Uso de lubricantes para conectores para mejorar la confiabilidad y la longevidad

¿Sabías que un solo coche tiene más de 700 conectores? Se espera que este número aumente con la proliferación de vehículos eléctricos y autónomos. Pero con cada conector adicional agregado a un vehículo, surge un nuevo punto potencial de falla. 

Cuando se trata de vehículos autónomos y eléctricos, estas fallas pueden resultar en algo más que una radio silenciosa. Si un conector se abriera en un vehículo autónomo, las características críticas de seguridad, como el frenado o la dirección, podrían fallar. Algo aparentemente tan pequeño como la confiabilidad del conector podría significar la diferencia entre una operación segura y retiros peligrosos y costosos.

Además de problemas más serios, los conectores defectuosos generalmente significan una operación intermitente para el consumidor, lo que afecta la calidad percibida de la aplicación y la reputación del fabricante. Para los OEM, y cada vez más para sus proveedores de componentes, los problemas con los conectores significan más llamadas al servicio al cliente, mantenimiento de campo y reemplazo de productos o piezas.

Sin embargo, la buena noticia es que los fabricantes pueden reducir o eliminar la mayoría de los molestos problemas de los conectores simplemente aplicando el lubricante adecuado a los contactos. Las pruebas exhaustivas y una larga trayectoria en las industrias automotriz, aeroespacial, de electrodomésticos, informática y de telecomunicaciones confirman que los lubricantes protegen los contactos eléctricos del desgaste y la corrosión, una causa común de intermitencia; reducir las fuerzas de inserción, incluso para conectores con cientos de pines; y prolongar la vida útil de cualquier conector estacionario separable, estañado u dorado.

Una experiencia máxima

Si los lubricantes son aislantes a granel, ¿cómo pueden mejorar el rendimiento de un conector, donde la resistencia de contacto debe ser mínima? La respuesta se encuentra en la superficie similar a un paisaje lunar de un contacto. A nivel microscópico, la superficie de contacto es una serie de picos y valles. La corriente solo fluye donde se tocan los picos o asperezas. El área de contacto real, por lo tanto, es bastante pequeña, en algunos casos, menos del 1% del contacto total.

Cuando la fuerza normal en el contacto se distribuye a través de las puntas de las asperezas, la presión aumenta a cientos de libras por pulgada cuadrada, expulsando fácilmente al lubricante de la zona de contacto. De hecho, las pruebas no muestran prácticamente ninguna diferencia en la resistencia de contacto entre los conectores lubricados y no lubricados; sin embargo, existe una diferencia inequívoca en el rendimiento y la vida útil del conector. 

Un lubricante para conectores ayuda a minimizar la corrosión ambiental y galvánica. Incluso los conectores correctamente acoplados pueden estar expuestos al oxígeno, la humedad y los gases agresivos que pueden atacar el revestimiento no noble. Un lubricante trata las superficies y mantiene los contaminantes de la interfaz de contacto. Los contactos estañados son propensos a la corrosión por fricción, un fenómeno que ocurre cuando los ciclos térmicos o las vibraciones mecánicas hacen que las superficies de contacto rocen entre sí.

Este micro movimiento erosiona continuamente las finas capas de óxido de estaño y expone el estaño fresco. Con el tiempo, el óxido de estaño se acumula e interfiere con el flujo de corriente. La intermitencia relacionada con el roce es un "fantasma" común, que a veces se soluciona temporalmente separando y volviendo a acoplar el conector. El lubricante adecuado ayuda a sellar la superficie de contacto y retarda este proceso de oxidación y evita que ocurra la corrosión por fricción.

Los contactos chapados en oro tienen su propio problema de "corrosión". Debido a la blandura del metal, son particularmente susceptibles a la excoriación durante el acoplamiento y el desacoplamiento. Cuando se utilizan destellos de oro más delgados para reducir costos, el problema se agrava. Si el revestimiento de metal noble está desgastado o es poroso, el oxígeno puede atacar el sustrato. Con el tiempo, los óxidos finalmente exudan a través de los poros y deterioran la conductividad. Un lubricante para conectores reducirá el desgaste de acoplamiento y ayudará a sellar pequeñas fracturas en el revestimiento para evitar la oxidación del sustrato.

Para conectores multipolares, las fuerzas de acoplamiento aumentan significativamente. Con dimensiones más pequeñas, huellas más estrechas y cientos de pines, la desalineación, una ocurrencia común con los conectores de pines múltiples, puede desgastar o dañar los contactos. Un lubricante reduce en gran medida el coeficiente de fricción entre las superficies de contacto, lo que facilita la inserción y protege las superficies de contacto.

En el mercado

Las grasas para conectores son ampliamente utilizadas en el mercado automotriz. Innumerables aplicaciones de la vida real demuestran cómo se utiliza un lubricante para mejorar el rendimiento del conector. Un prominente OEM tuvo que aprender acerca de los costosos retiros del mercado por las malas. Este fabricante se vio obligado a realizar un retiro masivo después de que uno de sus vehículos comenzara a experimentar un cortocircuito dentro de sus placas de circuito impreso. Cuando los conectores dentro de las placas de circuitos están expuestos al agua, se producirá un cortocircuito inmediatamente. Este fabricante necesitaba una solución que pudiera aplicarse a los componentes en el campo y en la línea de montaje.

En ese momento, los concesionarios no podían acceder a la placa de circuito en los vehículos retirados del mercado debido a una carcasa protectora construida alrededor del componente. El fabricante necesitaba encontrar el lubricante y la opción de dosificación adecuados para llegar al área de difícil acceso y resolver el problema del cortocircuito. El OEM terminó seleccionando una grasa dieléctrica Nye empaquetada en una jeringa con una punta de metal que permitía a los concesionarios insertar fácilmente el lubricante en la placa de circuito. En este caso, el lubricante actuó como una barrera ambiental para evitar la entrada de humedad, oxidación y polvo que pueden causar cortocircuitos y corrosión en los componentes. 

La industria camionera, un subconjunto del mercado automotriz, también depende de las grasas para conectores para proteger sus componentes. Los camiones se manejan con fuerza y ​​viajan por todo el país, por lo que deben diseñarse para ser confiables y duraderos en una variedad de climas diferentes.

Un líder mundial en la fabricación de camiones comerciales experimentaba problemas de lavado con agua en los terminales de la batería y las bujías de arranque. Para resolver este problema, decidieron aplicar una grasa dieléctrica Nye en las áreas problemáticas. Esta grasa proporcionó un sello ambiental que evita la entrada de agua, sal y suciedad para evitar la corrosión. Muchos otros fabricantes de equipos originales (OEM) de camiones han tenido éxito al usar grasa para conectores para proteger sus chasis y componentes de la estructura de la corrosión por contacto.

Muchos otros mercados también han utilizado grasa dieléctrica con éxito. Las herramientas eléctricas a menudo funcionan bajo altas cargas, altas temperaturas y están expuestas al medio ambiente, lo que hace que los conectores dentro de ellas sean especialmente susceptibles a la corrosión. En las herramientas alimentadas por batería, hay conectores eléctricos donde la batería interactúa con la herramienta.

Un destacado fabricante de herramientas eléctricas descubrió que después de un período de tiempo, los terminales eléctricos de sus herramientas a batería experimentaban intermitencias eléctricas como resultado de la fricción y la corrosión. Después de aplicar una grasa para conectores a los terminales, el fabricante de la herramienta eléctrica informó muchas menos intermitencias eléctricas, lo que ahorró a la empresa dinero en costos de garantía. 

Especificación de un lubricante para conectores eléctricos

La primera pregunta que hay que hacerse es, ¿grasa o aceite? Con fuerzas de contacto muy ligeras y un entorno benigno, se puede utilizar un aceite. Sin embargo, a menudo se prefiere la grasa, que es un aceite base inmovilizado por un espesante. A diferencia de los aceites, la grasa es menos susceptible a la migración, por lo que permanece donde se la necesita.

Varias químicas de aceites base se han utilizado con éxito para los lubricantes de conectores. Al seleccionar un aceite base, asegúrate de que pueda soportar el rango de temperatura en el que debe operar el conector. A temperaturas elevadas, los aceites están sujetos a evaporación o degradación térmica. A bajas temperaturas, pueden volverse intratables. También ten en cuenta que incluso al seleccionar una grasa, es el rango de temperatura del aceite, no el espesante, lo que define los límites de temperatura de la grasa.

Es importante tener cuidado con la compatibilidad de los materiales. Si bien la mayoría de los lubricantes no afectan a los termoplásticos, los ésteres (diésteres y poliésteres) se destacan por su incompatibilidad con las resinas de policarbonato, PVC, poliestireno y ABS. Las densidades de los materiales (alta o baja) y los aditivos, como los retardantes de llama, también pueden afectar la compatibilidad. Los sellos elastoméricos también son vulnerables. Solo los fluoroéteres son lo suficientemente inertes para ser seguros con la mayoría de los sellos. Si bien hay tablas de compatibilidad disponibles de muchos fabricantes, las pruebas son la única forma de garantizar una coincidencia exitosa entre un lubricante y un material de diseño. 

Cuando la resistencia al agua es una preocupación, se requiere una grasa. Los aceites generalmente no son solubles en agua, pero la humedad los desplaza fácilmente. La resistencia al agua de una grasa está determinada por el espesante. Por ejemplo, una grasa de jabón de litio tiene buena resistencia al agua dulce, pero poca resistencia al agua salada. La sílice puede ser hidrófoba o hidrófila. La arcilla y el PTFE generalmente funcionan bien en ambientes húmedos.

Entrando a la producción

Aplicar la cantidad correcta en el lugar correcto es la clave para dispensar lubricantes para conectores durante el ciclo de producción. Los conectores pequeños que solo necesitan una capa delgada de lubricante requieren una "dispersión de solvente", una grasa o un aceite (20% o menos en peso) mezclado con un solvente.

Cuando se aplica, el solvente se evapora y deja una capa lubricante delgada y uniforme. Las dispersiones y los aceites se pueden aplicar por inmersión, brocha o rociado. Dependiendo de los solventes usados, puede haber problemas ambientales y de manipulación, como la inflamabilidad o la captura de vapor. Las dispersiones también requieren agitación y contención de solventes para asegurar un recubrimiento homogéneo cuando se aplica. Algunos fabricantes de equipos dosificadores han tenido éxito en la "inyección" de grasas con aire a alta presión para obtener películas delgadas.

Para aplicar grasa, se pueden usar jeringas manuales o cepillos para tiradas pequeñas. En las líneas de producción, donde se ensamblan miles de contactos o conectores por hora, generalmente se requieren equipos de dosificación especiales. Puede dispensar con precisión cantidades mínimas, en múltiples ubicaciones simultáneamente. La mayoría de los usuarios aplican el lubricante a los pines más accesibles, pero llenar los casquillos los convierte en depósitos de lubricante. Esto es especialmente valioso en conectores donde las altas temperaturas pueden reducir el suministro de lubricante con el tiempo.

Para facilitar la inspección, se pueden agregar tintes de colores al lubricante. Por lo general, menos del 1% en peso, se disuelven en el aceite y no presentan problemas de contacto. Los tintes ultravioletas se utilizan junto con sensores ópticos para una inspección rápida y automatizada. Cuándo aplicar el lubricante es quizás la consideración final.

Algunos fabricantes de contactos o chapadores de acabado pueden proporcionar contactos prelubricados, pero una manipulación excesiva de los contactos puede eliminar el lubricante. Además, los baños de soldadura podrían degradar el lubricante al exponerlo a altas temperaturas. También puede ser difícil soldar sobre un área lubricada. Siempre que sea factible, el método ideal es aplicar el lubricante justo antes de acoplar el conector.

Diferentes lubricantes para conectores

Hay muchos lubricantes para conectores en el mercado diseñados para reducir la fuerza de inserción y proteger sus contactos del desgaste y la corrosión. Nye Lubricants tiene una línea completa de grasas dieléctricas formuladas específicamente para abordar los requisitos de aplicación para arcos, alta temperatura, protección ambiental, desgaste por contacto y fuerza de inserción.

Nuestra grasa dieléctrica estándar universal NyoGel® 760G se ha utilizado en conectores desde la década de 1980 y es especificada por OEM líderes en muchas industrias. La incorporación más reciente a nuestra línea de grasas para conectores es Rheotemp™ 769G, que se formuló específicamente para mejorar el rendimiento de la corrosión por fricción y reducir la fuerza de inserción.

La adición de un lubricante para conectores es una forma económica de mejorar la calidad de un conector eléctrico. Se debe tener cuidado para asegurar la selección adecuada del lubricante, y siempre se recomienda probar los componentes. Pero si un lubricante reduce los costos de la garantía, el esfuerzo inicial se amortizará muchas veces.