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点火线圈的结构和功能材料
王槐祥 2018-3
1、工程塑料
1.1工程塑料的基本特征
塑料是指以高分子量的有机物质为主要成分的材料。它在加工完成后，呈固态形状。再加工过程中，可以藉以流动造型。
工程塑料有优良的机械性能、绝缘性能、耐溶剂性能、阻燃性能、易于成型等特性，因此，工程塑料在汽车电气部件及结构部件上，得到了广泛的应用。 按工程塑料对热之变化，分为两大类：
1）热固性塑料。指加热后，会使分子结合成网状型态。一旦结合成网状聚合体，即使再加热也不会软化，显示出非可逆的变化，是分子结构发生化学变化所致。如高压管所用的PU材料
等。
2）热塑性塑料。指加热后会熔化，可流动至模具冷却成型。再加热，又可以熔化的塑料。即可以应用加热和冷却，使其产生液态、固态的可逆变化，即物理变化。如PA、PBT、PPO等。 1.2 工程塑料的基本性能 1.2.1 物理性能
1）密度 单位：g/cm3 ，塑料的密度一般在0.8~2g/cm3 范围。
2）吸水率。以23℃时饱和吸水率表示。PA吸水率较高。对所有塑料，特别是吸水率较高
的塑料，在注塑前一定要按要求对塑料粒子进行烘干处理。 1.2.2 机械性能
1）断裂应力（MPa） 2）断裂伸长率（%） 3）冲击强度 （KJ/m2） 1.2.3 热性能
1）线膨胀系数（10-5/K），应选择与结合件线膨胀系数相近的塑料，以减少内应力。 2）热变形温度 （在0.45MPa及1.8MPa条件下，℃） 3）最高使用温度（℃）（指短周期运行的温度） 1.2.4电气性能 1）介电常数
2）损耗角
3）介电强度（KV/mm） 1.2.5 阻燃性
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塑料阻燃等级由 HB，V-2，V-1 向 V-0 逐级递增：
HB：UL94 和 CSA C22.2 No 0.17 标准中最底的阻燃等级，要求对于 3 到 13 毫米厚 的样品，燃烧速度小于 40 毫米每分钟；小于 3 毫米厚的样品，燃烧速度小于 70 毫 米每分钟；或者在 100 毫米的标志前熄灭。
V-2：对样品进行两次 10 秒的燃烧测试后，火焰在 60 秒内熄灭。可以有燃烧物掉下。 V-1：对样品进行两次 10 秒的燃烧测试后，火焰在 60 秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。 V-0：对样品进行两次 10 秒的燃烧测试后，火焰在 30 秒内熄灭。不能有燃烧物掉下。 点火线圈一般选用HB阻燃等级的塑料。对有特殊要求的产品，可以选用阻燃等级高的塑料。 1.2.6 成型收缩率
用（%）表示，在设计注塑模时一定要考虑成型收缩率，以保证成品尺寸。 1.3塑料材料的应用
1.3.1 点火线圈对结构和功能塑料部件的要求 1） 加工性能 ? 所有部件均注塑成形
? 对于多线圈系统通常采用将骨架插入盒子的方式
? T薄壁成型对笔式点火线圈非常重要, 有时会低于1mm. 次级骨架壁厚经常会达到0.8 mm 2）良好的绝缘性能
? 材料必须有很好的绝缘强度和低的绝缘常数，对于高压的次级骨架尤其重要，否则会导致 在初级骨架与次级骨架之间被高压击穿 3）耐热性能
? 通常要求耐热–40 to 125° C
? 由于安装位置更靠近燃烧室，笔式点火线圈材料的耐温度要求达到150° C.
? 为了保持足够的机械与绝缘性能，材料需要有较的低热膨胀系数（CTE），最好能与环氧 树脂接近，以防止由于内部应力导致破裂。 4） 耐化学性能
? 外壳材料通常要求能耐受典型的发动机舱化学液如燃油，机油和冷却液等。
? 骨架对耐化学性能的要求相对较低。
5） 良好的机械性能和尺寸稳定性
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? 外壳材料通常要求能耐受典型的发动机舱的振动和温度变化，要有足够的冲击强度和高 低温变化下的尺寸稳定性。 6）环氧树脂结合性能
? 骨架和外壳材料都要求有很好的环氧树脂结合性能。 1.3.2 次级骨架
次级骨架是点火线圈的关键功能及结构部件。PPO（改性聚苯醚）完全满足上述条件。特别是介电强度可达40KV/mm，与环氧树脂有很强的粘附力，用沙伯GFN2(PPO)标准试样经等离子处理，与环氧粘结力为1361N,用沙伯GFN1720(PPO)标准试样，不经等离子处理，与环氧粘结力为636N，经等离子处理的为1082N。
次级骨架常用材料：沙伯的GFN1720、GFN2、IGN320。旭化成G702V、G702H
1.3.3 初级骨架
初级骨架常用材料为PBT-GF30,巴斯夫的B4400-G6、B4300 G6。台湾长春的
PBT3030-104，台湾华中科技的PBT，A400N-B6T。
有的笔式点火线圈的初级骨架要承受较高电压或较高温度的情况下，可以采用PPO或PPS。 1.3.4 外壳
外壳材料通常采用PBT-GF30。如巴斯夫的B4300 G6。由于有不同的使用条件，对外壳
的工程塑料有特殊的要求。
1）对外观光亮要求较高的，可以选用巴斯夫的4040 G6、优科 PBT 1546M BK005 。 2）对内包铁芯防止外壳开裂的PBT，可以用巴斯夫B4300 M5，25%矿物增强的PBT、沙伯 PBT 745，30%矿物增强的PBT。或用A3EG6(PA66)+G702V(PPE)按100:8配比混合，也可 以解决内包铁芯外壳开裂的问题。
3）对笔式线圈，高压输出端的外壳或初级骨架，可以用PPS。按需要和成本要求，合理
选用。
1.3.5 输入端子
输入端子通常采用PBT GF30。有的厂家为解决输入端子因运输破损的问题，采用巴斯
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夫的A3EG6（PA66）或其它公司30%玻纤增强的PA66。
1.3.6 包封铁芯的塑料
内置铁芯的点火线圈常因为热胀冷缩产生内应力造成树脂开裂。为了解决因内置铁芯造
成环氧树脂开裂的问题，通常的方法是在铁芯外边包一层0.5到1mm厚的软质材料。软质材 料有硅橡胶，热塑弹性体。热塑弹性体的种类很多。可以用作包封铁芯有TPE、TPU、TPR 等。TPE可使用的牌号是荷兰的TPE-UM551-V、东莞市塑伯橡胶塑有限公司TV60I-01、昆山 科信高分子材料有限公司TPR（苯乙烯类）BPK系列，BPK7000B。
2、环氧树脂的基本性能
2.1玻璃化转变温度Tg 环氧树脂是非晶聚合物，温度经过这个转换点后，硬度、弹 性模量、膨胀系数、介电常数、绝缘强度等，要发生较大的变化。
图 2.1 环氧树脂性能随玻璃化转变温度Tg 变化的特性曲线
2.2混合比 保证完全融合固化，树脂与固化剂的重量比。是选择设备的重要数据。 2.3密度 在确定计量泵树脂和固化剂的重量时，要用备料温度下的密度进行换算。 2.4适用期 树脂与固化剂混合后，在浇灌温度下，粘度上升一倍所需的时间。在 60℃浇灌温度下，树脂的适用期应≧1.5小时。
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2.5沉降率 为提高强度、导热、降低线膨胀系数，在树脂中要加二氧化硅、氧 化铝等填料。树脂固化时，填料会下沉。用标准试样检测上、下层密度之比。 表2.1 多种环氧树脂的沉降率
2.6膨胀系数 用于点火线圈的环氧树脂膨胀系数应在10-5 K-1数量级。
2.7固化特性 加热化学交联反应到微观网状结构初步形成的凝胶预固化阶段，此阶 段为流态。从凝胶到完全固化阶段为固化的第2阶段。固化过程，树脂放热，要根据 树脂的放热峯特性，调整固化温度。
图2.2 几种环氧树脂的放热峯特性 2.8 环氧树脂的应用
1）对用于点火线圈环氧树脂一般要求
A、混合料适用期长，适合大批量自动生产线作业；
B、在浇灌温度下粘度小，浸渗性强，可渗入线圈内的空间及极细的漆包线间； C、灌封和固化过程中，填充剂等粉体组分沉降小，不分层，分布均匀； D、固化过程放热峰低，固化收缩小。
E、固化后，电气性能和力学性能优异，耐热性好，对多种材料有良好的粘接性，吸水
点火线圈结构和功能材料
