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某新型空空導(dǎo)彈總線插頭灌封膠脫黏開裂原因分析

2019-04-03 09:48:31 作者：《理化檢驗(yàn)—物理分冊(cè)》來源：苗蓉麗分享至：

電器接插件的封裝大多采用模塑料，某新型空空導(dǎo)彈總線插頭有耐高、低溫及柔性裝配的特殊要求，因此采用YGM-6硅橡膠進(jìn)行灌封。YGM-6硅橡膠為室溫硫化硅橡膠，其具有優(yōu)異的耐高、低溫性，對(duì)鋼、銅、銀、鋁等金屬不產(chǎn)生腐蝕，可在-110~200℃下長(zhǎng)期使用，廣泛應(yīng)用于航空電器電子產(chǎn)品中，但其強(qiáng)度低、與基材的黏接力弱、延伸性能差。某總線插頭在裝配過程中出現(xiàn)批次性灌封膠脫黏和開裂現(xiàn)象，如圖1所示，可見灌封膠與金屬本體接觸部位脫黏，直角彎處的灌封膠開裂，甚至斷裂，嚴(yán)重影響到產(chǎn)品交付。

筆者通過不同檢驗(yàn)方法，對(duì)總線插頭灌封膠脫黏和開裂的原因進(jìn)行了分析，以期從根本上解決該類質(zhì)量問題。

圖1 總線插頭灌封膠脫黏和開裂宏觀形貌

理化檢驗(yàn)

1斷口分析

總線插頭受結(jié)構(gòu)尺寸限制，灌封膠與金屬本體的接觸面積較小，灌封膠層的厚度較薄。在總線插頭裝配過程中，由于空間限制，總線插頭處于受力狀態(tài)，在彎折應(yīng)力的作用下，總線插頭出現(xiàn)批次性灌封膠脫黏和開裂現(xiàn)象。這兩種失效現(xiàn)象的機(jī)理和破壞模式不同，灌封膠與金屬本體接觸部位脫黏，金屬表面基本無灌封膠殘留，是典型的界面破壞模式，表明灌封膠與金屬本體的黏接強(qiáng)度低于裝配時(shí)的彎折應(yīng)力，在彎折應(yīng)力作用下，黏接界面出現(xiàn)脫黏現(xiàn)象；而總線插頭直角彎處的灌封膠開裂，甚至斷裂，是內(nèi)聚破壞模式，表明灌封膠本身的聚合強(qiáng)度低于彎折應(yīng)力，在彎折應(yīng)力作用下，灌封膠出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。總線插頭YGM-6硅橡膠灌封膠同時(shí)出現(xiàn)界面破壞和內(nèi)聚破壞，表明YGM-6硅橡膠本身的強(qiáng)度和延伸率偏低，且與金屬的黏接強(qiáng)度也偏低，不能滿足總線插頭的使用工況。

2力學(xué)性能試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測(cè)定》，采用I型試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)；依據(jù)GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》進(jìn)行硬度測(cè)試，采用厚度為2mm的標(biāo)準(zhǔn)試樣，3片疊加來進(jìn)行測(cè)試；依據(jù)GB/T 15254-2014《硫化橡膠與金屬粘接180°剝離試驗(yàn)》進(jìn)行180°剝離強(qiáng)度測(cè)試，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 硅橡膠力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

可見YGM-6硅橡膠的各技術(shù)指標(biāo)均滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求。

3地面試驗(yàn)

采用高延伸率硅橡膠灌封總線插頭制備對(duì)比試樣，對(duì)其進(jìn)行如下試驗(yàn)：

彎曲試驗(yàn)

用手對(duì)其進(jìn)行45°的20次彎折，未發(fā)現(xiàn)插頭交界面、直角拐彎處的灌封硅橡膠開裂或脫黏。

電性能測(cè)試

用電纜測(cè)試儀對(duì)總線進(jìn)行電性能測(cè)試，測(cè)試合格。

總體裝配

與全彈裝配，總線裝配尺寸符合要求。

總體聯(lián)試

用系統(tǒng)聯(lián)試彈進(jìn)行總體性能測(cè)試，總線工作正常。

環(huán)境試驗(yàn)

試驗(yàn)件經(jīng)過10個(gè)溫度循環(huán)、10個(gè)周期濕熱、高溫貯存、低溫貯存、高溫工作、低溫工作、沖擊、振動(dòng)等試驗(yàn)后，試驗(yàn)件電性能測(cè)試合格，均滿足使用要求，灌封硅橡膠未出現(xiàn)開裂和脫黏問題。

插裝試驗(yàn)

將試驗(yàn)件又進(jìn)行20次插裝試驗(yàn)和50次彎扭試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)束后，試驗(yàn)件電性能測(cè)試合格，灌封硅橡膠未出現(xiàn)開裂和脫黏問題。

老化試驗(yàn)

試驗(yàn)件暴露在室外自然條件下1年，每月一次監(jiān)測(cè)試驗(yàn)件的外觀和電性能，電性能測(cè)試均合格，未出現(xiàn)發(fā)黏、軟化、硬化、裂紋等老化現(xiàn)象。

4空中試驗(yàn)

將對(duì)比試樣總裝到靶試產(chǎn)品中，經(jīng)空中試驗(yàn)考核，滿足某型導(dǎo)彈的使用要求。

分析與討論

1膠料的選擇

高延伸率硅橡膠是一種耐高低溫、高強(qiáng)度、高延伸率的新型硅橡膠，其延伸率約為YGM-6硅橡膠的4 倍，顏色與YGM-6硅橡膠相近，硬度低于YGM-6硅橡膠的，且易于裝配。由表1可知，高延伸率硅橡膠無論是常溫性能還是高溫性能都顯著優(yōu)于YGM-6硅橡膠的，其優(yōu)異的延伸性能和抗剝離性能，保證了總線插頭灌封部位柔韌牢固，裝配使用中不會(huì)出現(xiàn)開裂和脫黏問題。

2成型工藝參數(shù)的確定

在總線插頭生產(chǎn)中，硅橡膠灌封在插頭集束導(dǎo)線外面，由于產(chǎn)品條件的限制，其成型工藝條件為室溫下24h再進(jìn)行70℃下24h的補(bǔ)充固化。高延伸率硅橡膠的成型工藝條件與YGM-6硅橡膠一致，能夠滿足總線插頭的硫化溫度的要求，適用于現(xiàn)有的成型設(shè)備、工裝和模具，現(xiàn)有的設(shè)備不需改造，具有可操作性。

3增黏底涂的應(yīng)用

總線插頭的金屬本體為不銹鋼材料，界面活性低，灌封料難以浸潤(rùn)，使用硅橡膠進(jìn)行黏接密封時(shí)易出現(xiàn)脫黏等問題，出現(xiàn)界面破壞，通常會(huì)采用底涂方式處理金屬基材，改善黏接情況。底涂涂料是分子中同時(shí)具有2種不同的反應(yīng)基團(tuán)的有機(jī)硅化合物。底涂工藝通過改變金屬基材表面的浸潤(rùn)狀態(tài)，使硅橡膠與金屬基材之間形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵連接模式，顯著提高硅橡膠對(duì)金屬界面的黏接性能，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的使用。

選取與總線插頭金屬本體相同牌號(hào)、相同表面處理狀態(tài)的不銹鋼，選取與高延伸率硅橡膠匹配的底涂涂料，在金屬基材表面薄薄地涂抹一層，晾置20min，用高延伸率硅橡膠進(jìn)行黏接，固化后，依據(jù)GB/T 7124-2008《膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度測(cè)定》進(jìn)行黏接性能測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 底涂前后剪切強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

通過涂抹底涂涂料，在黏接界面形成金屬-表面處理劑-橡膠的結(jié)合層，改善硅橡膠與金屬本體的界面性能，增強(qiáng)黏接力，保證了總線插頭灌封膠與金屬本體接觸部位黏接可靠。

4老化性能的評(píng)估

橡膠灌封料在使用過程中存在老化問題，隨著產(chǎn)品裝配后結(jié)構(gòu)中應(yīng)力的變化，橡膠材料的老化速度加快，力學(xué)性能下降，從而影響產(chǎn)品使用壽命。

依據(jù)HB/Z 138-1988?航空橡膠混煉膠選用原則和橡膠制品壽命控制規(guī)范？，總線插頭灌封膠選用的新型高延伸率硅橡膠為耐老化性能較好的Ⅱ類橡膠，此類橡膠在戰(zhàn)斗機(jī)上具有10a（年）的使用壽命。國(guó)內(nèi)依據(jù)GJB 92.2-1986?熱空氣老化法測(cè)定硫化橡膠貯存性能導(dǎo)則第三部分：統(tǒng)計(jì)方法？開展的多項(xiàng)研究結(jié)果表明，常溫貯存條件下硅橡膠使用壽命在15a以上，能夠滿足產(chǎn)品的壽命周期要求。

結(jié)論及建議

YGM-6硅橡膠灌封膠強(qiáng)度低，延伸率小，黏接強(qiáng)度低，在總線裝配過程中彎折應(yīng)力的作用下，總線插頭出現(xiàn)灌封膠開裂或脫黏的質(zhì)量問題。為確保總線插頭灌封膠的黏接強(qiáng)度和抗彎折性，建議采用高延伸率硅橡膠與底涂工藝對(duì)總線插頭進(jìn)行封裝。

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責(zé)任編輯：韓鑫