1防水接插件是什么？
防水接插件是一种重要的电子元器件,广泛运用在各类电路体系和电子设备上,完成信号和电源的传输性能。接插件标准种类繁复,依据不同的分类准则,能够分为不同的种类:按外形结构分为圆形接插件、矩形接插件等标准,按运用性能分为电源接插件﹑低频接插件和高速传输接插件等。本文介绍的防水接插件外形是一种矩形接插件,即完成电源传输或信息传输的--种接插件,具有装置方便和修理方便的特色,广泛应用在室外电子通讯设备上,具有防水.耐高低温﹑抗风沙侵蚀等性能。其他密封等级较高的密封接插件,例如玻璃烧结类产品,不在本文的评论范围内。
2防水产品技能指标
防水接插件依据运用环境不同,能够分为许多种类,例如水下用防水接插件。该接插件一般用于海洋勘探、潜水作业、水雷和水下声学装置等设备中的水密封接线盒与电缆及电缆与电缆间的衔接。这类接插件可在水下几千米正常运用。水下防水接插件运用特别性,对接插件的结构,资料等都有特别的要求。本文主要评论室外运用或1m水深运用环境的防水接插件,以下部分不再作此阐明。
为了完成室外设备体系的正常运转,接插件有必要克服室外雨水、日光、风沙和温度改变自然环境的不利因素,确保设备电源和信号的正常传输。接插件要习惯室外运用,有必要具有以下技能性能指标:
(1) 介质耐压:1000V;(2)绝缘电阻:5000MQ;(3)机械寿命:500次;(4)防水等级:IP67;(5)装置螺钉耐力矩:≥5kgf"cm;(6)锁紧螺母耐力矩:≥30kgf"cm。
3防水接插件结构规划
3.1常见防水接插件结构简介
依据防水接插件的装置工艺和技能特性,防水接插件结构大致分为几类:1、密封胶灌封结构(又分为机械封装和手工封装),如图1;2、密封胶零件组装密封结构(抗下跌和非抗下跌结构),如图2;3、玻璃烧结密封结构(略),如图3。
由于产品运送和修理简单,第2类防水产品被许多运用。下面将以我司许多运用的Dsub防水线夹产品为例,其归于第2类防水产品,介绍其结构特色和运用性能。
3.2D小型防水产品结构
防水接插件结构分为插头(图4)和插座(图5)两部分,一般运用时,插座装置于仪器设备上,经过装置法兰固定,插头结构为电缆方法,可与插座对接完成传输性能。插座结构如图5所示,对接端具有一个长方形的橡胶圈,两端设于装置螺纹孔,尾端选用环氧树脂灌封、密封。装置时,运用两个装置螺钉,选用板后装置方法,插座固定于装置板上,插座上的长方形密封圈在装置螺钉的紧固下紧缩,起到密封、防水效果。防水接插件的另一端运用防水线夹固定接插件插头,如图4所示,插头装置在防水线夹内,线夹两端的装置螺钉穿过接插件插头,在防水线夹的对接端设有一个体积较大的密封圈。当插头与插座对接时(如图6所示),线夹两端的装置螺钉与面板上的六角装置螺钉的内螺纹进行对接,在装置螺钉的效果下,完成接插件插头和插座的插合;一起,防水线夹对接端长方形密封圈遭到装置面板的紧缩,完成接插件对接界面的密封防水性能。
3.3D小型防水产品关键特性
防水接插件的防水性能，依据GB4208(IEC60529)中规则,IP(国际防护)等级的具体意义如下:
D小型防水接插件依照用户要求按IP67防护等级研发,接插件要求满意短时间浸水后产品不能形成有害影响。
为满意IP67防护要求,防水接插件要完成防水性能,有必要确保对接界面及各分界面能完成密封性能。如图7所示,从接插件的装置要求和运用环境考虑,D小型防水接插件结构中主要具有一个对接界面和5个分界面。分界面1处为一个橡胶管,分界面2处为一个橡胶圈,分界面3处为一小橡胶圈，分界面4处为一长方形的橡胶圈,分界面5选用环氧胶粘剂密封,对接界面选用一个体积较大的长方形密封圈。为了能完成防水接插件的IP67性能,有必要确保在以上5个分界面和1个对接界面处橡胶零件能杰出完成密封性能。
与此一起,由于该防水接插件运用于室外,该接插件有必要能够习惯自然环境的改变不呈现性能下降。因而,防水接插件应能经过高低温冲击、阻燃要求等。
整体来说,防水接插件应具有以下关键特性:(1)IP防护等级:按用户要求为IP67,短时间浸水;
(2)阻燃等级:UL94标准,V-0级;
(3)恒温恒湿:温度60±2℃,湿度90%~95%的环境中,96小时;
(4)温度冲击:温度-55℃,105℃每次温度保持30分钟,5次循环;
(5)温度寿命:温度85土2℃,96小时。
3.4D小型防水产品关键元件规划
3.4.1塑胶零件规划
防水接插件插座部分塑胶零件主要有两种标准:一种是用户固定接插件触摸件的基座,能够选用惯例塑胶资料PBT,其具有阻燃V-О等级,耐压和绝缘性能优秀,结构同惯例产品;另一种塑胶为装置法兰零件,依据运用要求,能够挑选尼龙资料,尼龙资料具有较好的韧性,能够满意产品装置时呈现的应力不致形成接插件受损。
插头部分塑胶零件主要有两种类型:--类是用于固定接插件触摸件的基座(同上);一类是防水线夹上的各塑胶零件,依据运用特色不同,能够选用不同牌号的尼龙资料,例如杜邦公司的FR50资料等。
3.4.2橡胶零件规划
防水接插件要完成IP67的防护等级,其中的橡胶零件将起到至关重要的效果。在以上所述的5个分界面和1个对接界面处,在接插件装置时,正是依托各橡胶零件受力紧缩完成产品的防水性能。考虑到防水接插件是应用于室外,需求反抗恶劣的自然环境改变,因而,选用归纳性能较好的硅橡胶作为橡胶零件的资料。各橡胶零件的结构规划,依据产品运用要求进行规划,既要满意防水性能,一起也要方便操作。
以下(图8)是各分界面和对接界面的密封阐明:
3.4.3锁紧螺钉的规划
防水接插件要完成防水性能,主要是依托防水零件––橡胶零件的紧缩来完成,要完成紧缩,有必要依托螺钉的锁紧来完成。因而,锁紧螺钉的规划要充分考虑对接方便,零件的尺度规划要满意强度的要求。
3.4.4胶粘剂
防水接插件插座需求装置在设备的装置孔上，在设备的装置孔处,是接插件插座的对接端面。为确保接插件插座完成密封性能,在插座的尾端采纳了灌封胶粘剂的工艺。胶粘剂的标准许多,需求考虑出产工艺性方面的要求,能够选用环氧树脂等。
4常见问题及措施
4.1IP67与IP65
防水接插件的防护等级,即IP等级是不可彼此代替的，例如IP67就不能代替IP65。在标准GB4208中条款4.3有明文规则:针对不同的效果,给出防喷水和防短时间浸水的两种不同防护等级,例如IP65/IP67。由于D小型防水接插件规划时是依照用户要求的IP67防护等级进行的,产品实验验证满意IP67等级的要求,是满意用户的运用要求的。但后来用户提出防水接插件要具有IP65防护等级要求,现有的防水产品纷歧定能满意此要求,经过实验验证,防水接插件未能经过IP65的实验。
如图9所示,GB4208标准中规则IP67防水等级:运用潜水箱,水面在外壳顶部以上至少0.15m,外壳底面在水面下至少1m。实验持续时间30min。假如实验后呈现渗水现象,则断定实验不合格。D小型防水产品选用1m水深胶管进行潜水实验,实验后防水产品未呈现渗水现象,定论合格。
如图10所示,GB4208标准中规则IP65防水等级:运用喷嘴,喷嘴直径6.3mm,间隔2.5m到3m,水流量12.5(1±5%)L/min,实验持续时间1min/m至少3min。假如实验后呈现渗水现象,则断定实验不合格。D小型防水产品选用此方法进行喷水实验,实验后产品内有水珠,实验定论为不合格。
如图11所示,形成产品IP65实验不合格的原因主要是产品界面密封橡胶资料硬度较软,在强烈冲水情况下,有水渗入产品内。针对失效机理,确认了两个规划方案:
2、挑选合适的橡胶资料制造橡胶零件。
不能满意IP65的橡胶零件资料硬度(邵尔A)为50,为满意IP65的喷水要求,选用硬度为70的橡胶进行实验,实验后防水产品未呈现渗水现象。供给橡胶硬度,也能够满意防水产品的IP65防护要求。
4.2锁紧件开裂
在用户运用防水接插件的过程中,防水线夹呈现过装置螺钉开裂的质量问题。经了解用户锁紧力矩一般为3.5kg,但在运用过程中,锁紧力矩一般会到达5kg。假如装置螺钉尺度加工偏小,装置螺钉就会形成开裂。为处理此问题,更改了装置螺钉的资料,选用不锈钢资料制造装置螺钉,不锈钢螺钉一般在同样的尺度下能够接受8kg的力矩,能够满意用户运用要求。
在插座运用过程中,从前呈现过装置螺母脱出的质量问题。经剖析,其产生的原因是螺母的装置选用了过盈方法,无法满意产品的运用要求。经过更改装置螺母的固定方法,采纳铆接结构,经实验验证和用户验证,能够满意运用要求。
4.3锁紧螺母开裂、开槽管卡齿开裂
防水线夹上的锁紧螺母零件在运用过程中要接受轴向和径向的分力,对零件强度有很高的要求。在用户运用过程中,呈现过锁紧螺母开裂的质量问题。经剖析,以为形成此问题的主要原因有两个方面:一是资料机械性能不能满意运用要求;二是零件注塑参数和模具结构形成零件机械性能下降。针对此问题,选用适用的资料标准,一起修整模具结构，操控注塑参数。经实验验证,改进后锁紧螺母能够接受60kg以上的锁紧力矩。
4.4胶粘剂失效、开裂
在运用过程中,防水接插件插座尾部的胶粘剂从前呈现过开裂现象。经剖析,原因主要是用户在运用时,导线焊接完成后需求对导线进行塑封固定，塑封过程中,接插件尾部的胶粘剂遭到塑封模具的压力导致开裂,如图13所示。为处理此问题,需求选用具有必定弹性特征的胶粘剂才干满意用户的运用要求。目前,选用一款国外的胶粘剂能够满意用户的运用要求。
5发展趋势
跟着仪器设备的运用环境改变,对防水接插件的运用性能提出了更高的要求,如愈加恶劣的运用环境,更高强度的耐力矩要求、日益急迫的成本压力.代替人工操作的出产方法、愈加方便的运用等要求。针对用户的这些特别要求,防水接插件也在进行着不断的性能优化。
5.1一体式金属外壳
如图14,该类产品是在防水产品的标准上扩展的产品,具有强度高,耐腐蚀和抗冲击等特色,特别适用于无线室外通讯体系设备、医疗电子设备、工业自动化.油田开采和化工业等领域。
5.2低压注塑塑封
为了满意产品的批量出产,防水产品的灌封工艺也需求不断改进,例如选用低压注塑工艺,聚氨脂类胶的灌封等(如图15),能够进步出产效率,下降人力成本。目前,此类加工工艺遭到加工设备和胶液标准的限制,还未彻底满意产品的运用要求。
5.3快速、容差性能防水接插件
我司研发人员为用户定制研发的接插件(如图16)具有快锁.密封,防水的性能,完成了RU设备外界线缆到整机内部PCB的电气衔接。该产品选用钏刀式衔接方法,内部设有起浮机构,完成了整机装置水平方向±0.5mm的容差,具有自主知识产权，零件除装置螺钉外其余悉数选用模具成型,产品成本低,出产效率高。
5.4热塑性弹性件
如图17所示,氟橡胶的性能处于最高端,硅橡胶的性能处于高端,TPV的耐油及耐热性处于中间方位。关于一般工业制品来说,TPV就能满意它的耐热及耐油要求。TPV的可塑性加工,关于出产厂商挑选资料也起到一个决定性的效果。TPV的可塑性加工不用添加贵重的硫化设备,能够快速大批量出产,能够出产,规划杂乱的制品,能够具有洁净的出产环境,能够不用担心无法收回的下脚料。在无十分高的要求前提下,不需求考虑高端弹性体或橡胶,国外已有接插件厂商选用TPV出产防水产品弹性体零件(如图18),代替早先的硅橡胶或氟橡胶零件。
6定论
防水接插件是接插件的一种标准,特别适用于室外设备衔接用。不断改变的运用环境和日益添加的成本压力,迫使出产厂商不断对产品的资料和加工进行改进,以满意用户的运用要求。
