1什么是防水接插件

防水接插件是一種重要的電子元器件,廣泛運用在各類電路系統(tǒng)和電子設(shè)備上,完結(jié)信號和電源的傳輸功能。接插件規(guī)范種類繁復(fù),根據(jù)不同的分類準(zhǔn)則,可以分為不同的種類:按外形結(jié)構(gòu)分為圓形接插件、矩形接插件等規(guī)范,按運用功能分為電源接插件﹑低頻接插件和高速傳輸接插件等。本文介紹的防水接插件外形是一種矩形接插件,即完結(jié)電源傳輸或信息傳輸?shù)?/span>--種接插件,具有設(shè)備便利和修理便利的特征,廣泛應(yīng)用在室外電子通訊設(shè)備上,具有防水耐高低溫﹑抗風(fēng)沙腐蝕等功能。其他密封等級較高的密封接插件,例如玻璃燒結(jié)類產(chǎn)品,不在本文的談?wù)摲秶鷥?nèi)。

2防水產(chǎn)品技術(shù)目標(biāo)

防水接插件根據(jù)運用環(huán)境不同,可以分為許多種類,例如水下用防水接插件。該接插件一般用于海洋勘探、潛水作業(yè)、水雷和水下聲學(xué)設(shè)備等設(shè)備中的水密封接線盒與電纜及電纜與電纜間的聯(lián)接。這類接插件可在水下幾千米正常運用。水下防水接插件運用特別性,對接插件的結(jié)構(gòu),材料等都有特別的要求。本文主要談?wù)撌彝膺\用或1m水深運用環(huán)境的防水接插件,以下部分不再作此說明。

為了完結(jié)室外設(shè)備系統(tǒng)的正常工作,接插件有必要戰(zhàn)勝室外雨水、日光、風(fēng)沙和溫度改動自然環(huán)境的不利因素,保證設(shè)備電源和信號的正常傳輸。接插件要習(xí)慣室外運用,有必要具有以下技術(shù)功能目標(biāo):

(1) 介質(zhì)耐壓:1000V;(2)絕緣電阻:5000MQ;(3)機械壽數(shù):500次;(4)防水等級:IP67;(5)設(shè)備螺釘耐力矩:≥5kgf"cm;(6)鎖緊螺母耐力矩:≥30kgf"cm。

3防水接插件結(jié)構(gòu)規(guī)劃

3.1常見防水接插件結(jié)構(gòu)簡介

根據(jù)防水接插件的設(shè)備工藝和技術(shù)特性,防水接插件結(jié)構(gòu)大致分為幾類:1、密封膠灌封結(jié)構(gòu)(又分為機械封裝和手工封裝),如圖1;2、密封膠零件組裝密封結(jié)構(gòu)(抗跌落和非抗跌落結(jié)構(gòu)),如圖2;3、玻璃燒結(jié)密封結(jié)構(gòu)(略),如圖3。

因為產(chǎn)品運送和修理簡略,第2類防水產(chǎn)品被許多運用。下面將以我司許多運用的Dsub防水線夾產(chǎn)品為例,其歸于第2類防水產(chǎn)品,介紹其結(jié)構(gòu)特征和運用功能。

3.2D小型防水產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

防水接插件結(jié)構(gòu)分為插頭(圖4)和插座(圖5)兩部分,一般運用時,插座設(shè)備于儀器設(shè)備上,通過設(shè)備法蘭固定,插頭結(jié)構(gòu)為電纜辦法,可與插座對接完結(jié)傳輸功能。插座結(jié)構(gòu)如圖5所示,對接端具有一個長方形的橡膠圈,兩頭設(shè)于設(shè)備螺紋孔,尾端選用環(huán)氧樹脂灌封、密封。設(shè)備時,運用兩個設(shè)備螺釘,選用板后設(shè)備辦法,插座固定于設(shè)備板上,插座上的長方形密封圈在設(shè)備螺釘?shù)木o固下緊縮,起到密封、防水作用。防水接插件的另一端運用防水線夾固定接插件插頭,如圖4所示,插頭設(shè)備在防水線夾內(nèi),線夾兩頭的設(shè)備螺釘穿過接插件插頭,在防水線夾的對接端設(shè)有一個體積較大的密封圈。當(dāng)插頭與插座對接時(如圖6所示),線夾兩頭的設(shè)備螺釘與面板上的六角設(shè)備螺釘?shù)膬?nèi)螺紋進行對接,在設(shè)備螺釘?shù)淖饔孟?/span>,完結(jié)接插件插頭和插座的插合;一同,防水線夾對接端長方形密封圈遭到設(shè)備面板的緊縮,完結(jié)接插件對接界面的密封防水功能。

3.3D小型防水產(chǎn)品關(guān)鍵特性

防水接插件的防水功能，根據(jù)GB4208(IEC60529)中規(guī)矩,IP(世界防護)等級的具體含義如下:

D小型防水接插件按照用戶要求按IP67防護等級研制,接插件要求滿足短時間浸水后產(chǎn)品不能構(gòu)成有害影響。

為滿足IP67防護要求,防水接插件要完結(jié)防水功能,有必要保證對接界面及各分界面能完結(jié)密封功能。如圖7所示,從接插件的設(shè)備要求和運用環(huán)境考慮,D小型防水接插件結(jié)構(gòu)中主要具有一個對接界面和5個分界面。分界面1處為一個橡膠管,分界面2處為一個橡膠圈,分界面3處為一小橡膠圈，分界面4處為一長方形的橡膠圈,分界面5選用環(huán)氧膠粘劑密封,對接界面選用一個體積較大的長方形密封圈。為了能完結(jié)防水接插件的IP67功能,有必要保證在以上5個分界面和1個對接界面處橡膠零件能出色完結(jié)密封功能。

與此一同,因為該防水接插件運用于室外,該接插件有必要可以習(xí)慣自然環(huán)境的改動不出現(xiàn)功能下降。因此,防水接插件應(yīng)能通過高低溫沖擊、阻燃要求等。

全體來說,防水接插件應(yīng)具有以下關(guān)鍵特性:(1)IP防護等級:按用戶要求為IP67,短時間浸水;

(2)阻燃等級:UL94規(guī)范,V-0級;

(3)恒溫恒濕:溫度60±2℃,濕度90%~95%的環(huán)境中,96小時;

(4)溫度沖擊:溫度-55℃,105℃每次溫度保持30分鐘,5次循環(huán);

(5)溫度壽數(shù):溫度85土2℃,96小時。

3.4D小型防水產(chǎn)品關(guān)鍵元件規(guī)劃

3.4.1塑膠零件規(guī)劃

防水接插件插座部分塑膠零件主要有兩種規(guī)范:一種是用戶固定接插件觸摸件的基座,可以選用常規(guī)塑膠材料PBT,其具有阻燃V-О等級,耐壓和絕緣功能優(yōu)秀,結(jié)構(gòu)同常規(guī)產(chǎn)品;另一種塑膠為設(shè)備法蘭零件,根據(jù)運用要求,可以選擇尼龍材料,尼龍材料具有較好的耐性,可以滿足產(chǎn)品設(shè)備時出現(xiàn)的應(yīng)力不致構(gòu)成接插件受損。

插頭部分塑膠零件主要有兩種類型:--類是用于固定接插件觸摸件的基座(同上);一類是防水線夾上的各塑膠零件,根據(jù)運用特征不同,可以選用不同牌號的尼龍材料,例如杜邦公司的FR50材料等。

3.4.2橡膠零件規(guī)劃

防水接插件要完結(jié)IP67的防護等級,其間的橡膠零件將起到至關(guān)重要的作用。在以上所述的5個分界面和1個對接界面處,在接插件設(shè)備時,正是依托各橡膠零件受力緊縮完結(jié)產(chǎn)品的防水功能?？紤]到防水接插件是應(yīng)用于室外,需求抵擋惡劣的自然環(huán)境改動,因此,選用歸納功能較好的硅橡膠作為橡膠零件的材料。各橡膠零件的結(jié)構(gòu)規(guī)劃,根據(jù)產(chǎn)品運用要求進行規(guī)劃,既要滿足防水功能,一同也要便利操作。

以下(圖8)是各分界面和對接界面的密封說明:

3.4.3鎖緊螺釘?shù)囊?guī)劃

防水接插件要完結(jié)防水功能,主要是依托防水零件––橡膠零件的緊縮來完結(jié),要完結(jié)緊縮,有必要依托螺釘?shù)逆i緊來完結(jié)。因此,鎖緊螺釘?shù)囊?guī)劃要充分考慮對接便利,零件的規(guī)范規(guī)劃要滿足強度的要求。

3.4.4膠粘劑

防水接插件插座需求設(shè)備在設(shè)備的設(shè)備孔上，在設(shè)備的設(shè)備孔處,是接插件插座的對接端面。為保證接插件插座完結(jié)密封功能,在插座的尾端采用了灌封膠粘劑的工藝。膠粘劑的規(guī)范許多,需求考慮出產(chǎn)工藝性方面的要求,可以選用環(huán)氧樹脂等。

4常見問題及措施

4.1IP67與IP65

防水接插件的防護等級,即IP等級是不可彼此替代的，例如IP67就不能替代IP65。在規(guī)范GB4208中條款4.3有明文規(guī)矩:針對不同的作用,給出防噴水和防短時間浸水的兩種不同防護等級,例如IP65/IP67。因為D小型防水接插件規(guī)劃時是按照用戶要求的IP67防護等級進行的,產(chǎn)品試驗驗證滿足IP67等級的要求,是滿足用戶的運用要求的。但后來用戶提出防水接插件要具有IP65防護等級要求,現(xiàn)有的防水產(chǎn)品不一定能滿足此要求,通過試驗驗證,防水接插件未能通過IP65的試驗。

如圖9所示,GB4208規(guī)范中規(guī)矩IP67防水等級:運用潛水箱,水面在外殼頂部以上至少0.15m,外殼底面在水面下至少1m。試驗持續(xù)時間30min。假設(shè)試驗后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,則斷定試驗不合格。D小型防水產(chǎn)品選用1m水深膠管進行潛水試驗,試驗后防水產(chǎn)品未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,結(jié)論合格。

如圖10所示,GB4208規(guī)范中規(guī)矩IP65防水等級:運用噴嘴,噴嘴直徑6.3mm,距離2.5m到3m,水流量12.5(1±5%)L/min,試驗持續(xù)時間1min/m至少3min。假設(shè)試驗后出現(xiàn)滲水現(xiàn)象,則斷定試驗不合格。D小型防水產(chǎn)品選用此辦法進行噴水試驗,試驗后產(chǎn)品內(nèi)有水珠,試驗結(jié)論為不合格。

如圖11所示,構(gòu)成產(chǎn)品IP65試驗不合格的原因主要是產(chǎn)品界面密封橡膠材料硬度較軟,在激烈沖水情況下,有水滲入產(chǎn)品內(nèi)。針對失效機理,確認(rèn)了兩個規(guī)劃計劃:

2、選擇適宜的橡膠材料制造橡膠零件。

不能滿足IP65的橡膠零件材料硬度(邵爾A)為50,為滿足IP65的噴水要求,選用硬度為70的橡膠進行試驗,試驗后防水產(chǎn)品未出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。供給橡膠硬度,也可以滿足防水產(chǎn)品的IP65防護要求。

4.2鎖緊件開裂

在用戶運用防水接插件的過程中,防水線夾出現(xiàn)過設(shè)備螺釘開裂的質(zhì)量問題。經(jīng)了解用戶鎖緊力矩一般為3.5kg,但在運用過程中,鎖緊力矩一般會抵達5kg。假設(shè)設(shè)備螺釘規(guī)范加工偏小,設(shè)備螺釘就會構(gòu)成開裂。為處理此問題,更改了設(shè)備螺釘?shù)牟牧?/span>,選用不銹鋼材料制造設(shè)備螺釘,不銹鋼螺釘一般在同樣的規(guī)范下可以承受8kg的力矩,可以滿足用戶運用要求。

在插座運用過程中,早年出現(xiàn)過設(shè)備螺母脫出的質(zhì)量問題。經(jīng)分析,其產(chǎn)生的原因是螺母的設(shè)備選用了過盈辦法,無法滿足產(chǎn)品的運用要求。通過更改設(shè)備螺母的固定辦法,采用鉚接結(jié)構(gòu),經(jīng)試驗驗證和用戶驗證,可以滿足運用要求。

4.3鎖緊螺母開裂、開槽管卡齒開裂

防水線夾上的鎖緊螺母零件在運用過程中要承受軸向和徑向的分力,對零件強度有很高的要求。在用戶運用過程中,出現(xiàn)過鎖緊螺母開裂的質(zhì)量問題。經(jīng)分析,以為構(gòu)成此問題的主要原因有兩個方面:一是材料機械功能不能滿足運用要求;二是零件注塑參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)構(gòu)成零件機械功能下降。針對此問題,選用適用的材料規(guī)范,一同修整模具結(jié)構(gòu)，控制注塑參數(shù)。經(jīng)試驗驗證,改進后鎖緊螺母可以承受60kg以上的鎖緊力矩。

4.4膠粘劑失效、開裂

在運用過程中,防水接插件插座尾部的膠粘劑早年出現(xiàn)過開裂現(xiàn)象。經(jīng)分析,原因主要是用戶在運用時,導(dǎo)線焊接完結(jié)后需求對導(dǎo)線進行塑封固定，塑封過程中,接插件尾部的膠粘劑遭到塑封模具的壓力導(dǎo)致開裂,如圖13所示。為處理此問題,需求選用具有必定彈性特征的膠粘劑才華滿足用戶的運用要求?，F(xiàn)在,選用一款國外的膠粘劑可以滿足用戶的運用要求。

5發(fā)展趨勢

跟著儀器設(shè)備的運用環(huán)境改動,對防水接插件的運用功能提出了更高的要求,如更加惡劣的運用環(huán)境,更高強度的耐力矩要求、日益急切的本錢壓力.替代人工操作的出產(chǎn)辦法、更加便利的運用等要求。針對用戶的這些特別要求,防水接插件也在進行著不斷的功能優(yōu)化。

5.1一體式金屬外殼

如圖14,該類產(chǎn)品是在防水產(chǎn)品的規(guī)范上擴展的產(chǎn)品,具有強度高,耐腐蝕和抗沖擊等特征,特別適用于無線室外通訊系統(tǒng)設(shè)備、醫(yī)療電子設(shè)備、工業(yè)自動化.油田開采和化工業(yè)等領(lǐng)域。

5.2低壓注塑塑封

為了滿足產(chǎn)品的批量出產(chǎn),防水產(chǎn)品的灌封工藝也需求不斷改進,例如選用低壓注塑工藝,聚氨脂類膠的灌封等(如圖15),可以進步出產(chǎn)功率,下降人力本錢?，F(xiàn)在,此類加工工藝遭到加工設(shè)備和膠液規(guī)范的約束,還未完全滿足產(chǎn)品的運用要求。

5.3快速、容差功能防水接插件

我司研制人員為用戶定制研制的接插件(如圖16)具有快鎖.密封,防水的功能,完結(jié)了RU設(shè)備外界線纜到整機內(nèi)部PCB的電氣聯(lián)接。該產(chǎn)品選用釧刀式聯(lián)接辦法,內(nèi)部設(shè)有起浮組織,完結(jié)了整機設(shè)備水平方向±0.5mm的容差,具有自主知識產(chǎn)權(quán)，零件除設(shè)備螺釘外其余全部選用模具成型,產(chǎn)品本錢低,出產(chǎn)功率高。

5.4熱塑性彈性件

如圖17所示,氟橡膠的功能處于最高端,硅橡膠的功能處于高端,TPV的耐油及耐熱性處于中心方位。關(guān)于一般工業(yè)制品來說,TPV就能滿足它的耐熱及耐油要求。TPV的可塑性加工,關(guān)于出產(chǎn)廠商選擇材料也起到一個決定性的作用。TPV的可塑性加工不用增加寶貴的硫化設(shè)備,可以快速大批量出產(chǎn),可以出產(chǎn),規(guī)劃凌亂的制品,可以具有潔凈的出產(chǎn)環(huán)境,可以不用擔(dān)心無法收回的下腳料。在無非常高的要求前提下,不需求考慮高端彈性體或橡膠,國外已有接插件廠商選用TPV出產(chǎn)防水產(chǎn)品彈性體零件(如圖18),替代早先的硅橡膠或氟橡膠零件。

6結(jié)論

防水接插件是接插件的一種規(guī)范,特別適用于室外設(shè)備聯(lián)接用。不斷改動的運用環(huán)境和日益增加的本錢壓力,迫使出產(chǎn)廠商不斷對產(chǎn)品的材料和加工進行改進,以滿足用戶的運用要求。