王槐祥

（勢(shì)嘉電子科技 （上海）有限公司，上海 201806）

車用點(diǎn)火線圈是保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作的重要部件，它對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行、變速、過(guò)渡、低溫起動(dòng)、節(jié)能、排放等起著重要的作用。

電感式點(diǎn)火線圈是將車上14V電源，經(jīng)初級(jí)繞組儲(chǔ)能，在切斷初級(jí)電源 （早期靠分電器的白金觸點(diǎn)，現(xiàn)在靠電子開(kāi)關(guān)-點(diǎn)火模塊）的瞬間釋放磁能，通過(guò)電磁感應(yīng)在次級(jí)繞組 （與初級(jí)的匝數(shù)比在50～70:1）輸出30～45 kV的負(fù)向高電壓到火花塞，火花塞電極對(duì)搭鐵放電，點(diǎn)燃混合氣，推動(dòng)活塞工作。

線圈繞制組裝后，線圈間充滿空氣。因?yàn)榭諝庠诟唠妷鹤饔孟?，氣體分子會(huì)產(chǎn)生電離，失去絕緣作用，還會(huì)有水汽、灰塵、纖維等絕緣有害物質(zhì)。點(diǎn)火線圈輸出電壓高，不管是早期的還是現(xiàn)在的點(diǎn)火線圈，在線圈繞制組裝后，都要在線圈間填充絕緣材料，趕走線圈間的空氣。早期開(kāi)磁路的點(diǎn)火線圈用瀝青、變壓器油填充，現(xiàn)代的閉磁路點(diǎn)火線圈則用環(huán)氧樹(shù)脂、硅膠、聚氨酯等填充。其中，用環(huán)氧樹(shù)脂作絕緣填充最為普遍。

點(diǎn)火線圈填充環(huán)氧樹(shù)脂的作用:①提高絕緣強(qiáng)度，導(dǎo)熱、降溫；②免受環(huán)境侵害，如潮濕、灰塵、化學(xué)腐蝕、光熱輻射等；③提高機(jī)械強(qiáng)度，防震、緩沖，防機(jī)械損傷；④固定線圈預(yù)設(shè)參數(shù)，如固定氣隙及線圈及鐵心的相互位置，避免參數(shù)變動(dòng)。

在填充的環(huán)氧樹(shù)脂中，如果出現(xiàn)氣泡，在氣泡處就會(huì)出現(xiàn)介電常數(shù)突變，以致高壓電場(chǎng)也相應(yīng)發(fā)生畸變，極易造成絕緣擊穿。只有在真空條件下，進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂澆灌才能使填充的環(huán)氧中無(wú)氣泡。

1 真空樹(shù)脂澆灌的基本工藝過(guò)程

以全自動(dòng)多頭真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備為例，圖1為國(guó)產(chǎn)DSC-60-4真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備框圖。樹(shù)脂、固化劑分別由2個(gè)備料缸加熱、脫氣備料，通過(guò)管道分別吸進(jìn)樹(shù)脂、固化劑儲(chǔ)料缸中，所有缸都有加熱裝置。樹(shù)脂備料缸，工作缸帶有薄膜脫氣裝置。按工藝加熱、脫氣好的樹(shù)脂、固化劑，分別由樹(shù)脂計(jì)量泵、固化劑計(jì)量泵按混合比計(jì)量后，送入靜態(tài)混料器。混料后的樹(shù)脂送入4個(gè)定料泵，等待澆灌。

將預(yù)熱除濕后的線圈送入澆灌室，按工藝時(shí)間，先預(yù)抽真空除濕、除氣。加壓定料缸，同時(shí)打開(kāi)澆灌頭即可進(jìn)行澆灌。按需可分多次循環(huán)澆灌，澆灌完成后，產(chǎn)品在真空澆灌室保持30 s。最后，在澆灌室破空補(bǔ)料。因?yàn)榛旌狭显谡婵諚l件下，體積增大，只有破空后補(bǔ)料才能保證液面合適又不會(huì)溢出。澆灌完的工件經(jīng)整理，送入固化爐，分3段溫區(qū)固化，冷卻后即完成此工藝過(guò)程。

如果澆灌過(guò)程中斷時(shí)間較長(zhǎng)，為了避免混合料在混料器、定料泵、澆灌頭中固化，冷水機(jī)將水制冷，用水泵送入機(jī)臺(tái)，以冷卻混料器、定料泵、澆灌頭。

設(shè)備由PLC全自動(dòng)控制，所有設(shè)備工作狀態(tài)及參數(shù)的設(shè)定、更改，都在17吋液晶屏上顯示，可人機(jī)對(duì)話，界面十分友好。通過(guò)網(wǎng)線，設(shè)備可以遠(yuǎn)程診斷。

2 環(huán)氧樹(shù)脂的基本性能及選擇原則

2.1 環(huán)氧樹(shù)脂的基本性能

環(huán)氧樹(shù)脂的性能指標(biāo)很多，本文只對(duì)線圈性能及工藝影響較大的性能指標(biāo)進(jìn)行介紹。

1）玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg環(huán)氧樹(shù)脂是非晶聚合物。非晶聚合物隨溫度升高從玻璃態(tài)向高彈態(tài) （也稱 〈橡膠態(tài)〉）轉(zhuǎn)變的溫度就是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，或稱玻璃化溫度。玻璃花溫度與樹(shù)脂性能的關(guān)系如圖2所示。

玻璃化溫度是環(huán)氧樹(shù)脂性能的重要指標(biāo)。因?yàn)榻?jīng)過(guò)這個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)后，樹(shù)脂的物理性能如硬度、彈性模量、膨脹系數(shù)、比熱容、介電性，絕緣強(qiáng)度等要發(fā)生較大的變化。

2）混合比 保證樹(shù)脂完全融合固化的樹(shù)脂與固化劑的質(zhì)量比。這是選擇設(shè)備及混料方式的重要參數(shù)。

3）密度 在澆灌設(shè)備設(shè)定混合比時(shí)，要把樹(shù)脂與固化劑的質(zhì)量比換算成計(jì)量泵的容積比。因此，要供應(yīng)商提供在備料溫度下的密度，作為設(shè)備制造商設(shè)計(jì)計(jì)量泵的依據(jù)。

4）適用期 樹(shù)脂與固化劑混合后，在澆灌溫度下的粘度上升一倍所需的時(shí)間。在60℃澆灌溫度下，樹(shù)脂的適用期應(yīng)≥1.5h。澆灌溫度不同，適用期差別很大，見(jiàn)表1。

表1 6100A／B-2NH環(huán)氧樹(shù)脂混合料溫度與適用期的關(guān)系

5）沉降率 為了提高環(huán)氧樹(shù)脂的強(qiáng)度、導(dǎo)熱性，降低線膨脹系數(shù)，在樹(shù)脂中都加了較多的填料，如二氧化硅、氧化鋁、氮化硅、氮化硼等。在樹(shù)脂固化時(shí)，填料會(huì)下沉。用標(biāo)準(zhǔn)試樣檢測(cè)上層密度與下層密度之比即為樹(shù)脂的沉降率。表2為不同樹(shù)脂的沉降率。

表2 不同樹(shù)脂的沉降率

6）線膨脹系數(shù) 用于點(diǎn)火線圈高溫固化的環(huán)氧樹(shù)脂應(yīng)有較小的線膨脹系數(shù)，用于點(diǎn)火線圈的樹(shù)脂其值應(yīng)在10-5k-1數(shù)量級(jí)。

7）固化特性 從灌封后加熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開(kāi)始，到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成的階段稱之為凝膠預(yù)固化階段，此階段為流態(tài)。從凝膠到完全固化階段完成樹(shù)脂的固化，是樹(shù)脂固化的第2階段。廠家對(duì)每種樹(shù)脂都給出2段或3段固化溫度和時(shí)間。實(shí)際使用時(shí)，可根據(jù)在該溫度下樹(shù)脂固化過(guò)程的放熱峰特性，通過(guò)試驗(yàn)加以調(diào)整。

2.2 點(diǎn)火線圈環(huán)氧樹(shù)脂技術(shù)要求

1）混合料適用期長(zhǎng)，適合大批量自動(dòng)生產(chǎn)線作業(yè)。

2）在澆灌溫度下，粘度小，浸滲性強(qiáng)，可滲入線圈內(nèi)的空間及極細(xì)的漆包線間。

3）灌封和固化過(guò)程中，填充劑等粉體組分沉降小，不分層，分布均勻。

4）固化過(guò)程放熱峰低，固化收縮小。3種環(huán)氧樹(shù)脂放熱峰特性如圖3所示。

5）固化后，電氣性能和力學(xué)性能優(yōu)異，耐熱性好，對(duì)多種材料有良好的粘接性，吸水性和線膨脹系數(shù)小。

6）某些場(chǎng)合還要求灌封料具有阻燃、耐候、導(dǎo)熱、耐高低溫沖擊等性能。點(diǎn)火線圈耐高低溫沖擊性能對(duì)其可靠性十分重要。有的點(diǎn)火線圈要求在-40～125℃溫度沖擊500個(gè)循環(huán)后，仍要保持其性能。

2.3 環(huán)氧樹(shù)脂選用應(yīng)考慮的因素

1）點(diǎn)火線圈安裝的部位 直接裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的點(diǎn)火線圈工作溫度高，振動(dòng)強(qiáng)烈，通常選擇玻璃化溫度較高、強(qiáng)度較高的環(huán)氧樹(shù)脂。

2）使用環(huán)境 如果使用環(huán)境溫差大、潮濕、鹽霧 （海邊）等，則應(yīng)使用能經(jīng)受-40～140℃存儲(chǔ)溫度、-40～125℃的工作溫度及耐濕較好的樹(shù)脂。

3）澆灌方法及澆灌工藝 早期的方法是先把樹(shù)脂和固化劑脫氣后在一個(gè)大罐集中混合，再逐一澆灌線圈。用這種方法必須考慮罐中的樹(shù)脂澆灌時(shí)間不能超過(guò)在此溫度下樹(shù)脂的適用期。這種方法的缺點(diǎn)是效率低，隨時(shí)間的加長(zhǎng)，混合料的粘度升高，對(duì)線圈的滲透性降低，降低澆灌品質(zhì)。

樹(shù)脂與固化劑的混合比較大 （如大于10∶1），澆灌設(shè)備不宜采用靜態(tài)混料。

現(xiàn)代全自動(dòng)真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備采用樹(shù)脂和固化劑分別加熱脫氣、自動(dòng)計(jì)量、在線混合、自動(dòng)定量澆灌，配合自動(dòng)溫控固化爐固化。許多廠家推出的點(diǎn)火線圈專用灌封料都能滿足全自動(dòng)真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備要求。有些廠家澆灌設(shè)備A料灌加熱溫度達(dá)不到有些樹(shù)脂要求的溫度，在定購(gòu)設(shè)備時(shí)要注意。

4）線圈的結(jié)構(gòu)因素 線圈內(nèi)金屬預(yù)埋件 （如鐵心）尺寸較大，在冷熱沖擊的環(huán)境極易開(kāi)裂，必須選擇抗冷熱沖擊性能較好的樹(shù)脂。

5）筆式線圈安裝位置及材質(zhì) 筆式線圈體積小，澆灌樹(shù)脂時(shí)，流通截面窄，應(yīng)直接裝在火花塞上。使用環(huán)境嚴(yán)酷，因此筆式線圈應(yīng)選擇耐高低溫沖擊好、玻璃化溫度高、滲透性好的環(huán)氧樹(shù)脂。

6）樹(shù)脂與所用塑料件的粘接能力 樹(shù)脂與點(diǎn)火線圈常用塑料PBT、PPO、PPS等的粘結(jié)能力是選擇樹(shù)脂的重要因素。在選用時(shí)，需要供應(yīng)商提供樹(shù)脂與配伍的塑料粘接力的資料。它是用標(biāo)準(zhǔn)試樣測(cè)量樹(shù)脂與塑料的分離力。測(cè)量的分離力要標(biāo)明塑料表面狀態(tài)，是否清洗，用什么方法清洗，如去油劑清洗還是等離子清洗。應(yīng)選擇分離力大的樹(shù)脂。此項(xiàng)要求對(duì)點(diǎn)火線圈可靠性和耐久性影響極大，一定要認(rèn)真對(duì)待。

3 點(diǎn)火線圈與環(huán)氧樹(shù)脂聯(lián)結(jié)件的預(yù)處理

3.1 鐵心的預(yù)處理

鐵心沖壓時(shí)，切斷面有冷作硬化，會(huì)影響鐵心導(dǎo)磁性能 （大約降低在5%～10%，高速?zèng)_會(huì)好一些），同時(shí)，沖片時(shí)，涂有高速?zèng)_壓油 （不能用一般的機(jī)油，否則很難除掉）。為了去除內(nèi)應(yīng)力和殘留的沖壓油，鐵心裝配前要在200℃的環(huán)境中，烘烤2h（去內(nèi)應(yīng)力低溫回火溫度為150～250℃）。

3.2 電子電路、點(diǎn)火模塊

有些配裝的電子電路、點(diǎn)火模塊，元器件裸露在外面。澆灌樹(shù)脂后，在樹(shù)脂熱脹冷縮作用下，元器件及連接點(diǎn)會(huì)損壞，因此，對(duì)裸露在外面的元器件及接點(diǎn)要涂上硅膠加以保護(hù)，把硬樹(shù)脂與電子電路隔開(kāi)。

3.3 外殼、骨架等塑料件的預(yù)處理

1）水溶清洗劑超聲清洗可以除油污，但漂洗除掉殘留的清洗劑很困難，而且水的用量極大。如果塑料表面有殘留的清洗劑，樹(shù)脂與塑料就不能粘結(jié)。

2）有機(jī)溶劑清洗劑清洗。經(jīng)試驗(yàn)，用常用的三氯乙烷、二氯甲烷對(duì)PPO材料腐蝕大，不能采用。用酒精清洗能除油及松香等物。用密封、可冷凝回收、過(guò)濾溶劑的專用超聲清洗設(shè)備，清洗效果好，酒精浪費(fèi)少。國(guó)內(nèi)大多數(shù)廠家，都采用此工藝。

3）等離子清洗。等離子體又稱電漿。是繼固體、液體、氣體之后物質(zhì)的第4態(tài)。等離子體是帶正、負(fù)電荷粒子所形成的氣體，還含有中性氣體原子、分子及自由基［2］。等離子體的特點(diǎn)是:高能態(tài)，對(duì)處理表面起物理和化學(xué)作用，電中性。

等離子清洗的化學(xué)作用是氧離子與塑料表面的油污反應(yīng)生成二氧化碳和水；等離子體的物理作用是使表面變粗糙，可暴露出更多的表面區(qū)域，以建立微型雙極子 （miniature dipoles），從而增加電性的粘著力，達(dá)到活化表面的目的。

表面除污染物及活化效果的檢測(cè)方法:一種是用水滴法測(cè)量水滴圓弧的切線與水平面的夾角（圖4），夾角越小，清洗效果越好，有專用測(cè)量?jī)x器市售。另一種方法是用達(dá)因筆檢測(cè)。達(dá)因筆里存有專用墨水，達(dá)因筆注明有該筆的達(dá)因值。將墨水畫(huà)到被測(cè)表面，如果畫(huà)線不收縮，表明表面張力達(dá)因值達(dá)到或超過(guò)達(dá)因筆上的達(dá)因數(shù)。如果經(jīng)一段時(shí)間，畫(huà)線緩慢收縮，表明達(dá)因值小于達(dá)因筆上的達(dá)因數(shù)。如果畫(huà)線收縮成水珠，表明清洗很糟糕，達(dá)因值遠(yuǎn)低于達(dá)因筆的達(dá)因數(shù)。達(dá)因筆市場(chǎng)上也有售。

經(jīng)等離子清洗的骨架、外殼，能提高和環(huán)氧樹(shù)脂粘接力。這對(duì)提高點(diǎn)火線圈的抗冷熱沖擊性能和可靠性是十分重要的。此工藝在國(guó)外廠家應(yīng)用普遍。因設(shè)備較貴，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)廠家使用此工藝。

組裝好待灌封的線圈，要經(jīng)過(guò)除濕烘干后，保持烘干時(shí)的溫度進(jìn)入灌封室澆灌。如果溫度下降多，造成冷包，樹(shù)脂不能完全滲入線圈，會(huì)造成點(diǎn)火線圈一經(jīng)高壓就擊穿的嚴(yán)重品質(zhì)事故。

4 環(huán)氧樹(shù)脂的除濕脫氣

環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)和存放的過(guò)程中，有空氣、水汽溶入樹(shù)脂。澆灌前必須對(duì)樹(shù)脂和固化劑除濕、脫氣。

由于樹(shù)脂在常溫下粘度很大，根本流不動(dòng)。備料缸在吸入樹(shù)脂前，需要把樹(shù)脂均勻加熱。吸料時(shí)，所經(jīng)管道均需加熱。吸入真空度10 mbar即可。薄膜脫氣是目前澆灌設(shè)備中廣泛采用的、脫氣效果較為理想的脫氣方法。工作罐內(nèi)薄膜脫氣裝置見(jiàn)圖5。物料在螺旋提升器的作用下被提到薄膜脫氣裝置的頂部，并沿薄膜脫氣傘向下流動(dòng)。流動(dòng)中，由于過(guò)流面積不斷增加，物料在傘面上形成一層很薄的膜，能達(dá)到很好的脫氣效果。要注意的是樹(shù)脂溫度沒(méi)達(dá)到工藝要求時(shí)，不能啟動(dòng)攪拌脫氣裝置，否則因樹(shù)脂粘度太大而損壞攪拌機(jī)構(gòu)。樹(shù)脂工作罐攪拌脫氣的溫度，按樹(shù)脂供應(yīng)商給的溫度設(shè)定。

為了保障脫氣達(dá)到工藝要求，樹(shù)脂罐要在0.5～1 mbar條件下脫氣4 h，固化劑灌要在1～3 mbar的條件下脫氣4h。為了保證連續(xù)生產(chǎn)，通常另設(shè)A／B料的備料罐，待工作罐料用完，再把備料罐備好的料補(bǔ)充到工作罐中。由于脫氣備料的時(shí)間長(zhǎng)，而且需用大量的電力，費(fèi)用很高。為了節(jié)省脫氣備料時(shí)間和電力，保證連續(xù)生產(chǎn)，設(shè)備制造商提出了在線脫氣的方案。

在線脫氣有2種方案:一種是增加輸料管道的長(zhǎng)度和直徑，并在管道中并列放置多根小管。樹(shù)脂料通過(guò)管道，附著在多根小管內(nèi)、外表面，大大地增加薄膜脫氣的面積，等樹(shù)脂到達(dá)工作罐時(shí)，脫氣已經(jīng)完成。此方案的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省單獨(dú)脫氣的電力和時(shí)間。缺點(diǎn)是輸料管道體積大，換樹(shù)脂種類清洗困難；固化劑附著力差沒(méi)有形成薄膜就從管道流走，造成脫氣不干凈。這種方法在德國(guó) 《海德里?！吩O(shè)備上采用。

另一種方法是分層脫氣。脫氣的方法與圖5的方法不同。工作罐上的液位控制器負(fù)責(zé)把供料罐的料加入工作罐，總是維持液面原來(lái)的高度。樹(shù)脂和固化劑很小量從相應(yīng)的供料罐出來(lái)，經(jīng)薄膜抽氣出料板，實(shí)現(xiàn)在線脫氣。用這種方法實(shí)現(xiàn)足夠的材料儲(chǔ)備。新進(jìn)的材料保留在上部繼續(xù)脫氣，經(jīng)過(guò)很好脫氣的材料按順序流入下部，來(lái)到計(jì)量泵的入口。工作罐的容積按4h所需的澆灌料量配備。保證料從進(jìn)料到澆灌脫氣時(shí)間不小于4h。此方法設(shè)計(jì)巧妙，效果好。德國(guó)旭百世采用此方法在線脫氣。

5 環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的計(jì)量

脫氣備料后，樹(shù)脂和固化劑要按混合比精密計(jì)量后混合。計(jì)量精度要控制在±0.5%范圍內(nèi)。常用的計(jì)量泵有齒輪泵和柱塞泵。因?yàn)辄c(diǎn)火線圈樹(shù)脂都有填料，會(huì)使齒輪泵快速磨損，所以點(diǎn)火線圈行業(yè)都使用柱塞計(jì)量泵。

驅(qū)動(dòng)計(jì)量泵有2種方式:油壓驅(qū)動(dòng)和伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。用油壓驅(qū)動(dòng)要把樹(shù)脂及固化劑 （簡(jiǎn)稱A／B料）質(zhì)量混合比換算成柱塞泵容積，用來(lái)確定樹(shù)脂和固化劑計(jì)量泵的直徑。換算時(shí)，要用備料溫度對(duì)應(yīng)的密度。如果樹(shù)脂改變，混合比不同，則要變換計(jì)量泵的缸徑。采用圖6結(jié)構(gòu)的計(jì)量泵的油壓驅(qū)動(dòng)方式，改變固化劑泵在杠桿中的位置，可調(diào)整混合比。用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式是用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，帶動(dòng)計(jì)量泵活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此種方式能很方便在計(jì)算機(jī)上設(shè)定混合比。設(shè)定時(shí)，在計(jì)算機(jī)界面上輸入備料溫度對(duì)應(yīng)的A／B料的密度和混合比即可?，F(xiàn)代澆灌設(shè)備大多采用此方式。

計(jì)量泵在使用過(guò)程中，由于樹(shù)脂填料的研磨，會(huì)使柱塞泵缸體及柱塞磨損。為了保證柱塞泵的使用精度和壽命，樹(shù)脂計(jì)量泵的缸體及柱塞采用特殊的陶瓷材料，缸體及柱塞間有適當(dāng)?shù)拈g隙。這樣既保證了密封，又極好地避免了磨損。在正常使用的情況下，這種計(jì)量泵可使用多年。

有的設(shè)備計(jì)量泵活塞桿和密封件間的潤(rùn)滑采用聚乙二醇。當(dāng)活塞桿與密封件密封不好時(shí)，造成聚乙二醇泄漏，滲透到缸體及柱塞間，樹(shù)脂被聚乙二醇溶解，失去潤(rùn)滑作用，在缸體及柱塞間只剩下填充劑，形成干摩擦，使柱塞運(yùn)動(dòng)阻力急劇增大，致使陶瓷缸體及柱塞破裂損壞。這點(diǎn)在使用中應(yīng)特別注意。

6 環(huán)氧樹(shù)脂和固化劑的混料

A／B料經(jīng)計(jì)量泵計(jì)量后進(jìn)入混料器。早期設(shè)備是把按混合比配好的料置于大罐中，用葉輪攪拌，再澆灌線圈。現(xiàn)代設(shè)備都采用在線混料，邊混料，邊澆灌。在線混料方式有兩種:靜態(tài)混料和動(dòng)態(tài)混料。

動(dòng)態(tài)混料裝置見(jiàn)圖7。兩邊分別為A／B料經(jīng)計(jì)量泵輸入的進(jìn)料管。料進(jìn)入混料器后，經(jīng)葉輪攪拌混合，混合料從下面的出料口輸出，澆灌線圈。

靜態(tài)混料器是20世紀(jì)70年代初開(kāi)始發(fā)展的一種先進(jìn)混料器。它是通過(guò)對(duì)液流的分割、位置移動(dòng)、重新匯合，使不同組分的液體混合。在分割和位置移動(dòng)時(shí)，還會(huì)形成喘流產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力使液體進(jìn)一步混合。因?yàn)樵诨炝系倪^(guò)程中，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)部件，所以稱為靜態(tài)混料器。靜態(tài)混料器廣泛用于塑料、化工、醫(yī)藥、電子等行業(yè)。

靜態(tài)混料器的種類很多，這里只介紹2種用于雙組分樹(shù)脂澆灌的靜態(tài)混料器。一種是放置有多個(gè)螺旋形狀的塑料混料單元，在塑料管道內(nèi)組成的塑料管道混料器。A／B料進(jìn)入管中，經(jīng)多個(gè)塑料混料單元分割、換位，混合后澆灌。圖8為塑料管靜態(tài)混料器，此混料器廣泛用于電子行業(yè)低溫或常溫固化的樹(shù)脂。還有一種是按德國(guó)專利生產(chǎn)的靜態(tài)混料器，圖9是這種混料器的一個(gè)混料單元。單元上有4個(gè)斜孔，進(jìn)口和出口位置交錯(cuò)，不考慮喘流的影響，每經(jīng)過(guò)1個(gè)混料單元，料交換位置4次，一般設(shè)備上有9～11個(gè)混料單元，按9個(gè)單元計(jì)算，混料次數(shù)為49=1048576次?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外主流的真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備，如旭百世、海德里希、維克、順華等公司，都是用的此結(jié)構(gòu)的靜態(tài)混料器。對(duì)點(diǎn)火線圈的灌封料，混料器加熱設(shè)定溫度一般為60℃，可按情況調(diào)整。

靜態(tài)混料器使用清洗非常方便。如果短時(shí)間停工，關(guān)閉固化劑輸入管，用單組份樹(shù)脂沖洗混料器兩三次即可。因混料器內(nèi)容積很小 （只有4支小孔的容積），所用清洗的樹(shù)脂不多。如果長(zhǎng)期不用，用丙酮清洗也十分方便。動(dòng)態(tài)混料器每使用一次，必須拆卸清洗，更換密封部件。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)部件之間殘留有混合樹(shù)脂，如不清洗，則固化后運(yùn)動(dòng)部件無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。筆者認(rèn)為，只有在澆灌量極小 （比如1g左右）、混合比很小 （比如1∶10以下）或用齒輪計(jì)量泵（泵壓力?。┑那闆r下，才用動(dòng)態(tài)混料，否則，應(yīng)首選靜態(tài)混料器。

7 環(huán)氧樹(shù)脂的澆灌

真空樹(shù)脂灌封要求在樹(shù)脂備料、輸送、計(jì)量、混料、澆灌全過(guò)程都在真空狀態(tài)下進(jìn)行。但有些廠家的設(shè)備在澆灌時(shí)，為了把樹(shù)脂料送進(jìn)計(jì)量泵，必須在經(jīng)過(guò)脫氣的樹(shù)脂及固化劑工作灌內(nèi)加氣壓。那么在澆灌過(guò)程中，空氣及水分將再次溶入到A／B料中，影響產(chǎn)品品質(zhì)。在選擇設(shè)備時(shí)，應(yīng)避免這種情況發(fā)生。

將預(yù)熱的工件送入真空室，關(guān)上兩邊的門，進(jìn)行真空除濕脫氣。再將經(jīng)過(guò)脫氣、計(jì)量、混料的樹(shù)脂澆入線圈。有幾個(gè)需要探討和注意的問(wèn)題。

1）真空室是否需要加熱。一些物理學(xué)書(shū)籍闡述理想氣體在絕熱膨脹 （向真空中膨脹）過(guò)程中，氣體沒(méi)對(duì)外做功，外界也無(wú)熱量傳入，氣體的溫度不會(huì)發(fā)生變化。但是對(duì)真空室抽真空和充氣，真空室溫度有沒(méi)有變化呢？有人做過(guò)試驗(yàn)，證明溫度變化是很明顯的［3］。真空容器抽氣和充氣溫度變化曲線見(jiàn)圖10，對(duì)應(yīng)溫度變化值見(jiàn)表3。

從表3可以看出:真空室1，抽真空在1min達(dá)溫度最低值18.5℃，降低4.5℃，隨后溫度逐漸回升但沒(méi)達(dá)到環(huán)境溫度。充氣時(shí)溫度升高，隨后又降至室溫。真空室2，抽真空在2min達(dá)到最低溫度14.5℃，降低8.5℃。這個(gè)時(shí)間與線圈預(yù)抽真空除濕的時(shí)間相近。圖10中沒(méi)記錄充氣溫度變化。

從表3還可以看出，抽真空溫度降低的幅度與真空室的容積有關(guān)。真空室容積越大，降溫的幅度越大。筆者在實(shí)際使用真空樹(shù)脂澆灌設(shè)備中，確實(shí)遇到類似的問(wèn)題。對(duì)于同一內(nèi)裝鐵心 （鐵心與線圈一起放入外殼內(nèi)）的點(diǎn)火線圈，在容積較小的澆灌室澆灌，樹(shù)脂滲透很好，但用大容量的澆灌室，樹(shù)脂不能完全滲入線圈。這是因?yàn)榇蟮恼婵帐页檎婵?，溫度降低幅度較大，使樹(shù)脂的粘度變大而造成的。因此，在定購(gòu)設(shè)備時(shí)，真空室較小 （比如單頭澆灌），澆灌室可不設(shè)加熱裝置。對(duì)于澆灌室較大的設(shè)備 （如多頭澆灌，工裝盤大），澆灌室應(yīng)該有加熱裝置，溫度可設(shè)定在60℃左右。我公司新定購(gòu)的設(shè)備因澆灌室容積較大 （約320L），讓設(shè)備制造商加上了加熱裝置。

表3 溫度變化值

2）澆灌室時(shí)間及真空度的設(shè)定。線圈進(jìn)入澆灌室澆灌時(shí)，如果真空度太高，樹(shù)脂混合料將冒泡很厲害，這是因?yàn)榛旌狭现械徒M份揮發(fā)造成的，有時(shí)溢出外殼。為了解決這個(gè)問(wèn)題，建議真空度分段設(shè)定。在線圈預(yù)抽真空除濕時(shí)，定為高真空度，在澆灌時(shí)把真空度降低一些?？深A(yù)抽真空除濕真空度0～1mbar， 1min。澆灌時(shí)， 真空度設(shè)定在1～3mbar。這樣線圈能很好地脫氣、除濕，澆灌時(shí)，不至于冒泡。有的設(shè)備，真空室真空度不能分段設(shè)定，只要在定購(gòu)設(shè)備時(shí)提出，制造商就很容易做到。我們新定購(gòu)的設(shè)備，讓制造商加上了此程序。

對(duì)于多次澆灌的場(chǎng)合，澆灌后可以不保壓，對(duì)單次澆灌的線圈保壓1～2min。

3）澆灌時(shí)出現(xiàn)噴料現(xiàn)象，是因?yàn)檩斔瓦^(guò)程密封性不好造成的，應(yīng)檢查各處的密封性。

4）澆灌室運(yùn)動(dòng)副的潤(rùn)滑，采用聚乙二醇。

5）在真空條件下，樹(shù)脂料體積增大，補(bǔ)料會(huì)造成料外溢，因此，最后補(bǔ)料應(yīng)破空后在澆灌室進(jìn)行，應(yīng)保證只有極少量在室外補(bǔ)料。

6）對(duì)澆灌量小及進(jìn)料慢的筆式點(diǎn)火線圈，要多次澆灌，在第一輪澆灌時(shí)，液面應(yīng)蓋過(guò)線圈。

7）澆灌時(shí)，澆灌嘴出口不要高出線圈平面40mm。

8）適用期控制:澆灌時(shí)，中間停頓時(shí)間如超過(guò)10min（時(shí)間視樹(shù)脂種類和澆灌溫度調(diào)整）以上，應(yīng)該將混料器、定料缸中的混合料排出。有自動(dòng)排料的設(shè)備要設(shè)定排料量及次數(shù)；對(duì)沒(méi)有自動(dòng)排料設(shè)定的設(shè)備要手工將混合料排出。

8 環(huán)氧樹(shù)脂的固化

8.1 固化要求

1）樹(shù)脂與固化劑完全反應(yīng)，性能 （特別是玻璃化溫度及耐壓）達(dá)到該樹(shù)脂標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2）固化面高度適宜，表面光潔，無(wú)雜物、波紋、裂紋、縮孔、氣泡。淺色樹(shù)脂應(yīng)顏色一致、填料分布均勻。

3）樹(shù)脂與殼體及內(nèi)部塑料件、結(jié)構(gòu)件粘接良好，不能剝離。

4）應(yīng)盡量減少樹(shù)脂冷卻時(shí)與部件間的內(nèi)應(yīng)力。

5）線圈外表無(wú)樹(shù)脂流料，光潔。

8.2 固化過(guò)程

1）凝膠預(yù)固化。加熱化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)開(kāi)始，到微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)初步形成，此過(guò)程為凝膠階段。此過(guò)程樹(shù)脂呈流態(tài)，樹(shù)脂粘度逐步增加，并產(chǎn)生凝膠固化收縮。

2）環(huán)氧基體 （環(huán)氧固化物）結(jié)構(gòu)的形成。隨著環(huán)氧樹(shù)脂固化反應(yīng)的進(jìn)行，而逐步形成三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)固化物。此時(shí)伴隨的收縮稱為固化收縮，收縮量比上階段小。

3）固化的過(guò)程是環(huán)境溫度 （預(yù)熱溫度、凝膠溫度、固化溫度、降溫溫度）變化和樹(shù)脂化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的放熱峰特性共同作用的過(guò)程，其結(jié)果是樹(shù)脂完成液態(tài)到固態(tài)的相變及混合料完成化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程。

8.3 環(huán)氧樹(shù)脂固化的工藝方法

1）靜態(tài)控制的工藝方法 即通過(guò)主要的工藝參數(shù) （時(shí)間、溫度、壓力）選擇和控制，得到固化合格的環(huán)氧樹(shù)脂的方法。此方法是通過(guò)多次的工藝試驗(yàn)和樹(shù)脂檢測(cè)，選擇最佳的工藝參數(shù) （如凝膠溫度和時(shí)間、固化溫度和時(shí)間、降溫溫度和時(shí)間）。在嚴(yán)格控制各工藝參數(shù)的情況下，也可以得到較好的產(chǎn)品。目前，國(guó)內(nèi)廠家多采用此種方法。但是，這種方法是用某種樹(shù)脂及樣品得到的一般規(guī)律。由于澆灌的產(chǎn)品大小及結(jié)構(gòu)不同、樹(shù)脂的批次不同及澆灌過(guò)程一些干擾，這種方法不能根據(jù)具體情況動(dòng)態(tài)修改參數(shù)，有時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。

2）動(dòng)態(tài)控制的工藝方法 主要是通過(guò)動(dòng)態(tài)介電分析技術(shù)，檢測(cè)固化過(guò)程樹(shù)脂的介電性能 （如介電常數(shù)、介電損耗角正切，以介電損耗角正切最為有效），反映固化過(guò)程的化學(xué)及物理變化。用檢測(cè)到的信號(hào)，及時(shí)地自動(dòng)調(diào)整、控制固化過(guò)程的進(jìn)行。通過(guò)監(jiān)控固化的全過(guò)程來(lái)確保產(chǎn)品的高品質(zhì)。

8.4 環(huán)氧樹(shù)脂固化溫度的調(diào)整

樹(shù)脂生產(chǎn)廠家都已給出環(huán)氧樹(shù)脂固化溫度，有2段溫區(qū)固化，也有3段溫區(qū)固化。筆者認(rèn)為，固化收縮不均勻，有縮孔的主要原因是因?yàn)槟z階段與固化階段接近或重疊造成的，當(dāng)然還有線圈的大小、結(jié)構(gòu)等因素。在流態(tài)下的收縮過(guò)程中，沒(méi)有經(jīng)過(guò)緩慢、逐漸地粘度增加，而過(guò)快地達(dá)到固化階段，就會(huì)造成收縮不均勻、內(nèi)應(yīng)力加大等不良后果。

8.5 固化溫度可按樹(shù)脂廠家給定溫度作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整

1）線圈的實(shí)際溫度與給定溫度相差不要超過(guò)5℃。如果實(shí)際溫度超過(guò)給定溫度過(guò)多，設(shè)定的溫度要適當(dāng)調(diào)低一些，保持不超過(guò)5℃的要求。相差的原因是樹(shù)脂固化放熱造成的。放熱峰特性可由樹(shù)脂廠家提供。測(cè)試實(shí)際的溫度可用專用電子芯片放入工件，待固化后可讀出線圈適時(shí)的溫度和時(shí)間。

2）對(duì)于澆灌量大的點(diǎn)火線圈，要適當(dāng)降低凝膠溫度，增長(zhǎng)凝膠時(shí)間。

3）對(duì)于形狀復(fù)雜、外殼四周有尖角的點(diǎn)火線圈，要適當(dāng)降低凝膠溫度，增長(zhǎng)凝膠時(shí)間。

4）用固定加熱爐的廠家，往往要集中一批線圈后，再啟動(dòng)固化爐。在等待期間的線圈，要在比凝膠溫度低10℃的環(huán)境中存放。

5）線圈從高溫固化區(qū)降到室溫，時(shí)間不要少于1h。

9 環(huán)氧樹(shù)脂澆灌中的問(wèn)題及解決措施

9.1 澆灌時(shí)澆灌頭噴料

主要原因是樹(shù)脂輸送系統(tǒng)上的閥門、管道、密封處漏氣。要檢查管道各連接處的密封情況。

9.2 出現(xiàn)霧狀表面

主要原因是線圈澆灌前，預(yù)熱、除濕溫度或時(shí)間不夠，或混入未預(yù)熱除濕的線圈。出現(xiàn)這種情況的線圈，一經(jīng)試驗(yàn)，次級(jí)就會(huì)高壓擊穿。

9.3 樹(shù)脂開(kāi)裂

1）線圈結(jié)構(gòu)原因 線圈中有體積較大較長(zhǎng)的預(yù)埋金屬件，因膨脹系數(shù)與樹(shù)脂相差較大，樹(shù)脂固化收縮時(shí)產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力造成的。如果在預(yù)埋的金屬件外，加發(fā)泡橡膠或熱塑彈性體 （如TPE等），可減少樹(shù)脂的內(nèi)應(yīng)力。

2）固化溫度設(shè)置問(wèn)題 凝膠溫度設(shè)置過(guò)高，加上放熱峰加快了溫度的提升，造成沒(méi)有完成凝膠就進(jìn)入固化階段，使固化收縮極不均勻，造成樹(shù)脂開(kāi)裂。這需要調(diào)整凝膠溫度和時(shí)間。

3）樹(shù)脂的選擇 選擇線膨脹系數(shù)較小的樹(shù)脂。對(duì)不直接安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上的線圈，可選擇玻璃化溫度較低的樹(shù)脂。這種樹(shù)脂的硬度低，彈性較好。

9.4 縮孔

1）線圈結(jié)構(gòu)原因 對(duì)線圈澆灌量較大、預(yù)埋件形狀較復(fù)雜，如果外殼四角為尖角，在尖角處極易出現(xiàn)縮孔。應(yīng)把四角內(nèi)部尖角改成圓角。

2）固化溫度設(shè)置問(wèn)題 與9.3項(xiàng)同，在凝膠不均勻的情況下，角部凝膠固化慢，最后使角部收縮形成角部縮孔。

9.5 氣泡

在液面下有樹(shù)脂澆灌不到的空間，如預(yù)埋件內(nèi)的空間等，在固化時(shí)釋放出氣體，形成表面氣泡。預(yù)抽真空除濕時(shí)，真空度或時(shí)間不夠；備料時(shí)，脫氣不凈；輸送管路或相關(guān)密封處密封不好，都會(huì)造成表面和內(nèi)部的氣泡。

9.6 不固化或者固化不均勻

1）計(jì)量泵輸出混合比不準(zhǔn)確 計(jì)量泵輸出的實(shí)際混合比與要求的混合比相差較大，這種情況原因很復(fù)雜。如計(jì)量泵活塞與缸體密封不好造成泄漏，計(jì)量泵處的回止閥泄漏，都會(huì)造成計(jì)量泵輸出的混合比變動(dòng)。在澆灌前檢測(cè)混合比時(shí)，是在混料器前部取料，壓力小，混合比檢測(cè)合格。實(shí)際工作時(shí)，作用在計(jì)量泵上的壓力要大得多。這是因?yàn)橛谢炝掀鞯淖枇?（特別是靜態(tài)混料器），充料定料缸的阻力使密封不好的回止閥增大了泄漏量，使混合比變動(dòng)。

2）混料器工作不正常 動(dòng)態(tài)混料是由于混料器的葉輪不轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)動(dòng)慢造成的。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)副間進(jìn)了混合料，長(zhǎng)時(shí)間工作使其固化而阻礙轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)靜態(tài)混料器，是因?yàn)榛炝峡组L(zhǎng)期工作堵塞降低了混料效果。

感謝:本文環(huán)氧樹(shù)脂檢測(cè)資料由無(wú)錫嘉聯(lián)電子材料有限公司提供，在此表示感謝。

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