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玻璃金属密封和PAEK连接器的比较
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玻璃金属密封和PAEK连接器的比较

2022-06-09 09:49:59 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平编译 作者:Lauren Rainey

【哔哥哔特导读】PEEK和PEK电气连接器的引入克服了玻璃-金属连接器的先天缺陷。

传统玻璃金属密封(GTMS)连接器作为一个有效的密封屏障和电绝缘体广泛应用于医疗、汽车、航空、军事和低压地球物理等市场,在过去三十年已经开发出来先进热塑性塑料被证明是极端操作环境的优越解决方案。

玻璃金属密封

在PAEK热塑性塑料类别中,PEEK和PEK的热稳定性、机械强度、低磨损性、耐化学性、绝缘电阻和PIN针密度等性能,适合电气连接器应用,包括飞机发动机和HPHT(高压、高温)石油和天然气钻井操作环境应用等。

玻璃密封

自17世纪以来,玻璃金属的密封已经为各种产品提供了极好的密封选项。在玻璃到金属的密封连接器中,玻璃通过熔化封装金属针,在外壳和针之间提供绝缘。在金属组件上形成可见的氧化物层,使玻璃流动并粘附。密封件的强度受到氧化物层的限制。在制造过程中需要额外步骤去除连接器其它表面的氧化物,这可能导致污染。

玻璃是一种很好的电绝缘体,其导热系数低,并能承受高工作压力和温度的能力。然而,在极端工作参数下进行测试时,玻璃金属密封的局限性变得明显,这些限制有以下两方面。

1、玻璃的材料特性

玻璃具有刚性、脆性,在高压、冲击和振动的作用下容易开裂,特别是在极端热循环的情况下。

·2、制造过程的限制

当可使用的金属类型有限制时,熔融玻璃及其粘度有一定难度。

·玻璃和金属的匹配

玻璃到金属的密封件是通过在高温下的熔化过程形成的,通常超过900°C,然后进行快速冷却。创建一个强大的、有弹性的密封需要匹配玻璃和金属材料之间的热膨胀系数(CTE)。CTE是指材料在受到温度变化时膨胀和收缩的程度。在加热和冷却过程中,两种材料的体积变化速率必须保持同步,否则会产生热应力,因为一种材料的膨胀速度比另一种的快。

由于玻璃固有的刚性和脆性,任何CTE匹配管理都是至关重要的,避免张力和应力可能导致的空隙,玻璃和金属之间的分离,或玻璃结构完整性的破坏。玻璃到金属的密封不仅必须在制造过程中经受住熔化过程,而且必须在实际操作条件下承受数千次热循环。

与玻璃CTE匹配要求限制了金属材料的选择。Kovar被广泛用于玻璃-金属密封,因为从20°C到200°C,在400°C为5.5×10-6/K,因此被广泛用于玻璃-金属密封。由镍合金和不锈钢组成的馈通针具备良好的热物理性能是必要的。然而,这些材料涉及电导率,这是电连接器的要求。

PEEK和PEK解决了玻璃产品的缺陷

PEEK和PEK电气连接器的引入克服了玻璃金属连接器的先天缺陷。热塑性材料的CTE不需要与金属相匹配,从而可以优化金属导通针的电性能。不受匹配热膨胀系数的约束,可以选择导体材料来适应应用,而不是制造方法。

例如,铍铜(BeCu)比铬镍铁和不锈钢提供更低的电阻。更有效的导电性允许更多的电流通过,同时产生更少的热量。这意味着更可靠的功率和信号传输。

更小的PIN针直径具备更高的电导率是可能的。针密度更高和针形状设计上更大的灵活性,使整体连接器尺寸更小。塑料注射成型过程也比玻璃熔化过程更适合制造非常小的零件。较轻的热塑性材料,加上较小尺寸的引脚和整体连接器,与GTMS连接器相比,显著减少了重量。组件重量和尺寸对航空航天、水下和能源工业应用的整体子系统性能至关重要。

PEEK材料

使用PEEK材料允许PIN针直径可以更小和密度更高

PEEK和玻璃之间的一个重要区别是内部密封的金属PIN几何形状不同。PEEK连接器是通过注射成型过程制造的,PIN针和塑胶一体通过嵌入式注塑。因此,粘结剂比刚性玻璃密封件更耐用。玻璃密封件中的内应力或金属接触点的不均匀热膨胀会导致密封表面出现裂纹,从而导致零件过早失效。PEEK连接器允许在压力载荷或振动作用下发生轻微的变形。通过嵌入式注塑金属触点,连接器可以允许轻微的配合错位,并且对安装过程中的处理不当和机械冲击造成的损坏不那么敏感。弯曲PIN针还可以重新排列。

高要求的应用

在可靠性和一致性至关重要的恶劣环境应用中,如飞机发动机和深部井下钻井作业,PEK电气连接器提供了几个重要的好处:

* 可靠的功率和信号传输 与最佳金属针材料兼容,如铍铜。

* HPHT应用 高达232°C(450°F)和高达35,000psi的应用。专门的高级PEEK热塑性塑料,可满足高达260°C(500°F)和45,000psi的应用要求,应对快速和极端的压力和温度循环。

* 抗化学腐蚀性能 应用于硫化氢、甲醇、钻井液、井下等环境。

* 机械强度 抗冲击和震动。

* 耐久性 对不当处理造成的损害不太敏感。

优于玻璃的热塑性塑料

PEEK和PEK克服了玻璃的局限性,在最苛刻的操作条件下提供了优越的性能。热塑性塑料的材料性能克服了玻璃的刚度和脆性,从而对压力、冲击和振动的机械应力提供更大的抗弹力。热塑性连接器的制造过程允许使用具有低电阻的金属,显著提高功率和信号传输性能。

工程师和研究人员继续开发创新的弹性体和热塑性材料,从而提高可靠性等性能。除了PEEK,电连接器可用PEK改善热物理性能,以及填充等级的PEEK和PEK提高机械强度。在极端条件下,PEEK可以在高达500°F温度、压力为45,000psi的条件下运行,并且已被证明比用于油气勘探比其它材料强30%。

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