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连接器用工程热塑性材料

连接器用工程热塑性材料

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连接器用工程热塑性材料

    工程塑料由于具有良好的韧性、尺寸稳定性、高阻抗、化学抗蚀力、短期热稳定性及长期抗老化性之类的关键特性,因而逐渐成为许多连接器供应厂商的主要原材料。近年来,连接器的生产及开发技术趋势极大的改变了市场。随着高密封装和微元化趋势的流行,今天的连接器设计要求在更小的空间里实现更高的性能,因此表现出更薄的壁厚。塑料原料应能满足在更长的连接器本体上填充薄壁的设计,并能保持原有的性能,同时也满足成本与生产工时的需求。

    人们现在正在研制流动性更好的塑料原料来满足薄壁的要求,并且允许更快的生产循环时间。今天,在制造周期和随后的成型生产周期里,塑料一直被暴露在高温条件下。例如,在高密度的电路板上安装更小的组件,已逐渐采用表面粘着技术,可用更低的价格提供一个更可靠的集成电路板。在连接器工业上这种明显的趋势要求连接器材料具有更好的高温性能、更小空间里的耐压性能,并且具有更低的成本。

    由于连接技术不断地更新,所以连接器设计也不断地在变化。随之尔来的是,对连接器用塑料原料性能的要求也极大地变化着。事实上,对连接器用塑料,连接器的设计人、制造商和最终用户都正不断提出新的特点与更高的特性要求,即在这些关键的地方同时具有良好的温度及物理性能。

    连接器本体具有下述的功能:

两两接触的电绝缘性能。

    提供一定的接触的机械支持。

    为可分离或永久式连接界面提供机械的/尺寸的稳定性

    在任何使用环境下保持需求的性能

    在合理成本潮流下,以上要求应当被满足,其中每一个问题都将在本章中阐述。连接器制造厂商一直努力以最低廉的成本来提供最好性能的连接器,然而最终用户却想以最低的价格买到最好的连接器。

    连接器本体的性能,很大程度上依赖于所使用的工程塑料的物理特性。连接器本体必须具有良好的物理特性和制造性能。聚合物必须提供良好的韧性和尺寸稳定性,同时具有高阻抗和绝缘之类的电气性能。聚合物也应当满足最终使用的需求,例如:化学抗蚀力、阻燃性、短期热稳定性、长期抗老化能力及其它成型性能。而且韧性和冲击性能之类的性能在一定的环境里会减弱。这样一些性能是塑料所固有的,但常常加入添加剂以达到特别的性能水平。典型添加剂包括滑石和玻璃纤维,它们能改善塑料的物理特性,并能有助于阻燃(参见5.3.1部分)。玻璃纤维添加剂能改善模具薄壁部分的填充能力。云母和滑石提供改进尺寸上的稳定性的功效,尤其在半晶体聚合物,为增加流动与润滑,还可加入其它一些添加剂。

    对连接器原料来说,化学抗蚀力和热稳定性是关键的性能。在过去几年里,这是千真万确的。现在,当成型过程和最终使用时,它要达到这样的水平,即连接器原料应适应不断被暴露在各种化学环境中的工作要求。

    本章的目的是在工程师和设计人员在做原料选择时,提供使用在电子行业中的绝缘原料的信息,协助它们作出决定。这些信息,在连接器行业显得尤为重要,因为正在使用塑料原料的电机和电子工程师,可能需要一些基本的知识关于有实用性的原料、原料特性、适用范围、强度和弱点,及其各部分之间的相互依存关系。

    由于自身的性能特点,人们长期以来一直在各类连接器设计时采用这些工程塑料。最近的原料简介更进一步地增加了使用性设计的选择权。本章也注意到通用性设计的考虑,所以包括了一个附加的破坏性能讨论。

    自从各种形状、尺寸、颜色及功用的连接器问世以来,对于零部件原料的要求可能是具有挑战性的。在决定做连接器本体用的原料上,连接器的最终使用及其在生产阶段经历的成型过程中扮演了重要的角色。

    对于制造系统,随着在更小空间里负载电流要求的与日俱增,在电子行业里的一个主要发展趋势是不断朝微元化和更好更多的功能方向发展。不久前,典型的端子触点间的端子容室在100156mils之间,而今天,它通常只有50mils,随之而来的是围栏厚度减到510mils,所以连接器本体的薄壁部分成了关键点。对于每一个薄壁围栏,具有良好的尺寸稳定性,同时保持所需绝缘性的特殊原料很重要。它还要以更快的成型时间去填充模腔各部分,以提高产能。

    决定聚合物的另一重要因素是聚合物的分子量(MW)。聚合物由何种方法制成及保管决定了分子量。分子量能影响粘度、物理性能和热容量性能。分子量的分配,在聚合物内部,决定内链的长度范围,也随制程的变化,对以上性能产生明显的影响。

    聚合物内链分子量决定粘度或原料的流动性。因为分子量影响了内链运动和内网,这能极大的改变粘度或原料的流动性。聚合物内链必须具有一特定的长度,才能形成内网,从而限制内链的相互移动。因此,同样基体的高分子聚合物较低分子聚合物具有更低的流动性和更高的粘度。

    物理性能如延展长度也受分子量的影响。对于低分子聚合物,延展压制的可能性为零。但随着分子量的增加,延展长度将会增加,且到一定水平会断裂,具有一个近似的最大延伸长度。正如在晶体聚合物部分的讨论,形成晶体物质的必要条件是一种聚合物必须达到一特定分子量或内链长度,从而使内链排成直线。依靠化学药品,高分子聚合物能比低分子聚合物提供更多的机会。晶体延迟了性能的改善,例如充模能力和化学抗蚀力。一般说来,随着分子量的增加,机械强度和熔融粘度性能会增加,但流动性和制程能力下降;同时随分子量分配范围变大,流动充模能力和熔化强度增加;随着分子量分配范围变小,抗冲击强度增加,但warpage流动性和制程能力下降。

    总之,分子量的增加会导致机械性能的增强。是以,大多数聚合物的分子量介于一万到一百万之间。除非至少可获得分子量为一万的聚合物,否则强度性能得不到改善。此外,分子量也能影响制程流动性和聚合物别的一些物理性能,如抗冲击强度和延展长度。

    5.1 聚合物结构

    对于理解关于一特定连接器所使用的塑料而作出的恰当的选择,了解聚合物的结构常识是必要的。从一个微观观点来考虑,聚合物可画分为两类:无定型聚合物和晶质聚合物。

    511非晶体聚合物

    非晶体聚合物由聚合物内链组成,这些内链以一个随机无序的形式排列。在这里把它们看作为一碗意大利面条,如图1所示。相对晶体聚合物,非晶体聚合物被认为有更宽的熔解范围、更低的收缩率、更低的warpage和更低的流动性。它们具有良好的延展性、抗冲击强度及尺寸稳定性。这些原料包括了非晶体聚合物范围,且它们所拥有的大量物理和机械性能,具有很强的温度依赖性。低温时,非晶体聚合物是玻璃质的,坚硬但易碎。随着温度的增加,非晶体聚合物超过了自身玻璃质转换温度Tg,加热到该温度时,聚合物结构转向橡胶质(在冷却时,转化为玻璃质)。在Tg温度上,聚合物将失去明显的自身所有的机械性能,如图5.2所示,inmodulus shown这些性能会急剧下降。因此,当以非晶体聚合物原料来设计连接器时,考虑大致的使用温度是首要的。关于非晶体聚合物有聚苯乙烯和聚碳酸酯等。

    5.1.2. 晶体聚合物

    通常所说的晶体聚合物指半晶体聚合物并包括晶体、非晶体聚合物范畴,而非晶体聚合物只包括非晶体聚合物。晶体聚合物被推断以图5.3所示结构有序的排列。随着早期的推断。晶体聚合物被想象成一碗混合了煮熟的和直硬未熟的意大利面条。这种有序通常是由于聚合物内链有这样一个结构,可让它们排成直线并聚集形成晶体范围。直线型态由这样的几何特征而来,并被在聚合物内链间形成的低能量化合物所保持这些低能量化合物如氢合物等。中间链的结合依靠内链长(即分子量),这就是为什么分子量是如此重要的塑料原料参数的原因。塑料原料里晶体的百分比由聚合物类型(化学组成)所决定,它也影响着内链主链的柔韧性,和能促进结晶的可能的内链反应。例如:尼龙内链有能力形成氢合物,因此在聚合物内促进了结晶。聚酯也能形成氢合物,并影响构成聚合物内链的化学单元长度,因此促进了结晶。

    晶体聚合物sharper熔点和玻璃质转化温度,比起无定型聚合物具有更高的系数和抗拉强度。尽管它们的抗冲击性能低于那些非晶体聚合物,但通常认为晶体聚合物具有良好的化学抗蚀力。在熔融状态,晶体聚合物也是非晶体的;也就是说,聚合物内链以随机的方向排列。但随着熔液的冷却,内链开始直线排列并形成晶体聚合物。直线型式可促使先前提到的系数和化学抗蚀力的加强。

    通常,原料晶体的性质能对连接器组件的制程和物理性能施加一个可预测的影响。随着成型过程所使用的成型方法及添加进基体塑料的化合物的变化,晶体也随之变化。随着晶体百分比的增加,机械性能也增强。图5.4表示了一典型的应力-应变曲线。当晶体增加时,如前叙,随晶体百分比的增长,屈服点和主要的强度会提高。被作为一种衡量硬度的尺度的弹性的模量(应力对应应的比率)也在增加,但晶体的增长通常会造成原料韧性的下降。而内链的直线排列和前述的中间链聚合,引起了机械性能的提高。在聚合物的机械性能上,晶体的增长具有明显的影响。晶体聚合物主要有乙烯聚合物的氯化物(PVC),尼龙和聚酯,例如:聚乙稀、对苯二酸盐(PET)和聚丁烯(PBF)。

 

    工程塑料原料

    现在这将有助于详细调查一些使用频率很高的连接器原料。这些原料将根据它们是否属于晶体或非晶体聚合物而划分为两大类。

    5.2.1 非晶体聚合物

    丙烯晴-丁二烯-苯乙烯(ABS) ABS由一系列的有时被用于低要求连接器运用场合的配方构成。尽管ABS具有良好的冲击性能,并且相对比较便宜,但它对有机溶剂几乎没有抵抗力,一经暴露在这类环境下,它就会变脆。ABS也不具有长期的热稳定性。ABS也不具有长期在高温环境中的使用性能,因此不能适用于一些高要求的连接器运用场合。ABS还具有良好的机械性能、热和化学的抵抗力、良好的耐久性、高冲击强度及磨损抵抗力。

    聚碳酸盐酯(PC) PC是具有良好尺寸稳定性和冲击强度的非晶体聚合物。当运用上需要时,它的透明也很有价值。PC

    也具有相对较高的加热性能和1500度的热变形的温度。但它不具备良好的化学抗蚀力,而且在有机溶剂中可能会被裂解。它具有良好的电性能,本质上是自衰的。PC和其它合成橡

                 


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