隔爆外殼上觀察窗玻璃的粘結(jié)技術(shù)

楊葉強(qiáng)

摘? 要：從IEC標(biāo)準(zhǔn)對隔爆型電氣設(shè)備用透明件視窗防爆結(jié)構(gòu)的要求入手，通過實驗，從膠粘材料、表面預(yù)處理、膠接尺寸和膠接工藝四個方面來分析觀察窗玻璃膠接的可行性。

關(guān)鍵詞：膠接觀察窗;膠黏材料;工藝

中圖分類號：TD684 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）11-0105-03

Abstract： According to the requirements of IEC standard for the explosion-proof structure of transparent windows for flameproof electrical equipment， the feasibility of window glass bonding is analyzed and observed from four aspects： adhesive material， surface pretreatment， bonding size and bonding technology.

Keywords： adhesive observation window; adhesive material; technology

引言

目前，隔爆外殼觀察窗的安裝方式主要采用密封式觀察窗和膠接兩種方式。膠接方式相對于密封式來講：該種結(jié)構(gòu)省去了金屬墊圈，直接把透明件粘接在視窗座內(nèi)，使得透明件和視窗座接合一體。該種結(jié)構(gòu)與金屬襯墊視窗結(jié)構(gòu)對比，彌補(bǔ)了由于加工工藝或襯墊材料所帶來的無法滿足防爆性能的問題，因為膠粘劑的使用，可以彌補(bǔ)加工中的缺陷造成的間隙，固化后使得視窗座和透明件接合一體。

采用膠接方式的難點在于膠粘劑應(yīng)通過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的耐熱耐寒、耐化學(xué)腐蝕、燃燒、外殼耐壓等實驗，試驗后膠粘材料不得有明顯影響防爆性能的損壞。本文通過實驗，從膠粘材料的選擇、被膠接件的表面預(yù)處理、膠接尺寸和膠接工藝四個方面來分析以上四種因素對觀察窗玻璃膠接性能的影響，并確定最適合的膠粘劑和膠接參數(shù)及工藝，從而使該結(jié)構(gòu)能符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)IEC60079-0：2014第12章要求： 如果粘接材料持續(xù)運(yùn)行溫度（COT）的極限值不超過最低工作溫度且高于最高運(yùn)行溫度至少20K，則應(yīng)認(rèn)為有足夠的熱穩(wěn)定性。因此我們選擇膠粘材料時，首先要考慮的是膠粘材料的熱穩(wěn)定性，其次要考慮膠粘材料的粘接強(qiáng)度。

環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)含有的醚鍵與極性基團(tuán)使其具有很高的膠粘強(qiáng)度，環(huán)氧膠粘劑對各種金屬和大部分非金屬材料均具有良好的粘接性能，因此在防爆電氣生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

有機(jī)硅膠粘劑由于具有優(yōu)異的耐熱、耐寒性、抗老化性以及電性能等，目前在航天航空、深海潛水等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。

經(jīng)過市場調(diào)研和咨詢有關(guān)專家，我們選擇了三種型號的膠粘劑用于后續(xù)實驗。分別是環(huán)氧膠a、硅膠b和環(huán)氧膠c。

2 被膠接件的表面預(yù)處理

玻璃表面在膠接前需用丙酮或汽油等溶劑把玻璃表面擦洗干凈，待溶劑揮發(fā)干即可進(jìn)行膠接。

在涂覆膠粘劑之前，需對金屬粘結(jié)表面進(jìn)行除油、除銹、除塵處理，以增加粘接強(qiáng)度。常用的方法有打磨、噴砂、酸洗、磷化等。

經(jīng)有關(guān)文獻(xiàn)的試驗數(shù)據(jù)表明：環(huán)氧膠粘涂層的剪切強(qiáng)度與表面粗糙度呈拋物線關(guān)系，當(dāng)Ra為5.8μm時，剪切強(qiáng)度達(dá)到最佳值。

本次試驗采用3種方法對觀察窗底座膠接面進(jìn)行處理：

（1）膠接面用電動金屬磨頭除去表面浮銹后用汽油擦洗干凈，隔爆面表面粗糙度為3.2um。

（2）膠接面除油、除銹后涂磷化膏進(jìn)行冷磷化處理。隔爆面表面粗糙度為3.2um。

（3）膠接面用60目粗砂紙打磨均勻，然后用汽油擦洗干凈，砂紙打磨后表面粗糙度為6.3um。

3 玻璃和底座的裝配尺寸的選擇

根據(jù)《IEC60079-1：2014第6.3膠粘接合面的寬度》要求：如果V>100cm3時，不小于10mm。由于本次試驗殼體V>100cm3，因此膠粘接合面寬度（L）取三個試驗值：15mm、18mm、20mm。

觀察窗玻璃（鋼化玻璃）外形尺寸誤差在實際加工中一般為-1～0mm，觀察窗底座裝配玻璃的內(nèi)孔尺寸誤差在實際加工中一般為±0.2mm。此次觀察窗玻璃和底座四周裝配間隙（G）取三個試驗值：0.3mm、0.5mm、1mm。L和G的尺寸具體見圖1。

4 膠接工藝

膠粘施工需要若干步驟完成，其具體工藝如下：

（1）檢查玻璃和觀察窗底座表面質(zhì)量和尺寸是否符合要求（底座膠接面是否磷化處理）。

（2）用丙酮或汽油等溶劑把玻璃和底座膠接面擦洗干凈，待溶劑揮發(fā)干即可進(jìn)行膠接。

（3）擰開（或削開）高強(qiáng)度粘接密封硅膠管蓋帽，最好根據(jù)施膠面的大小決定削膠管的大小尺寸，然后把硅膠管安裝到手動硅膠槍上。

（4）首先將膠液涂到隔爆面上，然后用橡膠刮板刮涂均勻，放上玻璃后用手輕壓，使膠液流勻。

（5）然后在玻璃與底座間隙處涂滿膠水，不應(yīng)有縫隙，涂好膠液后，放上橡膠墊，壓上壓板，壓壓板時不要過緊，只要螺釘受力即可，避免膠液擠出過多。

（6）將涂好高強(qiáng)度粘接密封硅膠的產(chǎn)品放置于平穩(wěn)

處，未固化前不要隨意挪動，讓其自然固化（常溫固化時間為24小時）。

（7）檢查固化是否完全，有無粘接質(zhì)量缺陷。

（8）待完全固化后，除去加壓時擠出的多余膠液。（沿著觀察窗外表面用小刀輕劃一圈，即可將玻璃表面的多余膠液撕掉）。

5 實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果分析

本次實驗我們采用DOE實驗設(shè)計（田口）方法，該試驗的四個因素為：A、膠粘劑;B、表面處理;C、隔爆面寬度;D、玻璃與底座四周間隙。

實驗選用9（34）正交表。各因素的位極關(guān)系如表1，實驗數(shù)據(jù)及結(jié)果如表2。

從試驗結(jié)果可以得出得出以下結(jié)論：

（1）環(huán)氧膠a經(jīng)過耐熱、耐寒實驗后，打水壓結(jié)果3號、8號、9號門蓋觀察窗玻璃處均產(chǎn)生滲漏，而且膠粘劑產(chǎn)生變色現(xiàn)象，說明該膠粘劑不符合IEC標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）硅膠b經(jīng)過耐熱、耐寒、耐化學(xué)腐蝕實驗后，打水壓結(jié)果2號、4號、5號門蓋觀察窗玻璃處均無滲漏現(xiàn)象，說明該膠粘劑符合歐標(biāo)要求，而且對于各種參數(shù)均能滿足要求，具有優(yōu)良的粘結(jié)、密封性能。

（3）環(huán)氧膠c經(jīng)過耐熱、耐寒、耐化學(xué)腐蝕實驗后，打水壓結(jié)果只有6號門蓋觀察窗玻璃無滲漏，說明對于環(huán)氧膠c最優(yōu)化設(shè)計參數(shù)為：觀察窗膠接面選用冷磷化處理;接合面寬度選取最大值;玻璃和觀察窗底座間隙選取最小值。

6 結(jié)束語

（1）觀察窗的結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格按照IEC標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計，在條件允許的范圍內(nèi)盡量加大觀察窗座與玻璃膠接面的寬度，盡量減小觀察窗座玻璃與四周的間隙。

（2）冷磷化處理后表面粗糙度不高，在表面形成了孔隙結(jié)構(gòu)，粘結(jié)劑/金屬粘結(jié)強(qiáng)度高于砂紙打磨試樣，因此觀察窗底座的表面處理優(yōu)先選用冷磷化工藝。

（3）硅膠的耐熱、耐寒和耐化學(xué)腐蝕性能優(yōu)于環(huán)氧膠，而且硅膠固化時收縮率比環(huán)氧膠小，因此在同等條件下觀察窗玻璃的膠粘劑優(yōu)先選用硅膠。

通過本次實驗，我們發(fā)現(xiàn)在選用合適的膠粘劑和膠接參數(shù)，并按照正確的膠接工藝進(jìn)行膠接的前提下，使觀察窗玻璃的膠接性能符合IEC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)是完全可行的。

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