侵蝕性介質(zhì)中傳感器的密封
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時(shí)間：2011-03-12
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傳感器通常安裝于待測(cè)數(shù)值監(jiān)控處。由于信號(hào)通過(guò)電極向外發(fā)射，傳感器必須密封于電極出口，對(duì)著各自的測(cè)量區(qū)域，如溫度、壓力或侵蝕性介質(zhì)。單獨(dú)靠模壓成型的工藝連接電極和監(jiān)測(cè)傳感器已經(jīng)不能滿(mǎn)足當(dāng)今汽車(chē)工業(yè)的需求。德路工業(yè)粘合材料采用化學(xué)鍵鏈接的膠粘劑彌補(bǔ)了這一不足。
正確地選擇膠粘劑對(duì)傳感器的可靠性具有決定性的意義。這對(duì)惡劣條件下使用的傳感器更加重要，例如油量監(jiān)測(cè)傳感器或壓力傳感器。針對(duì)此類(lèi)應(yīng)用，德路工業(yè)粘合材料專(zhuān)門(mén)立項(xiàng)開(kāi)發(fā)出了基于酐固化環(huán)氧樹(shù)脂的灌封樹(shù)脂。這類(lèi)膠粘劑對(duì)高溫和侵蝕性介質(zhì)具有卓越的抵抗性，并且能夠提供特殊的機(jī)械性能。
圖1 DELO-MONOPOX GE720與聚氨酯灌封樹(shù)脂耐化學(xué)腐蝕性能的對(duì)比
一般來(lái)說(shuō)，聚合物隨著溫度的升高會(huì)有一些后固化的反應(yīng)，即未完全鏈接的聚合物支鏈在高溫下變得活躍從而相互反應(yīng)。此過(guò)程使化學(xué)交聯(lián)度提高，從而使聚合物的一些機(jī)械參數(shù)升高，例如抗拉強(qiáng)度、楊氏模量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，材料也會(huì)變得更硬。同時(shí)，在150℃的高溫下化學(xué)鏈可能受到氧化的作用而被破壞，從而導(dǎo)致膠粘劑失去內(nèi)聚力，密封材料相應(yīng)會(huì)變脆。
另外一個(gè)不良影響是侵蝕性介質(zhì)滲透進(jìn)聚合物導(dǎo)致密封材料膨脹，這主要會(huì)降低材料的機(jī)械性能?；瘜W(xué)性能與聚合物類(lèi)似的特殊油類(lèi)可被大量吸收。在不利條件下，吸入的油類(lèi)能夠腐蝕聚合物或破壞化學(xué)粘合劑。如果油沿表層滲入至基材表面，則灌封樹(shù)脂會(huì)由于粘接失效而剝離。
如果同時(shí)有溫度和介質(zhì)兩種負(fù)面因素的影響，例如在油盤(pán)中，上述現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重，油的粘度隨溫度升高而下降，因此能夠更輕易地滲透進(jìn)聚合物。由于油類(lèi)也容易被高溫氧化，產(chǎn)生的許多侵蝕性老化產(chǎn)品也會(huì)對(duì)聚合物造成破壞。因此，聚合物的性能會(huì)發(fā)生巨大改變。
不適宜的灌封材料最終會(huì)在機(jī)械應(yīng)力的作用下造成密封失效。這些機(jī)械應(yīng)力一般由振動(dòng)或不匹配的熱膨脹造成的（由于被連接部件的材料熱膨脹系數(shù)差異使熱脹冷縮過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械應(yīng)力），結(jié)果就是傳感器不能正常使用，導(dǎo)致車(chē)輛發(fā)生故障。
新化學(xué)產(chǎn)品提高密封的可靠性
在通常用作傳感器密封的材料中，環(huán)氧樹(shù)脂相比聚氨酯表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗侵蝕性和抗高溫老化性。在環(huán)氧樹(shù)脂族群中，以有機(jī)酸酐作為硬化劑的樹(shù)脂性能最佳。由于其獨(dú)特的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這些硬化劑使聚合物非常緊密地交聯(lián)，由此可實(shí)現(xiàn)大于150℃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。由于環(huán)狀結(jié)構(gòu)和分子交鏈的延伸率小，這些聚合物的熱膨脹系數(shù)較低，即使在高溫下也僅有很小部分氧氣和化學(xué)品會(huì)滲透到材料內(nèi)。
因此，德路工業(yè)粘合材料研發(fā)的新產(chǎn)品均采用含有有機(jī)酐的環(huán)氧樹(shù)脂作為硬化劑。通過(guò)混合具有特殊性能的基礎(chǔ)樹(shù)脂、膠漿，加入填充粒子，可開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足傳感器各類(lèi)需求的理想新材料。從圖1可以看出：室溫下在介質(zhì)中儲(chǔ)存1 000h后拉剪強(qiáng)度的前后變化，聚氨酯在大部分介質(zhì)下完全失效了。
油壓傳感器的密封
在實(shí)際應(yīng)用中，這種新材料的化學(xué)成份被證明是非常有效的。將灌封樹(shù)脂灌入油壓傳感器的內(nèi)部并且密封電極，通過(guò)大量的應(yīng)力測(cè)試，比如：長(zhǎng)期儲(chǔ)存于150℃的環(huán)境、150℃的ATF油中儲(chǔ)存1000h、-40～150℃/1 000次溫度沖擊循環(huán)測(cè)試、VDA耐候性測(cè)試以及客戶(hù)要求的振動(dòng)測(cè)試和機(jī)械沖擊測(cè)試等，證實(shí)使用DELO-MONOPOX GE720灌封的傳感器密封性非?？煽浚ㄒ?jiàn)圖2）。相比之下，使用其他環(huán)氧樹(shù)脂和聚氨酯灌封的傳感器都出現(xiàn)了滲漏。表為德路工業(yè)粘合材料的DELO-MONOPOX GE720的參數(shù)。
圖2 用灌封樹(shù)脂密封后的油壓傳感器，其功能和使用壽命得到保證
DELO-MONOPOX GE720的一些重要參數(shù) 
通過(guò)表面處理提高粘著力
介質(zhì)和溫度對(duì)于密封膠粘接力的影響直接關(guān)系到傳感器的密封性。根據(jù)所使用塑料的不同，可能獲得截然不同的粘接強(qiáng)度。如果傳感器表面殘留有脫模劑，則建議密封前進(jìn)行表面處理，例如火焰處理、等離子處理或電暈處理。多數(shù)情況下，僅對(duì)表面進(jìn)行清潔處理就很有效。圖3為使用環(huán)氧灌封樹(shù)脂粘接的PBT樣品的壓剪強(qiáng)度在粘接后立即測(cè)量和濕度儲(chǔ)存狀態(tài)下測(cè)量結(jié)果的不同。
圖3 不同表面處理方法對(duì)使用環(huán)氧樹(shù)脂粘接PBT后立即測(cè)量和濕度儲(chǔ)存后測(cè)量的粘著力影響
集成于生產(chǎn)線
單組分密封膠的點(diǎn)膠過(guò)程與應(yīng)用密切相關(guān)。例如，對(duì)針腳或電極的灌封可通過(guò)點(diǎn)膠來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)不是很復(fù)雜的應(yīng)用，使用壓力-時(shí)間控制系統(tǒng)即可。對(duì)較高的需求來(lái)說(shuō)，可使用螺桿點(diǎn)膠機(jī)或者體積點(diǎn)膠系統(tǒng)，通常也可使用噴射式點(diǎn)膠閥。如果灌封空間較大，可考慮使用真空灌封儀器。
DELO-MONOPOX GE720為熱固化產(chǎn)品。烘箱的選擇主要取決于不同的操作需求。例如，灌封部件可置于空氣對(duì)流烘箱中批量固化?；旧?，使用更為強(qiáng)大的紅外線加熱或者電磁感應(yīng)加熱可以實(shí)現(xiàn)快速的在線固化。
小結(jié)
新型的酸酐材料是一項(xiàng)重大進(jìn)步，它能夠確保傳感器在汽車(chē)整個(gè)壽命周期內(nèi)安全使用。令人欣慰的是，使用新材料不會(huì)產(chǎn)生任何不利影響。相反，習(xí)慣于使用例如2-c聚氨酯的廠商會(huì)發(fā)現(xiàn)，新環(huán)氧樹(shù)脂的固化更快而且與生產(chǎn)線兼容，節(jié)省了寶貴的時(shí)間。
評(píng)論