付祎晨，韓繼先，郝健男，青 春，姜睿智，全 震，趙 晴

(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

灌封[1]作為一種操作工藝，是將液態(tài)的灌封材料用機(jī)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(gè)零件粘接在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，避免元件、線路直接暴露于環(huán)境中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)元器件的密封和保護(hù)。灌封可以減少外界有害的物質(zhì)進(jìn)入電子產(chǎn)品，比如塵埃、水分、鹽霧、酸性氣體等對(duì)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(qiáng)產(chǎn)品的抗振動(dòng)沖擊性能，提高產(chǎn)品的抗電強(qiáng)度，具有操作簡(jiǎn)便、低成本、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電子、航空航天、軍工等行業(yè)。[2]

有機(jī)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(jī)硅材料固化后為彈性體，固化時(shí)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(jī)硅灌封膠具有耐高低溫、機(jī)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(jī)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(cè)和返修，從而進(jìn)行質(zhì)量控制。

電連接器作為各型號(hào)裝備中的基礎(chǔ)機(jī)電元件，可實(shí)現(xiàn)型號(hào)與地面設(shè)備以及級(jí)間電路的快速連接和分離，在型號(hào)的電氣和控制系統(tǒng)中數(shù)量眾多，是傳遞電能和信號(hào)必不可少的接口元件[3]。為檢驗(yàn)透明灌封膠對(duì)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(yàn)方法，進(jìn)行了一系列透明灌封膠-電連接器的環(huán)境試驗(yàn)，以驗(yàn)證透明有機(jī)硅灌封膠的灌封適用性。

2 有機(jī)硅灌封膠的選取及試驗(yàn)

2.1 灌封膠的理化性能對(duì)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(qiáng)度、較好的粘接性、良好的流動(dòng)性和施工工藝性，能滿足電子元件對(duì)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(duì)比12種國(guó)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(jìn)行試驗(yàn)。按照8種灌封膠技術(shù)說明書的固化條件進(jìn)行固化操作，對(duì)灌封膠理化性能試樣進(jìn)行了力學(xué)性能和電學(xué)性能測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

基于八種灌封膠的性能測(cè)試結(jié)果對(duì)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(guó)產(chǎn)膠中選取了D和G兩種流動(dòng)性好、力學(xué)和電學(xué)性能較好的膠液進(jìn)行連接器成品環(huán)境試驗(yàn)。兩種灌封膠的性能指標(biāo)及測(cè)試方法如表2所示。

表1 灌封膠的性能對(duì)比

表2 灌封膠的性能指標(biāo)和測(cè)試方法

2.2 灌封膠的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目

灌封膠作為電連接器在尾部實(shí)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(yàn)的眾多項(xiàng)目中，本文選取的與膠粘劑的灌封性能相關(guān)的試驗(yàn)項(xiàng)目如表3所示。

3 試驗(yàn)過程

3.1 溫度沖擊試驗(yàn)

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

施膠位置如圖1中箭頭所指，溫沖試驗(yàn)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(dòng)、開裂、起泡或脫落現(xiàn)象，兩種灌封膠的粘接強(qiáng)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(dòng)試驗(yàn)

經(jīng)溫度沖擊試驗(yàn)后，我們對(duì)四組灌封膠-連接器進(jìn)行了高溫振動(dòng)試驗(yàn)，振動(dòng)方法為正弦振動(dòng)，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(dòng)時(shí)間橫向8h，縱向8h，共16h。

3.3 沖擊試驗(yàn)

經(jīng)振動(dòng)試驗(yàn)后，電連接器承受了規(guī)定脈沖的沖擊試驗(yàn)，脈沖為半正弦波，加速度為2940m/s2±441 m/s2，脈沖持續(xù)時(shí)間為3ms±1ms，導(dǎo)線束的夾緊點(diǎn)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(dòng)、沖擊試驗(yàn)后均正常，封線體未松動(dòng)、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(yàn)

經(jīng)沖擊試驗(yàn)后，我們對(duì)電連接器進(jìn)行了交變濕熱試驗(yàn)。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(dòng)，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(yàn)箱溫度達(dá)(20±5)℃，并觀察到電連接器有凝露時(shí)，測(cè)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(cè)試點(diǎn)與點(diǎn)、點(diǎn)與殼之間的絕緣電阻數(shù)量級(jí)均為十億級(jí)，遠(yuǎn)高于試驗(yàn)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(yàn)前后性能分析

4.1 拉伸剪切強(qiáng)度分析

為衡量灌封膠的粘接性，本文選取了拉伸剪切強(qiáng)度作為性能檢驗(yàn)指標(biāo)。剛性材料用膠粘劑的拉伸剪切強(qiáng)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(shí)，測(cè)出的剛性材料搭接粘接處的剪切應(yīng)力，以測(cè)試粘接體系的強(qiáng)度性能。拉伸剪切強(qiáng)度試驗(yàn)與灌封膠在連接器內(nèi)的實(shí)際受力情況相類似。拉伸剪切強(qiáng)度越大，灌封膠的粘接性越好。拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試示意圖如圖4所示。

圖4 拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)試圖

為對(duì)比灌封膠試驗(yàn)前后的性能，本文將常溫條件下未經(jīng)環(huán)境試驗(yàn)的灌封膠拉伸剪切強(qiáng)度、經(jīng)受溫度沖擊后的灌封膠拉伸剪切強(qiáng)度，和經(jīng)受溫沖、耐濕試驗(yàn)項(xiàng)目后的灌封膠拉伸剪切強(qiáng)度進(jìn)行了數(shù)據(jù)梳理，如圖5所示。為驗(yàn)證D、G兩種膠液試驗(yàn)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(jī)硅膠黏劑/密封劑》中要求的技術(shù)指標(biāo)與D、G膠試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。由圖5中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，兩種國(guó)產(chǎn)灌封膠的拉伸剪切強(qiáng)度在環(huán)境試驗(yàn)前、后均高于HG/T 3947-2007中要求的拉伸剪切強(qiáng)度值，均可滿足產(chǎn)品的實(shí)際使用要求。

其中，G膠在試驗(yàn)前常溫測(cè)試中的拉伸剪切強(qiáng)度最高，超過3MPa。拉伸剪切強(qiáng)度對(duì)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(huì)發(fā)生分解、斷裂，膠液自身的強(qiáng)度因此變小，粘接性變差，拉伸剪切強(qiáng)度也隨之變低[4]。而G膠的拉伸剪切強(qiáng)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(qiáng)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(gè)膠接界面，一方面水分子會(huì)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(huì)破壞聚合物中的高分子鍵，從而引起粘接強(qiáng)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(yàn)后，兩種膠的拉伸剪切強(qiáng)度均高于HG/T 3947-2007要求的強(qiáng)度值，粘接性能良好。其中G膠經(jīng)過環(huán)境試驗(yàn)后的拉伸剪切強(qiáng)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(yàn)前和試驗(yàn)后的拉伸剪切強(qiáng)度

4.2 體積電阻率分析

體積電阻率是膠料每單位體積對(duì)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(shí)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(guó)產(chǎn)灌封膠的測(cè)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(yàn)前后，兩種國(guó)產(chǎn)膠的體積電阻率均高于絕緣電阻率3～5個(gè)數(shù)量級(jí)，符合產(chǎn)品對(duì)絕緣電阻率的使用要求。

圖6 試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的體積電阻率

國(guó)產(chǎn)灌封膠D與G的常溫體積電阻率屬于同一數(shù)量級(jí)(1015Ω·cm)，經(jīng)過溫沖試驗(yàn)后體積電阻率均提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，這可能是因?yàn)轶w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(jìn)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(jìn)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(yàn)后，兩種國(guó)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(dá)到飽和，而測(cè)試環(huán)境的濕度低于試驗(yàn)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(jìn)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(yàn)后，體積電阻率可達(dá)到1015Ω·cm，較D膠和HG/T 3947-2007要求的體積電阻率高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(duì)產(chǎn)品尾部的有效灌封可以保證連接器對(duì)絕緣、密封性能的需要，因此對(duì)灌封材料有耐溫性、絕緣性、粘接性等要求。通過對(duì)國(guó)產(chǎn)灌封膠應(yīng)用在連接器產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)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(qiáng)度、密封效果和電絕緣性方面，G膠相對(duì)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(shì)，符合連接器產(chǎn)品規(guī)定和對(duì)使用條件的要求。