1什么是防水接插件
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,完毕信号和电源的传输功用。接插件规范种类繁复,根据不同的分类准则,可以分为不同的种类:按外形结构分为圆形接插件、矩形接插件等规范,按运用功用分为电源接插件﹑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,即完毕电源传输或信息传输的--种接插件,具有设备便利和修补便利的特征,广泛应用在室外电子通讯设备上,具有防水.耐高低温﹑抗风沙腐蚀等功用。其他密封等级较高的密封接插件,例如玻璃烧结类产品,不在本文的议论范围内。
2防水产品技术方案
防水接插件根据运用环境不同,可以分为许多种类,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、水雷和水下声学设备等设备中的水密封接线盒与电缆及电缆与电缆间的联接。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,材料等都有特别的要求。本文首要议论室外运用或1m水深运用环境的防水接插件,以下部分不再作此说明。
为了完毕室外设备体系的正常作业,接插件有必要打败室外雨水、日光、风沙和温度改动自然环境的不利因素,确保设备电源和信号的正常传输。接插件要习气室外运用,有必要具有以下技术功用方案:
(1) 介质耐压:1000V;(2)绝缘电阻:5000MQ;(3)机械寿数:500次;(4)防水等级:IP67;(5)设备螺钉耐力矩:≥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
根据防水接插件的设备工艺和技术特性,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、密封胶零件拼装密封结构(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。
由于产品运送和修补简略,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,介绍其结构特征和运用功用。
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,插座设备于仪器设备上,通过设备法兰固定,插头结构为电缆办法,可与插座对接完毕传输功用。插座结构如图5所示,对接端具有一个长方形的橡胶圈,两头设于设备螺纹孔,尾端选用环氧树脂灌封、密封。设备时,运用两个设备螺钉,选用板后设备办法,插座固定于设备板上,插座上的长方形密封圈在设备螺钉的紧固下紧缩,起到密封、防水作用。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,插头设备在防水线夹内,线夹两头的设备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),线夹两头的设备螺钉与面板上的六角设备螺钉的内螺纹进行对接,在设备螺钉的作用下,完毕接插件插头和插座的插合;一同,防水线夹对接端长方形密封圈遭到设备面板的紧缩,完毕接插件对接界面的密封防水功用。
3.3D小型防水产品要害特性
防水接插件的防水功用，根据GB4208(IEC60529)中规矩,IP(世界防护)等级的详细含义如下:
D小型防水接插件按照用户要求按IP67防护等级研发,接插件要求满足短时间浸水后产品不能构成有害影响。
为满足IP67防护要求,防水接插件要完毕防水功用,有必要确保对接界面及各分界面能完毕密封功用。如图7所示,从接插件的设备要求和运用环境考虑,D小型防水接插件结构中首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。为了能完毕防水接插件的IP67功用,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出色完毕密封功用。
与此一同,由于该防水接插件运用于室外,该接插件有必要可以习气自然环境的改动不出现功用下降。因此,防水接插件应能通过高低温冲击、阻燃要求等。
全体来说,防水接插件应具有以下要害特性:(1)IP防护等级:按用户要求为IP67,短时间浸水;
(2)阻燃等级:UL94规范,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℃每次温度坚持30分钟,5次循环;
(5)温度寿数:温度85土2℃,96小时。
3.4D小型防水产品要害元件规划
3.4.1塑胶零件规划
防水接插件插座部分塑胶零件首要有两种规范:一种是用户固定接插件触摸件的基座,可以选用常规塑胶材料PBT,其具有阻燃V-О等级,耐压和绝缘功用优异,结构同常规产品;另一种塑胶为设备法兰零件,根据运用要求,可以选择尼龙材料,尼龙材料具有较好的耐性,可以满足产品设备时出现的应力不致构成接插件受损。
插头部分塑胶零件首要有两种类型:--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,根据运用特征不同,可以选用不同牌号的尼龙材料,例如杜邦公司的FR50材料等。
3.4.2橡胶零件规划
防水接插件要完毕IP67的防护等级,其间的橡胶零件将起到至关重要的作用。在以上所述的5个分界面和1个对接界面处,在接插件设备时,正是依托各橡胶零件受力紧缩完毕产品的防水功用。考虑到防水接插件是应用于室外,需求抵御恶劣的自然环境改动,因此,选用归纳功用较好的硅橡胶作为橡胶零件的材料。各橡胶零件的结构规划,根据产品运用要求进行规划,既要满足防水功用,一同也要便利操作。
以下(图8)是各分界面和对接界面的密封说明:
3.4.3锁紧螺钉的规划
防水接插件要完毕防水功用,首要是依托防水零件––橡胶零件的紧缩来完毕,要完毕紧缩,有必要依托螺钉的锁紧来完毕。因此,锁紧螺钉的规划要充分考虑对接便利,零件的规范规划要满足强度的要求。
3.4.4胶粘剂
防水接插件插座需求设备在设备的设备孔上，在设备的设备孔处,是接插件插座的对接端面。为确保接插件插座完毕密封功用,在插座的尾端选用了灌封胶粘剂的工艺。胶粘剂的规范许多,需求考虑出产工艺性方面的要求,可以选用环氧树脂等。
4常见问题及办法
4.1IP67与IP65
防水接插件的防护等级,即IP等级是不行相互替代的，例如IP67就不能替代IP65。在规范GB4208中条款4.3有明文规矩:针对不同的作用,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按照用户要求的IP67防护等级进行的,产品试验验证满足IP67等级的要求,是满足用户的运用要求的。但后来用户提出防水接插件要具有IP65防护等级要求,现有的防水产品不一定能满足此要求,通过试验验证,防水接插件未能通过IP65的试验。
如图9所示,GB4208规范中规矩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。试验持续时间30min。假定试验后出现渗水现象,则断定试验不合格。D小型防水产品选用1m水深胶管进行潜水试验,试验后防水产品未出现渗水现象,结论合格。
如图10所示,GB4208规范中规矩IP65防水等级:运用喷嘴,喷嘴直径6.3mm,距离2.5m到3m,水流量12.5(1±5%)L/min,试验持续时间1min/m至少3min。假定试验后出现渗水现象,则断定试验不合格。D小型防水产品选用此办法进行喷水试验,试验后产品内有水珠,试验结论为不合格。
如图11所示,构成产品IP65试验不合格的原因首要是产品界面密封橡胶材料硬度较软,在剧烈冲水情况下,有水渗入产品内。针对失效机理,确认了两个规划方案:
2、选择适合的橡胶材料制作橡胶零件。
不能满足IP65的橡胶零件材料硬度(邵尔A)为50,为满足IP65的喷水要求,选用硬度为70的橡胶进行试验,试验后防水产品未出现渗水现象。供给橡胶硬度,也可以满足防水产品的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,防水线夹出现过设备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,锁紧力矩一般会抵达5kg。假定设备螺钉规范加工偏小,设备螺钉就会构成开裂。为处理此问题,更改了设备螺钉的材料,选用不锈钢材料制作设备螺钉,不锈钢螺钉一般在相同的规范下可以承受8kg的力矩,可以满足用户运用要求。
在插座运用过程中,早年出现过设备螺母脱出的质量问题。经剖析,其产生的原因是螺母的设备选用了过盈办法,无法满足产品的运用要求。通过更改设备螺母的固定办法,选用铆接结构,经试验验证和用户验证,可以满足运用要求。
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承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,出现过锁紧螺母开裂的质量问题。经剖析,以为构成此问题的首要原因有两个方面:一是材料机械功用不能满足运用要求;二是零件注塑参数和模具结构构成零件机械功用下降。针对此问题,选用适用的材料规范,一同修整模具结构，操控注塑参数。经试验验证,改进后锁紧螺母可以承受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早年出现过开裂现象。经剖析,原因首要是用户在运用时,导线焊接完毕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调满足用户的运用要求。现在,选用一款国外的胶粘剂可以满足用户的运用要求。
5发展趋势
跟着仪器设备的运用环境改动,对防水接插件的运用功用提出了更高的要求,如更加恶劣的运用环境,更高强度的耐力矩要求、日益急切的成本压力.替代人工操作的出产办法、更加便利的运用等要求。针对用户的这些特别要求,防水接插件也在进行着不断的功用优化。
5.1一体式金属外壳
如图14,该类产品是在防水产品的规范上扩展的产品,具有强度高,耐腐蚀和抗冲击等特征,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
为了满足产品的批量出产,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),可以前进出产功率,下降人力成本。现在,此类加工工艺遭到加工设备和胶液规范的束缚,还未彻底满足产品的运用要求。
5.3快速、容差功用防水接插件
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,防水的功用,完毕了RU设备外界线缆到整机内部PCB的电气联接。该产品选用钏刀式联接办法,内部设有起浮组织,完毕了整机设备水平方向±0.5mm的容差,具有自主知识产权，零件除设备螺钉外其他悉数选用模具成型,产品成本低,出产功率高。
5.4热塑性弹性件
如图17所示,氟橡胶的功用处于最高端,硅橡胶的功用处于高端,TPV的耐油及耐热性处于中心方位。关于一般工业制品来说,TPV就能满足它的耐热及耐油要求。TPV的可塑性加工,关于出产厂商选择材料也起到一个决定性的作用。TPV的可塑性加工不用增加宝贵的硫化设备,可以快速大批量出产,可以出产,规划凌乱的制品,可以具有洁净的出产环境,可以不用忧虑无法收回的下脚料。在无非常高的要求前提下,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),替代新近的硅橡胶或氟橡胶零件。
6结论
防水接插件是接插件的一种规范,特别适用于室外设备联接用。不断改动的运用环境和日益增加的成本压力,迫使出产厂商不断对产品的材料和加工进行改进,以满足用户的运用要求。
