陳榮杰

(廈門宏發(fā)電聲股份有限公司，福建廈門，361000)

雙組份環(huán)氧樹脂膠在繼電器上應(yīng)用結(jié)合力提升研究

陳榮杰

(廈門宏發(fā)電聲股份有限公司，福建廈門，361000)

當(dāng)繼電器使用雙組份膠而出現(xiàn)結(jié)合力不良時(shí)，通過對(duì)雙組份膠配比比例、雙組份膠流動(dòng)距離、雙組份膠固化條件以及對(duì)繼電器外殼內(nèi)側(cè)麻面處理等方面因素進(jìn)行L8(24)正交試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用DOE信噪比分析，找到影響雙組份膠結(jié)合力的主要因素，對(duì)有效措施批量試驗(yàn)，使A繼電器的結(jié)合力得到大幅度提升并滿足要求。

雙組份環(huán)氧樹脂膠;繼電器;結(jié)合力

1 引言

繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動(dòng)控制、機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一［1］。繼電器除了需要使用各類主材，如銅、電工純銅和觸點(diǎn)外，還有一個(gè)非常主要的輔助材料環(huán)氧樹脂膠粘劑(以下簡稱“環(huán)氧樹脂”)。環(huán)氧樹脂在繼電器應(yīng)用中起到了固定零部件及繼電器的密封等重要作用。如何選擇一個(gè)優(yōu)良的膠粘劑已經(jīng)關(guān)系到繼電器質(zhì)量的重要組成部分，如若選擇膠粘劑選擇不當(dāng)，甚至可能使繼電器出現(xiàn)污染導(dǎo)致接觸電阻偏大［2］、繼電器塑封性能在應(yīng)用端失效等問題，本文通過對(duì)雙組份環(huán)氧樹脂膠(以下簡稱雙組份膠)在 A上的應(yīng)用進(jìn)行改進(jìn)，找出提升結(jié)合力的方法。

2 環(huán)氧樹脂在繼電器上的應(yīng)用工藝介紹

2.1 環(huán)氧樹脂及其固化物的性能優(yōu)點(diǎn)

2.1.1 力學(xué)性能高，環(huán)氧樹脂具有很強(qiáng)的內(nèi)聚力，分子結(jié)構(gòu)致密。所以，它的力學(xué)性能高于酚醛樹脂和不飽和聚酯等通用型熱固性樹脂。

2.1.2 附著力強(qiáng)，環(huán)氧樹脂固化體系中含有活性極大的環(huán)氧基、羥基以及醚鍵、胺鍵、酯鍵等極性基團(tuán)，賦予環(huán)氧固化物對(duì)金屬、PBT等各類塑料的極性基材以優(yōu)良的附著力。

2.1.3 固化收縮率小，一般為1%～2%，是熱固性樹脂中固化收縮率最小的品種之一(酚醛樹脂為8%～10%;不飽和聚酯樹脂為4%～6%;有機(jī)硅樹脂為4%～8%)。

2.1.4 線脹系數(shù)很小，一般為6×10－5/℃。固化后體積變化不大。

2.1.5 工藝性好，環(huán)氧樹脂固化時(shí)基本上不產(chǎn)生低分子揮發(fā)物。

2.1.6 優(yōu)良的電絕緣性優(yōu)良。環(huán)氧樹脂是熱固性樹脂中介電性能最好的品種之一。

2.1.7 穩(wěn)定性好，抗化學(xué)藥品性優(yōu)良。不含堿、鹽等雜質(zhì)的環(huán)氧樹脂不易變質(zhì)。只要貯存得當(dāng)(密封、不受潮、不遇高溫)，其貯存期為1年。超期后若檢驗(yàn)合格仍可使用。

2.1.8 環(huán)氧固化物的耐熱性一般為80～100℃。經(jīng)過改性后的環(huán)氧樹脂的耐熱可達(dá)200℃或更高。

2.2 環(huán)氧樹脂膠常用的種類

繼電器上應(yīng)用環(huán)氧樹脂膠常用的種類有單組份膠和雙組份膠。

2.3 環(huán)氧樹脂在繼電器上的應(yīng)用工藝

采用軌跡式點(diǎn)膠方式將膠粘劑涂覆在繼電器上(見圖1)，然后將繼電器送入相應(yīng)的高溫烘箱中進(jìn)行固化。

3 A繼電器使用雙組份膠時(shí)存在的問題

A繼電器應(yīng)用于家用電器的控制板上，在PCB板生產(chǎn)廠商使用過程中，當(dāng)繼電器焊接到PCB板上后，由于繼電器屬于較為凸起的位置，搬運(yùn)PCB板時(shí)，會(huì)出現(xiàn)手持繼電器搬運(yùn)PCB板，導(dǎo)致了繼電器上的外殼和膠粘劑產(chǎn)生脫離，出現(xiàn)外殼脫落(見圖2)的失效模式，而且均在A繼電器的線圈端一側(cè)先脫離。為了避免這一問題的再次發(fā)生，可以對(duì)A繼電器使用雙組份膠進(jìn)行結(jié)合力提升改進(jìn)。

圖1 軌跡式點(diǎn)膠

圖2 外殼脫落

4 失效模型及現(xiàn)狀調(diào)查

針對(duì)A繼電器在PCB板廠商的應(yīng)用和失效模式，建立相應(yīng)的模型，并進(jìn)行現(xiàn)狀調(diào)查。

4.1 A繼電器焊接到PCB板上后，手持夾緊繼電器時(shí)，在繼電器的線圈一側(cè)受到垂直于外殼面的剪切力F1，作用到繼電器的底座和外殼結(jié)合部結(jié)合力F2，見圖3。

圖3 剪切力F1和結(jié)合力F2示意圖

4.2 建立結(jié)合力測試模型，通過測試F1的實(shí)力值，來評(píng)價(jià)剪切力的提升，見圖4。

圖4 結(jié)合力測試模型

4.3 現(xiàn)狀調(diào)查

4.3.1 通過測試現(xiàn)有在PCB板生產(chǎn)廠家出現(xiàn)失效的同批次繼電器，雙組份環(huán)氧樹脂膠的結(jié)合力水平。其中，F(xiàn)1的力值水平，均值為6kgf，標(biāo)準(zhǔn)差為1.19kgf，見圖5。

圖5 失效繼電器F1力值水平

4.3.2 通過對(duì)比歷史批次，未在PCB板生產(chǎn)廠商上出現(xiàn)外殼脫落的繼電器，雙組份膠結(jié)合力F1的實(shí)力值測試，均值為10.33kgf，標(biāo)準(zhǔn)差為1.447kgf，見圖6。

圖6 未失效繼電器F1力值水平

5 利用DOE方法，針對(duì)A使用的雙組份膠進(jìn)行提升結(jié)合力試驗(yàn)

5.1 影響雙組份膠結(jié)合力因素

5.1.1 雙組份膠的配比比例的影響及試驗(yàn)因素

當(dāng)雙組份膠中A組份環(huán)氧樹脂和B組固化劑的配比比例直接影響雙組份膠固化是否完全或出現(xiàn)過固化的現(xiàn)象，A使用的雙組份環(huán)氧樹脂膠的標(biāo)稱配比比例為A組份:B組份為10:4(重量比)，實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中約5%的誤差。因此，針對(duì)誤差的上限和下限進(jìn)行模擬試驗(yàn)，分別為10:4.4和10:3.6(重量比)。

5.1.2 雙組份膠的觸變性的影響及試驗(yàn)因素

雙組份膠的觸變性長度直接決定著，雙組份膠在A上向下滲透的距離，見圖7。A使用的雙組份膠，觸變性要求為18mm±3mm。因此，針對(duì)流動(dòng)距離的上限進(jìn)行模擬試驗(yàn)，分別為15mm，21mm。

圖7 雙組份膠在A上的向下滲透距離

5.1.3 雙組份膠的固化條件

雙組份膠的固化條件，當(dāng)過低的固化溫度或固化時(shí)間不足時(shí)，將影響結(jié)合力，A繼電器設(shè)定的固化條件為85℃±5℃，固化時(shí)間45min±5min，因此設(shè)定80℃，40min和95℃，60min進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

5.1.4 增加外殼一側(cè)表面處理，改善雙組份膠

雙組份膠結(jié)合力，受到被接觸表面的光澤度的影響，A繼電器的外殼內(nèi)側(cè)接觸面為光滑面，增加對(duì)外殼內(nèi)側(cè)面進(jìn)行細(xì)麻面處理，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。

5.2 根據(jù)5.1的分析和因素設(shè)定，擬定DOE試驗(yàn)方案

5.2.1 DOE試驗(yàn)因素水平表

5.1.4 具體DOE試驗(yàn)方案

5.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

5.3.1 針對(duì)DOE試驗(yàn)方案，每組樣品進(jìn)行測試15只樣品剪切力實(shí)力值，見表3

表1 DOE 試驗(yàn)因素水平表

表2 DOE試驗(yàn)方案

表3 樣品的剪切力實(shí)力值

5.3.2 針對(duì)DOE試驗(yàn)實(shí)力值，運(yùn)用軟件進(jìn)行DOE分析

對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果中，各因素的信噪比，采用固化條件95℃，60min對(duì)結(jié)合力提升貢獻(xiàn)率最大，其次為對(duì)外殼內(nèi)側(cè)麻面處理，雙組份膠A:B配比比例(重量比)和雙組份膠的流動(dòng)距離對(duì)結(jié)合力沒有明顯提升，見圖8所示。

5.4 針對(duì) DOE試驗(yàn)結(jié)果，采用固化條件95℃，60min，外殼內(nèi)側(cè)無麻面處理，雙組份膠A:B配比比例(重量比)為10:(4±0.4)和雙組份膠的流動(dòng)距離18mm±3mm進(jìn)行批量試驗(yàn)，并隨機(jī)抽取30只繼電器進(jìn)行結(jié)合力實(shí)力值測試，均值為16.13kgf，標(biāo)準(zhǔn)差為1.652kgf，見圖9所示。

圖8 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果

圖9 改進(jìn)后的水平直方圖

6 結(jié)束語

A繼電器使用雙組份膠出現(xiàn)結(jié)合力不良，通過對(duì)雙組份膠配比比例、雙組份膠流動(dòng)距離、雙組份膠固化條件以及對(duì)繼電器外殼內(nèi)側(cè)麻面處理等方面因素進(jìn)行L8(24)正交試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用DOE信噪比分析，找到影響雙組份膠結(jié)合力的因素，以采用95℃，60min固化條件的影響率最大，其次為對(duì)繼電器外殼內(nèi)側(cè)麻面處理，雙組份膠配比比例和雙組份膠流動(dòng)距離因素?zé)o明顯影響，綜合成本等方面考慮，通過批量試驗(yàn)，對(duì)雙組份膠采用95℃，60min固化，外殼內(nèi)側(cè)未做麻面處理，A繼電器的結(jié)合力得到大幅度提升，并滿足PCB板生產(chǎn)商的要求。

［1］ 鄭天丕主編.繼電器制作·工藝·使用.NO.1－50－－電子工業(yè)出版社:1996.8

［2］ 丁燕.品質(zhì)工程學(xué)基礎(chǔ).NO.1－202－－北京大學(xué)出版社:2011.6.

Research on the Improvement of the Binding Force of the Two－com ponent Adhesive on Relay

CHEN Rong－jie

When the two－component adhesive can not well bind the relay assembly，we perform a L8(24)orthogonal test on ratio of components，flow distance of adhesive，curing condition and rough treatment to internal side of relay cover，and then carry a DOE SNR analysis on the test results to find out the main factors affecting the binding force of two－component adhesive，and verify the improvement action based on above experiment by batch tests，to ensure the action can greatly improve the binding force of the adhesive and meet the requirements.

Two component epoxy，relay，binding force

10.3969/j.issn.1000－6133.2015.03.009

TN784

A

1000－6133(2015)03－0031－05

2015－05－10

試驗(yàn)與檢測