性能和力学性能优异(粘接强度高),吸水性和线膨胀系数小,耐热性好,对多种材料有良好的粘接性,适宜定型(不需返修)产品的密封防护;

3、具有较优的难燃、耐候、导热、耐高低温交变等性能。

 

环氧灌封胶缺点及不适用防护产品范围:

1、 脆性大,韧性不足,不能作为减震防护材料使用;

2 、固化时有一定的内应力,会对精密电子器件造成内应力损伤,在电子、航天部门遭到禁用;

3 、灌封防护产品无法实现返修,不能满足军工企业研制阶段设计更改需求,售后服务成本高;

4 、材料贮存条件要求严格,成本较高。

 

3、 聚氨酯灌封材料

 

聚氨酯灌封材料优点:

      聚氨酯灌封材料兼有弹性、透明、低硬度、良好的电性能及物理机械性能(硬度、粘接强度),对各种金属非金属材料有良好的粘接力(它在低温下的粘接强度甚至高于室温下的粘接强度),电气产品密封效果好。一般应用在内部结构复杂的电子元件和电器设备的封装,如洗衣机电脑板、洗碗机线路板、电缆接头和终端等。

聚氨酯灌封材料目前常见的如GF-1、ZK65、WY4065等

聚氨酯灌封材料缺点:

1、 目前传统聚氨脂材料固化剂因采用MOCA(固体状),造成加工工艺复杂,无法实现自动灌封。MACO的致癌说虽未形成定论,但欧洲各国对其使用均作出了多种限制有毒,对人体健康有害,选用时应采用双组分液态低毒的聚氨酯材料;

2、 灌封工艺较复杂,配比、搅拌、抽真空、浇注、烘干的全部工艺流程均有严格的温湿度限制,国内完全掌握其操作工艺流程的厂家较少。

3、 聚氨酯灌封材料固化后硬度单一,难以同时满足弹性阻尼减震与压力密封的要求;

4、 聚氨酯灌封材料混合浇注后硫化周期长,室温5-21天,高温(烘干)情况下硫化时间在60小时以上。不适宜大规模流水线自动化生产。

                   5、 不具备返修性,成本高。

 

综合防护灌封材料 — TGF—J改性聚氨酯

 

       TGF-J改性聚氨酯密封胶是一种军用级双组分液态环保型(不含MACO)灌封材料。适于人工或自动灌封机操作。

       具有硫化速度快、硬度可调整等显著特点,广泛应用于飞机、船舶、车辆及其它室内外电子元件、功能模块,信号、电力电缆(导线)与各种电气组件在恶劣使用条件下的多功能综合防护灌封需要。其硬化物对电子、机械等部件具有良好的电气性能及物理机械性能,具有极佳的:防潮、防水、防震、防多余物、防盐雾腐蚀、应力解除、耐压力密封等防护效果。

灌封技术

产品固化硬度分为:

TGF–JⅡ型(85±5邵氏A)

TGF–JⅢ型(75±5邵氏A)

TGF–JⅣ型(65±5邵氏A)

 

【防水绝缘】 在防止多余物的同时,由于极佳的电气及物理机械性能,使之对金属、非金属能够达到极佳的粘接密封效果,起到绝缘防潮、防水的保护作用, 被广泛应用于舱(室)内外电子元器件、功能模块、电接插件的防潮、防水灌封防护。

应力解除 自身形变≤0.2%。固化弹性胶体自身形变近似为零的特点可有效解除产品内部应力;不同产品材料(金属、非金属)由弹性胶体实现高强度粘接,固化胶体较高的延展性可有效降低外来应力对防护产品的伤害。如电缆组件安装或使用中电连接器内部焊点、压接点受力后的损伤、断线、电子元件引脚的折断现象等。高强度粘接力及自身弹性能够有效消除内、外应力对产品结构及焊(压)连接点的破坏。

压力密封材料较高的流动性、浸润性,可充满元件和线间的微小缝隙,固化后对金属、非金属材料粘接强度高,抗剪切、耐撕裂,保证产品的压力密封(气密、水密)性能。材料自身耐压10 MPa (耐压高低取决于密封对象—产品材料的种类)。如密封电接插件、金属、非金属管道等。

阻尼减震 固化后硬度范围在50-95邵氏A(根据材料型号选择),弹性胶体吸震效果显著,为飞机、导弹等高速飞行器及车载电子设备、功能模块、电缆组件、电连接器焊点、压接点提供有效的减震防护。

防盐雾腐蚀材料自身耐盐雾、抗霉菌生长。由于该材料对金属、非金属间可实现高强度粘接、密封,可对海洋气候环境下的金属或金属镀层形成长期有效保护。

耐霉菌生长耐霉菌生长达到GJB4.10-83一级水平,添加防霉剂可达0级。

灌封、中科特

 

TGF—J型改性聚氨酯灌封料性能指标

 

      序号

            项目

             单 位

                          指 标

                    测试方法

       1 

拉伸强度

              MPa

 ≥14

GB/T 528-94

       2

断裂伸长率

                 %

≥120

GB/T 528-94

       3

剪切强度(B3)

                MPa

≥4.8~10

GB 7124

        4

 

硬度

 

              邵氏A

TGF–JⅡ型  

85±5

GB/T 531-92

TGF–JⅢ型

75±5

TGF–JⅣ型

65±5

       5

永久形变

%

0.2-0.3

GB/T 528-94

6

撕裂强度

KN/m

3.4

GB/T 529-91

 7

绝缘强度

KV/mm

12

GB 1695-81

 8

体积电阻率

Ω

≥1×1011

GB 1410

 9

固化温度

30

— —

 10

使用期

分钟

30

— —

11

凝胶时间

               分钟

                        30-45

— —

 

TGF—J型改性聚氨酯灌封产品性能试验

 

序号

测试项目

检测依据

检测结果

检测机构

1

霉菌试验

GJB4.10-83

舰船电子设备环境试验霉菌试验

1级

中国航空可靠性环境实验室

2

耐盐雾试验

按GJB4.11-83技术要求

合格

2.8×105  

机械工业部电工材料检测中心

3

交变湿热试验

按GJB4.6-83执行

 

合格

200   MΩ

机械工业部电工材料检测中心

4

高温试验

按GJB4.2-83执行

合格

4.0×104 MΩ

机械工业部电工材料检测中心

5

低温试验

按GJB4.3-83执行

合格

4.0×104

机械工业部电工材料检测中心

中科特、灌封

中科特、灌封

材料施工使用特点

使用方法:  涂覆、灌封(可人工或设备操作)

安全特性:  非易燃、易爆品。不含固态MACO,voc有机挥发物,对人体无不良反应

硫化特点  无应力收缩,可室温深层硫化,无任何腐蚀

硫化速度:  高温 80℃±5℃  5-8小时 / 常温 25℃±5℃  ≤50小时与自动灌封机配合,最快硫化速度可缩短至2小时

硬度调整:  可根据减震、防水、应力解除等方面的防护需要及各种安装环境施工要求进行选择,以达到最佳防护效果

环境影响: 该材料在硫化过程中,环境湿度影响质量,应低于70%;环境温度影响硫化速度,应高于20℃

介质影响: 耐水、耐油(航空汽油);禁止与丙酮或酒精长期接触。

 

材料固化后使用特点

固化外观:半透明弹性体,对胶体内所封装的元器件清晰可见

使用温度:-40℃ — 90℃

电气性能:绝缘强度高达12KV/mm,耐高压击穿

机械物理:浸润性好,与金属非金属材料粘接强度高、抗剪切、耐撕裂,并具有较好的伸长率。见表一材料基本性能

返修性能:对灌封缺陷可补灌封、对问题产品可返修灌封

环境特性:耐盐雾、抗霉菌、耐老化

使用寿命:10-20年

 

材料注意问题

湿度:改性聚氨酯密封材料在原料贮存、配比操作及硫化过程环境湿度要求低于70%;

溶剂:禁止与丙酮或酒精接触

       灌封技术作为电子产品防护的手段之一,对电子产品起到了防潮、防霉、防盐雾的作用,增加了电子产品在恶劣环境下的可靠性,是其他防护工艺不可代替的。随着科学技术的发展,灌封材料也在不断地改进、更新,具有更高综合性能的灌封材料不断被研制出来,灌封技术也将应用于更广泛领域。

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