高壓直流接觸器灌封膠拖泡工藝淺析

蒙丙鑫，代國元

（貴州振華群英電器有限公司，貴州貴陽，550018）

1 引言

隨著新能源及重大裝備的迅速發展，高壓接觸器產品廣泛應用及普及，各行各業使用環氧灌封技術的需求越來越大，同時對灌封工藝的要求也越來越高。在接觸器產品生產過程中，灌封工藝是保證其密封性優良的關鍵因素，其重要程度不言而喻，為保證產品密封性，現今大多產品采用了環氧樹脂復合膠灌封的方法來進行密封。這種環氧樹脂復合膠的特點為粘接能力強，導熱性、散熱性、耐高、低溫及熱穩定性等各方面性能優良，能夠防水防潮，不易老化。而現行灌封工藝往往會遇到產品灌封后在拖泡工序，氣泡難以除盡的問題，由于拖泡不徹底，作業人員只能用熱風機或牙簽輔助去除氣泡，這樣不但使作業人員工作強度增大，產品生產周期也會相應的加長，且除氣泡不干凈，膠料固化后則會直接影響到產品的密封性能，降低產品的可靠性和使用壽命。本文通過對拖泡工藝的研究，旨在提高產品的可靠性，解決產品灌封膠時氣泡多的問題，同時提高產品灌封膠一次合格率，大大降低操作人員的工作強度和成本。

2 灌封工藝現狀

自動灌膠機進行產品環氧樹脂復合物灌封工藝流程如下圖1所示。

圖1 灌封工藝流程

由圖可知，環氧樹脂復合膠灌封時，首先需將兩種膠料進行預加熱，增強膠液的流動性，預加熱完成后將A、B組份分別注入灌膠機上相應的真空桶中，點擊灌膠機上設置好的程序對其進行加熱、攪拌，同時抽真空處理除去膠液里面多余的空氣，抽真空后將兩者在線計量按一定配比進行混合攪拌，攪拌均勻后注入預熱好的待灌膠產品上，灌封完畢將其放入真空烘箱進行拖泡處理，待膠液表面無氣泡時，進行20小時循環固化。環氧樹脂復合膠為雙組份復合體系，由A、B組份按一定比例混合組成，A膠是環氧膠，B膠是固化劑［2－3］，兩者的混合比例需按照標準配比執行。在拖泡工序時，氣泡的排除至關重要，盡管在灌封前期已對A、B組份膠料進行抽真空處理，但由于氣泡的產生涉及面較廣，只是單一的對A、B組份膠料抽真空并不能保證灌封后期不會產生氣泡，因此需要通過全方面控制，從根本原因出發，找出氣泡產生機理，將氣泡產生數量降到最低，以下是對氣泡產生的全面歸納過程。

3 氣泡產生與控制

3.1 氣泡產生機理［4－6］

灌封過程氣泡多的原因有以下幾個方面：

1）生產環境濕度大，水汽在生產過程中被材料吸附，產品灌膠焙烘時，溫度上升，水汽蒸發，增加膠液中氣泡含量。

2）灌封時膠液與產品表面接觸時溫度差會影響其流動性，結合率降低，導致與空氣接觸時間加長，膠液粘度增大，內部氣體增多，不易拖泡。

3）被灌封產品空隙中存在一定的空氣和潮氣；被灌封產品罩殼內壁粗糙度會導致材料表面包裹細小的氣隙。

4）膠液自身內部所帶有的氣體，環氧膠存放時若密封不嚴會導致潮氣溶解于其中；兩溶膠加熱制備時溶解于其中的氣體，兩溶膠按配比混合時有微弱的化學反應從而產生氣體。

5）由于范德華引力，使產品罩殼與氣體之間形成吸附力，在罩殼表面一直存在吸附有氣體分子的現象，在產品灌膠后，吸附的氣體溢出，增加膠液中的氣體含量。

6）灌膠設備的膠液儲存泵體及膠液輸送管路中存在氣體，在產品灌膠時膠液吸附氣體出現氣泡。

灌封料中若混有氣泡，則產品焙烘完成后會出現如下圖2中類似情況：

圖2 未除盡氣泡的膠液在固化后其內部及表面出現“蜂窩”狀孔

3.2 環境溫度和濕度對氣泡產生的影響及控制

環境溫、濕度對于灌封后拖泡工序氣泡的影響，主要為溫、濕度控制不合理會導致環氧樹脂復合物在灌封時粘度受到較大影響，當粘度下降，其內部混入的空氣也就增多，灌封膠時不易排出，環氧樹脂復合膠灌封時環境溫度應控制在24℃～30℃之間，環境濕度應控制在30%～70%之間，在相對密閉的空間內完成灌膠操作。高潮濕季節時在有條件的情況下盡量工作于溫濕度可控制的密閉性能好的室內，能使空氣有足夠時間逸出，減少氣泡產生。

3.3 膠液與產品罩殼結合率的研究［8］

結合率是灌封膠氣泡產生的關鍵點，結合率主要取決于膠液與產品罩殼的分子間作用力。膠液與產品罩殼的粘合力主要是通過分子間作用力來體現，該結合率主要表現為環氧樹脂在罩殼表面的化學粘合力，因環氧樹脂分子結構中含有脂肪族羥基醚基以及其中極為活潑的環氧基，由于羥基和醚基的極性，使得環氧基與含有活潑氫的以PA66為材料的罩殼表面反應而生成化學鍵，即在膠層間產生分子之間的結合。當有化學鍵生成，那么膠液與罩殼兩者之間的溫度就會影響其生成速度，當溫度升高，分子運動更劇烈，分子的平均動能增大，分子發生碰撞并發生健合的概率也增大，即在一定時間內反應進行的更快，速率增大，其流動性表現得更加明顯。而當溫度過高時，過多的分子處于高能量狀態，能量越高，化學鍵越容易斷裂，所以必須保證兩者溫度保持在一定的范圍。通過增強這種分子間作用力，可大大提高膠液在罩殼表面的的流動性，降低空氣在里面的遺留時間，產品灌封膠時需將待灌膠產品放入預熱烘箱里進行預熱處理，目的在于提高待灌膠產品表面溫度，減低兩者之間的溫度差，保證灌封時膠液在罩殼表面的流動性，增強待灌膠產品表面與膠液的結合率，有助于空氣的逸出，減少氣泡的產生。目前工藝制定的A組份抽真空溫度在80℃，B組份一般在50℃，兩者混合時加熱溫度控制在70℃，被灌封產品預熱時在110℃下除盡內部潮氣，但為了控制兩者的溫度，防止溫度過高對內部反應的化學鍵造成斷裂，我們可將預熱溫度調至85℃（高壓直流接觸器產品罩殼材料為PA66，待灌膠產品前期預熱時其表面溫度與灌膠機里面流出來的膠液溫度存在一定的溫差），縮小膠液與產品表面間的溫差，使得膠液與產品罩殼內壁粘合力增強。

3.4 物理吸附與氣體解吸對產品灌膠的影響［5－6］

3.4.1 物理吸附

物理吸附僅僅是一種物理作用，沒有電子轉移，沒有化學鍵的生成與斷裂，也沒有原子重排等，其有如下特點：

1）吸附力：氣體分子與固體接存在范德華引力所產生。

2）任何固體都可以無選擇性的吸附任何氣體，不同成分的氣體，其吸附量也有所不同。

3）吸附不需要活化能，吸附速率并不因溫度的升高而變快。

3.4.2 氣體的解吸

氣體的解吸是氣體吸附的逆過程，即被固體吸附的氣體或蒸汽重新被釋放回空間的過程，稱為解吸或脫附。解吸現象可以是自然發生，也可人為加快，有兩種情況：

1）在對固體抽真空的過程中，空間氣壓不斷降低，其表面的解吸速率大于吸附速率，氣體或蒸汽在固體表面的吸附量逐漸減少，從而緩慢被釋放出來。

2）從宏觀平均看，每個被固體吸附的氣體分子在其表面停留一段時間后，都要發生解吸飛回空間，同時其他氣體分子也會重新發生吸附，在空間壓力與溫度一定的情況下，物理吸附與氣體解吸速率維持在一個平衡的狀態，使得固體表面吸附的氣體或蒸汽分子含量維持在一個恒定的狀態。

結合以上氣體或蒸汽所發生的物理現象，產品從開始灌膠到焙烘階段，都會因固體的物理吸附及氣體解吸產生氣泡留于膠液中，要想在產品灌膠焙烘時加快氣泡的排除速率，可采用以上介紹的降低產品所在焙烘環境下的空間氣壓壓力，使氣體解吸速率大于物理吸附速率，以此降低產品殼體表面所含氣體分子，從而增強了環氧脂復合膠與產品殼體的粘合力度，提升了產品的密封性。

3.5 現行灌膠工藝設備關鍵控制步驟及作用

1）啟動設備提前預熱，作用：增強膠液在設備灌膠回路中的流動性。

2）持續攪拌和抽真空，容器真空度保持在一定的壓力范圍，A膠桶溫度保持80℃，B膠桶溫度保持50℃。作用：保持溫度以保持膠液活性，持續抽真空以去除膠液中所含氣泡。

3）對設備進行“循環吐出”，使膠液在管道回路中持續流動，作用：去除設備管道中殘留氣體，降低輸出膠液中氣泡含量。

4）對A、B膠進行重量配比，這是產品固化的必要條件。

3.6 現行焙烘工藝及作用

產品在灌膠完成后將其送入焙烘箱中，焙烘箱已輸入固定程序，具體過程控制如圖3所示。

圖3 過程控制流程圖

產品放入焙烘箱后，在恒溫狀態下，使真空度在一定壓力范圍內進行循環，能有效將膠液中大量氣泡排擠出浮于表面并將其擠破，避免在產品膠液固化后膠面出現“蜂窩”孔或膠面鼓起，影響產品密封性及外觀；在一定恒溫狀態下保持膠液活性，加快膠液中氣泡的有效排出，在恒溫后將溫度升至膠液固化溫度，加快膠液固化；緩慢降低溫度，使膠液緩慢固化，可有效去除膠體中殘留應力，避免固化過快應力過大造成膠面開裂，以保證產品密封性。

4 氣泡控制的相關方法

針對膠液自身帶有的氣體，在存放時需按照環氧膠存放標準執行，存放環境溫、濕度在合理范圍內。A、B組份溶膠灌入灌膠機進行加熱、攪拌、抽真空之前需對設備密封性進行實時檢查，防止運行過程中設備能量衰減，保證在加熱及抽真空時，設備溫度和真空度都處于正常運行狀態，以此確保兩組份內部氣體可以有效排除。在灌封膠時也允許在環氧樹脂復合膠內加入消泡膠進行消泡處理［3，7］，但當前該工藝運用尚不成熟，消泡膠的用量、型號等若使用不正確往往會使灌封出來的產品環氧膠增韌性發生變化，則產品絕緣性能就會受到一定影響，在這里我們就不細數討論了。

5 膠液固化后的良好狀態

避免氣泡對膠液固化后產生影響，采用以上一系列去除氣泡的方法，產品在固化后出現如下圖4中的良好狀態：

圖4 固化后膠面潤滑無氣孔并帶光澤

6 結束語

本文介紹了環氧樹脂復合物在灌封后拖泡工序氣泡難以除盡的解決辦法，通過控制環境溫、濕度、縮小膠液與待灌膠產品罩殼表面溫差、控制膠液與產品預熱溫度等方法來降低氣泡的產生，該類方法可提高膠液在產品罩殼表面的流動性，增強兩者之間的結合率，通過灌膠焙烘整個工藝過程控制減少產品在灌封過程中產生氣泡的數量，縮短了產品的生產周期，提高產品灌封膠一次直通率和灌膠品質。同時不斷地優化灌封拖泡工序成型工藝技術，對今后環氧樹脂復合物在各領域的正確使用也會起到一定的指導意義。