低頻非密封電連接器密封防護(hù)工藝研究*

成 猛，周三三，朱建軍

(南京電子技術(shù)研究所, 江蘇 南京 210039)

引 言

低頻非密封電連接器在軍用電子設(shè)備中應(yīng)用廣泛，其可靠性直接影響設(shè)備正常運(yùn)行。當(dāng)周圍空氣濕度接近飽和，或由于金屬與環(huán)境中的低溫物體進(jìn)行換熱時(shí)，金屬表面易產(chǎn)生凝露，導(dǎo)致電連接器絕緣性下降[1]。大氣中的氮化物、硫化物，與水汽結(jié)合形成鹽溶液對(duì)金屬表面形成電解腐蝕。當(dāng)金屬表面鍍層致密度不高呈現(xiàn)較多孔隙時(shí)，為鹽溶液電解蝕提供微電池場(chǎng)所[2]，金鍍層與中間鍍層電位差越大，電解腐蝕越嚴(yán)重。軍用電子設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜多變，低頻非密封電連接器自身密封等級(jí)不高，高溫、濕熱、鹽霧等惡劣因素侵害導(dǎo)致電連接器故障頻發(fā)。

目前，部分電連接器采用了密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高了電連接器在潮濕環(huán)境下的可靠性。對(duì)裝備來說，電連接器密封升級(jí)替換工作涉及范圍廣、難度高。為了探

究非密封電連接器密封防護(hù)技術(shù)，本文以低頻圓形電連接器為例，對(duì)電連接器尾部密封工藝、插合面密封工藝進(jìn)行了研究，通過環(huán)境試驗(yàn)、電絕緣性能測(cè)試對(duì)密封效果進(jìn)行了驗(yàn)證，針對(duì)不同工況提出了電連接器密封防護(hù)推薦辦法。

1 電連接器密封方案

濕氣、鹽霧等與電連接器內(nèi)導(dǎo)體的接觸，是導(dǎo)致電連接器失效故障的主要原因。低頻非密封電連接器典型結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，分析該結(jié)構(gòu)可知，外界水汽、鹽霧主要通過電連接器尾部和插合面兩個(gè)路徑進(jìn)入殼體，并在內(nèi)導(dǎo)體表面附著。電連接器尾部空隙大，電連接器內(nèi)導(dǎo)體、電纜芯線近乎裸露在外界環(huán)境之中；電連接器插合面空隙并不明顯，濕氣一旦進(jìn)入容易積聚不易消散，對(duì)電連接器造成長期傷害。

圖1 低頻圓形電連接器典型結(jié)構(gòu)形式

目前，低頻非密封電連接器密封防護(hù)以尾部灌注雙組份膠黏劑為主，不同膠液需按配比進(jìn)行調(diào)配，外場(chǎng)作業(yè)難度大，且尾部灌膠不能解決插合面密封問題，濕氣、鹽霧通過插合面進(jìn)入電連接器殼體路徑依然存在。本文所用的密封工藝分尾部密封和插合面密封兩個(gè)方面，尾部密封采用單組份、雙組份兩種灌膠工藝以應(yīng)對(duì)不同作業(yè)環(huán)境；插合面密封采用膠帶繞包工藝，在保證密封效果的情況下提高可生產(chǎn)性和可操作性。

2 密封效果驗(yàn)證方案

電子設(shè)備周圍環(huán)境濕度較高時(shí)，濕氣會(huì)進(jìn)入密封失效的電連接器殼體內(nèi)，并導(dǎo)致連接器故障。當(dāng)濕氣進(jìn)入電連接器殼體甚至附著在內(nèi)導(dǎo)體表面時(shí)，電連接器內(nèi)導(dǎo)體之間、內(nèi)導(dǎo)體與殼體之間絕緣電阻會(huì)下降。綜合考慮軍用電子設(shè)備實(shí)際使用環(huán)境及GJB《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》，本文設(shè)定溫度沖擊、高低溫存儲(chǔ)、交變濕熱及浸水試驗(yàn)4個(gè)環(huán)節(jié)模擬軍用電子設(shè)備實(shí)際使用環(huán)境，在各個(gè)試驗(yàn)環(huán)節(jié)通過測(cè)量試驗(yàn)樣件絕緣電阻，驗(yàn)證密封方案實(shí)際密封效果。各試驗(yàn)環(huán)節(jié)技術(shù)指標(biāo)如下所示：

1)絕緣電阻測(cè)試：兆歐表500 VDC檔，絕緣電阻≮550 MΩ；

2)溫度沖擊：-55 ℃～+125 ℃溫度范圍內(nèi)循環(huán)沖擊25次；

3)高低溫存儲(chǔ)：高溫 +85 ℃ 條件下貯存48 h，低溫- 55 ℃ 條件下貯存24 h；

4)交變濕熱：試驗(yàn)溫度30 ℃～60 ℃，相對(duì)濕度：90%～95%，每24 h為1周期，進(jìn)行10周期實(shí)驗(yàn)；

5)浸水試驗(yàn)：采用自來水完全浸沒存放90天。

電連接器尾部灌膠密封后，用兆歐表測(cè)試絕緣電阻并記錄。然后依次進(jìn)行溫度沖擊、高低溫存儲(chǔ)、交變濕熱等環(huán)境試驗(yàn)，各環(huán)節(jié)試驗(yàn)結(jié)束后用兆歐表測(cè)試電連接器連接導(dǎo)線間、導(dǎo)線/殼體間絕緣電阻并記錄。流程圖如圖2所示。

圖2 尾部密封試驗(yàn)流程

電連接器插合面繞包密封膠帶后，用兆歐表測(cè)試絕緣電阻并記錄。然后依次進(jìn)行溫度沖擊、高低溫存儲(chǔ)、交變濕熱、浸水試驗(yàn)，各環(huán)節(jié)試驗(yàn)結(jié)束后用測(cè)試電連接器連接導(dǎo)線間、導(dǎo)線/殼體間絕緣電阻并記錄。流程圖如圖3所示。

圖3 插合面密封試驗(yàn)流程

3 尾部密封方案及操作工藝

3.1 尾部密封工藝方案

綜合考慮電連接器尾部結(jié)構(gòu)、灌膠操作便利性及可維修性等因素，本文選用單組份膠黏劑(3140、704)、雙組份膠黏劑(307、160)對(duì)低頻圓形連接器進(jìn)行尾部灌封，并進(jìn)行密封試驗(yàn)。電連接器選用在雷達(dá)上應(yīng)用廣泛，選用結(jié)構(gòu)具有典型代表性的J599系列(壓接)、XCE系列(焊接)分別制作電纜組件樣件。

根據(jù)低頻圓形連接器尾部灌膠特點(diǎn)，制作如圖4所示密封定位工裝以固定電纜組件。電連接器后附件與電連接器裝配并旋緊后，將電纜組件固定在工裝上保持連接器尾部豎直朝上。

圖4 低頻圓形連接器密封定位工裝

3.1.1 單組份灌膠工藝

保持電連接器尾部豎直朝上，將膠液從尾部緩慢灌入電連接器后附件，避免膠液溢出，及時(shí)清理殘膠。灌膠分多次完成，單次灌注厚度不宜太厚，按膠液技術(shù)條件規(guī)定時(shí)間，室溫固化后進(jìn)行下一次灌注，直至灌注完成。

3.1.2 雙組份灌膠工藝

將A組分與B組分以按照重量比或體積比混合，攪拌均勻后抽真空。保持電連接器尾部豎直朝上，從電連接器尾部緩慢灌入電連接器后附件，避免膠液溢出，及時(shí)清理殘膠，按膠液技術(shù)條件規(guī)定時(shí)間進(jìn)行固化。

3.2 環(huán)境試驗(yàn)及電絕緣試驗(yàn)

按3.1節(jié)所述工藝方式制作試驗(yàn)樣件，并按圖2所述流程進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)和絕緣電阻測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果顯示，灌膠密封后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)溫度沖擊(-55 ℃～+125 ℃)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)高低溫存儲(chǔ)(高溫 +85 ℃，低溫- 55 ℃)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)交變濕熱(溫度30 ℃～60 ℃，相對(duì)濕度：90%～95%)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求。

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

3140、704為單組份室溫硫化橡膠，吸濕固化且固化過程不產(chǎn)生對(duì)電子組件有害的副產(chǎn)物，但表干問題制約單次灌封厚度。雙組份膠黏劑160、307通過催化固化，A、B組分按比例調(diào)配后在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生固化反應(yīng)。工程實(shí)踐過程中考慮可操作性，單組份膠粘劑無需配膠攜帶方便，生產(chǎn)場(chǎng)地適用范圍更廣，雙組份膠粘劑流淌性好，高密度電纜組件尾部灌封，具有更好的密封效果。

根據(jù)3.2節(jié)試驗(yàn)結(jié)果，本文灌封工藝有效阻斷了濕氣進(jìn)入電連接器殼體的尾部途徑，為電連接器尾部提供了良好的密封防護(hù)，均滿足電連接器尾部密封防護(hù)需求。裝備研制過程中，可根據(jù)施工環(huán)境、電纜組建結(jié)構(gòu)特點(diǎn)確定具體方案。

4 插合面密封方案及操作工藝

4.1 插合面密封工藝方案

綜合考慮密封效果與操作便利性，尤其外場(chǎng)施工便利性，本文采用纏繞膠帶辦法進(jìn)行電連接器插合面密封，選用自融膠帶進(jìn)行插合面密封。

4.2 插合面密封主要工藝流程

用無水乙醇或其它清潔材料對(duì)連接器插合面密封部位清潔，修剪自粘彈性膠帶并充分拉伸(寬度拉伸至原寬度3/4左右)，以1/2方式疊加纏繞包裹插合面。

4.3 插合面密封試驗(yàn)

按4.1節(jié)所述工藝方案制作試驗(yàn)樣件，并按圖3所述流程進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)和絕緣電阻測(cè)試。70#膠帶試件溫度沖擊試驗(yàn)后膠帶散落，不再討論。2228#膠帶各環(huán)節(jié)試驗(yàn)結(jié)果顯示，樣件插合面繞包密封后，絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，經(jīng)溫度沖擊(-55 ℃～+125 ℃)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)高低溫存儲(chǔ)(高溫 +85 ℃，低溫- 55 ℃)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)交變濕熱(溫度30℃～60℃，相對(duì)濕度：90%～95%)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求；經(jīng)泡水(完全浸沒120天)試驗(yàn)后，樣件絕緣電阻全部≥550 ΜΩ，滿足試驗(yàn)要求。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

電子設(shè)備裝配空間日益緊湊，要求低頻非密封電連接器插合面密封工藝既要具備良好的密封防護(hù)性能，又要具備良好的可生產(chǎn)性。試驗(yàn)過程中，70#膠帶脫落，未能滿足密封要求；2228#自融膠帶采用4.2節(jié)工藝流程制作試驗(yàn)樣件，滿足4.3節(jié)插合面全部密封試驗(yàn)指標(biāo)要求，尤其經(jīng)過120天浸水試驗(yàn)，性能始終穩(wěn)定，證明該密封工藝防護(hù)有效。與灌封工藝相比，自融膠帶不需模具，不需配膠，人員操作技能要求低，膠帶可任意裁剪，適用范圍廣。

5 結(jié)束語

復(fù)雜多變的工作環(huán)境與不斷提高的可靠性需求，是軍用電子設(shè)備持續(xù)面臨的重要問題。影響電子設(shè)備可靠性的因素眾多，本文從電氣互連可靠性角度出發(fā)，旨在通過優(yōu)化裝配工藝提高低頻非密封電連接器在濕熱、鹽霧等惡劣環(huán)境中的可靠性。通過分析電連接器密封失效原因，本文設(shè)計(jì)了尾部密封工藝和插合面密封工藝，經(jīng)試驗(yàn)證明密封工藝操作可行、防護(hù)有效。與密封專用型電連接器相比，本文方法成本低，且能夠覆

蓋更廣泛的低頻電連接器型號(hào)，尤其適用于在役裝備密封防護(hù)改造工作。與同類電連接器密封工藝相比，本文不僅提供了更豐富的尾部灌封工藝方案可選，使工藝選擇更具針對(duì)性，更增加了對(duì)電連接器插合面的討論，為低頻非密封電連接器提供了更全面的密封防護(hù)。目前，本文低頻非密封電連接器密封防護(hù)工藝已在多型裝備上成功應(yīng)用，取得了良好的密封防護(hù)效果。