車用點(diǎn)火線圈樹脂真空灌封技術(shù)

1、車用點(diǎn)火線圈樹脂真空灌封技術(shù)摘 要：本文通過對車用點(diǎn)火線圈高壓擊穿的機(jī)理分析，提出了采用樹脂真空灌封技術(shù)的必要性。同時(shí)，詳述了灌封技術(shù)出現(xiàn)問題的解決方法和灌封技術(shù)需注意的事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞：車用點(diǎn)火線圈 樹脂 真空灌封 1 概 述 車用汽油發(fā)動機(jī)氣缸內(nèi)的燃料和空氣混合氣是靠高壓電火花來實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燃的。點(diǎn)火線圈是形成這種高壓電火花的高壓部件，產(chǎn)生高電壓達(dá)30kV以上。因此，如何處理好點(diǎn)火線圈的絕緣強(qiáng)度是提高產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性和壽命的關(guān)鍵。 車用點(diǎn)火線圈絕大多數(shù)采用槽繞骨架結(jié)構(gòu)，體積也變小了許多，但由于點(diǎn)火線圈是由多種元件組成的，如果不進(jìn)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，

2、高壓點(diǎn)火線圈要產(chǎn)生幅值為數(shù)萬伏的脈沖電壓，層與層間、層與地之間，特別是末層對地之間都分布著不同容量的分布電容，使高壓點(diǎn)火線圈形成了一個(gè)不均勻的電場。由于空氣的介電常數(shù)較小，在高的電壓作用下，繞組導(dǎo)線表面的某些薄弱點(diǎn)溫度逐漸升高，從而造成了絕緣層局部炭化和化學(xué)腐蝕，久而久之形成全放電，導(dǎo)致線圈局部擊穿，造成短路、損壞部件。經(jīng)過對不合格品的解剖分析，證實(shí)了點(diǎn)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，就是先將澆注用樹脂灌封料進(jìn)行真空脫泡處理，再把經(jīng)過預(yù)烘干燥處理、待封裝的點(diǎn)火線圈放在真空澆注室中進(jìn)行前期真空干燥處理，使線圈與骨架、

3、線包與外殼之間的氣體全部排出，然后在真空條件下用完全脫過泡的已混合好的灌封料進(jìn)行封裝。 真空灌封設(shè)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(jié)合天津大學(xué)天波科技公司生產(chǎn)的H100型樹脂真空灌封設(shè)備，探討灌封中出現(xiàn)問題的解決方法和灌封工藝需注意的事項(xiàng)。 2 H100型樹脂真空灌封設(shè)備工藝流程圖 天津大學(xué)天波科技公司生產(chǎn)的H100型樹脂真空灌封設(shè)備在脫氣罐、計(jì)量泵、混合器、灌注嘴及過濾冷凝等裝置的設(shè)計(jì)中吸取了國內(nèi)外產(chǎn)品的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，采用脫氣、混合分開，計(jì)量泵與定量泵系統(tǒng)集成方式。兩料分別采用螺旋內(nèi)提升薄膜脫氣方式，自動定量配比，經(jīng)配比后在線動態(tài)混合。真空系統(tǒng)有過濾冷凝裝置，有效地

4、保護(hù)真空泵及有利于環(huán)保。采用PLC自動控制物料定量灌封方式，使樹脂灌封設(shè)備真正的實(shí)現(xiàn)灌封自動化，減少了操作者的介入，提高了灌封產(chǎn)品的質(zhì)量。本機(jī)主要應(yīng)用于電子元器件，如點(diǎn)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(shè)備的工作原理及組成。 TTW3 工藝過程 3.1 物料選擇 筆者發(fā)現(xiàn)，企業(yè)用戶選擇樹脂灌封料主要根據(jù)樹脂廠的建議。我國多年來樹脂生產(chǎn)和應(yīng)用分屬于不同的行政部門管理，造成環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)只會合成，不會或不愿搞樹脂應(yīng)用技術(shù)研究。為此，選擇物料須相當(dāng)謹(jǐn)慎。在選擇物料時(shí)用戶可根據(jù)車用點(diǎn)火線圈的使用環(huán)境提出樹脂灌封料的技術(shù)條件，并根據(jù)技術(shù)條件驗(yàn)收樹脂料。 需要注意的

5、問題有： (1) 目前應(yīng)用于車用點(diǎn)火線圈的樹脂灌封料主要有聚氨酯、有機(jī)硅和環(huán)氧樹脂三種。聚氨酯和有機(jī)硅都為彈性體。從灌封條件、設(shè)備條件、絕緣強(qiáng)度、成本及原料來源方面，環(huán)氧樹脂最優(yōu)。 (2) 汽車點(diǎn)火線圈環(huán)氧樹脂灌封料的技術(shù)要求固化物具有優(yōu)良的電氣性能。產(chǎn)品須具有優(yōu)異的耐高低溫沖擊性、耐久性和不開裂性。具體地說，汽車點(diǎn)火線圈環(huán)氧樹脂灌封料的技術(shù)要求為耐冷熱沖擊40120/h，400個(gè)循環(huán)；壽命試驗(yàn)為140環(huán)境1000h。以上可以看出，汽車用環(huán)氧灌封料主要強(qiáng)調(diào)耐高低溫沖擊性，耐久性和不開裂性。國內(nèi)在汽車用環(huán)氧樹脂灌封料上主要還是依靠國外進(jìn)口。日本Somar公司、瑞士ciba公司、美國thermos

6、et plastics公司都有這方面的產(chǎn)品上市。 (3) 摩托車點(diǎn)火線圈用環(huán)氧樹脂灌封料應(yīng)能承受峰值電壓35kV，歷時(shí)1min開路試驗(yàn)而無擊穿損傷和表面放電現(xiàn)象。在40和80中各保持1h為1個(gè)循環(huán)，共5個(gè)循環(huán)的溫度變化試驗(yàn)而無損傷。強(qiáng)化耐久壽命達(dá)240h以上。摩托車用環(huán)氧樹脂灌封料主要強(qiáng)調(diào)耐壓性能。 (4) 從提供的環(huán)氧樹脂灌封料的外觀可以看出：汽車點(diǎn)火線圈所使用的灌封料相應(yīng)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(diǎn)火線圈使用的灌封料相應(yīng)粘度小些，加溫到60以上粘度就迅速下降，填料量較少。 (5) 進(jìn)貨時(shí)可用一些簡便的方法檢測樹脂的可靠性。比如：用一次性紙杯提取適

7、量灌封料A組分，根據(jù)預(yù)定的工作溫度進(jìn)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(xiàn)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(jìn)行打壓耐壓試驗(yàn)，擊穿電壓小于20kV為不合格品。 (6) 通過灌封產(chǎn)品的高低溫強(qiáng)化耐久試驗(yàn)和路況試驗(yàn)，觀測是否有開裂、擊穿或膨脹等問題出現(xiàn)。不同批次均有出現(xiàn)，可判定灌封料為不合格品。 3.2 吸料 此過程分為環(huán)氧樹脂的吸料和固化劑的吸料。建議使用物性一致性良好的雙組分環(huán)氧樹脂材料。吸料過程是將環(huán)氧樹脂及固化劑分別吸入薄膜脫氣罐中進(jìn)行薄膜脫氣。吸入量應(yīng)根

8、據(jù)單班生產(chǎn)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(zhǔn)，然后按預(yù)定的溫度加熱、攪拌脫氣。固化劑吸料與環(huán)氧樹脂吸料過程完全相同。 此過程易出現(xiàn)的問題： (1) 吸料時(shí)，常溫下，特別是汽車用環(huán)氧樹脂灌封料粘度會變得很高，甚至根本不能流動。這時(shí)，可對容器進(jìn)行預(yù)熱。加熱時(shí)需注意必須均勻、緩慢地進(jìn)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(zhì)損壞，甚至于燃燒，造成損失。建議將料直接送入預(yù)熱爐預(yù)熱。 (2) 向脫氣罐吸料時(shí)，一定要非常小心。如果將樹脂吸入固化劑罐，或?qū)⒐袒瘎┍萌霕渲摎夤?，必須立即將罐?nèi)材料全部排出。否則，一旦固化，會造成脫氣罐報(bào)廢的嚴(yán)重后果。 (3) 吸料完畢，及時(shí)

9、將管路閥門內(nèi)的料也吸入脫氣罐內(nèi)，不要在管路閥門內(nèi)滯留有灌封料，否則會造成下次吸料困難。 (4) 吸料真空度應(yīng)與吸料流速匹配，不可太高。一般對物料和管路閥門都進(jìn)行預(yù)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(shè)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，再加上罐內(nèi)抽成適當(dāng)?shù)恼婵眨ㄒ话銥?33399Pa），便很容易釋放出來并被抽

10、除。最終達(dá)到凈化物料、真空除氣的目的。 提料量過多或過少都是不合適的。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，但難以保證罐內(nèi)全部物料在要求時(shí)間內(nèi)都通過薄膜脫氣傘，達(dá)不到充分脫氣的目的。在生產(chǎn)過程中，薄膜脫氣過程一般為3040min，調(diào)速電機(jī)調(diào)速在50200r/min之間，物料循環(huán)45次。脫氣效果最佳。 此過程中易出現(xiàn)的問題： (1) 脫氣時(shí)一定將攪拌電機(jī)打開，才能將物料提升至脫氣傘上，進(jìn)行薄膜脫氣。啟動攪拌電機(jī)時(shí)先對物料加溫，否則，物料粘度很高，甚至根本不能流動，這時(shí)若打開攪拌電機(jī)，會有電機(jī)堵轉(zhuǎn)的危險(xiǎn)。正確的操作應(yīng)該是

11、：先給物料按預(yù)定程序加溫，打開真空系統(tǒng)，再啟動攪拌電機(jī)進(jìn)行薄膜脫氣。 (2) 脫氣過程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量避免停機(jī)。如果脫氣完成的材料因某種原因停機(jī)(如周末、節(jié)假日或檢修設(shè)備等)，材料重新投入使用前必須重新脫氣。脫氣時(shí)間可按材料多少和停機(jī)時(shí)間長短適當(dāng)調(diào)整，否則材料中會混進(jìn)大量空氣，影響澆注質(zhì)量。 (3) 脫氣的真空度控制在133399Pa。真空度太高，容易將一些活性稀釋劑等易揮發(fā)物質(zhì)吸走，影響物料品質(zhì)。再者，也不利于環(huán)境保護(hù)及真空泵的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。真空度太低，不易及時(shí)脫完氣泡。 3.4 真空灌封前的準(zhǔn)備 真空灌封前的準(zhǔn)備工作屬于輔助工作，容易被忽視，而設(shè)備出現(xiàn)的很多問題，如配比不準(zhǔn)、混料不均、氣噴等都

12、與此過程有關(guān)，因此必須在灌封前做好此項(xiàng)工作。應(yīng)準(zhǔn)備的有：檢驗(yàn)計(jì)量泵配比是否正確；檢驗(yàn)定量用接近開關(guān)位置及響應(yīng)是否正確；排除混合器及澆注管路內(nèi)的氣體，然后將料注滿混合器；調(diào)節(jié)澆注嘴同待灌封點(diǎn)火線圈間距離，澆注高度一般為8。 此過程中易出現(xiàn)的問題： (1) 檢驗(yàn)計(jì)量泵配比是否正確時(shí)，切不可只放料一次就作出決斷。正確的操作是打開放料閥，排料數(shù)次，直到出料正常時(shí)方可進(jìn)行驗(yàn)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(yàn)證配比性。因?yàn)樵诜帕线^程中樹脂極易黏附在器皿的壁上，導(dǎo)致讀取數(shù)值誤差太大。一般使用天平稱量，檢驗(yàn)質(zhì)量比。 (3) 檢驗(yàn)定量用接近開關(guān)位置及響應(yīng)是否正確時(shí)，容易在調(diào)

13、節(jié)過程中將傳感元件損壞。因此，先不調(diào)節(jié)它，待氣缸動作后觀測接近開關(guān)是否響應(yīng)以決定是否需要調(diào)節(jié)。 (4) 排除完混合器及澆注管路內(nèi)的氣體后，應(yīng)立即將灌封料注滿混合器。中間滯留時(shí)間不可太長。否則，極易漏氣，導(dǎo)致真空灌封時(shí)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(jù)點(diǎn)火線圈型腔的大小、復(fù)雜程度和灌封料流動性的好壞，通過調(diào)節(jié)計(jì)量泵上氣缸限流器適當(dāng)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(jié)構(gòu)簡單，有利樹脂滲透，且灌封料流動性較好時(shí)，采用一次灌滿。若線圈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利樹脂滲透，或者灌封料流動性不好時(shí)，可采用小劑量、多次灌封，以達(dá)到線圈內(nèi)

14、部無空隙及避免溢料現(xiàn)象。 灌封時(shí)真空度保持在200265Pa之間，不可太高或太低。真空度太高，易發(fā)生澆注閥滴料和抽掉樹脂中有益成分，影響品質(zhì)。真空度太低，不能達(dá)到去除線圈內(nèi)部潮氣的目的。 此過程中易出現(xiàn)的問題： (1) 混料滯留時(shí)間過長。如果混料滯留時(shí)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(zhì)量。嚴(yán)重時(shí)會造成產(chǎn)品報(bào)廢或澆注管路堵塞，損壞設(shè)備。因此，應(yīng)保持混合器及管路溫度5060，并且直到需要真空灌封時(shí)才進(jìn)行混合為宜。 (2) 真空灌封時(shí)串料。真空灌封前必須檢查計(jì)量泵配比是否正確。串料主要是與計(jì)量泵底的單向閥和混合器入口處單向閥密封不嚴(yán)有關(guān)。一般設(shè)備在出廠前已經(jīng)對此作了氣密封檢驗(yàn)；但

15、在生產(chǎn)操作過程中，會因填料等沉淀物的堵塞引起單向閥的密封不嚴(yán)。因此，串料產(chǎn)生時(shí)，立即停機(jī)，打開單向閥查看是否有沉淀物堵塞閥體處，并清理。 (3) 真空灌封時(shí)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內(nèi)的氣體，然后將料注滿混合器。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(shí)堵料。堵料主要是因?yàn)樘盍系瘸恋砦锏亩氯鸬?。堵塞產(chǎn)生時(shí)，特別注意澆注閥入口處、混合器出口處是否有沉淀物堵塞，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內(nèi)部的型腔就溢出來；速度太慢，雖然有利于樹脂的滲透，但不利于提高生產(chǎn)效率。

16、(6) 真空灌封完成時(shí)，必須迅速將灌封線圈放入固化爐中進(jìn)行固化，盡量避免在低溫環(huán)境中停留。 (7) 待灌封點(diǎn)火線圈，特別是汽車用點(diǎn)火線圈，必須先在預(yù)熱爐內(nèi)均勻加熱1h后，使線圈溫度達(dá)到100120，立即放入澆注室進(jìn)行真空灌封。如果線圈內(nèi)部溫度達(dá)不到，不利于物料滲透。 3.6清洗與清潔 設(shè)備完成灌封工作后。及時(shí)對設(shè)備工作過程進(jìn)行清洗和設(shè)備外表清潔工作。清洗可分為定期清洗和隨時(shí)清洗。 隨時(shí)清洗操作是在每次灌封工作完成后進(jìn)行。首先關(guān)閉混料器前級所有閥門，排空混料器和澆注管內(nèi)的殘余樹脂，及時(shí)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(jī)溶劑。也可以

17、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(shí)間內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行徹底清洗，包括管道、每個(gè)罐體內(nèi)部及各個(gè)閥門的清洗。這種清洗一般可以一年進(jìn)行一次。具體操作是將足量的清洗液，由配料澆注流程依次對各罐、管道、計(jì)量泵、混合器及閥進(jìn)行清洗。時(shí)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(jìn)行認(rèn)真清洗，仍免不了有少量混合料粘在里面，日積月累，就會造成閥門開關(guān)不靈，管道堵塞，混料器壁粘積物損壞攪拌機(jī)體，影響混合器內(nèi)加熱速度等問題。因此，每個(gè)月都要對設(shè)備進(jìn)行一次短期清理。主要內(nèi)容是拆開混料器和澆注閥，在溶劑

18、中加熱浸泡后，刮去粘積物。澆注管若選用不銹鋼管件，拆下澆注管，加熱到120140，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(xiàn)的問題是： (1) 由于樹脂灌封料粘度及油性大，極易弄贓設(shè)備且不易清洗，再加之每次完成灌封工作后容易忽視作此項(xiàng)工作。日積月累易導(dǎo)致設(shè)備臟亂。為此，需時(shí)刻注意設(shè)備清潔工作。清潔時(shí)可用棉布蘸酒精擦拭，發(fā)現(xiàn)樹脂黏附時(shí)及時(shí)擦拭。灌封前后必須清潔計(jì)量泵兩柱塞、澆注閥柱塞及混合器軸套黏附的物料，并滴硅油保持有效潤滑。 (2) 隨時(shí)清洗時(shí)，一些廠家為了節(jié)省清洗液，清洗液反復(fù)使用多次，這樣容易使清洗液同物料起反應(yīng)，形成很粘的物質(zhì)依附在混合器、管路及澆注閥壁內(nèi)。造成澆注閥起閉困難，混合器無法轉(zhuǎn)動等問題。一些點(diǎn)火線圈廠家提議可以不用清洗，只需及時(shí)停機(jī)冷卻，混合液也不會固化，第二天還可使用，對設(shè)備維護(hù)不影響，還可以縮短設(shè)備維護(hù)周期。 3.7 固化過程 點(diǎn)火線圈真空灌封完成后，必須立即送入固化爐內(nèi)按照材料要求的固化溫度時(shí)間