淺談有機硅模塑料的國產(chǎn)化應用研究

侯錦秋，韓繼先，姜睿智，郝健男

(沈陽興華航空電器有限責任公司，遼寧沈陽，110144)

1 引言

有機硅模塑料是以硅樹脂為粘結劑，加以固化劑、催化劑、潤滑劑及填料(石棉、石英粉、玻璃纖維等)經(jīng)熔融混煉制得，屬于熱固性塑料。該材料具有良好的耐高低溫性能，可在-60℃～250℃范圍內(nèi)長期使用，短期耐熱可達350℃，并且在高溫下它的機械性能降低很小[1]。同時有機硅模塑料還具有良好的電氣性能：電阻率和擊穿電壓高，介電系數(shù)和介電損耗低，耐電弧、耐電暈的性能優(yōu)良。由于有機硅模塑料中硅樹脂的主鍵是硅-氧結構，鍵能高，不易被紫外光、臭氧和其他射線所分解，因而耐候性好，在自然環(huán)境下使用不易老化。有機硅模塑料同時還具有吸水率低，防潮性好，無腐蝕等特性[2]。

有機硅模塑料被廣泛應用于航空航天工程、電子電氣及儀器儀表等技術領域，如高溫環(huán)境使用的接觸器、連接器等的絕緣結構材料等[3]。

國外有機硅模塑料的研究起始于20世紀60年代，目前有機硅模塑料有產(chǎn)品投放市場的廠家有美國Dow Corning公司、通用電氣公司、日本信越化學公司、東芝電器公司、德國拜耳公司、英國帝國化學公司等。最著名的廠商為美國Dow Corning公司生產(chǎn)歷史最早，品種最多，產(chǎn)量最大。

我國在20世紀70年代對有機硅模塑料進行了開發(fā)，由于我國有機硅模塑料研究起步較晚，在很長一段時間內(nèi)，我國的產(chǎn)品在品種和性能上較國外產(chǎn)品有一定的差距，有的機械強度不夠，有的加工成型工藝不理想(貯存期短、需要現(xiàn)場配制)，存在固化慢，模塑周期長，流動性不夠，充模能力差等問題[4]。

近年來軍工產(chǎn)品原材料國產(chǎn)化的要求越來越高，基于此背景，本文主要對比了國內(nèi)外有機硅模塑料的性能指標，并研究了國產(chǎn)有機硅模塑料在電連接器上的應用情況。

2 理化性能研究

本文對進口某牌號有機硅模塑料以及國產(chǎn)某牌號有機硅模塑料的部分理化性能指標進行測試，試驗樣品見圖1，試驗項目、測試方法及試驗結果見表1。由試驗結果可見，國產(chǎn)有機硅模塑料的彎曲強度、電性能指標均高于進口有機硅模塑料，已解決了與進口材料機械強度相差較大的問題。

(a)國產(chǎn) (b)進口

表1 理化試驗項目及測試方法

3 應用性能研究

3.1 成品試驗驗證

國產(chǎn)有機硅模塑料的應用性能主要指該材料在電連接器產(chǎn)品上的適用性，即經(jīng)各項試驗后電連接器產(chǎn)品能否保證良好的質(zhì)量和可靠性。本文結合ZH83723系列電連接器產(chǎn)品進行了可靠性試驗設計及驗證。

可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的一種手段，通過可靠性試驗能暴露出產(chǎn)品在設計、材料、工藝和環(huán)境適應性等方面的問題[5]。本次研究的可靠性試驗包括環(huán)境試驗、機械試驗、電性能試驗三部分，各項試驗按照GJB 1217A-2009《電連接器試驗方法》執(zhí)行。

本文研究的可靠性試驗參照ZH83723系列產(chǎn)品規(guī)范，將試驗分為A、B兩組進行，試驗項目及試驗結果見表2，產(chǎn)品經(jīng)過全部試驗項目后試驗結果均為合格，證明國產(chǎn)有機硅模塑料在連接器產(chǎn)品上的應用性能良好，符合產(chǎn)品可靠性的要求。

表2 產(chǎn)品可靠性試驗結果

3.2 高溫性能研究

本文重點研究了國產(chǎn)有機硅模塑料的耐高溫性能，高溫試驗分為三部分：高溫絕緣電阻試驗、1093℃高溫烘烤試驗、防火試驗。

其中高溫絕緣電阻試驗的試驗條件為：試驗溫度為500℃，試驗電壓為500V，試驗件為某種型號的絕緣結構件。每間隔一分鐘記錄試驗阻值的變化，試驗時間為45分鐘，高溫電阻試驗結果見圖2。從圖2中可見，0秒時為剛放入爐子的狀態(tài)，前幾分鐘絕緣電阻迅速下降，在達到最低點后，絕緣電阻回升。在第10s以后絕緣電阻值出現(xiàn)反復的波動，這是因為高溫爐在升溫保溫的過程中，爐內(nèi)的溫度圍繞500℃出現(xiàn)波動，因此絕緣電阻值出現(xiàn)波動。

圖2 高溫絕緣電阻試驗結果

1093℃高溫烘烤試驗指：將國產(chǎn)有機硅模塑料試驗件放置在馬弗爐中，從室溫升至1093℃，保溫20min后空冷至室溫。整個試驗過程結束后對比經(jīng)高溫烘烤前后試驗件的狀態(tài)，見圖3。由試驗結果可見高溫后的有機模塑料的顏色變淺，表面變的更加粗糙，試驗件的外形尺寸未發(fā)生明顯變化。這是因為有機硅模塑料的基料為有機硅樹脂，該樹脂分子主鏈結構是-O-Si-O-，在350℃以上時，有機硅樹脂會分解成無機硅氧交聯(lián)結構，此時該材料仍有一定的絕緣性和強度，不像大多數(shù)聚合物成灰或成碳。

圖3 高溫試驗前后狀態(tài)對比

防火試驗是成品試驗測試中的一項，該試驗可確定接好線插合的電連接器在火焰噴過20min后耐火焰的能力，或氣體在電連接器有防火壁一端的耐受能力，在經(jīng)過限定時間內(nèi)電連續(xù)性保持的能力。通過該試驗能考核國產(chǎn)有機硅模塑料作為絕緣結構材料經(jīng)高溫火焰后的耐受性。試驗條件按GJB 1217A-2009方法1009執(zhí)行，并監(jiān)控整個試驗過程見圖4，均符合標準要求，試驗結果為合格，試驗后產(chǎn)品的見圖5。觀察試驗樣品外觀可看出無損壞等現(xiàn)象，防火試驗后的試驗樣品拆開國產(chǎn)硅酮粉絕緣體試驗件保持完好，未出現(xiàn)碳化現(xiàn)象。

圖4 防火試驗

圖5 防火試驗結果

綜上三項研究試驗顯示，國產(chǎn)有機硅模塑料展現(xiàn)出良好的高溫絕緣性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能。

4 結語

本文對國產(chǎn)有機硅模塑料的理化性能進行試驗驗證，同時與進口有機硅模塑料的理化性能進行對比，發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)有機硅模塑料的各項理化性能指標均與進口相當或高于進口指標。經(jīng)成品可靠性試驗驗證，國產(chǎn)有機硅模塑料的應用性能良好，特別是展現(xiàn)出優(yōu)異的耐高溫性能，綜合性能滿足產(chǎn)品可靠性要求，可代替進口材料在電連接器產(chǎn)品上的應用。

隨著軍工產(chǎn)品原材料國產(chǎn)化的要求，國產(chǎn)有機硅模塑料在電連接器行業(yè)上的應用將有著廣泛的應用前景。