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車用點火線圈樹脂真空灌封技術分享 時間 :2017-03-10 15:21:15 點擊:1569次

車用點火線圈樹脂真空灌封技術  

今天安菲力在本文通過對車用點火線圈高壓擊穿的機理分析,為大家分享一下灌封技術出現問題的解決方法和灌封技術需注意的事項。   

1   車用汽油發動機氣缸内的燃料和空氣混合氣是靠高壓電火花來實現點燃的。點火線圈是形成這種高壓電火花的高壓部件,産生高電壓達30kV以上。因此,如何處理好點火線圈的絕緣強度是提高産品質量、可靠性和壽命的關鍵。   車用點火線圈絕大多數采用槽繞骨架結構,體積也變小了許多,但由于點火線圈是由多種元件組成的,如果不進行有效的樹脂灌封處理,空氣便會不同程度地被埋藏在繞組間形成氣隙。另外,高壓點火線圈要産生幅值為數萬伏的脈沖電壓,層與層間、層與地之間,特别是末層對地之間都分布着不同容量的分布電容,使高壓點火線圈形成了一個不均勻的電場。由于空氣的介電常數較小,在高的電壓作用下,繞組導線表面的某些薄弱點溫度逐漸升高,從而造成了絕緣層局部炭化和化學腐蝕,久而久之形成全放電,導緻線圈局部擊穿,造成短路、損壞部件。經過對不合格品的解剖分析,證實了點火線圈的擊穿是損壞部件的主要原因。  解決線圈中空氣絕緣處理最好的方法是采用樹脂真空灌封工藝。所謂樹脂真空灌封工藝,就是先将澆注用樹脂灌封料進行真空脫泡處理,再把經過預烘幹燥處理、待封裝的點火線圈放在真空澆注室中進行前期真空幹燥處理,使線圈與骨架、線包與外殼之間的氣體全部排出,然後在真空條件下用完全脫過泡的已混合好的灌封料進行封裝。   真空灌封設備不同,灌封工藝也有所不同。但是,總體工藝流程來大同小異。下面結合天津大學天波科技公司生産的H100型樹脂真空灌封設備,探讨灌封中出現問題的解決方法和灌封工藝需注意的事項。 

 2 H100型樹脂真空灌封設備工藝流程圖   天津大學天波科技公司生産的H100型樹脂真空灌封設備在脫氣罐、計量泵、混合器、灌注嘴及過濾冷凝等裝置的設計中吸取了國内外産品的先進結構,采用脫氣、混合分開,計量泵與定量泵系統集成方式。兩料分别采用螺旋内提升薄膜脫氣方式,自動定量配比,經配比後在線動态混合。真空系統有過濾冷凝裝置,有效地保護真空泵及有利于環保。采用PLC自動控制物料定量灌封方式,使樹脂灌封設備真正的實現灌封自動化,減少了操作者的介入,提高了灌封産品的質量。本機主要應用于電子元器件,如點火線圈、電子變壓器的真空定量 樹脂灌封。   下圖所示為H100型樹脂真空灌封設備的工作原理及組成。    

3 工藝過程 

 3.1 物料選擇   筆者發現,企業用戶選擇樹脂灌封料主要根據樹脂廠的建議。我國多年來樹脂生産和應用分屬于不同的行政部門管理,造成環氧樹脂生産企業隻會合成,不會或不願搞樹脂應用技術研究。為此,選擇物料須相當謹慎。在選擇物料時用戶可根據車用點火線圈的使用環境提出樹脂灌封料的技術條件,并根據技術條件驗收樹脂料。  需要注意的問題有:   (1) 目前應用于車用點火線圈的樹脂灌封料主要有聚氨酯、有機矽和環氧樹脂三種。聚氨酯和有機矽都為彈性體。從灌封條件、設備條件、絕緣強度、成本及原料來源方面,環氧樹脂最優。   (2) 汽車點火線圈環氧樹脂灌封料的技術要求固化物具有優良的電氣性能。産品須具有優異的耐高低溫沖擊性、耐久性和不開裂性。具體地說,汽車點火線圈環氧樹脂灌封料的技術要求為耐冷熱沖擊-40~120℃/h,400個循環;壽命試驗為140℃環境≥1000h。以上可以看出,汽車用環氧灌封料主要強調耐高低溫沖擊性,耐久性和不開裂性。國内在汽車用環氧樹脂灌封料上主要還是依靠國外進口。日本Somar公司、瑞士ciba公司、美國 thermoset plastics公司都有這方面的産品上市。   (3) 摩托車點火線圈用環氧樹脂灌封料應能承受峰值電壓35kV,曆時1min開路試驗而無擊穿損傷和表面放電現象。在-40℃和80℃中各保持1h為1個循環,共5個循環的溫度變化試驗而無損傷。強化耐久壽命達240h以上。摩托車用環氧樹脂灌封料主要強調耐壓性能。  (4) 從提供的環氧樹脂灌封料的外觀可以看出:汽車點火線圈所使用的灌封料相應粘度大,加溫到110℃以上粘度才迅速下降,并且添加的填料量較多;而摩托車點火線圈使用的灌封料相應粘度小些,加溫到60℃以上粘度就迅速下降,填料量較少。

(5) 進貨時可用一些簡便的方法檢測樹脂的可靠性。比如:用一次性紙杯提取适量灌封料A組分,根據預定的工作溫度進行加溫保持8h以上,觀測樹脂料的變化情況。汽車用灌封料,可加溫130℃/8h;摩托車用灌封料,可加溫80℃/8h。不出現大量沉積物且物料流動性好的為合格品,否則為不合格品。有條件的,也可制作1mm厚圓切片固化物,進行打壓耐壓試驗,擊穿電壓小于20kV為不合格品。   (6) 通過灌封産品的高低溫強化耐久試驗和路況試驗,觀測是否有開裂、擊穿或膨脹等問題出現。不同批次均有出現,可判定灌封料為不合格品。 

 3.2 吸料   此過程分為環氧樹脂的吸料和固化劑的吸料。建議使用物性一緻性良好的雙組分環氧樹脂材料。吸料過程是将環氧樹脂及固化劑分别吸入薄膜脫氣罐中進行薄膜脫氣。吸入量應根據單班生産量和脫氣罐有效容積決定,吸入的最大量以脫氣罐有效容積為準,然後按預定的溫度加熱、攪拌脫氣。固化劑吸料與環氧樹脂吸料過程完全相同。   此過程易出現的問題:   (1) 吸料時,常溫下,特别是汽車用環氧樹脂灌封料粘度會變得很高,甚至根本不能流動。這時,可對容器進行預熱。加熱時需注意必須均勻、緩慢地進行,否則上面的材料還沒有熔解,底部的材料因溫度太高會變質損壞,甚至于燃燒,造成損失。建議将料直接送入預熱爐預熱。   (2) 向脫氣罐吸料時,一定要非常小心。如果将樹脂吸入固化劑罐,或将固化劑泵入樹脂脫氣罐,必須立即将罐内材料全部排出。否則,一旦固化,會造成脫氣罐報廢的嚴重後果。   (3) 吸料完畢,及時将管路閥門内的料也吸入脫氣罐内,不要在管路閥門内滞留有灌封料,否則會造成下次吸料困難。   (4) 吸料真空度應與吸料流速匹配,不可太高。一般對物料和管路閥門都進行預熱,真空度1000Pa即可。  (5) 吸入量不可過多。若漫過脫氣傘面,就起不到薄膜脫氣的作用。 

 3.3 薄膜脫氣過程   薄膜脫氣是目前澆注設備中廣泛采用的一種脫氣效果較為理想的脫氣方法。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。流動中,由于過流面積不斷增加,物料在傘面上形成一層很薄的膜,這樣物料中夾雜的氣體由于受物料液位壓力的降低,再加上罐内抽成适當的真空(一般為133~399Pa),便很容易釋放出來并被抽除。最終達到淨化物料、真空除氣的目的。   提料量過多或過少都是不合适的。提料量過多,物料在薄膜脫氣傘上形成的膜太厚,不利于脫氣;提料量過少,雖然物料在薄膜脫氣傘上形成的膜很薄,有利于脫氣,但難以保證罐内全部物料在要求時間内都通過薄膜脫氣傘,達不到充分脫氣的目的。在生産過程中,薄膜脫氣過程一般為30~40min,調速電機調速在50~200r/min之間,物料循環4~5次。脫氣效果最佳。  此過程中易出現的問題:   (1) 脫氣時一定将攪拌電機打開,才能将物料提升至脫氣傘上,進行薄膜脫氣。啟動攪拌電機時先對物料加溫,否則,物料粘度很高,甚至根本不能流動,這時若打開攪拌電機,會有電機堵轉的危險。正确的操作應該是:先給物料按預定程序加溫,打開真空系統,再啟動攪拌電機進行薄膜脫氣。    (2) 脫氣過程應連續進行,盡量避免停機。如果脫氣完成的材料因某種原因停機(如周末、節假日或檢修設備等),材料重新投入使用前必須重新脫氣。脫氣時間可按材料多少和停機時間長短适當調整,否則材料中會混進大量空氣,影響澆注質量。   (3) 脫氣的真空度控制在133~399Pa。真空度太高,容易将一些活性稀釋劑等易揮發物質吸走,影響物料品質。再者,也不利于環境保護及真空泵的可靠運轉。真空度太低,不易及時脫完氣泡。 

 3.4 真空灌封前的準備   真空灌封前的準備工作屬于輔助工作,容易被忽視,而設備出現的很多問題,如配比不準、混料不均、氣噴等都與此過程有關,因此必須在灌封前做好此項工作。應準備的有:檢驗計量泵配比是否正确;檢驗定量用接近開關位置及響應是否正确;排除混合器及澆注管路内的氣體,然後将料注滿混合器;調節澆注嘴同待灌封點火線圈間距離,澆注高度一般為8㎜。  此過程中易出現的問題:   (1) 檢驗計量泵配比是否正确時,切不可隻放料一次就作出決斷。正确的操作是打開放料閥,排料數次,直到出料正常時方可進行驗證配比性。   (2) 由于樹脂料粘度太高,不可使用量杯等器皿通過讀取體積驗證配比性。因為在放料過程中樹脂極易黏附在器皿的壁上,導緻讀取數值誤差太大。一般使用天平稱量,檢驗質量比。

(3) 檢驗定量用接近開關位置及響應是否正确時,容易在調節過程中将傳感元件損壞。因此,先不調節它,待氣缸動作後觀測接近開關是否響應以決定是否需要調節。   (4) 排除完混合器及澆注管路内的氣體後,應立即将灌封料注滿混合器。中間滞留時間不可太長。否則,極易漏氣,導緻真空灌封時氣噴。  3.5 真空灌封過程   真空灌封過程有自動灌封和手動灌封兩種方式。不論采用哪種方式,都必須根據點火線圈型腔的大小、複雜程度和灌封料流動性的好壞,通過調節計量泵上氣缸限流器适當控制灌封料的流速。   灌封方式分一次灌滿及多次灌滿。線圈結構簡單,有利樹脂滲透,且灌封料流動性較好時,采用一次灌滿。若線圈結構複雜,不利樹脂滲透,或者灌封料流動性不好時,可采用小劑量、多次灌封,以達到線圈内部無空隙及避免溢料現象。   灌封時真空度保持在200~265Pa之間,不可太高或太低。真空度太高,易發生澆注閥滴料和抽掉樹脂中有益成分,影響品質。真空度太低,不能達到去除線圈内部潮氣的目的。  此過程中易出現的問題:   (1) 混料滞留時間過長。如果混料滞留時間太長,就會迫使材料粘度迅速增加,影響物料流速和灌封質量。嚴重時會造成産品報廢或澆注管路堵塞,損壞設備。因此,應保持混合器及管路溫度50~60℃,并且直到需要真空灌封時才進行混合為宜。   (2) 真空灌封時串料。真空灌封前必須檢查計量泵配比是否正确。串料主要是與計量泵底的單向閥和混合器入口處單向閥密封不嚴有關。一般設備在出廠前已經對此作了氣密封檢驗;但在生産操作過程中,會因填料等沉澱物的堵塞引起單向閥的密封不嚴。因此,串料産生時,立即停機,打開單向閥查看是否有沉澱物堵塞閥體處,并清理。    (3) 真空灌封時氣噴。氣噴說明澆注管路及混合器中攙雜氣泡。首先在真空灌封前盡量排除混合器及澆注管路内的氣體,然後将料注滿混合器。這樣,可以保證在操作過程中因誤操作引起氣噴的問題。   (4) 真空灌封時堵料。堵料主要是因為填料等沉澱物的堵塞引起的。堵塞産生時,特别注意澆注閥入口處、混合器出口處是否有沉澱物堵塞,并清理。   (5) 灌封速度必須均勻。速度太快,易造成樹脂混合料來不及充滿線圈内部的型腔就溢出來;速度太慢,雖然有利于樹脂的滲透,但不利于提高生産效率。   (6) 真空灌封完成時,必須迅速将灌封線圈放入固化爐中進行固化,盡量避免在低溫環境中停留。  (7) 待灌封點火線圈,特别是汽車用點火線圈,必須先在預熱爐内均勻加熱1h後,使線圈溫度達到100~120℃,立即放入澆注室進行真空灌封。如果線圈内部溫度達不到,不利于物料滲透。

  3.6.清洗與清潔   設備完成灌封工作後。及時對設備工作過程進行清洗和設備外表清潔工作。清洗可分為定期清洗和随時清洗。  随時清洗操作是在每次灌封工作完成後進行。首先關閉混料器前級所有閥門,排空混料器和澆注管内的殘餘樹脂,及時清洗。清洗劑量越多,清洗效果越好。清洗液可選擇香蕉水、丙酮酒精混合液、n—甲基吡咯烷酮及三氯乙烷等有機溶劑。也可以使用單組分清洗。  定期清洗又分長期清洗和短期清洗。   長期清洗是在一段較長時間内對設備進行徹底清洗,包括管道、每個罐體内部及各個閥門的清洗。這種清洗一般可以一年進行一次。具體操作是将足量的清洗液,由配料澆注流程依次對各罐、管道、計量泵、混合器及閥進行清洗。時間可略長于正常操作,以保證清洗徹底。   短期清洗主要指對混料器及澆注管道和澆注閥的清洗。即使每次澆注完畢,對混料器和澆注管、閥都進行認真清洗,仍免不了有少量混合料粘在裡面,日積月累,就會造成閥門開關不靈,管道堵塞,混料器壁粘積物損壞攪拌機體,影響混合器内加熱速度等問題。因此,  每個月都要對設備進行一次短期清理。主要内容是拆開混料器和澆注閥,在溶劑中加熱浸泡 後,刮去粘積物。澆注管若選用不鏽鋼管件,拆下澆注管,加熱到120~140℃,讓其中粘 積物流出,并加入清洗液洗刷。如果是塑料尼龍管,可以重新更換。  此過程中易出現的問題是:   (1) 由于樹脂灌封料粘度及油性大,極易弄贓設備且不易清洗,再加之每次完成灌封工作後容易忽視作此項工作。日積月累易導緻設備髒亂。為此,需時刻注意設備清潔工作。清潔時可用棉布蘸酒精擦拭,發現樹脂黏附時及時擦拭。灌封前後必須清潔計量泵兩柱塞、澆注閥柱塞及混合器軸套黏附的物料,并滴矽油保持有效潤滑。  (2) 随時清洗時,一些廠家為了節省清洗液,清洗液反複使用多次,這樣容易使清洗液同物料起反應,造成很大損失。

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