环氧树脂胶在电连接器中的应用及寿命研究

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(沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，110144)

1 引言

环氧树脂胶是一种重要的热固性树脂胶水，因其具有优良的机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐热及良好的粘接性能，因此用它配制的环氧树脂胶粘剂素有“万能胶”之称。作为一类高分子材料，广泛应用于包装、建筑、汽车、电子、制鞋、纺织、塑料、木材、光学、医疗卫生、航空航天、海洋运输等领域。电连接器领域使用环氧树脂胶粘剂具有很长的历史，早在上世纪八十、九十年代就有产品开始采用环氧树脂胶粘剂作为粘接材料。

从环氧树脂胶粘剂对电连接器实现的功能来看，其对产品的可靠性、安全性起着重要影响作用。但作为有机高分子材料，环氧树脂胶粘剂在使用过程中同样存在有机材料的共性问题--老化现象，即表现为粘接性会随时间增长而降低。老化原因主要有两种：一是材料自身性能的缓慢改变(内因)；二是在高温、高湿、辐照、盐雾、应力、疲劳、霉菌、砂尘等特殊环境下性能的改变(外因)[1]。然而，电连接器安装于电子设备后通常随设备一起要求有较长的使用寿命，我国军用电连接器规定的使用期一般为15年左右，故采用环氧树脂胶粘剂的产品应在规定的使用期限要求内保证良好的粘接性能，避免因胶粘剂失效导致产品性能下降。

2 环氧树脂胶粘剂的应用

电连接器中采用环氧树脂胶粘剂主要用于壳体与绝缘体间或绝缘体与接触件间的固定，有些产品中也会采用环氧树脂胶粘剂在固定绝缘体的同时兼具灌封功能实现防潮、防尘。环氧树脂胶粘剂种类很多，连接器厂商根据产品的使用温度、应用场合等选择耐热等级、强度方面等适用的胶粘剂。圆形电连接器使用环氧树脂胶粘剂较多且非常广泛，如符合GJB599的JY系列、J599系列，符合GJB598的YBⅠ系列、YBⅡ系列，俄标的PC系列、MP1系列等；矩形电连接器使用环氧树脂胶粘剂相对较少，如俄标的CFKM系列等；大多数滤波插座(包括圆形、矩形)通常也会使用环氧树脂胶粘剂。环氧树脂胶粘剂的在连接器中的使用形式主要包括如下两个方面：

a) 采用环氧树脂胶粘剂固定绝缘体，防止绝缘体在壳体内的轴向移动，粘接结构示意图见图1(左)。

b) 采用环氧树脂胶粘剂在壳体尾部进行灌封用于固定绝缘体及接触体，同时具有防潮功能，粘接结构示意图见图1(右)。

图1 粘接结构示意图

3 寿命分析

3.1 粘接理论

胶粘剂与被粘物表面之间通过相互吸引和连接作用的力称为粘接力。粘接力的来源是多种力的叠加作用，主要包括化学键力、分子间的作用力、界面静电力、机械作用力，其中分子间的作用力是粘接力的主要来源[1]。

如前所述，胶粘剂在外因与内因的作用下，会出现老化现象。室温贮存的条件下，环氧树脂胶粘剂材料自身性能的改变非常缓慢(内因)，稳定性非常好，是公认的使用寿命较长的材料之一。外因(如高温、高湿、应力等)是影响胶粘剂材料老化的另一因素，其中温度、盐溶液、湿度、紫外线等是导致胶粘剂老化的主要因素。

环氧树脂类的材料稳定性高，正常贮存下性能变化很小，该类材料还没有形成加速老化的规范。目前已有大气暴露老化试验、热老化试验、湿热老化试验等加速老化的研究，但据此推测室温贮存下性能的变化并不成熟，更多的是判断在环境作用下性能的变化。国内外尚且没有加速老化试验与胶粘剂寿命的对应关系的相关标准。因此本文未从加速老化方面进行试验研究，主要从环氧树脂胶粘剂在产品中的实际应用情况进行分析。

3.2 试验考核分析

使用环氧树脂胶粘剂的电连接器种类很多，表1列举了目前广泛应用的一些系列产品在标准中规定的对胶粘剂性能有影响的试验项目，主要包括高温、温度冲击、盐雾、绝缘安装板固定性、交变湿热、液体浸渍、臭氧暴露等试验。虽然不能根据试验内容推断环氧树脂胶粘剂的老化情况及最终使用寿命，但在一系列的影响胶粘剂老化试验后，胶粘剂的粘接性仍然能够保证产品的性能要求，说明环氧树脂胶粘剂具有良好的耐环境老化性能。从环氧树脂胶粘剂在连接器中实现的功能来看，胶粘剂主要起到固定绝缘体的作用，列举的各系列产品均已完成鉴定试验，产品满足规范要求，且未出现绝缘体脱出、松动现象。

表1 影响胶粘剂性能的试验内容

3.3 外场使用调研及试验分析

为了解采用环氧树脂胶粘剂的生产的连接器经过多年后的实际使用状态，特有针对性了走访了连接器使用单位、航修厂进行调研。并对绝缘安装板固定性情况进行了针对性的询问，在设备维护及大修期间未发现过绝缘安装板脱落或松动现象。连接器在随飞机多年飞行使用中，未出现过连接器绝缘安装板固定性问题造成的飞行任务失败问题。走访调研期间在使用单位搜集到了已使用12～14年的采用环氧树脂胶粘剂生产的符合GJB599系列的连接器，产品照片见图2，具体型号及生产日期见表2。

图2 采样样品示例

序号产品型号生产年月数量1JY27473T14B97SN2003.103只2J599/26FJ04SN2004.63只3J599/26FA98SN2004.113只4JY27473T10F99SN2005.52只5J599/26WC08SN2005.111只

为验证环氧树脂胶粘剂经过长期使用后的性能能否满足产品的使用需要，对采样回来的产品进行试验测试。由于环氧树脂胶粘剂的作用在于将绝缘体固定在壳体上，据此对产品进行绝缘安装板固定性试验。绝缘安装板固定性试验目的为确定电连接器中绝缘安装板的固定机构的适应性和绝缘安装板材料的强度，以及确立连接器耐受组装的接触件在啮合和分离力作用下产生的轴向负荷的能力。

试验方法及要求按GJB 599A-1993的要求进行，图3为试验过程照片，试验结果均合格，详见表3。试验的产品年代最久远的为2003年生产，其余为2004年～2005年生产，试验证明了环氧树脂胶粘剂在至少12～14年内其粘接性能能够满足连接器的使用要求。而对于绝缘安装板固定性的要求，各系列产品中以GJB599系列产品的指标要求最为严酷。

图3 绝缘安装板固定性试验

序号试验方法试验要求试验产品型号结论12345 连接器的绝缘体承受70N/cm2(不小于113N)的轴向力 绝缘体保持在壳体中正确位置上,不产生龟裂、破碎与壳体分离或松动等现象JY27473T14B97SN合格J599/26FJ04SN合格J599/26FA98SN合格JY27473T10F99SN合格J599/26WC08SN合格

4 结论

虽然胶粘剂随着时间增长及环境变化会出现老化问题，但根据本文分析，电连接器中采用的环氧树脂胶粘剂在经过长期使用后，其粘接性能仍能够满足产品性能要求。实际使用证明胶粘剂的老化是一个非常缓慢的过程，可以满足电连接器长期使用寿命的要求。