環(huán)氧樹(shù)脂膠在電連接器中的應(yīng)用及壽命研究

，， ，

(沈陽(yáng)興華航空電器有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)，110144)

1 引言

環(huán)氧樹(shù)脂膠是一種重要的熱固性樹(shù)脂膠水，因其具有優(yōu)良的機(jī)械性能、電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、耐熱及良好的粘接性能，因此用它配制的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑素有“萬(wàn)能膠”之稱。作為一類高分子材料，廣泛應(yīng)用于包裝、建筑、汽車、電子、制鞋、紡織、塑料、木材、光學(xué)、醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、海洋運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。電連接器領(lǐng)域使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑具有很長(zhǎng)的歷史，早在上世紀(jì)八十、九十年代就有產(chǎn)品開(kāi)始采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑作為粘接材料。

從環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑對(duì)電連接器實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)看，其對(duì)產(chǎn)品的可靠性、安全性起著重要影響作用。但作為有機(jī)高分子材料，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在使用過(guò)程中同樣存在有機(jī)材料的共性問(wèn)題--老化現(xiàn)象，即表現(xiàn)為粘接性會(huì)隨時(shí)間增長(zhǎng)而降低。老化原因主要有兩種：一是材料自身性能的緩慢改變(內(nèi)因)；二是在高溫、高濕、輻照、鹽霧、應(yīng)力、疲勞、霉菌、砂塵等特殊環(huán)境下性能的改變(外因)[1]。然而，電連接器安裝于電子設(shè)備后通常隨設(shè)備一起要求有較長(zhǎng)的使用壽命，我國(guó)軍用電連接器規(guī)定的使用期一般為15年左右，故采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的產(chǎn)品應(yīng)在規(guī)定的使用期限要求內(nèi)保證良好的粘接性能，避免因膠粘劑失效導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降。

2 環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的應(yīng)用

電連接器中采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑主要用于殼體與絕緣體間或絕緣體與接觸件間的固定，有些產(chǎn)品中也會(huì)采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在固定絕緣體的同時(shí)兼具灌封功能實(shí)現(xiàn)防潮、防塵。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑種類很多，連接器廠商根據(jù)產(chǎn)品的使用溫度、應(yīng)用場(chǎng)合等選擇耐熱等級(jí)、強(qiáng)度方面等適用的膠粘劑。圓形電連接器使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑較多且非常廣泛，如符合GJB599的JY系列、J599系列，符合GJB598的YBⅠ系列、YBⅡ系列，俄標(biāo)的PC系列、MP1系列等；矩形電連接器使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑相對(duì)較少，如俄標(biāo)的CFKM系列等；大多數(shù)濾波插座(包括圓形、矩形)通常也會(huì)使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑。環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的在連接器中的使用形式主要包括如下兩個(gè)方面：

a) 采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑固定絕緣體，防止絕緣體在殼體內(nèi)的軸向移動(dòng)，粘接結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1(左)。

b) 采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在殼體尾部進(jìn)行灌封用于固定絕緣體及接觸體，同時(shí)具有防潮功能，粘接結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1(右)。

圖1 粘接結(jié)構(gòu)示意圖

3 壽命分析

3.1 粘接理論

膠粘劑與被粘物表面之間通過(guò)相互吸引和連接作用的力稱為粘接力。粘接力的來(lái)源是多種力的疊加作用，主要包括化學(xué)鍵力、分子間的作用力、界面靜電力、機(jī)械作用力，其中分子間的作用力是粘接力的主要來(lái)源[1]。

如前所述，膠粘劑在外因與內(nèi)因的作用下，會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象。室溫貯存的條件下，環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑材料自身性能的改變非常緩慢(內(nèi)因)，穩(wěn)定性非常好，是公認(rèn)的使用壽命較長(zhǎng)的材料之一。外因(如高溫、高濕、應(yīng)力等)是影響膠粘劑材料老化的另一因素，其中溫度、鹽溶液、濕度、紫外線等是導(dǎo)致膠粘劑老化的主要因素。

環(huán)氧樹(shù)脂類的材料穩(wěn)定性高，正常貯存下性能變化很小，該類材料還沒(méi)有形成加速老化的規(guī)范。目前已有大氣暴露老化試驗(yàn)、熱老化試驗(yàn)、濕熱老化試驗(yàn)等加速老化的研究，但據(jù)此推測(cè)室溫貯存下性能的變化并不成熟，更多的是判斷在環(huán)境作用下性能的變化。國(guó)內(nèi)外尚且沒(méi)有加速老化試驗(yàn)與膠粘劑壽命的對(duì)應(yīng)關(guān)系的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。因此本文未從加速老化方面進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要從環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在產(chǎn)品中的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析。

3.2 試驗(yàn)考核分析

使用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的電連接器種類很多，表1列舉了目前廣泛應(yīng)用的一些系列產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的對(duì)膠粘劑性能有影響的試驗(yàn)項(xiàng)目，主要包括高溫、溫度沖擊、鹽霧、絕緣安裝板固定性、交變濕熱、液體浸漬、臭氧暴露等試驗(yàn)。雖然不能根據(jù)試驗(yàn)內(nèi)容推斷環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的老化情況及最終使用壽命，但在一系列的影響膠粘劑老化試驗(yàn)后，膠粘劑的粘接性仍然能夠保證產(chǎn)品的性能要求，說(shuō)明環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑具有良好的耐環(huán)境老化性能。從環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在連接器中實(shí)現(xiàn)的功能來(lái)看，膠粘劑主要起到固定絕緣體的作用，列舉的各系列產(chǎn)品均已完成鑒定試驗(yàn)，產(chǎn)品滿足規(guī)范要求，且未出現(xiàn)絕緣體脫出、松動(dòng)現(xiàn)象。

表1 影響膠粘劑性能的試驗(yàn)內(nèi)容

3.3 外場(chǎng)使用調(diào)研及試驗(yàn)分析

為了解采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的生產(chǎn)的連接器經(jīng)過(guò)多年后的實(shí)際使用狀態(tài)，特有針對(duì)性了走訪了連接器使用單位、航修廠進(jìn)行調(diào)研。并對(duì)絕緣安裝板固定性情況進(jìn)行了針對(duì)性的詢問(wèn)，在設(shè)備維護(hù)及大修期間未發(fā)現(xiàn)過(guò)絕緣安裝板脫落或松動(dòng)現(xiàn)象。連接器在隨飛機(jī)多年飛行使用中，未出現(xiàn)過(guò)連接器絕緣安裝板固定性問(wèn)題造成的飛行任務(wù)失敗問(wèn)題。走訪調(diào)研期間在使用單位搜集到了已使用12～14年的采用環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑生產(chǎn)的符合GJB599系列的連接器，產(chǎn)品照片見(jiàn)圖2，具體型號(hào)及生產(chǎn)日期見(jiàn)表2。

圖2 采樣樣品示例

序號(hào)產(chǎn)品型號(hào)生產(chǎn)年月數(shù)量1JY27473T14B97SN2003.103只2J599/26FJ04SN2004.63只3J599/26FA98SN2004.113只4JY27473T10F99SN2005.52只5J599/26WC08SN2005.111只

為驗(yàn)證環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后的性能能否滿足產(chǎn)品的使用需要，對(duì)采樣回來(lái)的產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)試。由于環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑的作用在于將絕緣體固定在殼體上，據(jù)此對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行絕緣安裝板固定性試驗(yàn)。絕緣安裝板固定性試驗(yàn)?zāi)康臑榇_定電連接器中絕緣安裝板的固定機(jī)構(gòu)的適應(yīng)性和絕緣安裝板材料的強(qiáng)度，以及確立連接器耐受組裝的接觸件在嚙合和分離力作用下產(chǎn)生的軸向負(fù)荷的能力。

試驗(yàn)方法及要求按GJB 599A-1993的要求進(jìn)行，圖3為試驗(yàn)過(guò)程照片，試驗(yàn)結(jié)果均合格，詳見(jiàn)表3。試驗(yàn)的產(chǎn)品年代最久遠(yuǎn)的為2003年生產(chǎn)，其余為2004年～2005年生產(chǎn)，試驗(yàn)證明了環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在至少12～14年內(nèi)其粘接性能能夠滿足連接器的使用要求。而對(duì)于絕緣安裝板固定性的要求，各系列產(chǎn)品中以GJB599系列產(chǎn)品的指標(biāo)要求最為嚴(yán)酷。

圖3 絕緣安裝板固定性試驗(yàn)

序號(hào)試驗(yàn)方法試驗(yàn)要求試驗(yàn)產(chǎn)品型號(hào)結(jié)論12345 連接器的絕緣體承受70N/cm2(不小于113N)的軸向力 絕緣體保持在殼體中正確位置上,不產(chǎn)生龜裂、破碎與殼體分離或松動(dòng)等現(xiàn)象JY27473T14B97SN合格J599/26FJ04SN合格J599/26FA98SN合格JY27473T10F99SN合格J599/26WC08SN合格

4 結(jié)論

雖然膠粘劑隨著時(shí)間增長(zhǎng)及環(huán)境變化會(huì)出現(xiàn)老化問(wèn)題，但根據(jù)本文分析，電連接器中采用的環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，其粘接性能仍能夠滿足產(chǎn)品性能要求。實(shí)際使用證明膠粘劑的老化是一個(gè)非常緩慢的過(guò)程，可以滿足電連接器長(zhǎng)期使用壽命的要求。