Есть контакт! Заливка и герметизация кабельных разъемов: как избежать трудностей и «подводных камней»

13 Апреля 2015

Во время визитов на предприятия по производству изделий специального назначения мы неоднократно получали от специалистов линий заливки и герметизации запросы на решение задач в области герметизации кабельных разъемов. Надежность и сложные эксплуатационные условия изделий специального назначения устанавливают жесткие рамки к качеству их производства и не позволяют допускать ошибки на технологических этапах изготовления. До недавнего времени не было решений в области автоматизации отечественных материалов из-за неудобного коэффициента смешивания, относительно невысокой технологичности и высокой вязкости компонентов многокомпонентных компаундов.

ГК Остек и компания Dopag провели совместные исследовательско-практические работы в этом направлении. Результатом стали разработанные решения по автоматизации основных применяемых отечественных материалов (статья «Русские идут! Невозможное возможно. Автоматизация применения отечественных двухкомпонентных материалов», журнал «Вектор высоких технологий» № 3 (8) апрель 2014). О применении данных решений для герметизации и заливки кабельных разъемов пойдет речь в данной статье.

Подводные камни и способы их избежать Основные трудности на участках заливки возникают еще на этапах приготовления многокомпонентного компаунда. Для обеспечения полной герметичности кабельного разъема в компаунде должны отсутствовать воздушные включения и полости. Достичь этого при ручном перемешивании компонентов трудно, а для некоторых материалов, например, Виксинт У-1-18 — бывает просто невозможно.

Рис. 1 Процесс вакуумизации образцов ВК-9, полученных на оборудовании Dopag Eldomix(№ 1) и вручную(№ 2) Образец № 1 — клей ВК-9. Приготовлен на оборудовании Dopag Eldomix с предварительной дегазацией компонентов в баках системы. Образец № 2 — клей ВК-9. Приготовлен ручным перемешиванием ком- понентов, взятых непосредственно из заводской упаковки.

Для демонстрации разницы в качестве материала, приготовленного с использованием технологических решений компании Dopag и вручную, мы использовали часто применяемый материал — эпоксидно-полиамидный клей ВК-9 (без наполнителя). Приготовив двумя способами — на оборудовании Dopag Eldomix РИС 2a и вручную — одинаковое количество клея, мы поставили образцы в вакуумную камеру РИС 1.

Как видно на РИС 1 образец № 2 при разряжении воздуха в камере и достижении незначительного вакуума значительно изменился в размере, что свидетельствует о начале дегазации (наличии воздушных пор, полостей и включений) конечного компаунда. Наличие пор и включений в материале приводит к ухудшению качества и степени герметичности конечного изделия. Аналогичная картина наблюдается с материалами относительно невысокой вязкости, такими как Виксинты К-68, ПК-68 и их аналогами (различными пентэластами, эпоксидными и полиуретановыми компаундами).

a
Рис. 2 Оборудование Dopag — Eldomix и Metamix

Вакуумизировать уже готовый компаунд в условиях производства не всегда возможно из-за его ограниченного времени жизни, вероятностей «закипания» и ускоренного испарения одного из компонентов, из-за чего изменяются пропорции смешивания. Все это может привести к изменению свойств материала и нарушению технологического процесса, непредсказуемой работе всего изделия или сокращению гарантированного эксплуатационного периода.

Трудности также могут возникнуть в процессе перемешивания компаунда. Из-за сложных коэффициентов смешивания материалов и колоссальной разности вязкостей компонентов выполнить вручную эту, казалось бы, простую задачу качественно, не всегда получается. Рассмотрим, например, один из самых распространенных материалов для герметизации кабельных разъемов — кремний-органический компаунд Виксинт У-1-18. Пропорция смешивания по массе — 400:1, а вязкость компонентов: пасты У-1 — более 1000000 сП, катализатора 18 — порядка 1 сП.

В технологическом центре ГК Остек был проведен эксперимент по получению материала Виксинт У-1-18 двумя способами: перемешиванием компонентов вручную и в автоматизированном режиме с использованием оборудования Dopag Metamix РИС 2b. Задача: двумя способами получить качественный материал (образец порядка 100 гр.).

После полимеризации компаундов их разрезали для проведения внутренней и наружной инспекции. На РИС 3 виден результат ручного приготовления компаунда.

Рис. 3 Образцы Виксинт У-1-18, смешанные вручную

Большое количество полостей и воздушных включений в материале, полученном при ручном смешивании, ставят под сомнение герметичность, работоспособность и надежность всего изделия. Неравномерная полимеризация, области «сырого» материала в образце свидетельствуют о сложности и, зачастую, невозможности качественно и стабильно вручную подготавливать материал для герметизации. А если учесть, что от партии к партии соотношение смешивания компонентов может меняться, то подготовить качественный материал, отвечающий всем технологическим требованиям — задача далеко не начального уровня и требует к себе повышенного внимания.

Попытки вакуумировать смешанный вручную Виксинт У-1-18 не привели к желаемому результату. Произвести дегазацию материала не позволила его большая вязкость. Таким образом, для качественной герметизации кабельных разъемов необходимо иметь готовый компаунд изначально максимального качества.

 
Рис. 4 Образцы Виксинт У-1-18 и У-4-21, полученные на оборудовании Dopag Metamix

Чтобы проверить, возможно ли улучшить процесс герметизации кабельных разъемов по разработанной технологии, на оборудовании Dopag Metamix были получены и протестированы пробные образцы основных высоковязких материалов, применяемых для герметизации кабельных разъемов РИС 4.

Для тестирования и контроля качества материала полученные пробные образцы были разрезаны и проинспектированы. В объеме полученных образцов полностью отсутствовали воздушные включения, полости и неоднородные по своим свойствам области, так как принцип работы оборудования полностью исключает возможность попадания воздуха внутрь готового компаунда. Полностью заполимеризовавшийся материал подтверждает однородность перемешивания компонентов компаунда.

Переходим к главному

Главной целью эксперимента было не только получение максимально качественных образцов материалов, а решение задачи по безошибочной герметизации кабельных разъемов, исключения брака на этом этапе производства изделий специального назначения. Чтобы окончательно убедиться в необходимости применения разработанных решений была произведена пробная заливка ряда разъемов серии ШР материалом Виксинт У-1-18 непосредственно из оборудования Dopag Metamix.

Рис. 5 Распайка и обработка разъема серии ШР
 
Рис. 7 Поверхностная инспекция качества герметизации разъема

Чтобы полностью воспроизвести технологический цикл производства жгутового изделия и герметизации кабельного разъема, разъемы были распаяны РИС 5, затем все внутренние поверхности обезжирены Нефрасом С2 и обработаны подслоем П-11 (в соответствии с технологическими этапами герметизации кабельных разъемов).

Выдержав необходимое время для сушки подслоя, в автоматизированном режиме произвели заливку ряда разъемов РИС 6.

Рис. 6 Заливка разъема серии ШР Виксинтом У-1-18 из Dopag Metamix

После полимеризации компаунда разъем вскрыли и проинспектировали его содержимое на предмет герметичности и наличия воздушных пор, полостей и пузырей РИС 7.

Заполимеризовавшийся компаунд имеет характерную гладкую поверхность с отсутствием различного рода пор и полостей. Отсутствуют области «сырого» (непромешанного) материала, что исключает вымывание компаунда при попадании влаги в разъем. Все это гарантирует наружную защиту кабельного разъема от внешних факторов.

Немаловажным является состояние компаунда во всем объеме кабельного разъема. На следующем этапе проверки качества герметизации компаунда и его полимеризации из разъема вырезали произвольный сектор и проинспектировали внутреннюю часть залитой области РИС 8.

Внутреннее состояние компаунда, подготовленного и залитого на оборудовании Dopag, характеризуется полной полимеризацией и отсутствием воздушных полостей. Полученные данные свидетельствуют о максимально возможной герметизации кабельного разъема, которая предохранит изделие от внешних воздействий среды (влага, грязь и т.д.) и тяжелых эксплуатационных условий (перегрузки, вибрации, механические воздействия и т.д.).

Рис. 8 Внутренняя инспекция качества герметизации разъема

Несколько слов о технологическом решении

Принципиальная схема работы решения по подготовке, смешиванию и дозированию многокомпонентных компаундов представлена на РИС 9.

Особенностями всей линейки технологических решений по автоматизации многокомпонентных материалов являются возможность производить дегазацию материала и система агитации, поддерживающая материал в гомогенном состоянии. А отсутствие контакта компонентов материала внутри оборудования исключает регулярную промывку систем после каждого использования.

Рис. 9 Общая схема работы оборудования

Технологические решения по автоматизации процессов подготовки, смешивания и дозирования материалов для герметизации кабельных разъемов можно разделить на два направления:

  • высоковязкие материалы (пастообразные типа Виксинт У-1-18, У-2-28, У-4-21);
  • текучие материалы (эпоксидные материалы типа ВК-9 и КДС-174, Виксинты К-68, ПК-68).

Для каждого из направлений характерно свое оборудование и необходимые дополнительные опции, обеспечивающие корректную работу системы и гарантирующие получение однородного безвоздушного материала.

Для высоковязких материалов характерно использование оборудования класса Metamix. Для подачи высоковязкой пасты дополнительно применяется экструдер РИС 2.

Рис. 10 Современный участок вакуумной заливки на базе Dopag Eldomix 103

При автоматизации процесса приготовления текучих материалов разработка и конструирование системы в основном происходят на базе оборудования класса Eldomix, в большинстве случаев с дополнительными опциями дегазации и агитации материала РИС 2b.

В настоящее время активно ведется работа по внедрению технологических решений на производственные предприятия. Уже сегодня на участках заливки можно видеть системы подготовки, смешивания и дозирования материала — пример современного участка вакуумной заливки на базе Dopag Eldomix 103 на одном из отечественных предприятий показан на РИС 10.

Задачи по безошибочной герметизации кабельных разъемов всегда вызывали интерес и требовали новых технологических решений, минимизирующих ошибки на каждом из этапов данного технологического процесса. ГК Остек приглашает желающих в свой технологический центр для демонстрации автоматизированных решений в области герметизации кабельных разъемов и проведения экспериментальных работ с изделиями заказчиков.