環氧樹脂膠對繼電器電弧特性的影響研究

高靜 孫常鵬

摘要：由于繼電器的觸頭在斷開電路或者接通電路時候都很有可能在觸頭處產生電弧，這樣不僅僅會導致觸頭的工作條件變得惡化，同時也很大程度地影響著繼電器的使用壽命以及可靠性。而繼電器通過使用環氧樹脂膠可以固定觸頭處的零部件并且對其進行密封，從而減少電弧的產生，以此來提高繼電器的使用壽命與增強繼電器的可靠性。由此可知，進行環氧樹脂膠對繼電器電弧特性的影響研究具有非常重要的意義。文章主要講述通過環氧樹脂膠的選用、配比的比例、流動的距離、膠固化所需的條件以及對繼電器的觸頭處的處理等方面的因素進行相應討論，并且對該討論的結果進行具體的分析，找到環氧樹脂膠對繼電器電弧特性的具體影響因素，并對其有效措施進行具體的實驗，以此來提高環氧樹脂膠在繼電器電弧特性中的具體實際應用。

關鍵詞：環氧樹脂膠;繼電器;電弧特性

中圖分類號：TQ433.4;TM58 文獻標識碼：A 文章編號：1001-5922（2019）12-0025-04

由于繼電器是一種自動開關的元件，且具有隔離功能。所以被廣泛的應用于一些設備中使用，例如遙控、自動控制、通訊、遙測、機電一體化以及電力電子的設備中，是非常重要的控制元件之一。繼電器中除了使用各類主要材料，例如銅、電工純銅與觸點之外，還需要一個非常主要的輔助材料一環氧樹脂膠粘劑。環氧樹脂膠粘劑在繼電器應用中可以起到固定零部件以及繼電器的密封等重要作用。但現在如何選擇一個優良的膠粘劑已經關系到繼電器質量的重要組成部分，假如對選擇的膠粘劑選擇不當，甚至可能使繼電器產生污染，從而導致接觸電阻變大與繼電器的塑封性能在觸頭處失效等具體問題，本文主要是通過環氧樹脂膠的選用、配比的比例、流動的距離、膠固化所需要的一些條件以及對繼電器觸頭處的處理等一些方面的因素進行實驗，并且對該實驗的結果進行具體的分析，從而找到環氧樹脂膠對繼電器電弧特性的具體影響因素，并對其有效的措施進行具體實驗，以此來提高環氧樹脂膠在繼電器電弧特性中的具體的實際應用。

1 環氧樹脂膠在繼電器電弧特性中的應用

1.1環氧樹脂膠的性能優點

1）環氧樹脂在力學上具有很高的性能。由于環氧樹脂具有較強的內聚力，從而分子的結構就比較緊密，且在力學上環氧樹脂膠的性能高于其他的熱固性樹脂。

2）環氧樹脂固化體系中具有各種塑料的極性基材以及優良的附著力。所以其附著力較強。

3）固化收縮率比起別的熱固性樹脂的收縮力最小。

4）線脹系數特別小，所以其固化后體積的變化不會很大。

5）工藝性較好，環氧樹脂在固化的時候基本不會產生低分子的化合物。

6）環氧樹脂具有優良的電絕緣性，此用處可以用于本文中繼電器電弧特性的研究。

7）抗化學藥品性能優良，工藝的穩定性能好。

8）環氧樹脂膠的耐熱性很高。

1.2繼電器使用環氧樹脂膠時可能存在的問題

當繼電器使用在家用電器的控制板上的時候，生產PCB板的產家在使用過程中，將繼電器焊接到PCB板上的時候，由于繼電器位于比較凸起的位置，在搬運PCB板的時候，容易造成繼電器的外殼、觸頭處與環氧樹脂膠產生脫離，造成外殼、觸頭脫落的情況，使繼電器處于失效的情況。為了避免這種問題的發生，我們將通過改變環氧樹脂膠的選用、其配比比例、流動距離、膠固化所需的條件以及觸頭處的處理提升繼電器的使用情況。

2 增強環氧樹脂膠強度來減小繼電器電弧特性

使用軌跡式點膠的方式將膠粘劑涂在繼電器上，緊接著將繼電器送進相應的高溫烘箱里面進行固化處理。為提高環氧樹脂的強度，我們一般選用增加第二組分來增加環氧樹脂的韌性。主要分為液態橡膠增韌、彈性微球增韌、聚氨酯增韌以及熱致液晶聚合物增韌等等。

2.1液態橡膠增加韌改性的環氧膠

液態橡膠增加韌改性具體是指胺基、硫醇基、烴基、含端羧基以及聚丁二烯等等物質，與環氧樹脂相互溶合，并且在固體中析釋出，從而可以形成“海島模型”的形狀結構，并且通過活性基因來進行相互作用。從近幾年來看，除去使用純潔性的液態橡膠中預反應的加成物之外，現已經發展到第二代-使用高官能度環的氧樹脂以及第三代-制備嵌段共聚體改性的環氧預聚物靠使用金屬茂催化劑來實現，經過這樣的修改之后，不僅僅提高了環氧樹脂膠的剝離強度，而且使整體機械性能與熱性能并沒有明顯的降低，為減小繼電器的電弧特性作出了很大的貢獻。

2.2聚氨酯增加韌性的環氧膠

聚氨酯增加韌性的環氧膠主要是由聚氨酯以及環氧樹形成的半立穿網絡的聚合物與互穿網絡的聚合物，由此可以起到一起互溶的效果以及產生互相配合的效應，從而可以使具有高彈性的聚氨酯與具有一般粘接性的環氧樹脂進行有機結合在一起，并且通過互補以及強化的方式來產生一個較好的增加韌性效果。

2.3通過熱塑性聚合物的共混改特性來產生高強度環氧膠

通過熱塑性聚合物的共混改特性來產生高強度環氧膠經常使用聚醚酮、聚醚醚酮、高性能的芳雜環聚合物聚砜、聚醚酰亞胺、聚醚砜、聚碳脂酸以及聚苯醚等常使用的熱塑性聚合物和環氧樹脂中的共混改性特性，以此來進行制備環氧的結構膠粘劑，在零下以上的溫度范圍之間，由此可以使高強度環氧膠具有高強度、耐久性、高韌性以及較好的綜合性能。

2.4彈性微球增韌環氧高強度粘劑

經國內的相關研究中表明，使用芯為聚乙烯酸酯或者是聚丁二烯時，殼層為聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯的聚合物微球以此增加環氧樹脂的韌性效果更加理想，其聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯的聚合物微球的殼層層數可以是一或者二層，也可以三層或者為四層，但是粒子大小以及分布的是否均勻性均對增加韌性的效果影響非常大。

2.5通過利用聚硅氧烷的共聚改性來增加環氧膠粘劑的韌性

利用聚硅氧烷的共聚改性來增加環氧膠粘劑的韌性這種工藝往往是利用聚硅氧烷上的羧基、氨基和環氧樹脂中的環氧基與羥基反應從而生成的嵌段聚合物，這種聚硅氧烷的共聚改性不僅能降低環氧樹脂中的內應力，還可以增加其韌性與耐溫，由此可以取得較好的相容性來加強環氧膠粘劑的韌性。

2.6利用納米粒子來加強環氧樹脂膠粘劑的韌性

因為納米粒子中具有非常高的比表面積，由此可能會具有非常高的不飽和性，使納米粒子中的表面活性非常大。經過研究表明，使用納米粒子來加強環氧樹脂膠粘劑的韌性，可以形成比較理想的表面狀態，因此可以大幅度的提高環氧樹脂膠的拉升強度以及它的沖擊性能。與此同時，假如在環氧樹脂中來加入的納米二氧化硅，并且在的條件下來進行反應1個小時，并在冷卻后再加入固化劑使其進行固化，不僅僅可以增加樹脂的韌性，還可以大大提高樹脂的耐熱性能。但在目前的情況下納米粒子主要是使用添加納米二氧化硅、納米二氧化鈦以及納米碳酸鈣等等納米粒子。據相關研究顯示，使用十六烷基三甲溴化銨的有機物進行表面處理的凹凸棒上與環氧樹脂相互配合，可以明顯提高環氧樹脂膠的增韌效果。

在環氧樹脂中加入納米粒子后，與普通的粘接劑進行對比，我們可以發現加入納米粒子后的環氧樹脂益處更多。具體優點如下：①加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠的液氮溫區以及室溫的沖擊強度和拉伸的強度均加強了很多。例如：加入質量含量為2%的納米二氧化硅時，其液氮溫區的拉伸強度和沖擊的強度均提高了20%。②加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠在力學方面的性能也加強了很多。例如：在電鏡下進行掃描觀察，我們可以發現未加入納米粒子的環氧樹脂膠在斷面很光滑，但是加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠斷面就會變得比較復雜，甚至出現魚鱗片的結構。③加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠在玻璃化溫度方面也有提升。例如：在動態熱一力分析測試中，我們可以了解到加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠的膠粘體系的玻璃化溫度會有很大程度的加深，尤其是隨著納米二氧化硅的重量含量的增加，加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠的玻璃化溫度也相應的提高。④加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠從液氮溫度到室內溫度的熱膨脹系數在不斷的下降。例如：對未加入納米粒子的環氧樹脂膠與加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠進行電阻應變儀的測試，我們便可以知曉其兩種樹脂的熱膨脹系數，由熱膨脹系數可以知曉加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠進一步的減小了環氧樹脂與金屬構件之間的熱膨脹系數的差距;沒有加入納米粒子的環氧樹脂膠在進行低溫膠粘的時候液氮溫度到室內的熱膨脹系數僅僅為，但加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠在進行低溫膠粘的時候，膠粘劑同一室內溫度的熱膨脹系數為，加入納米粒子的環氧樹脂制成的環氧樹脂膠的熱膨脹系數更加的接近于金屬、鋁合金以及陶瓷材料的熱膨脹系數。因為在液氮區域金屬銀的熱膨脹系數為，在室溫的條件下僅僅為.

2.7創建水性環氧膠粘劑

使環氧樹脂變為水性化很難，當前可以使環氧樹脂水性化的方法有：使用聚合型乳化劑乳液聚合、醚化、接枝和酯化等操作方法。對與引入羧基的時候環氧樹脂水性化產生的乳液，可以與羧基交聯從而產生固化劑，例如碳酰胺與聚碳丙啶樹脂等其余固化劑。

2.8通過環氧樹脂配制比例產生環氧樹脂壓敏膠

使用有環氧樹脂、雙氰胺、丁晴橡膠以及2一甲基咪唑等配制產生的丁酮溶液，涂于涂布紙上后，待涂布紙上進行干燥處理后可以得到亞明膠帶，其耐熱性能以及耐濕性能效果非常優良。例如環氧樹脂與噁唑啉以及羧端基聚丁二烯等進行配合來進行壓敏膠的制備，產生的亞敏膠其剝離強度非常高。

2.9環氧丙烯酸可配置成光敏膠

環氧丙烯酸通過配制產生的光敏膠其特點是可在紫外線照射下進行固化反應，可以發現其粘接韌性的效果非常好，并且可以用在彩色電視劇的精密延時線、陶瓷、光學儀器以及電子元器件之間的粘接，所產生的用途較廣。

具體配制如表1、2所示：

1）環氧丙烯酸樹脂配制成光敏膠的組成和配比量

根據表1中我們可以了解到環氧丙烯酸樹脂配制成光敏膠的組成以及配比量，其中配制出的光敏膠的剝離強度可以達至，由此可知產生的光敏膠可以適用于各種用途中，為我們社會發展做出貢獻。

2）雙酚A環氧丙烯酸雙脂配制成光敏膠的組成以及配比量

根據表2中我們可以了解到雙酚A環氧丙烯酸雙脂配制成光敏膠的組成以及配比量，由此可配制出光敏膠。

2.10環氧密封膠

當前在我國環氧密封膠已經被應用至各種用途中，除了雙酚A型的環氧樹脂，其余環氧樹脂均可以被使用配制出環氧密封膠，就連酚醛改性環氧樹脂也可以采用配制成環氧密封膠。

1）雙酚A型的環氧樹脂配制成環氧密封膠的組成與配比量

按照表3將雙酚A型的環氧樹脂配制成環氧密封膠的組成與配比按照順序進行稱量混合并且使其均勻后，便可以使用將不常拆卸的部位進行密封處理，同時我們發現該環氧密封膠具有良好的耐油性以及耐蒸汽的性能。

2）酚醛環氧樹脂可配制環氧密封膠的原因

酚醛環氧樹脂配制的環氧密封膠主要是由酚醛環氧樹脂以及其它的配料依據特定比而配制而成。酚醛環氧樹脂配制出的環氧密封膠的特點主要是：其使用溫度范圍很寬，一般可以在零下下進行長期使用，主要用于金屬與天然橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠以及尼龍進行密封粘接。并且在室溫的條件下硫化10d或者在溫度1OO℃的情況下硫化處理8h，此時可使氧化鋁的剝離強度達到。

2.11環氧樹脂通過配比配制出的導電膠粘劑

1）環氧樹脂配制出的導電膠粘劑具體組成成分以及配比量

其中乙二胺與乙醇胺是采取1：1的方式進行配制的。同時根據表4我們可以知曉在溫度為20℃的條件下需要進行4～5h的固化處理;而在溫度為70～80℃的條件下需要進行1小時的固化處理，然后在溫度為120～130℃的條件下再進行1.5～2h的固化處理，這時候便可在零下50～60℃的溫度條件下將鋁與銅體進行粘接。且此時的導電膠粘劑的電阻率為10﹣3×10﹣2Ω·cm，脫離強度為200～270N/cm。

2）配制成的305尼龍環氧導電膠的組成以及配比量

從表5中我們可以了解到在溫度為165℃以及0.1～0.3MPa的條件下需要進行1～2h的固化處理，此時305尼龍環氧導電膠粘劑的電阻率為2.4x10﹣3-10﹣4Ω·cm。同時我們也可以了解到在溫度為20℃的條件下，鋁的剪切強度為26.3MPa，鋁的不均勻的扯高的前度為420N/cm。此刻的鋁在溫度為零下60～120℃的條件下與金屬導體導電進行粘接。

3 總結

本文主要講述環氧樹脂膠的種類、優點、環氧樹脂膠在繼電器電弧特性中可能出現的問題以及為減少此類情況的發生從環氧樹脂膠的各個方面進行加強處理，例如：環氧樹脂膠的選用、配比的比例、流動的距離、膠固化所需的條件以及對繼電器的觸頭處的處理等方面的因素進行討論，并且對該討論的結果進行具體的分析，找到環氧樹脂膠對繼電器電弧特性的具體影響因素，并對其有效措施進行具體的實驗，以此來提高環氧樹脂膠在繼電器電弧特性中的具體實際應用，為社會發展做出了貢獻。但在環氧樹脂膠的使用、配比以及加強環氧樹脂膠的納米技術等方面還有待提升。

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