YGM-6硅橡胶:总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因与解决方法_一点汽车网


YGM-6硅橡胶:总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因与解决方法



  
2019-04-13         理化检验物理分册苗蓉丽        

电器接插件的封装大多采用模塑料,某新型空空导弹总线插头有耐高、低温及柔性装配的特殊要求,因此采用YGM-6硅橡胶进行灌封。YGM-6硅橡胶为室温硫化硅橡胶,其具有优异的耐高、低温性,对钢、铜、银、铝等金属不产生腐蚀,可在-110~200℃下长期使用,广泛应用于航空电器电子产品中,但其强度低、与基材的黏接力弱、延伸性能差。某总线插头在装配过程中出现批次性灌封胶脱黏和开裂现象,如图1所示,可见灌封胶与金属本体接触部位脱黏,直角弯处的灌封胶开裂,甚至断裂,严重影响到产品交付。


笔者通过不同检验方法,对总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因进行了分析,以期从根本上解决该类质量问题。

YGM-6硅橡胶:总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因与解决方法

图1总线插头灌封胶脱黏和开裂宏观形貌


理化检验


1断口分析


总线插头受结构尺寸限制,灌封胶与金属本体的接触面积较小,灌封胶层的厚度较薄。在总线插头装配过程中,由于空间限制,总线插头处于受力状态,在弯折应力的作用下,总线插头出现批次性灌封胶脱黏和开裂现象。这两种失效现象的机理和破坏模式不同,灌封胶与金属本体接触部位脱黏,金属表面基本无灌封胶残留,是典型的界面破坏模式,表明灌封胶与金属本体的黏接强度低于装配时的弯折应力,在弯折应力作用下,黏接界面出现脱黏现象;而总线插头直角弯处的灌封胶开裂,甚至断裂,是内聚破坏模式,表明灌封胶本身的聚合强度低于弯折应力,在弯折应力作用下,灌封胶出现开裂现象。总线插头YGM-6硅橡胶灌封胶同时出现界面破坏和内聚破坏,表明YGM-6硅橡胶本身的强度和延伸率偏低,且与金属的黏接强度也偏低,不能满足总线插头的使用工况。


2力学性能试验


依据GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》,采用I型试样进行拉伸试验;依据GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分:邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行硬度测试,采用厚度为2mm的标准试样,3片叠加来进行测试;依据GB/T 15254-2014《硫化橡胶与金属粘接180°剥离试验》进行180°剥离强度测试,相关试验结果见表1。

YGM-6硅橡胶:总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因与解决方法

表1硅橡胶力学性能试验结果


可见YGM-6硅橡胶的各技术指标均满足企业标准的技术要求。


3地面试验


采用高延伸率硅橡胶灌封总线插头制备对比试样,对其进行如下试验:


弯曲试验


用手对其进行45°的20次弯折,未发现插头交界面、直角拐弯处的灌封硅橡胶开裂或脱黏。


电性能测试


用电缆测试仪对总线进行电性能测试,测试合格。


总体装配


与全弹装配,总线装配尺寸符合要求。


总体联试


用系统联试弹进行总体性能测试,总线工作正常。


环境试验


试验件经过10个温度循环、10个周期湿热、高温贮存、低温贮存、高温工作、低温工作、冲击、振动等试验后,试验件电性能测试合格,均满足使用要求,灌封硅橡胶未出现开裂和脱黏问题。


插装试验


将试验件又进行20次插装试验和50次弯扭试验,试验结束后,试验件电性能测试合格,灌封硅橡胶未出现开裂和脱黏问题。


老化试验


试验件暴露在室外自然条件下1年,每月一次监测试验件的外观和电性能,电性能测试均合格,未出现发黏、软化、硬化、裂纹等老化现象。


4空中试验


将对比试样总装到靶试产品中,经空中试验考核,满足某型导弹的使用要求。


分析与讨论


1胶料的选择


高延伸率硅橡胶是一种耐高低温、高强度、高延伸率的新型硅橡胶,其延伸率约为YGM-6硅橡胶的4倍,颜色与YGM-6硅橡胶相近,硬度低于YGM-6硅橡胶的,且易于装配。由表1可知,高延伸率硅橡胶无论是常温性能还是高温性能都显着优于YGM-6硅橡胶的,其优异的延伸性能和抗剥离性能,保证了总线插头灌封部位柔韧牢固,装配使用中不会出现开裂和脱黏问题。


2成型工艺参数的确定


在总线插头生产中,硅橡胶灌封在插头集束导线外面,由于产品条件的限制,其成型工艺条件为室温下24h再进行70℃下24h的补充固化。高延伸率硅橡胶的成型工艺条件与YGM-6硅橡胶一致,能够满足总线插头的硫化温度的要求,适用于现有的成型设备、工装和模具,现有的设备不需改造,具有可操作性。


3增黏底涂的应用


总线插头的金属本体为不锈钢材料,界面活性低,灌封料难以浸润,使用硅橡胶进行黏接密封时易出现脱黏等问题,出现界面破坏,通常会采用底涂方式处理金属基材,改善黏接情况。底涂涂料是分子中同时具有2种不同的反应基团的有机硅化合物。底涂工艺通过改变金属基材表面的浸润状态,使硅橡胶与金属基材之间形成稳定的化学键连接模式,显着提高硅橡胶对金属界面的黏接性能,在实际生产中得到广泛的使用。


选取与总线插头金属本体相同牌号、相同表面处理状态的不锈钢,选取与高延伸率硅橡胶匹配的底涂涂料,在金属基材表面薄薄地涂抹一层,晾置20min,用高延伸率硅橡胶进行黏接,固化后,依据GB/T 7124-2008《胶黏剂拉伸剪切强度测定》进行黏接性能测试,试验结果见表2。

YGM-6硅橡胶:总线插头灌封胶脱黏和开裂的原因与解决方法

表2底涂前后剪切强度试验结果


通过涂抹底涂涂料,在黏接界面形成金属-表面处理剂-橡胶的结合层,改善硅橡胶与金属本体的界面性能,增强黏接力,保证了总线插头灌封胶与金属本体接触部位黏接可靠。


4老化性能的评估


橡胶灌封料在使用过程中存在老化问题,随着产品装配后结构中应力的变化,橡胶材料的老化速度加快,力学性能下降,从而影响产品使用寿命。


依据HB/Z 138-1988?航空橡胶混炼胶选用原则和橡胶制品寿命控制规范?,总线插头灌封胶选用的新型高延伸率硅橡胶为耐老化性能较好的Ⅱ类橡胶,此类橡胶在战斗机上具有10a(年)的使用寿命。国内依据GJB 92.2-1986?热空气老化法测定硫化橡胶贮存性能导则第三部分:统计方法?开展的多项研究结果表明,常温贮存条件下硅橡胶使用寿命在15a以上,能够满足产品的寿命周期要求。


结论及建议


YGM-6硅橡胶灌封胶强度低,延伸率小,黏接强度低,在总线装配过程中弯折应力的作用下,总线插头出现灌封胶开裂或脱黏的质量问题。为确保总线插头灌封胶的黏接强度和抗弯折性,建议采用高延伸率硅橡胶与底涂工艺对总线插头进行封装。

 
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