调谐单元 器件组装
整皮模塑聚氨酯软质泡沫塑料灌封工艺在调谐单
发表时间：2014-11-01 20:22 作者： 来源： 浏览：
刘 勤
摘 要：本文介绍调谐单元产品的功能及适用环境，灌封材料的性能，模具设计的要点，灌封设备的功能特点，产品加工的工艺过程，并通过一系列试验，证明了采用整皮模塑聚氨酯软质泡沫塑料灌封工艺，在调谐单元产品上的应用是能够满足产品要求的。
关键词：聚氨酯 泡沫塑料 灌封 调谐单元 应用
1 产品概述
调谐单元是ZPW-2000A无绝缘轨道电路的铁路信号设备，与空心线圈、29米钢轨电感等参数配合，实现两个相邻轨道电路信号的隔离，完成“电气绝缘节”功能。适用环境：
1．周围空气温度：-30℃～+70℃；
2．空气相对湿度：不大于95%（温度+30℃时）；
3．大气气压：74.8kpa～106kpa(相当于海拔高度2500m以下)；
4．振动频率：1Hz～35Hz,加速度幅度为10m/s2；
5．周围无腐蚀和引起爆炸危险的有害气体。
调谐单元设备（未安装外罩）现场安装图，见图1。调谐单元移去盒盖图，见图2。
图1 调谐单元设备现场安装图 图2 调谐单元移去盒盖图
2 灌封材料
调谐单元设备工作在轨道旁，内部元器件长期受到振动、冷热温度变化、恶劣气候等的影响，要保证其工作的可靠性，使用整皮模塑聚氨酯软质泡沫塑料灌封材料，对元器件进行封装防护是比较理想的选择。灌封工艺采用一步法发泡工艺，实现对元器件的封装。灌封材料主要由聚醚多元醇、异氰酸酯、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂及其它添料等组成。由聚醚多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂及添料组成A组份，由异氰酸酯组成B组份。整皮模塑聚氨酯软质泡沫塑料依靠发泡组份在发泡成型时，一次性形成表材与泡沫芯材，也就是利用特殊工艺将灌封材料组份一次形成带有坚实表皮的泡沫塑料制品，如图3所示。
图3 泡沫及其断面的密度分布
2.1反应特性
异氰酸基与羟基化合物的反应是聚氨酯化学中最重要的一种，它是聚氨酯合成过程中必不可缺的反应之一。在无催化剂存在下，反应可从室温至较高温度范围内进行，生成氨基甲酸酯链节，同时伴随着热量的释放。反应式如下：
上述反应中，氢原子首先进攻异氰酸酯分子中的氮原子，而和活泼氢相连接的其他原子则加成于异氰酸酯基团中羰基的碳原子上，促成碳—氮双键的加成反应。
2.2结皮机理
由A组份与B组份组成的反应混合物，因反应热使加入的发泡剂形成泡孔，泡孔中充满发泡剂蒸汽，若碰到低温的模具壁，因热量被排出，而使发泡剂蒸汽溶于聚氨酯中，泡孔发生破裂，高温的芯层物料便被压制成结实的外皮，直至输入与输出热量平衡为止。
2.3灌封材料的物理性能，见表1。
表1 灌封材料的物理性能
A组份
B组份
项目
指标
项目
指标
羟值（MgKOH/g）
135～200
-NCO含量(%)
26±3
粘度（25℃）（Mpa﹒s）
800±200
粘度（25℃）（Mpa﹒s）
300±100
比重（25℃）（g/cm3）
1.05±0.05
比重25℃）（g/cm3）
1.22±0.05
2.4反应活性（实验室试验数据，料温25℃时）见表2。
表2 反应活性
反应活性
反应混合物(s)
乳白时间
20～30
拉丝时间
30～45
上升时间
45～55
脱模时间
100～240
2.5泡沫塑料性能，见表3。
表3 泡沫塑料性能
项 目
泡沫成型
自由密度（kg/m3）
140～200
模塑密度（kg/m3）
300～500
表面硬度（shore A）
55～65
拉伸强度（Mpa）
1.8～2.3
断裂伸长率(%)
80～110
撕裂强度(kN/m)
2～4
3 模具设计
模具设计的合理与否直接影响制品的质量。根据产品结构及灌封材料特点，设计时考虑了以下几个因素。
3.1模具的材质、光洁度与散热性
由于灌封材料是发泡成型，发泡过程是放热反应，并产生很大的压力。这就要求模具要有足够的强度和耐热性。若保证制品表面光洁度高，模具表面光洁度也要高。此外，模具还要有很好的散热性。因此，选择钢质材料作为模具材料。
3.2模具的注胶口
选择合适的注胶口，即方便灌注胶，又不影响制品表面质量。
3.3模具的排气孔
模具的排气孔一般愈小愈好，但必须保持排气孔通道通畅。排气孔在模具工作状态的最顶端。
3.4模具的旋转功能
为了保证模具排气孔在最顶端位置，保证灌封操作的方便性以及成型泡沫表面的光洁度，模具设计成具有旋转功能，灌封材料从模具模板孔注料，用盖封堵，旋转190°～195°角，锁住位置。
模具分为上下两部分。下部是箱体车及固定装置，见图4；上部是模板，见图5。
图4 模具箱体车及固定装置 图5 模具模板
4 灌注设备
采用高压灌注机对调谐单元产品进行灌封。高压灌注机的特点是灌封原料进入混合头前是不断循环的，以确保温度恒定。计量系统是设备的关键，能确保原料计量高度准确。混合头为自清洁混合头，体积很小，原料经过高压撞击式混合，瞬间接触，将各种原料混合均匀，然后进行灌注。自清洁混合头不用清洗，不污染环境，无原料损失。一台设备可与多套模具配合加工，生产效率高。高压灌注机如图6。
图6 高压灌注机
5 产品工艺过程
5.1主要工艺流程图，见图7。
装 模
调 试
壳体涂胶
模板加热
组 装
熟化脱模
灌 封
质量检验
图7 主要工艺流程图
5.2发泡成型过程中原料和工艺因素
① 原料比例
原料配方中A、B组份比例是很重要的，多元醇偏多，所得泡沫塑料制品较软，高温下尺寸稳定性差；异氰酸酯过多，泡沫塑料硬而脆。因此应定期对高压灌注机A、B组份流量进行计量，对比例进行校准，严格按配方比例生产加工。
② 原料温度与环境温度
浇注发泡成型过程中，原料温度与环境温度高低及恒定与否直接影响泡沫塑料制品的质量。环境温度以18℃～30℃为宜。原料温度可控制在20℃～28℃范围。温度较低时，化学反应进行缓慢，泡沫塑料固化时间长。温度高，则化学反应进行得快，泡沫塑料固化时间短。温度过高或过低，都不易得到高质量的制品。
③ 模具温度
在模塑过程中，模具温度控制极为重要，模具温度低，发泡倍数小，制品密度大，皮层厚。模具温度高则相反。为制得高质量制品，模具温度控制为45℃～50℃。
6 调谐单元性能试验
6.1 ZPW.T-1700调谐单元技术指标，见图8。其它三种略。
图8 ZPW.T-1700调谐单元技术指标图
6.2环境试验
按产品技术条件要求做下列试验：
① GB/T2423.1-89 电工电子产品基本环境试验规程试验A:低温试验方法；
② GB/T2423.2-89 电工电子产品基本环境试验规程试验B:高温试验方法；
③ GB/T2423.3-93 电工电子产品基本环境试验规程试验Ca:恒定湿热试验方法；
④ GB/T2423.10-95 电工电子产品基本环境试验规程试验Fc:振动（正弦）；
⑤ GB/T2423.21-91 电工电子产品基本环境试验规程试验M:低气压试验方法。
试验结果见表4、表5铁道部产品质量监督检验中心产品质量检验报告，试验结果全部合格。
表4 铁道部产品质量监督检验中心产品质量检验报告
类别
序号
检验项目
技术要求
单位
检验结果
单项
判定
常温性能
1
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
13.5～18.5
mΩ
15.46
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-362.43
合格
2
2300Hz零阻抗实部 电流2A
14.0～18.0
mΩ
15.83
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-40.86
合格
低温试验
-40℃
2h
1
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
12.0～19.0
mΩ
13.43
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-358.81
合格
2
2300Hz零阻抗实部 电流2A
12.5～19.0
mΩ
13.67
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-38.89
合格
高温试验 70℃ 2h
1
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
12.0～19.0
mΩ
17.86
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-367.16
合格
2
2300Hz零阻抗实部 电流2A
12.5～19.0
mΩ
18.07
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-44.32
合格
恒定 湿热 试验 40℃ 2d
1
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
13.5～18.5
mΩ
15.98
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-363.64
合格
2
2300Hz零阻抗实部 电流2A
14.0～18.0
mΩ
16.22
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-41.68
合格
表5 铁道部产品质量监督检验中心产品质量检验报告
类别
序号
检验项目
技术要求
单位
检验结果
单项
判定
振动 试验 10～200Hz10m/s2
1
外观
无松动、损伤
合格
2
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
13.5～18.5
mΩ
15.71
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-362.87
合格
3
2300Hz零阻抗实部 电流2A
14.0～18.0
mΩ
15.91
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-41.15
合格
低气压试验 70kpa 2h
1
无绝缘自动闭塞调谐单元ZPW.T-1700（编号1）
1700Hz极阻抗实部 电流8.2A
12.0～19.0
mΩ
15.98
合格
1700Hz极阻抗虚部 电流8.2A
-386～-342
mΩ
-363.40
合格
2
2300Hz零阻抗实部 电流2A
12.5～19.0
mΩ
16.18
合格
2300Hz零阻抗虚部 电流2A
-59～-27
mΩ
-41.54
合格
7 结束语
综上所述，在调谐单元产品生产组装过程中，灌封是一个重要的工艺过程，其性能指标直接影响产品的质量。通过灌封材料的选用，依靠灌封模具、灌注设备的保证，到对整个产品加工工艺过程工艺参数的控制，证明此灌封工艺灌封的产品完全满足技术要求，从而实现了整皮模塑聚氨酯软质泡沫塑料灌封工艺在调谐单元产品上的应用。
参考文献：方禹声等编著.聚氨酯泡沫塑料 第二版.北京:化学工业出版社,1996
李俊贤主编.塑料工业手册:聚氨酯.北京:化学工业出版社,1999.7
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