DG-3S環(huán)氧膠在軍用電纜組件中的應(yīng)用研究

DG-3S環(huán)氧膠在軍用電纜組件中的應(yīng)用研究摘要：本文根據(jù)DG-3S雙組份環(huán)氧膠的關(guān)鍵特性，簡要介紹了不同的使用場景需選用不同等級環(huán)氧膠的考慮要素，通過對軍用電纜組件中使用的DG-3S環(huán)氧膠存在的三個(gè)主要問題點(diǎn)進(jìn)行原因分析，查找對策，有效的改進(jìn)了DG-3S與導(dǎo)線不粘膠、產(chǎn)生氣泡、膠體變色缺陷，極大的提升了軍用電纜組件灌封工序的合格率。關(guān)鍵詞：DG-3S環(huán)氧膠脫氟氣泡變色不粘膠1引言軍用電纜組件是獨(dú)立于系統(tǒng)或是整機(jī)、通過各種類型的連接器、元器件以及連接器與導(dǎo)線互聯(lián)而成，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)或整機(jī)中各個(gè)獨(dú)立模塊之間的通信或是電氣連接。將電纜組件從系統(tǒng)或是整機(jī)上獨(dú)立出來，一方面可以縮短加工制作周期，另一方面可以減輕系統(tǒng)或整機(jī)的負(fù)擔(dān)，便于組裝、維修和更換，一旦整機(jī)或是系統(tǒng)出現(xiàn)故障，可以進(jìn)行快速排障[1]。軍用電纜組件中不僅連接器使用到環(huán)氧膠，在線束上同樣也使用到環(huán)氧膠，環(huán)氧膠的應(yīng)用非常廣泛。本文就一種DG-3S環(huán)氧膠在軍用電纜組件中的應(yīng)用進(jìn)行研究，通過分析其性能以及在使用中存在的問題，提出應(yīng)對措施。2DG-3S環(huán)氧膠的特性及選用DG-3S為雙組份改性環(huán)氧樹脂膠粘劑，具有較寬的工作溫度范圍（-60℃～150℃）以及低高溫均可固化的特點(diǎn)（-5℃～0℃條件下亦可固化），同時(shí)具有良好的耐介質(zhì)性、耐油、耐水、耐酸堿、膠層韌性好、膠合件應(yīng)力小等特點(diǎn)，在公司軍用電纜組裝件中應(yīng)用廣泛。DG-3S環(huán)氧膠除了用作粘接、密封和灌封保護(hù)外，逐步向功能性的方向發(fā)展，如導(dǎo)熱、導(dǎo)電、導(dǎo)磁、共性覆膜涂料等[2]。在軍用電纜組件工藝設(shè)計(jì)時(shí)選用DG-3S環(huán)氧膠，必須考慮這幾個(gè)因素：1）與電子元器件基材的膨脹系數(shù)和內(nèi)應(yīng)力相當(dāng)；2）滿足阻燃和高溫的要求，防止出現(xiàn)短路和燃燒；3）露天使用時(shí)需考慮耐氣候老化；4）滿足航天航空作為結(jié)構(gòu)膠的耐振動疲勞和耐蠕變性；5）在非特殊場景使用必須考慮到膠的經(jīng)濟(jì)性和效率，選用常規(guī)低成本膠液即可。不同的使用場景，對DG-3S的需求是有差異的，需結(jié)合上述要素進(jìn)行合理選用。3DG-3S在軍用電纜組件中使用存在的問題DG-3S環(huán)氧膠在軍用電纜組件中主要有兩種用途：灌封和堆膠。作為連接器的灌封體，主要是有腔灌注，固化后作為連接器的結(jié)構(gòu)體，除了抗剪切力強(qiáng)和硬度高以外，還能承受良好的介質(zhì)耐壓性能；作為線束上的堆膠體，主要是用來線束保護(hù)和支撐成型。DG-3S環(huán)氧膠主要是采用灌封工藝技術(shù)，傳統(tǒng)的做法是將A、B兩個(gè)組份的牙膏管狀包裝的膠液擠出到潔凈玻璃板上，使用電子秤進(jìn)行A膠、B膠按比例稱量后，攪拌均勻，然后借助相應(yīng)的設(shè)備和工具進(jìn)行灌注，借助于一定的溫度后固化成型，比較先進(jìn)的做法是采用混膠設(shè)備或者均質(zhì)機(jī)進(jìn)行。在軍用電纜組件的使用過程中，存在如下主要的問題：（1）導(dǎo)線周邊裂縫（不粘膠）DG-3S環(huán)氧膠在使用過程中，經(jīng)常發(fā)生導(dǎo)線與膠體不粘膠，導(dǎo)線周邊出現(xiàn)裂縫的情況，見圖1所示。分析其原因主要是導(dǎo)線的絕緣層大多數(shù)為聚四氟乙烯材料，聚四氟乙烯分子中C-C鍵被外層的氟原子緊密包圍，化學(xué)鍵為對稱結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度大，當(dāng)其與DG-3S環(huán)氧膠接觸時(shí)，分子間很難擴(kuò)散發(fā)生高聚物反應(yīng)，同時(shí)由于其表面能低，DG-3S環(huán)氧膠在其表面不能充分潤濕，因而粘附能力差，外徑越粗的導(dǎo)線接觸面積越大，越容易在使用過程中形成裂縫。圖1DG-3S膠體與導(dǎo)線裂縫（2）氣泡DG-3S環(huán)氧膠為雙組份膠，使用到電纜組件上后，經(jīng)常發(fā)生固化后產(chǎn)生氣泡的不合格品，見圖2所示。分析產(chǎn)生氣泡的原因主要有四類：1）雙組份膠在使用前必須按照比例進(jìn)行混膠，混膠攪拌過程中，膠液粘附空氣，由于膠液粘度大而稠密，空氣難以排出，導(dǎo)致膠體內(nèi)出現(xiàn)氣泡；2）在灌封過程中帶入的空氣產(chǎn)生氣泡。特別是針對灌膠腔比較狹小的情況，灌膠過程中膠液填不滿狹小空間形成空洞，將空氣封閉在膠體里面，在加熱固化過程中，空氣會上升，來不及逸出的空氣會在膠體里面形成氣泡；3）DG-3S固化過程中產(chǎn)生氣泡。DG-3S固化過程是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過程，在化學(xué)反應(yīng)過程中會產(chǎn)生氣體，氣體在膠體里面上升過程中，膠液同時(shí)也在固化，同時(shí)膠液粘度比較高，來不及逸出的氣體在膠體里面匯集成氣泡；4）電纜組件產(chǎn)品的濕氣及膠液本身的濕氣產(chǎn)生氣泡。由于環(huán)境問題，產(chǎn)品及膠液本身會有一定的濕氣，DG-3S是在80℃條件下固化，在固化過程中，濕氣在溫度的作用下汽化，來不及逸出也會在膠體里面產(chǎn)生氣泡。圖2DG-3S膠體氣泡（3）膠體變色DG-3S環(huán)氧膠體變色主要是產(chǎn)品需要進(jìn)行溫度沖擊試驗(yàn)，不同的時(shí)間進(jìn)試驗(yàn)箱，試驗(yàn)后的膠體存在顏色差異，變色情況見圖3所示，從左到右顏色依次為中等變色、輕微變色、嚴(yán)重變色。圖3DG-3S膠體顏色變化批次間存在的差異影響產(chǎn)品的交付，因此從原材料本身和外部因素查找原因。DG-3S成分中影響顏色的主要來源為礦石層巖料顏色變化，因地理因素影響，其可控性較差，人為改變性較低，若其巖料層顏色成分發(fā)生改變，在單組分時(shí)即可發(fā)現(xiàn)膠液顏色異常，因此對膠本身構(gòu)成成分改變導(dǎo)致的膠液顏色差異不進(jìn)行深入分析，僅對外部造成的可能因素進(jìn)行分析。根據(jù)實(shí)際工藝經(jīng)驗(yàn)可歸納為以下三點(diǎn)：1）高溫烘焙的影響：隨著溫度的增加，膠體顏色加深；2）膠液混合比例不同：隨著A組份含量的增加，膠體顏色變深加?。?）焙烘時(shí)長不同：烘箱中高溫固化時(shí)間越長，膠液顏色變紅程度越深。4改進(jìn)對策針對DG-3S環(huán)氧膠在軍用電纜組件中存在的導(dǎo)線周邊裂縫（不粘膠）、氣泡、膠體變色三類主要故障進(jìn)行改進(jìn)，提升產(chǎn)品合格率。（1）導(dǎo)線周邊裂縫（不粘膠）的改進(jìn)導(dǎo)線的絕緣層為聚四氟乙烯材料，通過對聚四氟乙烯材料表面進(jìn)行脫氟（萘鈉）處理，增強(qiáng)其表面極性和張力，從而解決了與DG-3S環(huán)氧膠的不粘性。具體的處理工藝為：用無水乙醇清潔導(dǎo)線表面的臟物，待液體揮發(fā)干燥后，室溫下放入調(diào)配好的萘鈉處理液中，按照規(guī)定的時(shí)間取出，在常溫流水下進(jìn)行沖洗，然后在熱水中二次清洗去除殘留的氰化鈉和氫氧化鈉，脫氟處理完畢的導(dǎo)線表面會存在一定程度的變色，證明脫氟成功。脫氟劑一般只對氟塑料表面5微米以內(nèi)的深度進(jìn)行處理，而一般導(dǎo)線絕緣層的厚度在這個(gè)深度的幾十倍以上，完全不會影響導(dǎo)線內(nèi)部材質(zhì)的各項(xiàng)性能。（2）氣泡的改進(jìn)DG-3S氣泡主要是由混膠、灌封過程、固化、產(chǎn)品或者膠液濕氣等因素產(chǎn)生，針對這些因素采取措施：1）混膠過程采用自動調(diào)膠設(shè)備，過程中伴隨加熱增加流動性和抽真空以便更好的排出膠體黏附的空氣造成的氣泡；2）灌封過程中，針對窄小灌膠空間的結(jié)構(gòu)，采取先堵漏將細(xì)縫等填充滿，再進(jìn)行灌封，灌封過程也可輔助抽真空，排出狹小空間隱藏的氣泡；3）膠體焙烘固化過程中，采用抽真空烘箱，排出化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡；4）產(chǎn)品或者膠液本身的濕氣，則可采取預(yù)焙烘的方式進(jìn)行除濕。（3）膠體變色的改進(jìn)通過分析膠體變色的三個(gè)外部因素，制定的改進(jìn)對策為控制溫度試驗(yàn)的溫度和時(shí)間，使其控制在工藝規(guī)定的正確范圍內(nèi)，并在試驗(yàn)箱內(nèi)合理擺放產(chǎn)品，不堆積，以便溫度對流均勻；制定膠液顏色的判定規(guī)則，做比色板進(jìn)行批次一致性控制；對于使用混膠機(jī)設(shè)備所調(diào)和的膠液，膠體通過設(shè)備閥門調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)A、B膠混合比例浮動，縮窄公差帶，實(shí)現(xiàn)比例的偏差控制，同時(shí)往自動混交設(shè)備中添加膠液時(shí)，需記錄膠液的批次，同批次產(chǎn)品必須使用同批次膠液。5結(jié)論本文通過對DG-3S環(huán)氧膠本身的特性進(jìn)行分析，概述了不同的使用場景需選用不同等級的環(huán)氧膠的考慮要素，既能滿足高效又能滿足經(jīng)濟(jì)性要求。通過對軍用電纜組件中使用的DG-3S環(huán)氧膠存在的三個(gè)主要問題點(diǎn)進(jìn)行原因分析，查找對策，有效的改進(jìn)了D