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    杭州易測計量設備有限公司

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    地磅稱重傳感器密封膠的選擇與應用

    本文通過對聚氨酯膠和有機硅橡膠的比較、分析和試驗,指出了兩者的 不同特點,確認PR-1聚氨酯密封膠有突出的防潮能力,在硅橡膠的眾多品種中,防潮 能力有著很大的差異,同時提出了密封膠選用的一般程序和密封膠應用的四要素。

    密封膠品種繁多。其分類也有多種方式,有按 化學組成、物理形態、應用范圍分的,也有按固化方 式、固化后膠膜性質、強度高低來分的。面對繁多的 密封膠品種。我們常有無所適從的感覺;即使是己 為行業所公認的產品,也因不同生產廠家有著不同 的質量而產生不同的使用效果,更增加了選擇的難 度。某國際知名品牌的產品說明書上的一段話,也 許可以幫助我們確定選擇程序。這段話的大致意思 :本公司的產品保證符合產品樣本上提供的質量 指標。用戶的使用條件、操作方法超出了本公司的 控制。用戶自己再做試驗確認本產品是安全、有效 并且符合預定的使用目的。對于偶然事故和相關損 傷,本公司不負任何責任。和國內一些密封膠生產 廠相比,這段話是相當低調的,但又是符合密封膠產 品特點的,萬能膠事實上是不存在的。

    因此,我們可以借鑒這一段話,采用以下選擇程序:

    對密封膠產品樣本分析比較自己的實驗室 試驗產品現場應用考核確定密封膠的選 ——優化密封結構。

    事實上一些質量管理比較嚴格的傳感器廠也是 這樣做的。下面以聚氨酯密封膠和有機硅橡膠的比 較與選擇過程加以說明。

    1.分析比較

    聚氨酯和有機硅材料性能的一般表述

    聚氨酯PU)是其分子鏈中含有氨酯基(一 NHCOO—)/和異氨酸酯基(一NCO)的高分子材 料。用PU為黏料制成的膠粘劑和密封膠具有一系 列優異特性而成為膠黏劑和密封膠大家族中占有重 要地位的膠種之一。聚氨酯密封膠的特點是:

    ①由于PU分子中含有活潑的極性很強的一 NHCOO—NCO基團,它們與含活潑氫的材料可 發生化學結合,從而無論對金屬、玻璃橡膠等光滑表 面還是對木材、皮革、織物、紙張、泡沫材料等多孔材 料均有良好粘接力。

    ②由于PU分子既有氨基甲酸基構成硬鏈段, 又有聚醚或聚酯構成的軟鏈段,調節PU大分子中 的軟硬段比例,可制成從硬到軟的系列產品,滿足不 同用途需要。

    ③極佳的低溫性能。

    ④良好的耐水、耐油、耐溶劑、耐化學品、耐磨、耐臭氧和耐細菌的性能。

    ⑤既可室溫固化,也可加溫固化,操作性能良好。

    ⑥無副反應發生,不易產生缺陷。

    缺點是耐熱性較差,在高溫高濕條件下易生水 解使其性能下降。

    有機硅的結構特征是非極性、飽和、高能鍵。這 些特點決定了有機硅化合物具有優異的耐高低溫 (特別是耐高溫)、耐臭氧、耐輻射、耐候性以及優異 的電絕緣性能,使有機硅在密封膠領域占有極其重 要的特殊地位。

    ①使用溫度范圍寬,在-65~250T范圍內都能保 持良好彈性和粘接密封性能。

    ②優良的電性能。當用于電子領域時其優異的 介電性能、防水、防潮、防腐性能確保它能有效地保 護各種電子兀件和設備。

    ③卓越的耐候性,在日曬雨淋條件下也可長期不 老化變脆、不降解、不龜裂。保持其原有的力學性能.

    ④良好的化學穩定性,可承受大多數化學品、潤 滑劑的腐蝕。

    缺點是機械強度不太高,耐油性、耐非極性溶劑 性也不夠好。

    以上是對聚氨酯灌封膠和雙組分硅橡膠的一般 表述。具體到目前國內稱重傳感器行業應用最多的 兩種灌封膠聚氨酯密封膠和雙組分硅橡膠(俗稱 AB膠或果凍膠)。具體的產品樣本通常有如下表述:

    聚氨酯灌封膠有優良的防潮、絕緣、耐濕熱、耐 老化、耐低溫和密封性能。一般環境條件下,產品性 能在十年內基本穩定。對被密封物沒有腐蝕性。與鐵 合金、不銹鋼有很強的粘合力,與鋁合金、銅玻璃等 有較強的粘合力。

    雙組分硅橡膠有優良的電氣性能和化學穩定 性,其耐候性、耐老化性、耐臭氧性、耐水性均優異。 可在-40~ 180$范圍內使用。

    聚氨酯灌封膠和雙組分硅橡膠與傳感器性能有 關的指標見表1,與操作工藝有關的指標見表2.

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    從以上的一般表述,到具體產品介紹,直至性能 數據,我們能看出兩種膠在高溫性能上有明顯差別, 在膠膜的強度方面有些差別,其它的差別就都不明 顯了。因此,只能通過試驗來比較。

    從表2可見雙組分硅橡膠的可操作時間長于聚 氨酯,其它工藝操作性能相當。

    2.0試驗

    2.1試驗目的

    室溫條件下,兩種密封膠對傳感器性能的影響; 濕熱條件下,傳感器絕緣電阻的變化;

    濕熱試驗后,傳感器性能的變化。

    2.2試驗材料PR-1聚氨酯密封膠取自洛陽貝 隆公司,雙組分硅橡膠取自江浙兩家化工廠。

    2.3試驗方法、評價標準及步驟 試驗可以是對材料性能的復測,也可以是直接 在產品上進行。我們認為在產品上進行最能說明問 題,選擇直接在傳感器上進行。

    評價標準有通用標準和產品標準。通用標準是 GB 4208 -93外殼防護等級》,產品標準是GB 7551-1997稱重傳感器》。從用戶的角度看,往往更 熟悉通用標準。因此,傳感器生產廠在產品上標注外 殼防護等級的IP代碼也是需要的。但作為生產者, 同一性能,有產品標準的,應該按產品標準,因為產 品標準更符合產品的實際使用條件。從密封的效果 看,產品標準包含了密封后對傳感器產品性能的影 響,而通用標準則沒有。顯然能滿足GB 4208-93外殼防護要求的,未必能滿足產品標準要求。所以,我 們選擇按GB-7551-1997進行。具體試驗項目如下:

    ①常溫下密封前傳感器性能(線性、滯后、重復 性、零點、靈敏系數、蠕變)測試;

    ②常溫下密封后傳感器性能(線性、滯后、重復 性、零點、靈敏系數、蠕變)測試;

    ③濕熱條件下傳感器絕緣電阻的變化;

    ④濕熱試驗后傳感器性能(線性、滯后、重復性、零點、靈敏系數、蠕變)測試;

    2.4試驗情況

    試驗共進行了兩輪,每輪試驗6周期。第一輪試 驗投入傳感器9個,第二輪試驗投入傳感器27個。

    第一輪試驗后,差別已經比較明顯了。但是為了 慎重起見,又進行了第二輪試驗。當然,第二輪試驗 也不僅是驗證第一輪試驗結果,還增加了密封膠品 (包括進口硅橡膠,增加了不同密封膠搭配使用 的綜合效果試驗。

    2.5試驗結果及分析

    ①常溫下,兩種密封膠對傳感器線性、滯后、重 復性、零點、蠕變的影響不明顯,但是對靈敏系數的 影響差別明顯,就是在100kg量程的傳感器上,PR- 1聚氨酯膠密封后,其靈敏系數約降低0.002mV/V,有機硅橡膠影響不明顯;PR-11聚氨酯密封膠硬度 已接近有機硅橡膠,其影響也可以忽略不計。

    ②濕熱試驗前后,兩種密封的傳感器絕緣電阻 有明顯差別

    常溫條件下,有機硅橡膠密封的絕緣電阻要高 于聚氨酯;濕熱試驗開始后,有機硅橡膠密封的絕緣 電阻下降速度較快,到第三個周期開始低于聚氨酯,

    到第六周期則明顯低于聚氨酯了,大多數有機硅橡 膠密封的絕緣電阻普遍降到1000M0以下,而聚氨 酯密封的絕緣電阻都在3000MD以上。

    濕熱試驗結束后將被試傳感器同時置于室內常 溫條件下,絕緣電阻開始恢復。聚氨酯密封的傳感器 絕緣電阻半小時恢復到1000M%有機硅橡膠恢復 要慢得多。

    這一結果說明,聚氨酯材料吸水率確實較小。

    ③濕熱試驗后,傳感器線性、滯后、重復性指標 變化都不大,但是有機硅橡膠密封的傳感器零點和 靈敏系數的變化大于聚氨酯密封的傳感器。

    2.6試驗可以得出的初步看法

    2.6.1兩種灌封膠都可以用于稱重傳感器的密封。聚氨酯密封膠在潮濕環境中表現更好一些。結合 兩種膠的性能的一般表述,我們可以認為,有機硅橡 膠在高溫環境中的表現會更好一些。

    2.6.2 PR-1聚氨酯密封膠對傳感器的靈敏度 有一定影響,在小量程傳感器中應用時須考慮這一 點,也可選用PR-11聚氨酯密封膠。

    3.產品現場應用考核

    實驗室的試驗簡化了傳感器的環境條件,還不 能完全代表現場條件?,F場使用結果才是最終考核。 但是由于現場條件千差萬別,難以比較,只能通過統 計數據來說明問題??偟膩碚f,兩種密封膠的使用效 果都是不錯的。但是,通過對生產過程中的問題傳感 器和使用過程中的失效傳感器的分析,還有進一步 改進的必要。

    4.操作中的問題是傳感器密封缺陷的重要因素

    4.1攪拌不均勻

    攪拌不均勻會使膠體局部配比不準確,膠體各 部分軟硬不一致,嚴重的時候,膠體表面要可見絲狀 紋,同時膠的絕緣性能、機械強度都會下降。因此,攪 拌一定要均勻。調膠時,調膠罐的上下、四周都要攪 到,尤其是罐底四周易形成死角,要特別注意。同一 批傳感器中,個別傳感器絕緣不好,通常就是用罐底 膠灌注的。

    調膠罐最好是圓形,底部有較大的圓角。攪拌棒 最好是扁的。有的廠根據一次調膠量的多少不同,規 定了不同的攪拌時間,不失為一種好的作法。

    4.2配比不準確

    配比對于不同的膠影響不同。

    有的膠配比不同,所形成的膠膜硬度、延伸率不 同,但是,絕緣電阻、酸堿度等性能不變。這類膠配比 不準確對被密封器件的性能影響雖有,但是不至于 產生缺陷。

    有的膠配比不準確,則影響到絕緣電阻和酸堿 度,這就要引起注意了。筆者用過一種膠,第一次未 注意配比,濕熱試驗后傳感器的絕緣電阻下降到 300M%左右,零點、靈敏系數也有較大變化。第二次 注意配比,濕熱試驗后傳感器的絕緣電阻只下降到 1000M%左右,零點、靈敏系數的變化相對第一次也 小了不少。

    4.3清洗不干凈

    有的膠對含有氮、磷、硫、錫的有機物敏感,被密 封部位清洗不干凈,會使密封膠中的催化劑失效,致使固化不良,俗稱“中 毒現象。在稱重傳感器中,焊劑殘留可能會導致這 種現象發生。

    4.4產品過期

    化工產品通常都有保質期,超過保質期的產品 性能會有一定程度的下降。

    5.其它密封膠試驗結果介紹

    筆者曾對多種有機硅橡膠做過對比試驗,幾乎 所有硅橡膠常溫條件下絕緣電阻都很高,應證了  般表述中優異的電絕緣性能。但是在濕熱條件下, 不僅不同牌號的硅橡膠有明顯差別,同一型號,不同 廠家的產品亦有明顯差別。即使是進口產品中,也 有明顯差別。有的產品并不比國產的好。但是也確有 明顯優于國內產品的品種,道康寧3140是其中之 一,還有比3140防潮性能更好的品種。鑒于筆者的 試驗不可能很全面,也難以做到反復確認,只能回到 前面所說的應自己作試驗確認”。

    6.對國產密封膠的兩點建議

    6.1國產單組分有機硅橡膠與國際知名品牌 相比,性能差距仍較大。但是進口硅橡膠不僅價格 昂貴,而且供貨期也較長,加上產品有效期的限制,一 般傳感器生產廠難以采用。目前為傳感器生產有機硅 橡膠的生產廠多為規模較小的廠,產品多年來進步不 大,建議有關科研院所合作,盡快突破這一難關。

    6.2國產密封膠與國際知名品牌相比,產品性 能指標往往不夠全面,給用戶的選擇帶來了一定難 度。建議密封膠生產廠完善指標體系。 可調性和儀表的準確度,給自己配合檢秤工作帶來 不必要的麻煩。

    在通常情況下,衡器的配置由提出的任務來確 定,稱重技術的可行性將影響到最終設計方案。對于 傳感器和儀表的技術性探討我們還在繼續。更深入 的理解,對于我們如何選配一臺高質量的衡器有很 大幫助.

     
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