新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用

摘要：传统胶黏剂粘接强度、散热效果较差，无法起到保护变电站线路的效果。为了解决上述问题，对新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用进行研究，分析新型高分子胶粘剂的分类及性能，探讨新型高分子胶粘剂的制备过程，从管心粘接、电路原件与基板粘接和线路封装三方面探讨效果，新型高分子胶粘剂将电路元件粘接与电路基板有效粘合到一起，稳定性高，提高了各个元件的工作效率，节省了电能消耗。结果表明，相较于传统胶黏剂，新型高分子胶粘剂的粘接强度和散热效果由显著优势，能够发挥极好的变电站线路保护作用。

关键词：新型高分子;胶粘剂;变电站;线路保护

中图分类号：0636.2

文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2020）06-0011-05

0 引言

胶接是利用胶粘剂在连接面上产生一定的物理吸附力、化学键合力和机械结合力，从而使两个胶接件连接起来，是一种应用十分广泛的工艺连接方法，工艺简便，不需要复杂的工艺设备，既适用于同种材料，也适用于异种材料。

随着科技的进步，新兴材料不断涌现，材料的种类在不断增加，材料性能也在不断提高，因此新兴材料的制造和连接对胶粘剂提出了更高的要求，使其以绿色环保为中心理念来适应行业发展需求[1]。

变电站又称配电室，是改变电压的场所。变电站开始运行时，首先将发电厂发出的点变为高压电，然后在用户的附近按照需要将高压电变为低压电，通过变电站升降电压的工作实现电能的远距离输送[2]。为保证电能运输效率，变电站采用大量的集成电路，通过将电路中所需的晶体管、电阻、电容等电路元件连接在一起形成完整的线路，能够大幅度提高电能运输线路的稳定性和工作效率[3]。

本文对新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用进行了深入研究，首先简单介绍了新型高分子胶粘剂的几个类型和性能，对其中一类高分子胶粘剂的制备过程进行了阐述。然后详细介绍了新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用，针对变电站晶体管管心粘接、变电站电路原件与基板粘接、变电站线路封装等3个主要应用方面深入研究，分析新型高分子胶粘剂的性质和在线路保护中发挥的作用。

1 新型高分子胶粘剂

高分子胶粘剂又称高分子粘结剂，是一种以高分子化合物为主体的聚合物复合材料，单组份、粘接力强，大多数为无毒无味的干粉状，散热性强，抗渗透性好，耐水耐老化[4]。

1.1 新型高分子胶粘剂的分类及性能

新型高分子胶粘剂大致可以分为环氧树脂胶粘剂、有机硅橡胶胶粘剂和丙烯酸酯型胶粘剂3类，其各自的性能和应用范围如图1所示。

环氧树脂胶粘剂以环氧树脂为主要成分，通过机械粘附力和化学粘合力使胶结牢固，在凝固时不会出水或融合其他产物，是电工业中应用最广泛的胶粘剂;有机硅橡胶胶粘剂被广泛应用于粘接、灌封和定位，粘接面积大，使用方便，耐老化，散热性好，是用量仅次于与环氧胶粘剂的第2类胶粘剂;丙烯酸酯型胶粘剂以丙烯酸酯为基料，混有少量的引发剂，性质稳定，可塑性强，多用于小面积金属等难粘材料的粘接嗍。

1.2 新型高分子胶粘剂的制备

以丙烯酸酯型胶粘剂合成制备过程为例，简单介绍新型高分子胶粘剂的制备过程，其制备工艺路线图如图2所示。首先将乳化剂和蒸馏水加热到60℃，然后加入一部分混合单体继续乳化30min，其次加入一部分引发剂，接着升温到75-78℃，有蓝光出现时，在持续10min，加入剩余的混合单体和引发剂缓慢滴加到实验瓶内，所需要的滴加时间大约为3h，紧接着加热到82-85℃，保温1h，最后过滤出料[6]。

2 新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用

新型高分子胶粘剂在变电站线路保护中主要应用于管心粘接、电路原件与基板粘接和线路封装等3个方面[7]。

2.1 变电站晶体管管心粘接

散热性是保护线路的重要性能，通过将新型高分子胶粘剂应用于变电站晶体管管心粘接，其良好的散热能力能够使晶体管如同一个散热器，但变电站线路温度过高时，无数个晶体管将加速线路的散热，从而保护线路，避免因线路温度过高导致火灾等意外的发生[8]。

高分子胶粘剂中含有大量的高分子基体高分子基体中含极性基团的多少和基团偶极化的程度对胶粘剂的散热性有较大的影响[9]。其中高分子材料的散热率如表1所示。

为了更方便的计算高分子胶粘剂的散热率，本文采用了Maxwell模型对高分子胶粘剂中的高分子材料进行散热率计算。该模型考虑到了胶粘剂中分子的密度，密度计算如公式（1）：

c=km/u×10³（1）

其中c表示分子密度，c值越大，胶粘剂的性质越稳定，凝固性越好;k表示胶粘剂中含有的分子种类数量;m表示分子质量;v表示分子体积[10]。

根据胶粘剂中的分子密度，可以计算出分子材料的散热率，散热率计算如公式（2）：

f= 1gf1vc+（1-v）1gf2

（2） 其中f表示膠粘剂的散热率，f1为高分子材料的散热率，f2为粒子的散热率[11]。

2.2 变电站电路原件与基板粘接

变电站的线路中包含大量的电路元件，为使各类元件之间能够有序的配合工作，通过倒装接合方式将电路元件直接安装于电路基板上[12]。电路元件与电路基板的粘接方式如图3所示。

传统安装方式有将电路元件的电极部分直接焊接于电路基板上，还可以在电路元件的电极连接导线并电连接于电路基板的电极，使二者相互相连。但对于这些传统方式，在各种环境下，由于连接的电路元件和基板之间存在一定的膨胀系数差，使得二者的连接处产生反作用力使二者分离，导致二者连接不可靠[13]。因此为了缓和连接处的反作用力，研究了通常在电路元件和电路基板的间隙填充新型高分子胶粘剂等底部填料的方式。首先在对需要使用的结合工具进行洗涤，避免污染胶粘剂，然后在电路基板上涂上新型高分子胶粘剂，对应电子元件的尺寸，半切断存在于基板上的胶粘剂，在胶粘剂没有凝固前将电路元件粘接在电路基板上。

为了使各个电路元件之间在工作时不互相干扰，元件之间的粘接需要留有一定的富余距离。另一方面，电路元件的种类较多，因此电路基板的面积应略大，保证留有多余的安装面积[14]。采用新型高分子胶粘剂将电路元件粘接与电路基板粘合，稳定性高，提高了各个元件的工作效率，节省了电能消耗，除此之外，胶粘剂不干扰线路的电能传输，使变电站稳定工作的保障，为变电站的线路保护作出了巨大的贡献[15]。

2.3 变电站线路封装

变电站的线路封装是指一种将抽象性函式接口的实作细节部分包装并隐藏起来的方法。通过利用导线将硅片上的电路管脚引到外部接头处，方便与其他的器件连接。几种常见的线路封装如图4所示。

在线路封装时，常利用胶粘剂使外部保护皮与内部器件相连，可以增加线路保护力度。传统胶粘剂在进行注塑时压力过大，易损坏线路内部的精密元件，且其凝固性较差，在凝固的过程中可能流人电路元件内，影响变电站的正常工作。新型高分子胶粘剂在注塑时采用低压注塑工艺，可以保护脆弱的电路元件，且进行低压封住注塑的设备简单，成本低廉容易操作，注塑时间短暂，能够大幅度提高生产效率。除此之外，新型高分子胶粘剂的粘接力强，可以使外部保护层紧紧的贴合电路元件，使其不易脱落;另一方面，新型高分子胶粘剂的防水性好，耐化学腐蚀，可以对变电器线路起到良好的防水、防潮、密封等保护作用。此外，新型高分子胶粘剂以绿色环保为核心理念，属于环保粘接材料，可以被多次回收利用，节约了用料成本。

3 实验研究

3.1 实验目的

为了检测本文研究的新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用效果，选用传统的胶粘剂和本文研究的新型高分子胶粘剂对同一变电站模型的线路进行保护，对比二者的保护效果，并分析实验结果。

3.2 实验参数设置

针对新型高分子胶粘剂在变电站线路保护中的应用广泛性，需对其进行实验参数的设置，设置的实验参数如表2所示。

根据上述的实验参数进行对比实验，首先构建一个简易的变电站模型，模拟其中的线路和工作状态，选用传统的胶粘剂和本文研究的新型高分子胶粘剂对模型的线路进行保护应用，对比二者的粘接力，得到的实验结果对比如图5所示。

分析图5可以得出，随着时间的推移，两种胶粘剂的粘接力都在逐渐增加，当到达一定凝固时间时，粘接力趋于一固定值。传统胶粘剂的分子移动速度较慢，影响其分子结构变换的速度，导致其凝固时间较长，粘接力较弱;相比较，新型高分子胶粘剂的凝固时间短，粘接能力强。当线路中的元件与基板粘接不牢固时，会导致该元件的运转失灵，甚至导致整个变电站系统的瘫痪，因此新型高分子胶粘剂更适合被应用于变电站线路的保护。

在对两种胶粘剂的粘接力进行对比后，针对两种胶粘剂的散热性进行实验对比。在相同的条件下，将已经完全凝固的两种胶粘剂加热到相同的温度，记录两种胶粘剂恢复到26℃时所需要的时间，得到的实验对比结果如图6所示。

根据图6可以看出，新型高分子胶粘剂具有良好的散热性，能够快速的将温度降到室温，从而对变电站的线路进行保护。相反，传统的胶粘剂散热能力差，散热所需时间较长。当变电站处于负荷状态时，电流流量超过标准值，线路的温度会持续上升，若胶粘剂的散热能力价差，线路的温度长时间没有下降，易引发火灾等危险事故，因此可以对比出，新型高分子胶粘剂对变电站线路的保护能力更强。

除了胶粘性和散热性外，本文还对高分子胶粘剂的防水性、絕缘性和耐老化性等多方面的性能进行了测试。测试结果显示，新型高分子胶粘剂的防水性十分良好，能够有效的防止水分子进入线路内部造成线路损坏。除此之外，其耐老化性强，使用寿命长，能够减少成本，其本身属于绝缘物质，不会影响线路内部电子元件的工作状态，也可以防止线路漏电的情况。综上所述，相较于传统胶粘剂，本文研究的新型高分子胶粘剂的性能更强，更适用于变电站线路的保护。

4 结语

从电工业的发展，特别是变电站线路、大规模集成电路和超大规模集成电路的发展来看，新型高分子胶粘剂的应用领域越来越广泛，为适应行业的发展需求，新型高分子胶粘剂的品种越来越多，性能和质量也越来越高。本文通过对新型高分子胶粘剂在变电站线路保护的应用进行深入分析研究，简单介绍了胶粘剂的制作方法，详细的介绍了新型高分子胶粘剂的性能和发挥的巨大作用，并与传统的胶粘剂进行比较，分析二者的胶接能力和导热性。但新型高分子胶粘剂的发展史不过四五十年，制作技术尚且不成熟，许多不足还需继续研究，而我国的胶粘剂目前主要依靠于海外进口，为了满足变电站线路以及其他电子工业的发展需求，提高国产化率，我们应该致力于胶粘剂的研究和推广，才能使胶粘剂的发展与电工业的发展相匹配。

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作者简介：于汉启（1970-），男，汉族，山东胶州人，大学本科，高级工程师，大研究方向：电气工程。Email： ytyhq2008@126.com