浅谈有机硅模塑料的国产化应用研究

侯锦秋，韩继先，姜睿智，郝健男

(沈阳兴华航空电器有限责任公司，辽宁沈阳，110144)

1 引言

有机硅模塑料是以硅树脂为粘结剂，加以固化剂、催化剂、润滑剂及填料(石棉、石英粉、玻璃纤维等)经熔融混炼制得，属于热固性塑料。该材料具有良好的耐高低温性能，可在-60℃～250℃范围内长期使用，短期耐热可达350℃，并且在高温下它的机械性能降低很小[1]。同时有机硅模塑料还具有良好的电气性能：电阻率和击穿电压高，介电系数和介电损耗低，耐电弧、耐电晕的性能优良。由于有机硅模塑料中硅树脂的主键是硅-氧结构，键能高，不易被紫外光、臭氧和其他射线所分解，因而耐候性好，在自然环境下使用不易老化。有机硅模塑料同时还具有吸水率低，防潮性好，无腐蚀等特性[2]。

有机硅模塑料被广泛应用于航空航天工程、电子电气及仪器仪表等技术领域，如高温环境使用的接触器、连接器等的绝缘结构材料等[3]。

国外有机硅模塑料的研究起始于20世纪60年代，目前有机硅模塑料有产品投放市场的厂家有美国Dow Corning公司、通用电气公司、日本信越化学公司、东芝电器公司、德国拜耳公司、英国帝国化学公司等。最著名的厂商为美国Dow Corning公司生产历史最早，品种最多，产量最大。

我国在20世纪70年代对有机硅模塑料进行了开发，由于我国有机硅模塑料研究起步较晚，在很长一段时间内，我国的产品在品种和性能上较国外产品有一定的差距，有的机械强度不够，有的加工成型工艺不理想(贮存期短、需要现场配制)，存在固化慢，模塑周期长，流动性不够，充模能力差等问题[4]。

近年来军工产品原材料国产化的要求越来越高，基于此背景，本文主要对比了国内外有机硅模塑料的性能指标，并研究了国产有机硅模塑料在电连接器上的应用情况。

2 理化性能研究

本文对进口某牌号有机硅模塑料以及国产某牌号有机硅模塑料的部分理化性能指标进行测试，试验样品见图1，试验项目、测试方法及试验结果见表1。由试验结果可见，国产有机硅模塑料的弯曲强度、电性能指标均高于进口有机硅模塑料，已解决了与进口材料机械强度相差较大的问题。

(a)国产 (b)进口

表1 理化试验项目及测试方法

3 应用性能研究

3.1 成品试验验证

国产有机硅模塑料的应用性能主要指该材料在电连接器产品上的适用性，即经各项试验后电连接器产品能否保证良好的质量和可靠性。本文结合ZH83723系列电连接器产品进行了可靠性试验设计及验证。

可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段，通过可靠性试验能暴露出产品在设计、材料、工艺和环境适应性等方面的问题[5]。本次研究的可靠性试验包括环境试验、机械试验、电性能试验三部分，各项试验按照GJB 1217A-2009《电连接器试验方法》执行。

本文研究的可靠性试验参照ZH83723系列产品规范，将试验分为A、B两组进行，试验项目及试验结果见表2，产品经过全部试验项目后试验结果均为合格，证明国产有机硅模塑料在连接器产品上的应用性能良好，符合产品可靠性的要求。

表2 产品可靠性试验结果

3.2 高温性能研究

本文重点研究了国产有机硅模塑料的耐高温性能，高温试验分为三部分：高温绝缘电阻试验、1093℃高温烘烤试验、防火试验。

其中高温绝缘电阻试验的试验条件为：试验温度为500℃，试验电压为500V，试验件为某种型号的绝缘结构件。每间隔一分钟记录试验阻值的变化，试验时间为45分钟，高温电阻试验结果见图2。从图2中可见，0秒时为刚放入炉子的状态，前几分钟绝缘电阻迅速下降，在达到最低点后，绝缘电阻回升。在第10s以后绝缘电阻值出现反复的波动，这是因为高温炉在升温保温的过程中，炉内的温度围绕500℃出现波动，因此绝缘电阻值出现波动。

图2 高温绝缘电阻试验结果

1093℃高温烘烤试验指：将国产有机硅模塑料试验件放置在马弗炉中，从室温升至1093℃，保温20min后空冷至室温。整个试验过程结束后对比经高温烘烤前后试验件的状态，见图3。由试验结果可见高温后的有机模塑料的颜色变浅，表面变的更加粗糙，试验件的外形尺寸未发生明显变化。这是因为有机硅模塑料的基料为有机硅树脂，该树脂分子主链结构是-O-Si-O-，在350℃以上时，有机硅树脂会分解成无机硅氧交联结构，此时该材料仍有一定的绝缘性和强度，不像大多数聚合物成灰或成碳。

图3 高温试验前后状态对比

防火试验是成品试验测试中的一项，该试验可确定接好线插合的电连接器在火焰喷过20min后耐火焰的能力，或气体在电连接器有防火壁一端的耐受能力，在经过限定时间内电连续性保持的能力。通过该试验能考核国产有机硅模塑料作为绝缘结构材料经高温火焰后的耐受性。试验条件按GJB 1217A-2009方法1009执行，并监控整个试验过程见图4，均符合标准要求，试验结果为合格，试验后产品的见图5。观察试验样品外观可看出无损坏等现象，防火试验后的试验样品拆开国产硅酮粉绝缘体试验件保持完好，未出现碳化现象。

图4 防火试验

图5 防火试验结果

综上三项研究试验显示，国产有机硅模塑料展现出良好的高温绝缘性能和优异的热稳定性能。

4 结语

本文对国产有机硅模塑料的理化性能进行试验验证，同时与进口有机硅模塑料的理化性能进行对比，发现国产有机硅模塑料的各项理化性能指标均与进口相当或高于进口指标。经成品可靠性试验验证，国产有机硅模塑料的应用性能良好，特别是展现出优异的耐高温性能，综合性能满足产品可靠性要求，可代替进口材料在电连接器产品上的应用。

随着军工产品原材料国产化的要求，国产有机硅模塑料在电连接器行业上的应用将有着广泛的应用前景。