環氧樹脂膠在電連接器中的應用及壽命研究

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(沈陽興華航空電器有限責任公司，遼寧沈陽，110144)

1 引言

環氧樹脂膠是一種重要的熱固性樹脂膠水，因其具有優良的機械性能、電絕緣性能、耐化學腐蝕性能、耐熱及良好的粘接性能，因此用它配制的環氧樹脂膠粘劑素有“萬能膠”之稱。作為一類高分子材料，廣泛應用于包裝、建筑、汽車、電子、制鞋、紡織、塑料、木材、光學、醫療衛生、航空航天、海洋運輸等領域。電連接器領域使用環氧樹脂膠粘劑具有很長的歷史，早在上世紀八十、九十年代就有產品開始采用環氧樹脂膠粘劑作為粘接材料。

從環氧樹脂膠粘劑對電連接器實現的功能來看，其對產品的可靠性、安全性起著重要影響作用。但作為有機高分子材料，環氧樹脂膠粘劑在使用過程中同樣存在有機材料的共性問題--老化現象，即表現為粘接性會隨時間增長而降低。老化原因主要有兩種：一是材料自身性能的緩慢改變(內因)；二是在高溫、高濕、輻照、鹽霧、應力、疲勞、霉菌、砂塵等特殊環境下性能的改變(外因)[1]。然而，電連接器安裝于電子設備后通常隨設備一起要求有較長的使用壽命，我國軍用電連接器規定的使用期一般為15年左右，故采用環氧樹脂膠粘劑的產品應在規定的使用期限要求內保證良好的粘接性能，避免因膠粘劑失效導致產品性能下降。

2 環氧樹脂膠粘劑的應用

電連接器中采用環氧樹脂膠粘劑主要用于殼體與絕緣體間或絕緣體與接觸件間的固定，有些產品中也會采用環氧樹脂膠粘劑在固定絕緣體的同時兼具灌封功能實現防潮、防塵。環氧樹脂膠粘劑種類很多，連接器廠商根據產品的使用溫度、應用場合等選擇耐熱等級、強度方面等適用的膠粘劑。圓形電連接器使用環氧樹脂膠粘劑較多且非常廣泛，如符合GJB599的JY系列、J599系列，符合GJB598的YBⅠ系列、YBⅡ系列，俄標的PC系列、MP1系列等；矩形電連接器使用環氧樹脂膠粘劑相對較少，如俄標的CFKM系列等；大多數濾波插座(包括圓形、矩形)通常也會使用環氧樹脂膠粘劑。環氧樹脂膠粘劑的在連接器中的使用形式主要包括如下兩個方面：

a) 采用環氧樹脂膠粘劑固定絕緣體，防止絕緣體在殼體內的軸向移動，粘接結構示意圖見圖1(左)。

b) 采用環氧樹脂膠粘劑在殼體尾部進行灌封用于固定絕緣體及接觸體，同時具有防潮功能，粘接結構示意圖見圖1(右)。

圖1 粘接結構示意圖

3 壽命分析

3.1 粘接理論

膠粘劑與被粘物表面之間通過相互吸引和連接作用的力稱為粘接力。粘接力的來源是多種力的疊加作用，主要包括化學鍵力、分子間的作用力、界面靜電力、機械作用力，其中分子間的作用力是粘接力的主要來源[1]。

如前所述，膠粘劑在外因與內因的作用下，會出現老化現象。室溫貯存的條件下，環氧樹脂膠粘劑材料自身性能的改變非常緩慢(內因)，穩定性非常好，是公認的使用壽命較長的材料之一。外因(如高溫、高濕、應力等)是影響膠粘劑材料老化的另一因素，其中溫度、鹽溶液、濕度、紫外線等是導致膠粘劑老化的主要因素。

環氧樹脂類的材料穩定性高，正常貯存下性能變化很小，該類材料還沒有形成加速老化的規范。目前已有大氣暴露老化試驗、熱老化試驗、濕熱老化試驗等加速老化的研究，但據此推測室溫貯存下性能的變化并不成熟，更多的是判斷在環境作用下性能的變化。國內外尚且沒有加速老化試驗與膠粘劑壽命的對應關系的相關標準。因此本文未從加速老化方面進行試驗研究，主要從環氧樹脂膠粘劑在產品中的實際應用情況進行分析。

3.2 試驗考核分析

使用環氧樹脂膠粘劑的電連接器種類很多，表1列舉了目前廣泛應用的一些系列產品在標準中規定的對膠粘劑性能有影響的試驗項目，主要包括高溫、溫度沖擊、鹽霧、絕緣安裝板固定性、交變濕熱、液體浸漬、臭氧暴露等試驗。雖然不能根據試驗內容推斷環氧樹脂膠粘劑的老化情況及最終使用壽命，但在一系列的影響膠粘劑老化試驗后，膠粘劑的粘接性仍然能夠保證產品的性能要求，說明環氧樹脂膠粘劑具有良好的耐環境老化性能。從環氧樹脂膠粘劑在連接器中實現的功能來看，膠粘劑主要起到固定絕緣體的作用，列舉的各系列產品均已完成鑒定試驗，產品滿足規范要求，且未出現絕緣體脫出、松動現象。

表1 影響膠粘劑性能的試驗內容

3.3 外場使用調研及試驗分析

為了解采用環氧樹脂膠粘劑的生產的連接器經過多年后的實際使用狀態，特有針對性了走訪了連接器使用單位、航修廠進行調研。并對絕緣安裝板固定性情況進行了針對性的詢問，在設備維護及大修期間未發現過絕緣安裝板脫落或松動現象。連接器在隨飛機多年飛行使用中，未出現過連接器絕緣安裝板固定性問題造成的飛行任務失敗問題。走訪調研期間在使用單位搜集到了已使用12～14年的采用環氧樹脂膠粘劑生產的符合GJB599系列的連接器，產品照片見圖2，具體型號及生產日期見表2。

圖2 采樣樣品示例

序號產品型號生產年月數量1JY27473T14B97SN2003.103只2J599/26FJ04SN2004.63只3J599/26FA98SN2004.113只4JY27473T10F99SN2005.52只5J599/26WC08SN2005.111只

為驗證環氧樹脂膠粘劑經過長期使用后的性能能否滿足產品的使用需要，對采樣回來的產品進行試驗測試。由于環氧樹脂膠粘劑的作用在于將絕緣體固定在殼體上，據此對產品進行絕緣安裝板固定性試驗。絕緣安裝板固定性試驗目的為確定電連接器中絕緣安裝板的固定機構的適應性和絕緣安裝板材料的強度，以及確立連接器耐受組裝的接觸件在嚙合和分離力作用下產生的軸向負荷的能力。

試驗方法及要求按GJB 599A-1993的要求進行，圖3為試驗過程照片，試驗結果均合格，詳見表3。試驗的產品年代最久遠的為2003年生產，其余為2004年～2005年生產，試驗證明了環氧樹脂膠粘劑在至少12～14年內其粘接性能能夠滿足連接器的使用要求。而對于絕緣安裝板固定性的要求，各系列產品中以GJB599系列產品的指標要求最為嚴酷。

圖3 絕緣安裝板固定性試驗

序號試驗方法試驗要求試驗產品型號結論12345 連接器的絕緣體承受70N/cm2(不小于113N)的軸向力 絕緣體保持在殼體中正確位置上,不產生龜裂、破碎與殼體分離或松動等現象JY27473T14B97SN合格J599/26FJ04SN合格J599/26FA98SN合格JY27473T10F99SN合格J599/26WC08SN合格

4 結論

雖然膠粘劑隨著時間增長及環境變化會出現老化問題，但根據本文分析，電連接器中采用的環氧樹脂膠粘劑在經過長期使用后，其粘接性能仍能夠滿足產品性能要求。實際使用證明膠粘劑的老化是一個非常緩慢的過程，可以滿足電連接器長期使用壽命的要求。