電連接器用透明有機硅固化膠的灌封性能驗證

付祎晨，韓繼先，郝健男，青 春，姜睿智，全 震，趙 晴

(沈陽興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧沈陽，110144)

1 引言

灌封[1]作為一種操作工藝，是將液態(tài)的灌封材料用機械或手工方式灌入元器件內(nèi)，在室溫或加熱條件下固化，將各個零件粘接在一起，形成一個整體結(jié)構(gòu)，避免元件、線路直接暴露于環(huán)境中，進而實現(xiàn)對元器件的密封和保護。灌封可以減少外界有害的物質(zhì)進入電子產(chǎn)品，比如塵埃、水分、鹽霧、酸性氣體等對器件的侵入、損傷，從而提高產(chǎn)品整體的耐環(huán)境能力。灌封材料還可以支撐和固定產(chǎn)品零部件，加強產(chǎn)品的抗振動沖擊性能，提高產(chǎn)品的抗電強度，具有操作簡便、低成本、適用范圍廣等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、軍工等行業(yè)。[2]

有機硅灌封膠的硅氧鍵主鏈結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)秀的改性能力和電氣絕緣能力，是應(yīng)用最廣泛的合成高分子膠粘劑材料之一。有機硅材料固化后為彈性體，固化時不吸熱、不放熱，固化后不收縮，因此灌封在電子元器件內(nèi)可以起到很好的抗沖擊作用。此外，有機硅灌封膠具有耐高低溫、機械性能、耐候、電絕緣、化學(xué)穩(wěn)定性等一系列優(yōu)良性能，是極好的灌封材料。在有機硅灌封膠中，透明灌封膠固化后成為透明彈性體，可清晰地觀察產(chǎn)品的灌封過程；膠層里所封裝的元器件清晰可見，便于檢測和返修，從而進行質(zhì)量控制。

電連接器作為各型號裝備中的基礎(chǔ)機電元件，可實現(xiàn)型號與地面設(shè)備以及級間電路的快速連接和分離，在型號的電氣和控制系統(tǒng)中數(shù)量眾多，是傳遞電能和信號必不可少的接口元件[3]。為檢驗透明灌封膠對電連接器產(chǎn)品的密封作用，本文參考GJB 1217A-2009 電連接器試驗方法，進行了一系列透明灌封膠-電連接器的環(huán)境試驗，以驗證透明有機硅灌封膠的灌封適用性。

2 有機硅灌封膠的選取及試驗

2.1 灌封膠的理化性能對比

我們希望灌封膠具有優(yōu)良的電絕緣性能、較高的力學(xué)強度、較好的粘接性、良好的流動性和施工工藝性，能滿足電子元件對介電性能和力學(xué)性能的要求，且適合于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。因此，通過對比12種國產(chǎn)室溫硫化硅橡膠灌封膠的技術(shù)指標(biāo)，初步選取了8種膠樣進行試驗。按照8種灌封膠技術(shù)說明書的固化條件進行固化操作，對灌封膠理化性能試樣進行了力學(xué)性能和電學(xué)性能測試，測試結(jié)果如表1所示。

基于八種灌封膠的性能測試結(jié)果對比及膠液應(yīng)用在電連接器的灌封要求，本文從表1所示的國產(chǎn)膠中選取了D和G兩種流動性好、力學(xué)和電學(xué)性能較好的膠液進行連接器成品環(huán)境試驗。兩種灌封膠的性能指標(biāo)及測試方法如表2所示。

表1 灌封膠的性能對比

表2 灌封膠的性能指標(biāo)和測試方法

2.2 灌封膠的環(huán)境試驗項目

灌封膠作為電連接器在尾部實現(xiàn)粘接和密封的手段，直接影響電連接器的環(huán)境適應(yīng)性。在電連接器環(huán)境試驗的眾多項目中，本文選取的與膠粘劑的灌封性能相關(guān)的試驗項目如表3所示。

3 試驗過程

3.1 溫度沖擊試驗

本實驗選取JY型電連接器，試驗前連接器已接線、插合并接好尾部附件。我們對連接器和固化好的兩種膠樣進行了溫度沖擊試驗，溫度范圍為 ～ ，循環(huán)次數(shù)為5次，高溫及低溫保持時間各1h，試驗總時長為10h。

施膠位置如圖1中箭頭所指，溫沖試驗后，經(jīng)外觀檢查，灌封兩種膠液后的連接器產(chǎn)品均無異常，連接器尾部粘接良好，插頭和插座尾部灰色封線體與軍綠色殼體之間粘接牢固，灌封膠在經(jīng)受高溫-低溫沖擊后無松動、開裂、起泡或脫落現(xiàn)象，兩種灌封膠的粘接強度均可滿足總體的可靠性要求，如圖1所示。

(a)灌封D膠的插座尾部 (b)灌封D膠的插頭尾部 (c)灌封G膠的插座尾部 (d)灌封G膠的插頭尾部

3.2 振動試驗

經(jīng)溫度沖擊試驗后，我們對四組灌封膠-連接器進行了高溫振動試驗，振動方法為正弦振動，高溫溫度為175℃±5℃，功率頻譜密度為1.0G2/Hz，總加速度均方根值為41.7G，振動時間橫向8h，縱向8h，共16h。

3.3 沖擊試驗

經(jīng)振動試驗后，電連接器承受了規(guī)定脈沖的沖擊試驗，脈沖為半正弦波，加速度為2940m/s2±441 m/s2，脈沖持續(xù)時間為3ms±1ms，導(dǎo)線束的夾緊點位于距電連接器的尾部200mm處。

灌封了膠液的兩套電連接器接連經(jīng)振動、沖擊試驗后均正常，封線體未松動、脫出，粘接良好，灌封膠未出現(xiàn)異常，如圖2所示。

(a)灌封D膠的插座尾部 (b)灌封D膠的插頭尾部 (c)灌封G膠的插座尾部 (d)灌封G膠的插頭尾部

3.4 耐濕試驗

經(jīng)沖擊試驗后，我們對電連接器進行了交變濕熱試驗。灌封膠-連接器承受了10次連續(xù)循環(huán)。循環(huán)結(jié)束后，灌封膠外觀良好，未出現(xiàn)脫落、開裂、松動，電連接器尾部結(jié)構(gòu)粘接牢固，如圖3所示。

(a)灌封D膠的插座尾部 (b)灌封D膠的插頭尾部 (c)灌封G膠的插座尾部 (d)灌封G膠的插頭尾部

在最后一次循環(huán)中，電連接器在承受高濕度、試驗箱溫度達(20±5)℃，并觀察到電連接器有凝露時，測量的絕緣電阻如表4所示。

表4 絕緣電阻

由表4中數(shù)據(jù)可知，測試點與點、點與殼之間的絕緣電阻數(shù)量級均為十億級，遠高于試驗標(biāo)準(zhǔn)中1×108Ω的絕緣電阻要求，電連接器未出現(xiàn)擊穿、漏電現(xiàn)象，可見灌封了D、G膠粘劑的連接器均可滿足使用需求。

4 灌封膠試驗前后性能分析

4.1 拉伸剪切強度分析

為衡量灌封膠的粘接性，本文選取了拉伸剪切強度作為性能檢驗指標(biāo)。剛性材料用膠粘劑的拉伸剪切強度是在平行于粘接面且在試樣主軸方向上施加一拉伸力，至粘接試樣破壞時，測出的剛性材料搭接粘接處的剪切應(yīng)力，以測試粘接體系的強度性能。拉伸剪切強度試驗與灌封膠在連接器內(nèi)的實際受力情況相類似。拉伸剪切強度越大，灌封膠的粘接性越好。拉伸剪切強度測試示意圖如圖4所示。

圖4 拉伸剪切強度測試圖

為對比灌封膠試驗前后的性能，本文將常溫條件下未經(jīng)環(huán)境試驗的灌封膠拉伸剪切強度、經(jīng)受溫度沖擊后的灌封膠拉伸剪切強度，和經(jīng)受溫沖、耐濕試驗項目后的灌封膠拉伸剪切強度進行了數(shù)據(jù)梳理，如圖5所示。為驗證D、G兩種膠液試驗前后的性能，本文將化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HG/T 3947-2007《單組份室溫硫化有機硅膠黏劑/密封劑》中要求的技術(shù)指標(biāo)與D、G膠試驗數(shù)據(jù)進行了對比。由圖5中的試驗數(shù)據(jù)可知，兩種國產(chǎn)灌封膠的拉伸剪切強度在環(huán)境試驗前、后均高于HG/T 3947-2007中要求的拉伸剪切強度值，均可滿足產(chǎn)品的實際使用要求。

其中，G膠在試驗前常溫測試中的拉伸剪切強度最高，超過3MPa。拉伸剪切強度對溫度的變化十分敏感，當(dāng)溫度升高，硅橡膠膠液中的聚硅氧烷分子鏈會發(fā)生分解、斷裂，膠液自身的強度因此變小，粘接性變差，拉伸剪切強度也隨之變低[4]。而G膠的拉伸剪切強度在經(jīng)受高低溫度沖擊后仍可保持住較好的力值，標(biāo)志著G膠良好的耐溫性。

此外，濕度也是影響拉伸剪切強度的重要因素。當(dāng)大量水分子沿著親水性的鋁合金表面滲透到整個膠接界面，一方面水分子會取代膠粘劑分子在鋁合金表面的物理吸附，另一方面水分子會破壞聚合物中的高分子鍵，從而引起粘接強度的大幅下降。由圖5可知，D、G兩種膠液經(jīng)過溫沖和耐濕試驗后，兩種膠的拉伸剪切強度均高于HG/T 3947-2007要求的強度值，粘接性能良好。其中G膠經(jīng)過環(huán)境試驗后的拉伸剪切強度最高，超過了2MPa，在三種灌封膠液中的粘接性最穩(wěn)定。

圖5 試驗前和試驗后的拉伸剪切強度

4.2 體積電阻率分析

體積電阻率是膠料每單位體積對電流的阻抗，可以表征材料的電性能。體積電阻率越高，材料的絕緣性越好。根據(jù)產(chǎn)品的實際情況，連接器產(chǎn)品的絕緣電阻一般為5000MΩ，換算成絕緣電阻率為5×1011Ω·cm。D、G兩種國產(chǎn)灌封膠的測試結(jié)果和HG/T 3947-2007中要求的體積電阻率如圖6所示，由圖可見在試驗前后，兩種國產(chǎn)膠的體積電阻率均高于絕緣電阻率3～5個數(shù)量級，符合產(chǎn)品對絕緣電阻率的使用要求。

圖6 試驗前和試驗后的體積電阻率

國產(chǎn)灌封膠D與G的常溫體積電阻率屬于同一數(shù)量級(1015Ω·cm)，經(jīng)過溫沖試驗后體積電阻率均提高了一個數(shù)量級，這可能是因為體積電阻率試片尺寸較大，試片直徑為Φ100mm、厚度為1mm±0.2mm，常溫固化不足以使交聯(lián)反應(yīng)進行完全，溫度沖擊的高溫階段加劇固化程度，增加了膠層的交聯(lián)密度[5]，使膠粘劑聚合物中的內(nèi)應(yīng)力得到了弛豫，進而使體系中的氣泡、空隙等缺陷減少，阻隔了導(dǎo)電通路的形成，從而增大了體積電阻率，提高了膠粘劑的絕緣性。

經(jīng)過耐濕試驗后，兩種國產(chǎn)膠粘劑的體積電阻率有所下降。在潮濕環(huán)境中，膠粘劑吸水達到飽和，而測試環(huán)境的濕度低于試驗箱，膠粘劑中的水分因此蒸發(fā)，導(dǎo)致在膠粘劑中形成許多微觀氣孔[6]，環(huán)境中的雜質(zhì)及水分進入氣孔形成了導(dǎo)電通道，膠粘劑的體積電阻率因此大幅降低。而G膠經(jīng)過溫沖和耐濕試驗后，體積電阻率可達到1015Ω·cm，較D膠和HG/T 3947-2007要求的體積電阻率高出一個數(shù)量級，標(biāo)志著其優(yōu)秀的電絕緣性能。

5 結(jié)論

連接器尾部灌封是一種增加連接器產(chǎn)品可靠性的重要工藝手段。在連接器的服役期，對產(chǎn)品尾部的有效灌封可以保證連接器對絕緣、密封性能的需要，因此對灌封材料有耐溫性、絕緣性、粘接性等要求。通過對國產(chǎn)灌封膠應(yīng)用在連接器產(chǎn)品的環(huán)境試驗結(jié)果分析，G膠的灌封較好地保證了連接器的可靠性，在粘接強度、密封效果和電絕緣性方面，G膠相對D膠和HG/T 3947-2007中要求的技術(shù)指標(biāo)都有明顯的優(yōu)勢，符合連接器產(chǎn)品規(guī)定和對使用條件的要求。