新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用

摘要：傳統(tǒng)膠黏劑粘接強(qiáng)度、散熱效果較差，無法起到保護(hù)變電站線路的效果。為了解決上述問題，對新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行研究，分析新型高分子膠粘劑的分類及性能，探討新型高分子膠粘劑的制備過程，從管心粘接、電路原件與基板粘接和線路封裝三方面探討效果，新型高分子膠粘劑將電路元件粘接與電路基板有效粘合到一起，穩(wěn)定性高，提高了各個(gè)元件的工作效率，節(jié)省了電能消耗。結(jié)果表明，相較于傳統(tǒng)膠黏劑，新型高分子膠粘劑的粘接強(qiáng)度和散熱效果由顯著優(yōu)勢，能夠發(fā)揮極好的變電站線路保護(hù)作用。

關(guān)鍵詞：新型高分子;膠粘劑;變電站;線路保護(hù)

中圖分類號(hào)：0636.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-5922（2020）06-0011-05

0 引言

膠接是利用膠粘劑在連接面上產(chǎn)生一定的物理吸附力、化學(xué)鍵合力和機(jī)械結(jié)合力，從而使兩個(gè)膠接件連接起來，是一種應(yīng)用十分廣泛的工藝連接方法，工藝簡便，不需要復(fù)雜的工藝設(shè)備，既適用于同種材料，也適用于異種材料。

隨著科技的進(jìn)步，新興材料不斷涌現(xiàn)，材料的種類在不斷增加，材料性能也在不斷提高，因此新興材料的制造和連接對膠粘劑提出了更高的要求，使其以綠色環(huán)保為中心理念來適應(yīng)行業(yè)發(fā)展需求[1]。

變電站又稱配電室，是改變電壓的場所。變電站開始運(yùn)行時(shí)，首先將發(fā)電廠發(fā)出的點(diǎn)變?yōu)楦邏弘?，然后在用戶的附近按照需要將高壓電變?yōu)榈蛪弘?，通過變電站升降電壓的工作實(shí)現(xiàn)電能的遠(yuǎn)距離輸送[2]。為保證電能運(yùn)輸效率，變電站采用大量的集成電路，通過將電路中所需的晶體管、電阻、電容等電路元件連接在一起形成完整的線路，能夠大幅度提高電能運(yùn)輸線路的穩(wěn)定性和工作效率[3]。

本文對新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行了深入研究，首先簡單介紹了新型高分子膠粘劑的幾個(gè)類型和性能，對其中一類高分子膠粘劑的制備過程進(jìn)行了闡述。然后詳細(xì)介紹了新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用，針對變電站晶體管管心粘接、變電站電路原件與基板粘接、變電站線路封裝等3個(gè)主要應(yīng)用方面深入研究，分析新型高分子膠粘劑的性質(zhì)和在線路保護(hù)中發(fā)揮的作用。

1 新型高分子膠粘劑

高分子膠粘劑又稱高分子粘結(jié)劑，是一種以高分子化合物為主體的聚合物復(fù)合材料，單組份、粘接力強(qiáng)，大多數(shù)為無毒無味的干粉狀，散熱性強(qiáng)，抗?jié)B透性好，耐水耐老化[4]。

1.1 新型高分子膠粘劑的分類及性能

新型高分子膠粘劑大致可以分為環(huán)氧樹脂膠粘劑、有機(jī)硅橡膠膠粘劑和丙烯酸酯型膠粘劑3類，其各自的性能和應(yīng)用范圍如圖1所示。

環(huán)氧樹脂膠粘劑以環(huán)氧樹脂為主要成分，通過機(jī)械粘附力和化學(xué)粘合力使膠結(jié)牢固，在凝固時(shí)不會(huì)出水或融合其他產(chǎn)物，是電工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的膠粘劑;有機(jī)硅橡膠膠粘劑被廣泛應(yīng)用于粘接、灌封和定位，粘接面積大，使用方便，耐老化，散熱性好，是用量僅次于與環(huán)氧膠粘劑的第2類膠粘劑;丙烯酸酯型膠粘劑以丙烯酸酯為基料，混有少量的引發(fā)劑，性質(zhì)穩(wěn)定，可塑性強(qiáng)，多用于小面積金屬等難粘材料的粘接嗍。

1.2 新型高分子膠粘劑的制備

以丙烯酸酯型膠粘劑合成制備過程為例，簡單介紹新型高分子膠粘劑的制備過程，其制備工藝路線圖如圖2所示。首先將乳化劑和蒸餾水加熱到60℃，然后加入一部分混合單體繼續(xù)乳化30min，其次加入一部分引發(fā)劑，接著升溫到75-78℃，有藍(lán)光出現(xiàn)時(shí)，在持續(xù)10min，加入剩余的混合單體和引發(fā)劑緩慢滴加到實(shí)驗(yàn)瓶內(nèi)，所需要的滴加時(shí)間大約為3h，緊接著加熱到82-85℃，保溫1h，最后過濾出料[6]。

2 新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用

新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)中主要應(yīng)用于管心粘接、電路原件與基板粘接和線路封裝等3個(gè)方面[7]。

2.1 變電站晶體管管心粘接

散熱性是保護(hù)線路的重要性能，通過將新型高分子膠粘劑應(yīng)用于變電站晶體管管心粘接，其良好的散熱能力能夠使晶體管如同一個(gè)散熱器，但變電站線路溫度過高時(shí)，無數(shù)個(gè)晶體管將加速線路的散熱，從而保護(hù)線路，避免因線路溫度過高導(dǎo)致火災(zāi)等意外的發(fā)生[8]。

高分子膠粘劑中含有大量的高分子基體高分子基體中含極性基團(tuán)的多少和基團(tuán)偶極化的程度對膠粘劑的散熱性有較大的影響[9]。其中高分子材料的散熱率如表1所示。

為了更方便的計(jì)算高分子膠粘劑的散熱率，本文采用了Maxwell模型對高分子膠粘劑中的高分子材料進(jìn)行散熱率計(jì)算。該模型考慮到了膠粘劑中分子的密度，密度計(jì)算如公式（1）：

c=km/u×10³（1）

其中c表示分子密度，c值越大，膠粘劑的性質(zhì)越穩(wěn)定，凝固性越好;k表示膠粘劑中含有的分子種類數(shù)量;m表示分子質(zhì)量;v表示分子體積[10]。

根據(jù)膠粘劑中的分子密度，可以計(jì)算出分子材料的散熱率，散熱率計(jì)算如公式（2）：

f= 1gf1vc+（1-v）1gf2

（2） 其中f表示膠粘劑的散熱率，f1為高分子材料的散熱率，f2為粒子的散熱率[11]。

2.2 變電站電路原件與基板粘接

變電站的線路中包含大量的電路元件，為使各類元件之間能夠有序的配合工作，通過倒裝接合方式將電路元件直接安裝于電路基板上[12]。電路元件與電路基板的粘接方式如圖3所示。

傳統(tǒng)安裝方式有將電路元件的電極部分直接焊接于電路基板上，還可以在電路元件的電極連接導(dǎo)線并電連接于電路基板的電極，使二者相互相連。但對于這些傳統(tǒng)方式，在各種環(huán)境下，由于連接的電路元件和基板之間存在一定的膨脹系數(shù)差，使得二者的連接處產(chǎn)生反作用力使二者分離，導(dǎo)致二者連接不可靠[13]。因此為了緩和連接處的反作用力，研究了通常在電路元件和電路基板的間隙填充新型高分子膠粘劑等底部填料的方式。首先在對需要使用的結(jié)合工具進(jìn)行洗滌，避免污染膠粘劑，然后在電路基板上涂上新型高分子膠粘劑，對應(yīng)電子元件的尺寸，半切斷存在于基板上的膠粘劑，在膠粘劑沒有凝固前將電路元件粘接在電路基板上。

為了使各個(gè)電路元件之間在工作時(shí)不互相干擾，元件之間的粘接需要留有一定的富余距離。另一方面，電路元件的種類較多，因此電路基板的面積應(yīng)略大，保證留有多余的安裝面積[14]。采用新型高分子膠粘劑將電路元件粘接與電路基板粘合，穩(wěn)定性高，提高了各個(gè)元件的工作效率，節(jié)省了電能消耗，除此之外，膠粘劑不干擾線路的電能傳輸，使變電站穩(wěn)定工作的保障，為變電站的線路保護(hù)作出了巨大的貢獻(xiàn)[15]。

2.3 變電站線路封裝

變電站的線路封裝是指一種將抽象性函式接口的實(shí)作細(xì)節(jié)部分包裝并隱藏起來的方法。通過利用導(dǎo)線將硅片上的電路管腳引到外部接頭處，方便與其他的器件連接。幾種常見的線路封裝如圖4所示。

在線路封裝時(shí)，常利用膠粘劑使外部保護(hù)皮與內(nèi)部器件相連，可以增加線路保護(hù)力度。傳統(tǒng)膠粘劑在進(jìn)行注塑時(shí)壓力過大，易損壞線路內(nèi)部的精密元件，且其凝固性較差，在凝固的過程中可能流人電路元件內(nèi)，影響變電站的正常工作。新型高分子膠粘劑在注塑時(shí)采用低壓注塑工藝，可以保護(hù)脆弱的電路元件，且進(jìn)行低壓封住注塑的設(shè)備簡單，成本低廉容易操作，注塑時(shí)間短暫，能夠大幅度提高生產(chǎn)效率。除此之外，新型高分子膠粘劑的粘接力強(qiáng)，可以使外部保護(hù)層緊緊的貼合電路元件，使其不易脫落;另一方面，新型高分子膠粘劑的防水性好，耐化學(xué)腐蝕，可以對變電器線路起到良好的防水、防潮、密封等保護(hù)作用。此外，新型高分子膠粘劑以綠色環(huán)保為核心理念，屬于環(huán)保粘接材料，可以被多次回收利用，節(jié)約了用料成本。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

為了檢測本文研究的新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用效果，選用傳統(tǒng)的膠粘劑和本文研究的新型高分子膠粘劑對同一變電站模型的線路進(jìn)行保護(hù)，對比二者的保護(hù)效果，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

針對新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)中的應(yīng)用廣泛性，需對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)參數(shù)的設(shè)置，設(shè)置的實(shí)驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

根據(jù)上述的實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，首先構(gòu)建一個(gè)簡易的變電站模型，模擬其中的線路和工作狀態(tài)，選用傳統(tǒng)的膠粘劑和本文研究的新型高分子膠粘劑對模型的線路進(jìn)行保護(hù)應(yīng)用，對比二者的粘接力，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比如圖5所示。

分析圖5可以得出，隨著時(shí)間的推移，兩種膠粘劑的粘接力都在逐漸增加，當(dāng)?shù)竭_(dá)一定凝固時(shí)間時(shí)，粘接力趨于一固定值。傳統(tǒng)膠粘劑的分子移動(dòng)速度較慢，影響其分子結(jié)構(gòu)變換的速度，導(dǎo)致其凝固時(shí)間較長，粘接力較弱;相比較，新型高分子膠粘劑的凝固時(shí)間短，粘接能力強(qiáng)。當(dāng)線路中的元件與基板粘接不牢固時(shí)，會(huì)導(dǎo)致該元件的運(yùn)轉(zhuǎn)失靈，甚至導(dǎo)致整個(gè)變電站系統(tǒng)的癱瘓，因此新型高分子膠粘劑更適合被應(yīng)用于變電站線路的保護(hù)。

在對兩種膠粘劑的粘接力進(jìn)行對比后，針對兩種膠粘劑的散熱性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比。在相同的條件下，將已經(jīng)完全凝固的兩種膠粘劑加熱到相同的溫度，記錄兩種膠粘劑恢復(fù)到26℃時(shí)所需要的時(shí)間，得到的實(shí)驗(yàn)對比結(jié)果如圖6所示。

根據(jù)圖6可以看出，新型高分子膠粘劑具有良好的散熱性，能夠快速的將溫度降到室溫，從而對變電站的線路進(jìn)行保護(hù)。相反，傳統(tǒng)的膠粘劑散熱能力差，散熱所需時(shí)間較長。當(dāng)變電站處于負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，電流流量超過標(biāo)準(zhǔn)值，線路的溫度會(huì)持續(xù)上升，若膠粘劑的散熱能力價(jià)差，線路的溫度長時(shí)間沒有下降，易引發(fā)火災(zāi)等危險(xiǎn)事故，因此可以對比出，新型高分子膠粘劑對變電站線路的保護(hù)能力更強(qiáng)。

除了膠粘性和散熱性外，本文還對高分子膠粘劑的防水性、絕緣性和耐老化性等多方面的性能進(jìn)行了測試。測試結(jié)果顯示，新型高分子膠粘劑的防水性十分良好，能夠有效的防止水分子進(jìn)入線路內(nèi)部造成線路損壞。除此之外，其耐老化性強(qiáng)，使用壽命長，能夠減少成本，其本身屬于絕緣物質(zhì)，不會(huì)影響線路內(nèi)部電子元件的工作狀態(tài)，也可以防止線路漏電的情況。綜上所述，相較于傳統(tǒng)膠粘劑，本文研究的新型高分子膠粘劑的性能更強(qiáng)，更適用于變電站線路的保護(hù)。

4 結(jié)語

從電工業(yè)的發(fā)展，特別是變電站線路、大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展來看，新型高分子膠粘劑的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，為適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展需求，新型高分子膠粘劑的品種越來越多，性能和質(zhì)量也越來越高。本文通過對新型高分子膠粘劑在變電站線路保護(hù)的應(yīng)用進(jìn)行深入分析研究，簡單介紹了膠粘劑的制作方法，詳細(xì)的介紹了新型高分子膠粘劑的性能和發(fā)揮的巨大作用，并與傳統(tǒng)的膠粘劑進(jìn)行比較，分析二者的膠接能力和導(dǎo)熱性。但新型高分子膠粘劑的發(fā)展史不過四五十年，制作技術(shù)尚且不成熟，許多不足還需繼續(xù)研究，而我國的膠粘劑目前主要依靠于海外進(jìn)口，為了滿足變電站線路以及其他電子工業(yè)的發(fā)展需求，提高國產(chǎn)化率，我們應(yīng)該致力于膠粘劑的研究和推廣，才能使膠粘劑的發(fā)展與電工業(yè)的發(fā)展相匹配。

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作者簡介：于漢啟（1970-），男，漢族，山東膠州人，大學(xué)本科，高級(jí)工程師，大研究方向：電氣工程。Email： ytyhq2008@126.com