车用点火线圈树脂真空灌封技术

1、车用点火线圈树脂真空灌封技术摘 要：本文通过对车用点火线圈高压击穿的机理分析，提出了采用树脂真空灌封技术的必要性。同时，详述了灌封技术出现问题的解决方法和灌封技术需注意的事项。关键词：车用点火线圈 树脂真空灌封1概述 车用汽油发动机气缸内的燃料和空气混合气是靠高压电火花来实现点燃的。点火线圈是形成这种高压电火花的 高压部件，产生高电压达 30kV以上。因此，如何处理好点火线圈的绝缘强度是提高产品质量、可靠性和寿命 的关键。车用点火线圈绝大多数采用槽绕骨架结构，体积也变小了许多，但由于点火线圈是由多种元件组成的，如果不 进行有效的树脂灌封处理，空气便会不同程度地被埋藏在绕组间形成气隙。另外，高压

2、点火线圈要产生幅值为数万伏的脉冲电压，层与层间、层与地之间，特别是末层对地之间都分布着不同容量的分布电容，使高压点火线圈形成了一个不均匀的电场。由于空气的介电常数较小，在高的电压作用下，绕组导线表面的某些薄弱点温度逐渐升高，从而造成了绝缘层局部炭化和化学腐蚀，久而久之形成全放电，导致线圈局部击穿，造成短路、损坏部件。经过对不合格品的解剖分析，证实了点火线圈的击穿是损坏部件的主要原因。解决线圈中空气绝缘处理最好的方法是采用树脂真空灌封工艺。所谓树脂真空灌封工艺，就是先将浇注用树脂灌封料进行真空脱泡处理，再把经过预烘干燥处理、待封装的点火线圈放在真空浇注室中进行前期真空干燥处 理，使线圈与骨架、线

3、包与外壳之间的气体全部排出，然后在真空条件下用完全脱过泡的已混合好的灌封料进 行封装。真空灌封设备不同，灌封工艺也有所不同。但是，总体工艺流程来大同小异。下面结合天津大学天波科技公司 生产的H100型树脂真空灌封设备，探讨灌封中出现问题的解决方法和灌封工艺需注意的事项。2 H100型树脂真空灌封设备工艺流程图天津大学天波科技公司生产的H100型树脂真空灌封设备在脱气罐、计量泵、混合器、灌注嘴及过滤冷凝等装置的设计中吸取了国内外产品的先进结构，采用脱气、混合分开，计量泵与定量泵系统集成方式。两料分别采 用螺旋内提升薄膜脱气方式，自动定量配比，经配比后在线动态混合。真空系统有过滤冷凝装置，有效地保

4、护 真空泵及有利于环保。采用 PLC自动控制物料定量灌封方式，使树脂灌封设备真正的实现灌封自动化，减少了操作者的介入，提高了灌封产品的质量。本机主要应用于电子元器件，如点火线圈、电子变压器的真空定量 树脂灌封。下图所示为H100型树脂真空灌封设备的工作原理及组成。T > T>W3工艺过程3.1物料选择 笔者发现，企业用户选择树脂灌封料主要根据树脂厂的建议。我国多年来树脂生产和应用分属于不同的行政部 门管理，造成环氧树脂生产企业只会合成，不会或不愿搞树脂应用技术研究。为此，选择物料须相当谨慎。在 选择物料时用户可根据车用点火线圈的使用环境提出树脂灌封料的技术条件，并根据技术条件验收树

5、脂料。 需要注意的问题有：(1) 目前应用于车用点火线圈的树脂灌封料主要有聚氨酯、有机硅和环氧树脂三种。聚氨酯和有机硅都为弹性体。从灌封条件、设备条件、绝缘强度、成本及原料来源方面，环氧树脂最优。(2) 汽车点火线圈环氧树脂灌封料的技术要求固化物具有优良的电气性能。产品须具有优异的耐高低温冲击性、耐久性和不开裂性。具体地说，汽车点火线圈环氧树脂灌封料的技术要求为耐冷热冲击-40120 C /h, 400个循环；寿命试验为140C环境> 1000h。以上可以看出，汽车用环氧灌封料主要强调耐高低温冲击性，耐久性和不开裂性。国内在汽车用环氧树脂灌封料上主要还是依靠国外进口。日本Somar公司、

6、瑞士 ciba公司、美国thermoset plastics公司都有这方面的产品上市。(3) 摩托车点火线圈用环氧树脂灌封料应能承受峰值电压35kV，历时1min开路试验而无击穿损伤和表面放电现象。在40C和80C中各保持1h为1个循环，共5个循环的温度变化试验而无损伤。强化耐久寿命达240h以上。摩托车用环氧树脂灌封料主要强调耐压性能。(4) 从提供的环氧树脂灌封料的外观可以看出：汽车点火线圈所使用的灌封料相应粘度大，加温到110C以上粘度才迅速下降，并且添加的填料量较多；而摩托车点火线圈使用的灌封料相应粘度小些，加温到60 C以上粘度就迅速下降，填料量较少。(5) 进货时可用一些简便的方法

7、检测树脂的可靠性。比如：用一次性纸杯提取适量灌封料 A组分，根据预定的工作温度进行加温保持 8h以上，观测树脂料的变化情况。汽车用灌封料，可加温 130C/8h;摩托车用灌封料， 可加温80C /8h。不出现大量沉积物且物料流动性好的为合格品，否则为不合格品。有条件的，也可制作1mm厚圆切片固化物，进行打压耐压试验，击穿电压小于20kV为不合格品。(6) 通过灌封产品的高低温强化耐久试验和路况试验，观测是否有开裂、击穿或膨胀等问题出现。不同批次均 有出现，可判定灌封料为不合格品。3.2吸料此过程分为环氧树脂的吸料和固化剂的吸料。建议使用物性一致性良好的双组分环氧树脂材料。吸料过程是将 环氧树脂

8、及固化剂分别吸入薄膜脱气罐中进行薄膜脱气。吸入量应根据单班生产量和脱气罐有效容积决定，吸 入的最大量以脱气罐有效容积为准，然后按预定的温度加热、搅拌脱气。固化剂吸料与环氧树脂吸料过程完全 相同。此过程易出现的问题：(1) 吸料时，常温下，特别是汽车用环氧树脂灌封料粘度会变得很高，甚至根本不能流动。这时，可对容器进 行预热。加热时需注意必须均匀、缓慢地进行，否则上面的材料还没有熔解，底部的材料因温度太高会变质损 坏，甚至于燃烧，造成损失。建议将料直接送入预热炉预热。 向脱气罐吸料时，一定要非常小心。如果将树脂吸入固化剂罐，或将固化剂泵入树脂脱气罐，必须立即将 罐内材料全部排出。否则，一旦固化，会

9、造成脱气罐报废的严重后果。(3)吸料完毕，及时将管路阀门内的料也吸入脱气罐内，不要在管路阀门内滞留有灌封料，否则会造成下次吸 料困难。吸料真空度应与吸料流速匹配，不可太高。一般对物料和管路阀门都进行预热，真空度1000Pa即可。(5)吸入量不可过多。若漫过脱气伞面，就起不到薄膜脱气的作用。3.3薄膜脱气过程薄膜脱气是目前浇注设备中广泛采用的一种脱气效果较为理想的脱气方法。物料在螺旋提升器的作用下被提到 薄膜脱气装置的顶部，并沿薄膜脱气伞向下流动。流动中，由于过流面积不断增加，物料在伞面上形成一层很 薄的膜，这样物料中夹杂的气体由于受物料液位压力的降低，再加上罐内抽成适当的真空(一般为13339

10、9Pa),便很容易释放出来并被抽除。最终达到净化物料、真空除气的目的。提料量过多或过少都是不合适的。提料量过多，物料在薄膜脱气伞上形成的膜太厚，不利于脱气；提料量过少，虽然物料在薄膜脱气伞上形成的膜很薄，有利于脱气，但难以保证罐内全部物料在要求时间内都通过薄膜脱气伞，达不到充分脱气的目的。在生产过程中，薄膜脱气过程一般为3040min,调速电机调速在 50200r/min之间，物料循环 45次。脱气效果最佳。此过程中易出现的问题：(1) 脱气时一定将搅拌电机打开，才能将物料提升至脱气伞上，进行薄膜脱气。启动搅拌电机时先对物料加温， 否则，物料粘度很高，甚至根本不能流动，这时若打开搅拌电机，会有

11、电机堵转的危险。正确的操作应该是： 先给物料按预定程序加温，打开真空系统，再启动搅拌电机进行薄膜脱气。(2) 脱气过程应连续进行，尽量避免停机。如果脱气完成的材料因某种原因停机(如周末、节假日或检修设备等), 材料重新投入使用前必须重新脱气。脱气时间可按材料多少和停机时间长短适当调整，否则材料中会混进大量空气，影响浇注质量。(3) 脱气的真空度控制在 133399Pa。真空度太高，容易将一些活性稀释剂等易挥发物质吸走，影响物料品质。再者，也不利于环境保护及真空泵的可靠运转。真空度太低，不易及时脱完气泡。3.4真空灌封前的准备真空灌封前的准备工作属于辅助工作，容易被忽视，而设备出现的很多问题，如

12、配比不准、混料不均、气喷等 都与此过程有关，因此必须在灌封前做好此项工作。应准备的有：检验计量泵配比是否正确；检验定量用接近 开关位置及响应是否正确；排除混合器及浇注管路内的气体，然后将料注满混合器；调节浇注嘴同待灌封点火 线圈间距离，浇注高度一般为 8 mm。此过程中易出现的问题：(1) 检验计量泵配比是否正确时，切不可只放料一次就作出决断。正确的操作是打开放料阀，排料数次，直到 出料正常时方可进行验证配比性。(2) 由于树脂料粘度太高，不可使用量杯等器皿通过读取体积验证配比性。因为在放料过程中树脂极易黏附在 器皿的壁上，导致读取数值误差太大。一般使用夭平称量，检验质量比。(3) 检验定量用

13、接近开关位置及响应是否正确时，容易在调节过程中将传感元件损坏。因此，先不调节它，待 气缸动作后观测接近开关是否响应以决定是否需要调节。(4) 排除完混合器及浇注管路内的气体后，应立即将灌封料注满混合器。中间滞留时间不可太长。否则，极易 漏气，导致真空灌封时气喷。3.5真空灌封过程真空灌封过程有自动灌封和手动灌封两种方式。不论采用哪种方式，都必须根据点火线圈型腔的大小、复杂程 度和灌封料流动性的好坏，通过调节计量泵上气缸限流器适当控制灌封料的流速。灌封方式分一次灌满及多次灌满。线圈结构简单，有利树脂渗透，且灌封料流动性较好时，采用一次灌满。若 线圈结构复杂，不利树脂渗透，或者灌封料流动性不好时，

14、可采用小剂量、多次灌封，以达到线圈内部无空隙 及避免溢料现象。灌封时真空度保持在 200265Pa之间，不可太高或太低。 真空度太高，易发生浇注阀滴料和抽掉树脂中有益成 分，影响品质。真空度太低，不能达到去除线圈内部潮气的目的。此过程中易出现的问题：(1) 混料滞留时间过长。如果混料滞留时间太长，就会迫使材料粘度迅速增加，影响物料流速和灌封质量。严重时会造成产品报废或浇注管路堵塞，损坏设备。因此，应保持混合器及管路温度5060 C,并且直到需要真空灌封时才进行混合为宜。(2) 真空灌封时串料。真空灌封前必须检查计量泵配比是否正确。串料主要是与计量泵底的单向阀和混合器入 口处单向阀密封不严有关。

15、一般设备在出厂前已经对此作了气密封检验；但在生产操作过程中，会因填料等沉淀物的堵塞引起单向阀的密封不严。因此，串料产生时，立即停机，打开单向阀查看是否有沉淀物堵塞阀体处，并清理。(3) 真空灌封时气喷。气喷说明浇注管路及混合器中搀杂气泡。首先在真空灌封前尽量排除混合器及浇注管路 内的气体，然后将料注满混合器。这样，可以保证在操作过程中因误操作引起气喷的问题。(4) 真空灌封时堵料。堵料主要是因为填料等沉淀物的堵塞引起的。堵塞产生时，特别注意浇注阀入口处、混 合器出口处是否有沉淀物堵塞，并清理。(5) 灌封速度必须均匀。速度太快，易造成树脂混合料来不及充满线圈内部的型腔就溢出来；速度太慢，虽然

16、有利于树脂的渗透，但不利于提高生产效率。(6) 真空灌封完成时，必须迅速将灌封线圈放入固化炉中进行固化，尽量避免在低温环境中停留。(7) 待灌封点火线圈，特别是汽车用点火线圈， 必须先在预热炉内均匀加热1h后，使线圈温度达到100120C,立即放入浇注室进行真空灌封。如果线圈内部温度达不到，不利于物料渗透。3.6.清洗与清洁设备完成灌封工作后。及时对设备工作过程进行清洗和设备外表清洁工作。清洗可分为定期清洗和随时清洗。随时清洗操作是在每次灌封工作完成后进行。首先关闭混料器前级所有阀门，排空混料器和浇注管内的残余树脂，及时清洗。清洗剂量越多，清洗效果越好。清洗液可选择香蕉水、丙酮酒精混合液、n一

17、甲基毗咯烷酮及三氯乙烷等有机溶剂。也可以使用单组分清洗。定期清洗又分长期清洗和短期清洗。长期清洗是在一段较长时间内对设备进行彻底清洗，包括管道、每个罐体内部及各个阀门的清洗。这种清洗一 般可以一年进行一次。具体操作是将足量的清洗液，由配料浇注流程依次对各罐、管道、计量泵、混合器及阀 进行清洗。时间可略长于正常操作，以保证清洗彻底。短期清洗主要指对混料器及浇注管道和浇注阀的清洗。即使每次浇注完毕，对混料器和浇注管、阀都进行认真清洗，仍免不了有少量混合料粘在里面，日积月累，就会造成阀门开关不灵，管道堵塞，混料器壁粘积物损坏搅拌机体，影响混合器内加热速度等问题。因此，每个月都要对设备进行一次短期清理

18、。主要内容是拆开混料器和浇注阀，在溶剂中加热浸泡后，刮去粘积物。浇注管若选用不锈钢管件，拆下浇注管，加热到120140 C,让其中粘积物流出，并加入清洗液洗刷。如果是塑料尼龙管，可以重新更换。此过程中易出现的问题是：(1) 由于树脂灌封料粘度及油性大，极易弄赃设备且不易清洗，再加之每次完成灌封工作后容易忽视作此项工 作。日积月累易导致设备脏乱。为此，需时刻注意设备清洁工作。清洁时可用棉布蘸酒精擦拭，发现树脂黏附时及时擦拭。灌封前后必须清洁计量泵两柱塞、浇注阀柱塞及混合器轴套黏附的物料，并滴硅油保持有效润滑。(2) 随时清洗时，一些厂家为了节省清洗液，清洗液反复使用多次，这样容易使清洗液同物料起反应，形成很 粘的物质依附在混合器、管路及浇注阀壁内。造成浇注阀起闭困难，混合器无法转动等问题。一些点火线圈厂 家提议可以不用清洗，只需及时停机冷却，混合液也不会固化，第二天还可使用，对设备维护不影响，还可以 缩短设备维护周期。3.7固化过程点火线圈真空灌封完成后，必须立即送入固化炉内按照材料要求的固化温度时间曲线进行加热