GTMS(Glass-to-Metal Seal) 커넥터의 전통적인 방법은 광범위한 의료, 자동차, 항공 우주, 군사 및 저압 지구 물리학 응용 분야를 위한 효과적인 밀폐 장벽 및 전기 절연체 역할을 하지만 지난 30년 동안 개발된 고급 열가소성 수지는 가장 극한의 작동 환경을 위한 우수한 솔루션으로 입증되었습니다.

PAEK(폴리아릴에테르케톤) 열가소성 수지 카테고리 내에서 진화하는 새로운 PEEK(폴리에테르에테르케톤) 및 PEK(폴리에테르케톤 ) 화합물은 항공기 엔진 및 HPHT(고압, 고온) 석유 및 가스 시추 작업을 포함한 가장 까다로운 전기 커넥터 응용 분야에 필요한 열 안정성, 기계적 강도, 낮은 마모, 내화학성, 절연 저항 및 핀 밀도를 제공합니다.

유리 밀봉

17세기부터 유리 대 금속 밀봉은 밀폐 장벽을 제공했으며 밀폐 밀봉과 전기 절연의 조합을 제공하도록 개발되었습니다. 유리 대 금속 밀봉 커넥터 내에서 유리는 용융되어 금속 핀과 패키지를 모두 캡슐화하여 하우징과 핀 사이에 전도성 절연을 제공합니다. 가시 광선 산화물 층이 금속 구성 요소에 형성되어 유리 흐름과 접착을 허용합니다. 씰의 강도는 산화물 층에 의해 제한됩니다. 제조 공정 중에 커넥터의 다른 표면에서 산화물을 제거하기 위한 추가 단계가 필요하며, 이는 오염 위험이 있습니다.

유리는 우수한 전기 절연체이며 높은 작동 압력과 온도를 견딜 수있는 용량과 함께 열전도율이 낮습니다. 그러나 유리 대 금속 밀봉의 한계는 극한의 작동 매개변수에서 테스트할 때 분명해집니다. 이러한 제한 사항은 두 가지입니다.

• 유리의 재료 특성 — 유리는 단단하고 부서지기 쉽기 때문에 특히 극한의 열 순환과 함께 고압, 충격 및 진동의 기계적 응력 하에서 균열이 발생하기 쉽습니다.


• 제조 공정 의 제약 — 용융 유리의 어려움과 용융시 점도는 사용할 수있는 금속 유형에 제약을 부과합니다.

유리와 금속 일치

유리 대 금속 밀봉은 종종 900 ° C를 초과하는 고온에서 용융 공정을 거쳐 급속 냉각됩니다. 강력하고 탄력적인 씰을 만들려면 유리와 금속 재료 사이의 열팽창 계수(CTE)가 일치해야 합니다. CTE는 온도 변화에 노출될 때 재료가 팽창 및 수축하는 정도입니다. 가열 및 냉각 과정에서 두 재료의 부피 변화 속도는 동기화된 상태를 유지해야 하며, 그렇지 않으면 한 재료가 다른 재료보다 빠른 속도로 팽창하기 때문에 열적으로 생성된 응력이 유도됩니다.

유리의 고유한 강성과 취성으로 인해 CTE 불일치를 관리하는 것은 공극, 유리와 금속 사이의 분리 또는 유리의 구조적 무결성 붕괴를 초래할 수 있는 조인트의 장력과 응력을 방지하는 데 중요합니다. 유리 대 금속 밀봉은 제조 중 용융 공정을 견뎌야 할 뿐만 아니라 실제 작동 조건에서 수천 번의 열 사이클을 견뎌야 합니다.

금속과 유리의 CTE를 일치시키는 이러한 요구 사항은 금속 재료의 선택을 제한합니다. Kovar는 20에서 200 ° C에서 5.5 × 10-6 / K의 선형 열팽창 계수 값과 400 ° C에서 4.×9-10-6 / K의 선형 열팽창 계수 값이 붕규산 유리의 CTE와 거의 일치하기 때문에 유리 대 금속 밀봉의 포장에 광범위하게 사용되었습니다. 니켈 합금과 스테인리스강으로 구성된 피드스루 핀은 필요한 열물리적 특성을 위해 유사하게 선택됩니다. 그러나 이러한 재료는 전기 커넥터의 주요 목적인 전기 전도도에서 상당한 타협을 수반합니다.

PEEK 및 PEK는 유리의 단점을 해결합니다.

PEEK 및 PEK 전기 커넥터의 도입은 유리 대 금속 커넥터의 고유한 약점을 극복합니다. 열가소성 수지 재료의 CTE는 금속과 일치시킬 필요가 없으므로 금속 피드스루 핀의 전기적 특성을 최적화할 수 있습니다. 일치하는 열팽창 계수의 제약 없이, 도체 재료는 제조 방법이 아닌 응용 분야에 맞게 선택할 수 있습니다.

예를 들어, 인코넬 및 스테인리스 스틸에 비해 낮은 전기 저항을 제공하는 베릴륨 구리 (BeCu)를 사용할 수 있습니다. 더 효율적인 전도성은 더 적은 열을 발생시키면서 더 많은 전류를 통과시킬 수 있도록 합니다. 이는 보다 안정적인 전력 및 신호 전송을 의미합니다.

전기 전도성이 높을수록 핀 직경이 작아져 핀 패턴 설계에서 핀 밀도가 크게 높아지고 유연성이 향상되어 전체 커넥터 크기가 작아집니다. 플라스틱을 사용한 사출 성형 공정은 유리 용융 공정보다 매우 작은 부품을 제조하는 데 더 적합합니다. 더 가벼운 열가소성 소재와 더 작은 크기의 핀 및 전체 커넥터가 결합되어 GTMS 커넥터에 비해 무게가 크게 감소합니다. 항공 우주, 해저 및 에너지 산업의 응용 분야에서 구성 요소 무게와 치수 크기는 전체 하위 시스템 성능에 매우 중요합니다.

PEEK와 유리의 중요한 차이점은 절연 재료가 각 금속 핀을 캡슐화하는 내부 씰의 형상입니다. PEEK 커넥터는 PEEK가 핀에 오버몰딩되는 사출 성형 공정을 통해 제조됩니다. 이 방법을 통해 씰은 금속 핀의 길이를 따라 연장됩니다. 따라서 본드는 단단한 유리 씰보다 내구성이 뛰어납니다. 유리 씰의 내부 응력 또는 금속 접점의 고르지 않은 열팽창은 씰링 표면에 균열을 일으켜 조기 부품 고장으로 이어질 수 있습니다. PEEK의 낮은 유리 전이 온도는 압력 부하 또는 진동 하에서 약간의 변형을 허용합니다. 금속 접점을 오버몰딩함으로써 커넥터는 약간의 결합 오정렬을 견딜 수 있으며 설치 중 잘못된 취급 및 기계적 충격으로 인한 손상에 덜 민감합니다. 구부러진 핀은 부품을 폐기할 필요 없이 재정렬할 수 있습니다.

가장 까다로운 응용 분야

항공기 엔진 및 깊은 다운홀 드릴링 작업과 같이 신뢰성과 일관된 성능이 중요한 응용 분야에서 PEEK 및 PEK 전기 커넥터는 다음과 같은 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다.

• 안정적인 전력 및 신호 전송 - 베릴륨 구리와 같은 최적의 금속 핀 재료와의 호환성


• HPHT 응용 분야 - 최대 232°C(450°F) 및 최대 35,000psi, 특수 고급 가교 PEEK 열가소성 수지, 최대 260°C(500°F) 및 45,000psi. 빠르고 극한의 압력 및 온도 사이클링에 대한 복원력


• 화학적 복원력 - 황화수소, 메탄올, 시추액, 우물 제품 등


• 기계적 강도 - 연속성 손실 없이 충격과 진동에 대한 복원력


• 내구성- 잘못된 취급으로 인한 손상에 덜 민감합니다.

열가소성 수지가 유리를 능가합니다.

PEEK 및 PEK는 유리의 한계를 극복하여 가장 까다로운 작동 조건에서 우수한 성능을 제공합니다. 열가소성 수지의 재료 특성은 유리의 강성과 취성을 극복하여 압력, 충격 및 진동의 기계적 응력에 훨씬 더 큰 탄력성을 제공합니다. 열가소성 커넥터의 제조 공정은 전기 저항이 낮은 금속을 사용하여 전력 및 신호 전송 성능을 크게 향상시킵니다.

엔지니어와 연구원은 신뢰성과 성능을 향상시키기 위해 혁신적인 엘라스토머 및 열가소성 재료를 지속적으로 개발하고 있습니다. 충전되지 않은 PEEK 외에도 전기 커넥터 는 향상된 열물리적 특성을 위해 충전되지 않은 PEK와 향상된 기계적 강도를 위한 충전 등급의 PEEK 및 PEK로 제공됩니다. 극한 조건의 경우 Arlon 3000XT®와 같은 가교 PEEK는 최대 500°F의 온도, 45,000psi의 압력에서 작동할 수 있으며 석유 및 가스 탐사에 사용되는 다른 재료보다 30% 더 강한 것으로 입증되었습니다.

이 기사는 새로운 "커넥터 공급업체" eBook, 2022 열악한 환경을 위한 견고한 상호 연결에서 발췌한 것입니다.