树脂灌封技术在我国汽车工业和电子工业中的应用

树脂灌封技术在我国汽车工业和电子工业中的应用天津大学洪彬摘要：随着我国汽车工业和电子工业的迅猛发展，对树脂灌封料的需求也有较大增长，灌封料的品质也日益提高。采用MMD(MeterMixDispense)即计量混合点胶技术正逐步应用到汽车工业和电子工业中，我们就天津大学天波公司的H系列型灌封设备对MMD技术作一简单介绍。关键词：树脂灌封技术灌封料MMD(MeterMixDispense)双组分树脂包括环氧树脂、聚氨酯及硅树脂等，作为电子电器高强度密封绝缘材料已有三十余年的历史，它不仅可起电绝缘作用，还能用作支撑结构材料，同时具有防水、防潮、耐腐蚀、耐寒、耐热、耐冲击和耐震等优良性能。随着我国汽车工业和电子工业的迅猛发展，对树脂灌封料的需求也有较大增长，灌封料的品质也日益提高。下面列出汽车工业和电子工业中较为突出使用灌封料的领域：汽车工业：点火线圈、传感器、点火器、调压器、电机、ECU等电气电子工业：互感器、高压绝缘元器件、传感器、电子变压器、行输出变压器（FBT）、控制器等双组分树脂作为电子电器灌封料，需另外加入各种助剂，如填料、颜料、增韧剂及固化剂等，以提高其使用性能。在铭牌上，我国习惯将灌封料分为室温固化型、中温固化型及高温固化型三种类型的绝缘灌封料。常用的灌封料分为A、B两大组份:(1)A组分,环氧树脂及填料、颜料的混合物。(2)B组分，固化剂、增韧剂等其他助剂。在使用时，可将各组份按一定比例混合。有时使用时还需加入稀释剂等组份。随着对质量及环保要求的不断提高，不论是常温固化型还是高温固化型树脂，树脂的预处理及处理过程越来越多地要求在全封闭状态下进行，特别是在真空状态下才能将树脂中的水分和空气含量降低到最低水平。国内普遍采用的手工配料灌封方式正逐步被我们这里所讲的树脂灌封技术所取代，国外将此技术称为MMD(MeterMixDispense)即计量混合点胶技术。在常压条件下进行树脂定量灌封的，整个过程分为树脂的加热保温、计量配比、在线混合、定量灌封及清洗五个过程。另外，要求在真空条件下进行树脂定量灌封的，就必须先期对A、B两大组份灌封料分别进行真空脱泡处理。图一所示为天津大学天波科技公司生产的H100型环氧树脂真空浇注系统的工作原理图及设备组成图：具体工作顺序为：（1）将树脂、固化剂分别装入各自的脱气罐中，开始进行真空薄膜脱泡。此时搅拌电机、加热系统协调工作。在一定的真空度下完成两料的脱泡，这一过程根据装料容量的大小其耗费时间长短不一。（2）脱泡结束后，两料罐解除真空状态，恢复常压。（3）进行两料定量计量，计量泵在执行气缸作用下上抬，脱好泡的两组分灌封料被吸入各自1图一H100型环氧树脂真空浇注系统原理图1薄膜脱气系统2薄膜脱气系统3计量系统4在线动态混合系统5浇注室6真空系统7电控系统8加热系统16其它组分预混料树脂5823476固化剂其它组分预混料的计量泵腔体内。然后进行定比检验和连续工作两种操作：A.定比检验：在两计量泵下各自的检测嘴处使用专门量杯接入两料。按重量（或体积）进行定比检验。若定比准确，则可进行后续的连续工作；若定比不符合要求，及时查找原因处理，重复本操作，直至定比符合要求。B.连续工作：定比检测符合要求后，关闭两检测嘴，打开通往混合器的通道，进入连续工作状态。（4）两料混合：树脂、固化剂（及填料）在浇注时充分混合均匀，才能保证凝固后的组份一致。（5）真空灌封：待灌注的产品固定在转盘上，转盘由外部的步进电机驱动。灌注前将灌注室抽至规定真空度，然后由执行气缸带动计量泵将定量准确的树脂注入产品包壳内，步进电机带动转盘行走至下一个工位，依次灌注直至完成所有工件的灌注操作。（6）解除灌注室真空，取出工件，安装下一批工件。与目前国内的树脂真空灌封设备相比，主要有以下几条显著的优点：1.从材料的储存到浇注为全封闭结构，实现了无污染的工艺处理，人体皮肤不再与树脂、固化剂和其他添加剂直接接触，无灰尘、蒸汽及其它挥发气体的危害；2.采用螺旋内提升薄膜脱气方式，由脱气罐中螺杆对材料进行强制循环，通过不断更新的圆锥液面进行快速和有效脱气，只须循环5次，即可完全脱去气泡；3.采用计量泵与定量泵系统集成方式，混合后无需再设定量系统，节约成本；大大改善设备运行的可靠性；图二过滤冷凝装置混合过程定量过程浇注过程计量过程（原设备原料流动框图）4.采用两料分别脱气配比、最终混合方式，极大地动态凝装置，有效保护真空泵及有料定量浇注方式。自动化程统开发的难度主要有以下几个方面：（如图三所示）是非常气伞上，在重力和粘度的作用下，沿伞面混合过程浇注过程计量集定量过程（新开发设备原料流动框图）减少混合存料，清洗变得相当简单，用1～2L的清洗剂就可彻底完成清洗。避免了浪费物料；5.采用在线动态混合方式，两种组分适时在线混合，形成可浇注混合料。不存在等待时间，提高工作效率。6.真空系统有过滤冷利于环保，见图二。7.采用PLC自动控制物度大大提高，生产变得简便，效率也大大提高。系1.薄膜脱气罐的快速脱气在各种组件中，薄膜脱气罐重要的，它的特殊功能是可在短时间内同时进行加热和脱气。环氧树脂属于高粘度的流体，溶于其中的气泡和蒸气很难析出。薄膜脱气罐中有一个立式送料螺杆，通过螺杆的作用带动下部中心的物料脱2向外扩散形成了薄膜状的流层，在真空作用下，流体得到了充分脱泡处理。另外在脱泡伞的外侧，A料滴回到液面的外侧，即实现了上下液体的交换，又完成了内外循环，达到了均匀加热和充分脱泡。2.计量泵精确计量配料经脱泡预处理后，要按一定的比例均匀混合后以适当的量灌注入待浇度看，应该采用刚性结构，但在刚性结构配合为了防止泄漏，通过有效控制树脂和固化剂相混合、气流搅拌、射流搅拌、静态（管道）混合电合过程，利用动力装置保证液体的需求准确吻合，因而经常出现剩合液经过的环节较多，因而清洗困难，使系统一定时间用于混合搅拌，对于厂家来说，耽误生产，很难满足其大批量高生产率的-液态的环氧树脂和固化剂注件中。精确的计量配料对浇注件的物理和电性能都有很大的影响。因此树脂与固化剂的配比准确性直接影响灌封的质量，而配料的比例是由计量泵完成的，我们设计的计量泵柱塞由执行气缸分别保证树脂和固化剂（可含填料）的吸入压出。由于这一结构是按容积方式工作的，因此计量泵的密封和耐磨性至关重要。见图四。计量泵的柱塞运动行程大小决定推料量的多少。从耐磨的角间隙小时，容易造成粘缸，并由于填充料石英粉的作用加剧柱塞及缸套的磨损，而在间隙大时，会使料泄漏，造成计量不准。我们设计的结构采用了特殊的材料及工艺结构保证了计量泵的耐磨性。而计量泵柱塞间隙及温度，使柱塞表层形成了粘度较大的粘膜，从而使树脂或固化剂自身在柱塞和缸筒之间形成了密封环，这层粘度大的密封环有效地阻止了料的泄漏，保证了柱塞的运动密封，大大提高了计量精度，解决了耐磨和计量精度之间的矛盾。3.在线混合技术从化学角度分析，环氧后为灌封用料，固化剂起着将环氧树脂端部环氧基团打开，与之发生交联反应而最终形成网状立体结构的不熔固化产物的作用。由于这一作用，环氧树脂原有结构中的分子链节间距、形态、化学性质乃至整体结构都起了变化。显然，固化剂和环氧树脂混合的均匀程度将影响固化后线包的电气特性，同时产生不同程度的内应力。因此根据浇注工艺的要求，环氧树脂与固化剂经过脱泡处于产品浇注。实现混合搅拌功能的方法有机械搅拌磁搅拌等。八十年代，国外的真空树脂灌注工艺主要采用的是动态混-9图三薄膜脱气罐结构理后按一定比例配比且必须均匀混合后才能用图四计量泵结构示意图均匀混合。但在具体的使用过程中，存在着明显的不足如下：（1）经过计量后注入脱泡装置的物料的量很难和现场生产的余。不仅造成很大浪费，而且对环境污染严重。（2）动态混合技术的自动灌注设备中，由于混可靠性差。（3）需要需要。3九十年代中期以后，国外开始采用在线动态混合与静态混合技术。解决上面存在的问题。所谓静现在线不间断混合要求，我探脂浇注中应用最为态混合，就是利用结构上的合理设计，促使物料在流动的过程中，经过分子间能量的转移和交换过程实现混合，无需增加专门的搅拌装置。然而，由于灌注料的粘度较大，且灌注过程中液体在系统中的流速不大，因而液体在管道中多属于层流。这样，只有通过静态混合器结构上的合理设计，保证系统足够的压力，通过压力提高物料分子的能量，通过结构改变液体的流态，才能使两种分子经过不断的无规则运动实现在线混合。不利在于为保证系统正常工作，计量系统动力缸必须有一定的额定压力，这无形中增加了计量泵柱塞间阻力，从而加大计量泵柱塞的磨损。为减小计量泵磨损及实单位借鉴国外在线动态混合技术，经过不断索和进行改进实验，研制成功在线动态混合系统。见图五，混合系统采用了自动控温保温措施，目的是降低物料的粘度，使它们具有良好的流动性。即保证了在线混合的要求，也避免了增加整个浇注系统阻力，从而减少计量泵的磨损。MMD树脂灌封技术是目前环氧树图五在线动态混合器结构示意图广泛、工艺条件最为成熟的工艺方法，正逐步应用到汽车工业和电子工业中。对于一件环氧树脂浇注的电器绝缘制品，它要求外观完美、尺寸稳定、力学—电性能合格。这些性能取决于制件本身的设计、模具的质量、浇注用材料的选择、浇注工艺条件的控制等各个方面。4