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盡管傳統(tǒng)的玻璃金屬密封（GTMS）連接器可在廣泛的醫(yī)療、汽車、航空航天、軍事和低壓地球物理應(yīng)用中用作有效的密封屏障和電絕緣體，但過(guò)去三十年中發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)熱塑性塑料業(yè)已證明是最極端使用環(huán)境的更好解決方案。
在PAEK（聚芳醚酮）熱塑性塑料類別中，一系列不斷發(fā)展的新型PEEK（聚醚醚酮）和PEK（聚醚酮）化合物可提供飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和HPHT（高溫高壓）石油與天然氣鉆井作業(yè)等最嚴(yán)苛的電連接器應(yīng)用所需的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、低磨損、耐化學(xué)腐蝕、絕緣性能和引腳密度。
玻璃密封
自17世紀(jì)開(kāi)始，玻璃金屬密封即被用于提供氣密屏障，并逐步發(fā)展為兼具密封和電氣絕緣功能。在玻璃金屬密封連接器中，玻璃熔化后包覆金屬引腳和封裝件，在外殼與引腳之間提供導(dǎo)電絕緣。金屬部件上需要形成可見(jiàn)的氧化層，以使玻璃能夠流動(dòng)和粘附。密封的強(qiáng)度受氧化層的限制。在制造過(guò)程中，還需要一個(gè)額外的步驟來(lái)清除連接器其他表面的氧化物，而這可能造成污染。
玻璃是一種良好的電絕緣體，具有低導(dǎo)熱性，能承受較高的工作壓力和溫度。然而，在極端工作條件下，玻璃金屬密封的局限性就變得很明顯。這些局限性是雙重的：
l 玻璃的材料特性——玻璃的剛性和脆性使其容易在高壓、沖擊和振動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)械應(yīng)力下開(kāi)裂，尤其是在極端的熱循環(huán)下。
l 制造工藝的約束——熔化玻璃的難度及其熔融時(shí)的粘度限制了可以使用的金屬類型。
玻璃與金屬匹配
玻璃金屬密封是通過(guò)高溫（通常超過(guò)900°C）熔化過(guò)程，然后快速冷卻形成的。建立牢固的彈性密封要求玻璃和金屬材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）必須匹配。CTE是材料在經(jīng)歷溫度變化時(shí)膨脹和收縮的程度。在加熱和冷卻過(guò)程中，兩種材料的體積變化速度必須保持同步，否則，如果一種材料的膨脹速度比另一種材料快，就會(huì)引起熱應(yīng)力。
由于玻璃所固有的剛性和脆性，對(duì)CTE不匹配的管理對(duì)于避免接合處的張力和應(yīng)力至關(guān)重要，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致空隙、玻璃與金屬分離，或破壞玻璃的結(jié)構(gòu)完整性。玻璃金屬密封不僅要經(jīng)受住制造過(guò)程中的熔化過(guò)程，還必須經(jīng)受實(shí)際使用條件下的數(shù)千次熱循環(huán)。
金屬與玻璃的CTE匹配要求限制了金屬材料的選擇范圍�？煞ズ辖穑↘ovar）廣泛用于玻璃金屬密封的封裝，因?yàn)槠渚�性熱膨脹系數(shù)值5.5 ×10-6/K（20至200 °C）和4.9 × 10-6/K（400°C）與硼硅酸鹽玻璃的CTE非常匹配。選用鎳合金和不銹鋼制成的直通引腳同樣也是基于所需的熱物理性質(zhì)。然而，這些材料在導(dǎo)電性方面存在很大不足，而導(dǎo)電性正是電連接器的主要用途。
PEEK和PEK克服了玻璃的缺點(diǎn)
PEEK和PEK電連接器的推出克服了玻璃金屬連接器固有的弱點(diǎn)。熱塑性材料的CTE不需要與金屬匹配，從而可以優(yōu)化金屬直通引腳的電氣特性。由于不用考慮熱膨脹系數(shù)的匹配，因此可以根據(jù)應(yīng)用需求而不是制造方法來(lái)選擇導(dǎo)體材料。
例如，可以利用鈹銅（BeCu），它比鉻鎳鐵合金和不銹鋼具有更低的電阻。更高的導(dǎo)電性可以讓更多的電流通過(guò)，同時(shí)產(chǎn)生更少的熱量。這意味著更可靠的電力和信號(hào)傳輸。
由于具有更高的導(dǎo)電性，因此可以采用更小的引腳直徑，從而大大增加引腳密度，提高引腳布局設(shè)計(jì)的靈活性，進(jìn)而減小連接器的整體尺寸。塑料的注塑成型工藝也比玻璃熔融工藝更適合于制造非常小的零件。與GTMS連接器相比，更輕的熱塑性材料，以及更小的引腳和連接器整體尺寸，都可以顯著減輕重量。在航空航天、海底和能源行業(yè)應(yīng)用中，組件的重量和外形尺寸對(duì)整個(gè)子系統(tǒng)的性能至關(guān)重要。
PEEK與玻璃的一個(gè)重要區(qū)別是內(nèi)部密封（即包覆每個(gè)金屬引腳的絕緣材料）的幾何結(jié)構(gòu)。PEEK連接器通過(guò)注塑成型工藝制造，其中的PEEK通過(guò)二次成型包覆到引腳上。通過(guò)這種方法，密封沿金屬引腳的長(zhǎng)度方向延伸，因此其結(jié)合比剛性玻璃密封更加耐久。玻璃密封的內(nèi)應(yīng)力或金屬接觸面的不均勻熱膨脹會(huì)引起密封面出現(xiàn)裂紋，從而導(dǎo)致零件過(guò)早失效。PEEK較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度允許在壓力負(fù)載或振動(dòng)下輕微變形。通過(guò)對(duì)金屬觸點(diǎn)進(jìn)行二次成型，連接器容許存在輕微的配合偏差，并且不易受到安裝期間的不當(dāng)操作和機(jī)械沖擊造成的損壞的影響。彎曲的引腳可以進(jìn)行調(diào)整，無(wú)需丟棄零件。
最嚴(yán)苛的應(yīng)用
在可靠性和性能穩(wěn)定性至關(guān)重要的應(yīng)用中，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和深井鉆井作業(yè)，PEEK和PEK電連接器具有以下幾個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)：
• 可靠的電力和信號(hào)傳輸——與最理想的金屬引腳材料（如鈹銅）相容
• HPHT應(yīng)用——溫度高達(dá)232°C（450°F），壓力高達(dá)35,000 psi；采用特種先進(jìn)交聯(lián)PEEK熱塑性塑料時(shí)溫度高達(dá)260°C（500°F），壓力高達(dá)45,000 psi。適應(yīng)快速、極端的壓力和溫度循環(huán)
• 化學(xué)適應(yīng)性——硫化氫、甲醇、鉆井液、鉆井產(chǎn)品等
• 機(jī)械強(qiáng)度——適應(yīng)沖擊和振動(dòng)，而不喪失連續(xù)性
• 耐久性——不易受到操作不當(dāng)造成的損壞的影響
熱塑性塑料的性能優(yōu)于玻璃
PEEK和PEK克服了玻璃的局限性，可在最嚴(yán)苛的工作條件下提供優(yōu)越的性能。熱塑性塑料的材料特性克服了玻璃的剛性和脆性，對(duì)壓力、沖擊和振動(dòng)等機(jī)械應(yīng)力具有更高的適應(yīng)力。熱塑性塑料的制造工藝使得低電阻金屬的使用成為可能，從而大大提高電力和信號(hào)傳輸性能。
工程師和研究人員不斷開(kāi)發(fā)創(chuàng)新性彈性體和熱塑性材料，以提高可靠性和性能。除了非填充PEEK之外，電連接器還可使用非填充PEK（以改善熱物理特性）以及填充等級(jí)的PEEK和PEK（以提高機(jī)械強(qiáng)度）。
針對(duì)極端條件，交聯(lián)PEEK（如Arlon 3000XT）可在溫度高達(dá)500°F、壓力45,000 psi的環(huán)境下工作，其強(qiáng)度業(yè)已證明比其他用于石油和天然氣勘探的材料高30%。
來(lái)源：《國(guó)際線纜與連接》
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