车用点火线圈树脂真空灌封技术.doc
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1、车用点火线圈树脂真空灌封技术摘 要:本文通过对车用点火线圈高压击穿的机理分析,提出了采用树脂真空灌封技术的必要性。同时,详述了灌封技术出现问题的解决方法和灌封技术需注意的事项。 关键词:车用点火线圈 树脂 真空灌封 1 概 述 车用汽油发动机气缸内的燃料和空气混合气是靠高压电火花来实现点燃的。点火线圈是形成这种高压电火花的高压部件,产生高电压达30kV以上。因此,如何处理好点火线圈的绝缘强度是提高产品质量、可靠性和寿命的关键。 车用点火线圈绝大多数采用槽绕骨架结构,体积也变小了许多,但由于点火线圈是由多种元件组成的,如果不进行有效的树脂灌封处理,空气便会不同程度地被埋藏在绕组间形成气隙。另外,
2、高压点火线圈要产生幅值为数万伏的脉冲电压,层与层间、层与地之间,特别是末层对地之间都分布着不同容量的分布电容,使高压点火线圈形成了一个不均匀的电场。由于空气的介电常数较小,在高的电压作用下,绕组导线表面的某些薄弱点温度逐渐升高,从而造成了绝缘层局部炭化和化学腐蚀,久而久之形成全放电,导致线圈局部击穿,造成短路、损坏部件。经过对不合格品的解剖分析,证实了点火线圈的击穿是损坏部件的主要原因。解决线圈中空气绝缘处理最好的方法是采用树脂真空灌封工艺。所谓树脂真空灌封工艺,就是先将浇注用树脂灌封料进行真空脱泡处理,再把经过预烘干燥处理、待封装的点火线圈放在真空浇注室中进行前期真空干燥处理,使线圈与骨架、
3、线包与外壳之间的气体全部排出,然后在真空条件下用完全脱过泡的已混合好的灌封料进行封装。 真空灌封设备不同,灌封工艺也有所不同。但是,总体工艺流程来大同小异。下面结合天津大学天波科技公司生产的H100型树脂真空灌封设备,探讨灌封中出现问题的解决方法和灌封工艺需注意的事项。 2 H100型树脂真空灌封设备工艺流程图 天津大学天波科技公司生产的H100型树脂真空灌封设备在脱气罐、计量泵、混合器、灌注嘴及过滤冷凝等装置的设计中吸取了国内外产品的先进结构,采用脱气、混合分开,计量泵与定量泵系统集成方式。两料分别采用螺旋内提升薄膜脱气方式,自动定量配比,经配比后在线动态混合。真空系统有过滤冷凝装置,有效地
4、保护真空泵及有利于环保。采用PLC自动控制物料定量灌封方式,使树脂灌封设备真正的实现灌封自动化,减少了操作者的介入,提高了灌封产品的质量。本机主要应用于电子元器件,如点火线圈、电子变压器的真空定量树脂灌封。 下图所示为H100型树脂真空灌封设备的工作原理及组成。 TTW3 工艺过程 3.1 物料选择 笔者发现,企业用户选择树脂灌封料主要根据树脂厂的建议。我国多年来树脂生产和应用分属于不同的行政部门管理,造成环氧树脂生产企业只会合成,不会或不愿搞树脂应用技术研究。为此,选择物料须相当谨慎。在选择物料时用户可根据车用点火线圈的使用环境提出树脂灌封料的技术条件,并根据技术条件验收树脂料。 需要注意的
5、问题有: (1) 目前应用于车用点火线圈的树脂灌封料主要有聚氨酯、有机硅和环氧树脂三种。聚氨酯和有机硅都为弹性体。从灌封条件、设备条件、绝缘强度、成本及原料来源方面,环氧树脂最优。 (2) 汽车点火线圈环氧树脂灌封料的技术要求固化物具有优良的电气性能。产品须具有优异的耐高低温冲击性、耐久性和不开裂性。具体地说,汽车点火线圈环氧树脂灌封料的技术要求为耐冷热冲击40120/h,400个循环;寿命试验为140环境1000h。以上可以看出,汽车用环氧灌封料主要强调耐高低温冲击性,耐久性和不开裂性。国内在汽车用环氧树脂灌封料上主要还是依靠国外进口。日本Somar公司、瑞士ciba公司、美国thermos
6、et plastics公司都有这方面的产品上市。 (3) 摩托车点火线圈用环氧树脂灌封料应能承受峰值电压35kV,历时1min开路试验而无击穿损伤和表面放电现象。在40和80中各保持1h为1个循环,共5个循环的温度变化试验而无损伤。强化耐久寿命达240h以上。摩托车用环氧树脂灌封料主要强调耐压性能。 (4) 从提供的环氧树脂灌封料的外观可以看出:汽车点火线圈所使用的灌封料相应粘度大,加温到110以上粘度才迅速下降,并且添加的填料量较多;而摩托车点火线圈使用的灌封料相应粘度小些,加温到60以上粘度就迅速下降,填料量较少。 (5) 进货时可用一些简便的方法检测树脂的可靠性。比如:用一次性纸杯提取适
7、量灌封料A组分,根据预定的工作温度进行加温保持8h以上,观测树脂料的变化情况。汽车用灌封料,可加温130/8h;摩托车用灌封料,可加温80/8h。不出现大量沉积物且物料流动性好的为合格品,否则为不合格品。有条件的,也可制作1mm厚圆切片固化物,进行打压耐压试验,击穿电压小于20kV为不合格品。 (6) 通过灌封产品的高低温强化耐久试验和路况试验,观测是否有开裂、击穿或膨胀等问题出现。不同批次均有出现,可判定灌封料为不合格品。 3.2 吸料 此过程分为环氧树脂的吸料和固化剂的吸料。建议使用物性一致性良好的双组分环氧树脂材料。吸料过程是将环氧树脂及固化剂分别吸入薄膜脱气罐中进行薄膜脱气。吸入量应根
8、据单班生产量和脱气罐有效容积决定,吸入的最大量以脱气罐有效容积为准,然后按预定的温度加热、搅拌脱气。固化剂吸料与环氧树脂吸料过程完全相同。 此过程易出现的问题: (1) 吸料时,常温下,特别是汽车用环氧树脂灌封料粘度会变得很高,甚至根本不能流动。这时,可对容器进行预热。加热时需注意必须均匀、缓慢地进行,否则上面的材料还没有熔解,底部的材料因温度太高会变质损坏,甚至于燃烧,造成损失。建议将料直接送入预热炉预热。 (2) 向脱气罐吸料时,一定要非常小心。如果将树脂吸入固化剂罐,或将固化剂泵入树脂脱气罐,必须立即将罐内材料全部排出。否则,一旦固化,会造成脱气罐报废的严重后果。 (3) 吸料完毕,及时
9、将管路阀门内的料也吸入脱气罐内,不要在管路阀门内滞留有灌封料,否则会造成下次吸料困难。 (4) 吸料真空度应与吸料流速匹配,不可太高。一般对物料和管路阀门都进行预热,真空度1000Pa即可。 (5) 吸入量不可过多。若漫过脱气伞面,就起不到薄膜脱气的作用。 3.3 薄膜脱气过程 薄膜脱气是目前浇注设备中广泛采用的一种脱气效果较为理想的脱气方法。物料在螺旋提升器的作用下被提到薄膜脱气装置的顶部,并沿薄膜脱气伞向下流动。流动中,由于过流面积不断增加,物料在伞面上形成一层很薄的膜,这样物料中夹杂的气体由于受物料液位压力的降低,再加上罐内抽成适当的真空(一般为133399Pa),便很容易释放出来并被抽
10、除。最终达到净化物料、真空除气的目的。 提料量过多或过少都是不合适的。提料量过多,物料在薄膜脱气伞上形成的膜太厚,不利于脱气;提料量过少,虽然物料在薄膜脱气伞上形成的膜很薄,有利于脱气,但难以保证罐内全部物料在要求时间内都通过薄膜脱气伞,达不到充分脱气的目的。在生产过程中,薄膜脱气过程一般为3040min,调速电机调速在50200r/min之间,物料循环45次。脱气效果最佳。 此过程中易出现的问题: (1) 脱气时一定将搅拌电机打开,才能将物料提升至脱气伞上,进行薄膜脱气。启动搅拌电机时先对物料加温,否则,物料粘度很高,甚至根本不能流动,这时若打开搅拌电机,会有电机堵转的危险。正确的操作应该是
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