膠密封連接器密封失效分析

膠密封連接器密封失效分析

1膠密封連接器的密封性能該器是實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)中能源傳輸、信號(hào)控制和傳輸?shù)奶綔y(cè)器。根據(jù)使用領(lǐng)域和使用環(huán)境的差別,其結(jié)構(gòu)也復(fù)雜多樣。膠密封連接器就是其中一種,它不僅能實(shí)現(xiàn)一般連接器的良好電性能,還能實(shí)現(xiàn)密封性,能夠使對(duì)接端面與外界環(huán)境隔離,以防止水汽、塵埃、有害氣體等進(jìn)入,可用于艙內(nèi)、雷達(dá)等惡劣環(huán)境下工作。膠密封連接器是通過(guò)具有一定彈性和硬度的密封膠粘劑與外殼灌膠腔配合進(jìn)行密封的,因膠密封連接器需要經(jīng)過(guò)溫度沖擊、加速度、高溫、沖擊等嚴(yán)酷的可靠性考核。因此,密封膠粘劑的粘接性能和灌封工藝過(guò)程對(duì)連接器的密封性起著至關(guān)重要的作用。本文通過(guò)對(duì)某型號(hào)膠密封連接器的密封失效問(wèn)題進(jìn)行初步研究,提出一些改進(jìn)措施。2橡膠密封結(jié)構(gòu)和制造2.1防雷槽配合密封某型號(hào)膠密封連接器通過(guò)具有一定彈性和硬度的密封膠(2850CT)材料與外殼灌膠腔的防滑槽配合進(jìn)行密封,密封結(jié)構(gòu)見圖1。由圖1得知,灌膠腔內(nèi)需先后灌注三層膠粘劑。第一層結(jié)構(gòu)膠主要是為了堵漏(防止密封膠在灌封時(shí)流到連接器對(duì)接端);第二層密封膠是實(shí)現(xiàn)連接器的密封性能(密封膠高度需要達(dá)到外殼防滑槽部位);第三層結(jié)構(gòu)膠確保連接器有足夠的強(qiáng)度。2.2流動(dòng)量q的計(jì)算密封膠根據(jù)其配方類型及基體高分子化合物性能的不同,一般分為干性固著型、半干性粘彈型和不干性粘著型。我公司選用的2850CT是屬于半干性粘彈型密封膠,通過(guò)在物質(zhì)表面分子間的相互作用實(shí)現(xiàn)粘接,而半干性粘彈型密封膠失效是由于膠體從粘接面之間被內(nèi)部壓力擠出所造成的,也即粘性流動(dòng)泄漏。根據(jù)粘性流動(dòng)泄漏理論,流動(dòng)量Q存在以下公式:式中,b———粘接面長(zhǎng)度;h———粘接面縫隙;從公式(1)可見,粘接面的間隙h越小越好,粘接面長(zhǎng)度b越小越好,也即受內(nèi)部壓力的面積越小越好;密封膠粘度η越大越好,(一般密封膠溶劑每揮發(fā)10%,粘度約增加一倍),也即密封膠的調(diào)配比例越精確,焙烘溫度與時(shí)間越準(zhǔn)確,固化效果越好;粘接面寬度L越大越好,也即粘接面越充分被密封膠浸潤(rùn)越好。2.3灌封建立及固化首先需要對(duì)密封膠(2850CT)按照比例進(jìn)行稱量,然后充分?jǐn)嚢?另一方面,將外殼進(jìn)行清洗,去除表面的油脂、污漬、水分等,然后對(duì)外殼和基座合件(基座、接觸件打底粘接組成)進(jìn)行灌封第一層結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行堵漏,待結(jié)構(gòu)膠體烘干后,再將基座合件和外殼粘接在一起;在粘接后的外殼合件的灌膠腔需要密封處均勻灌封第二層密封膠(2850CT),最后對(duì)灌封完密封膠的連接器進(jìn)行固化處理,灌封第三層結(jié)構(gòu)膠實(shí)現(xiàn)連接器強(qiáng)度要求。某型號(hào)膠密封連接器密封工藝流程如下圖所示。3密封損失分析3.1密封連接器的可靠性考核某型號(hào)膠密封連接器完成密封工藝流程后要進(jìn)行一系列的可靠性考核,包括密封檢測(cè),溫度循環(huán),溫循后密封檢測(cè)。其中溫度循環(huán)條件為-40℃~60℃,10次,變溫速度±2℃/min,保溫時(shí)間各30min;密封檢測(cè)條件為一個(gè)大氣壓下氦氣檢漏。對(duì)104只某型號(hào)膠密封連接器進(jìn)行可靠性考核,密封檢測(cè)后17只失效,失效率為16.5%,溫度循環(huán)后再次密封檢測(cè)18只失效,失效率為21%。通過(guò)考核數(shù)據(jù)我們不難發(fā)現(xiàn),某型號(hào)膠密封連接器在進(jìn)行溫度循環(huán)后失效率很高。對(duì)失效膠密封連接器進(jìn)行解剖分析,發(fā)現(xiàn)失效現(xiàn)象有以下幾種:密封膠無(wú)彈性,密封膠粘接面寬度偏小,外殼與密封膠粘接面存在污物。失效膠密封連接器解剖圖如下。3.2密封膠失效原因某型號(hào)膠密封連接器的密封失效,主要是由于粘接處的粘接強(qiáng)度差或粘接面問(wèn)題。這些缺陷形成了潛在的隱患,在機(jī)械應(yīng)力(密封檢測(cè))以及后期的溫度循環(huán)(熱應(yīng)力)作用下最終導(dǎo)致密封檢測(cè)失效。通過(guò)失效案例中的現(xiàn)象分析,造成某型號(hào)膠密封連接器密封檢漏失效的原因有以下幾點(diǎn):1)雙組份2850CT膠液沒有完全混合雙組份膠液需要在完全混合情況下實(shí)現(xiàn)其功能最大化,某型號(hào)膠密封連接器所用2850CT密封膠是由STYCAST2850CT、CATALYSTGEL兩組膠液混合。當(dāng)膠液由于長(zhǎng)期存放,液體底部會(huì)形成結(jié)晶(該結(jié)晶為膠液有效成分)。這時(shí)進(jìn)行兩組膠液按比例混合,則比例不精準(zhǔn),沉淀結(jié)晶已經(jīng)影響該部分膠液的真實(shí)成分。另外,兩組份膠液混合不完全也會(huì)直接造成密封膠的成分改變,致使密封粘度η下降,使性能大打折扣,出現(xiàn)粘接強(qiáng)度差,膠液無(wú)彈性等情況,是密封膠失效的原因之一。2)2850CT膠液混合后氣泡未完全排出由于雙組份膠液需要混合攪拌,在攪拌后會(huì)形成少量氣泡,若不能完全將氣泡排出,熱固化后氣泡在灌膠腔內(nèi)會(huì)形成空洞。由于密封膠有很大的彈性量,在溫度循環(huán)過(guò)程中,膠液與空洞內(nèi)外空氣的熱膨脹系數(shù)差異很大,出現(xiàn)熱不匹配使得空洞附近的密封膠性能退化,隨著多次溫度循環(huán),在應(yīng)力的不斷作用下,退化位置會(huì)逐漸擴(kuò)大,最終造成密封粘度η下降,是密封膠失效的原因之一。這也是失效案例中溫度循環(huán)后密封失效率很高的原因。3)粘接面存在水汽某型號(hào)膠密封連接器在進(jìn)行灌密封膠前,需要清洗外殼和接觸件表面,以去除粘接面表面污漬。但由于清洗過(guò)程金屬外殼和接觸件有很好的親水性,粘接面表面會(huì)形成一層水分子膜,在后續(xù)的吹干過(guò)程中若這層水汽沒有被完全去除,那么,水膜會(huì)阻礙密封膠與粘接面的直接接觸,從而降低密封膠與粘接面的浸潤(rùn)性,降低二者之間的粘接作用力。這時(shí),潛在的密封泄漏隱患已經(jīng)形成。如果此時(shí)密封膠混合過(guò)程尚有未去除的氣泡(也即失效原因中的2條),在熱固化過(guò)程中,水汽滲透進(jìn)入氣泡內(nèi),導(dǎo)致密封膠層的結(jié)構(gòu)疏松,粘接強(qiáng)度將會(huì)下降,也即密封粘度η下降,是密封膠失效的原因之一。4)粘接面有污物某型號(hào)膠密封連接器基座合件、外殼在粘接前進(jìn)行了清洗,以避免外殼零件或基座合件表面存在油污等影響與密封膠的有效粘接。在其后的堵漏過(guò)程外殼卻存在著被二次污染的可能:當(dāng)基座合件傾斜裝入,則會(huì)導(dǎo)致基座合件凸臺(tái)周圈的結(jié)構(gòu)膠液污染到外殼,造成該處的粘接面密封膠不能與外殼有效粘接。結(jié)構(gòu)膠屬于硬、脆的結(jié)構(gòu)膠,當(dāng)應(yīng)力作用時(shí),被污染部位的結(jié)構(gòu)膠與外殼之間形成微縫,產(chǎn)生漏氣,是密封膠失效的原因之一。5)粘接面寬度偏小密封膠粘度η達(dá)到預(yù)期值時(shí),受某型號(hào)膠密封連接器對(duì)接端口尺寸限制,粘接面長(zhǎng)度b和粘接面縫隙h確定,根據(jù)流動(dòng)泄漏理論,若想要密封膠流動(dòng)量Q小,則需要粘接面寬度L大。某型號(hào)膠密封連接器的粘接面寬度L為3.7mm~4.7mm,也即粘接面寬度在此范圍內(nèi)能夠滿足密封合格條件。反之,當(dāng)粘接面寬度偏小,在受內(nèi)壓作用時(shí)密封膠流動(dòng)量則會(huì)越大。這種固有缺陷將對(duì)其后續(xù)使用過(guò)程帶來(lái)可靠性隱患,是密封膠失效的原因之一。4改進(jìn)項(xiàng)目的想法針對(duì)上述分析提出以下幾點(diǎn)控制措施:4.1cfd-ld-cs密封膠溫度和配比對(duì)其彈性硬度的影響1)灌封操作人員調(diào)配密封膠時(shí)注意檢查2850CT密封膠液是否有結(jié)晶狀物體沉淀,若有少量的結(jié)晶狀物體沉淀可將密封膠用調(diào)膠棒進(jìn)行攪拌,使結(jié)晶狀物體沉淀溶解。若結(jié)晶狀物體沉淀過(guò)多無(wú)法攪拌使其溶解將密封膠加熱至+50℃~+60℃,直至所有的晶體溶解。2)2850CT密封膠的調(diào)膠比例在4~5∶1之間,在使用每一桶新密封膠時(shí),先按4∶1~5∶1(共6種)不同的配比,橡塑硬度計(jì)對(duì)膠體進(jìn)行彈性硬度測(cè)量,如圖4所示。膠體最佳配比的彈性硬度數(shù)值為(2~8)度,如果6種配比中有2種以上配比的彈性硬度數(shù)值均滿足(2~8)度,此時(shí)以最小彈性硬度數(shù)值為優(yōu)選配比。確定出最佳配比后將最佳配比數(shù)據(jù)及日期貼在密封膠桶上,所有灌封人員需按照最佳配比進(jìn)行調(diào)膠。4.2混合后，泡沫處理按比例混合后的密封膠,將其裝盤放入真空箱中真空去泡處理,處理后需注意不能再攪拌,以免二次生成氣泡。4.3分液x型表面活性劑將原來(lái)的堵漏工藝中的結(jié)構(gòu)膠粘劑涂抹的位置,從基座合件凸臺(tái)周圈改為外殼臺(tái)階處,以避免基座合件裝入外殼過(guò)程結(jié)構(gòu)膠粘劑污染外殼。具體操作時(shí)采取用合適的注射器、針管將結(jié)構(gòu)膠粘接膠均勻涂在外殼與基座配合的臺(tái)階上(周圈),將已裝好接觸件的基座合件裝入外殼內(nèi)。4.4解決2.2堵漏工藝的冷卻器出現(xiàn)冷凝有報(bào)道稱,被粘接的物質(zhì)經(jīng)過(guò)150℃,10h高溫烘烤后,水汽含量可降至5000ppm,考慮堵漏結(jié)構(gòu)膠粘劑的固化問(wèn)題,將原來(lái)的外殼、基座合件吹干工序,調(diào)整為基座合件堵漏前清洗接觸件,堵漏后對(duì)基座合件和外殼80℃烘干處理,以去除外殼超聲波清洗時(shí)的水汽和接觸件擦拭后的水汽。4.5控制膠量、不起泡采用帶刻度的專用注射器取代調(diào)膠棒進(jìn)行灌密封膠,這樣便于控制膠量,也便于觀察灌密封膠的寬度L值,且密封膠過(guò)渡平滑自然,不易再起氣泡。綜上所述,改進(jìn)后的某型號(hào)膠密封連接器密封工藝流程如圖6。5經(jīng)營(yíng)過(guò)程中,連接器與密封壓檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果為按照以上工藝改進(jìn)進(jìn)行生產(chǎn)加工了450只某型號(hào)膠密封連接器,分三次生產(chǎn),密封合格率分別是100%,99%,94.7%,且密封失效均在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)。從中抽取10只連接器摸底試驗(yàn),進(jìn)行100次循環(huán)高低溫沖擊試驗(yàn),每10次循環(huán)后檢查密封性,試驗(yàn)結(jié)果為10只連接器在100次循環(huán)后檢測(cè)密封性仍合格。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐,本文提出的工藝改進(jìn)措施對(duì)某型號(hào)膠密封連接器的密封性能的提高非常有效。6某型號(hào)膠密封連接器的密封性能連接器