книги из ГПНТБ / Галушко, А. И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах радиоэлектронной аппаратуры

Дов в готовых изделиях. Для этого необходимо перед заливкой и пропиткой изделия заложить в пего ферри­ товый датчик и выполнить измерения в описанной выше последовательности.

1.5.5. Консольный метод

Для измерения напряжений консольным методом применяются стальные пластинки размером 80x15 мм толщиной (0,25—0,3) мм. На поверхность консольно за­ крепленной пластинки наносится исследуемое покрытие. По мере отверждения происходит уменьшение его объе­ ма. Покрытие стремится изменить свои размеры и это приводит к совместной деформации (изгибу) подложки и покрытия. Возникающие в покрытии касательные на­ пряжения рассчитываются по величине отклонения сво­ бодного конца пластинки.

Подробно метод изложен в ГОСТ 13036—67.

Метод предназначен для измерения напряжений в слоях толщиной (0,07—0,1 )мм и, следовательно, не пригоден для измерения внутренних напряжений толстых слоев компаундов. Этим методом выполнено большое количество работ по исследованию внутренних напряже­ ний в полимерных покрытиях и исследованы некоторые закономерности, которые, вероятно, присущи любым полимерным материалам при любой толщине слоя ком­ паунда (см., например, [48]).

1.5.6. Метод проволочной тензометрии

Метод применяется как для определения внутренних напряжений в различных точках компаунда, так и для измерения контактного давления компаунда на деталь.

Для измерений распределения внутренних напряже­ ний изготавливают специальные датчики [12], помещая малобазные проволочные тензодатчики в специальные литьевые формы и заливая их эпоксидным компаундом. Полученная таким образом жесткая объемная основа датчика позволяет перед измерениями осуществить ин­ дивидуальную тарировку, т. е. узнать зависимость из­ менения омического сопротивления датчиков от величи­ ны нагрузки.

Аналогичная методика применена для определения величины максимальных внутренних напряжений во вну­ тренних точках литой эпоксидной изоляции (компаунд ЭЗК-Ю) некоторых изделий высоковольтной техники

30

[13, 14]. Результаты измерений, приведенные в табл. 1.2, дают общее представление о величине внутренних на­ пряжений.

Так как технически невозможно заложить в конструк­ цию бесконечно большое количество датчиков, то может оказаться, что максимальные внутренние напряжения не обнаружены. Тем не менее данные табл. 1.2 свиде­ тельствуют о том, что внутренние напряжения достига-

ют значительной величины и с ними необходимо счи­ таться. В частности, в работах [13, 14] отмечается, что в литой изоляции катушки высоковольтного трансфор­ матора появились трещины через (16—20) • ІО5 с после изготовления.

Для измерения контактного давления применяют мо­ дели в виде тонкостенного металлического цилиндра, на внутренней поверхности которого наклеены проволоч­ ные тензодатчики для измерения осевых и окружных деформаций. Цилиндр с наклеенными датчиками поме­ щается в разъемную литьевую форму. Затем произво­ дится заливка модели исследуемым компаундом так, что­ бы он образовал вокруг цилиндра равномерный слой за­ данной толщины и не попал внутрь цилиндра. При отверждении компаунда, а затем в процессе охлаждения модели возникают внутренние напряжения, которые де­ формируют цилиндр. По величине изменения сопротив-

31

ления тензодатчиков определяют деформации цилиндра и, следовательно, вызвавшие их усилия.

Для уменьшения влияния краевого эффекта рекомен­ дуется применять цилиндры с отношением высоты к диа­

1.6.Материаловедческая оценка внутренних

напряжений

Как правило, содержащиеся в литературе данные относятся к измерению контактного давления как материаловедческой оценки способности компаунда создавать внутренние напряжения. Зачастую исследования вну­ тренних напряжений выполняют на моделях армирован­ ного компаунда, представляющих собой сочетания ком­ паунда с элементами, имитирующими реальные изделия, провода, стеклонити и т. п.

Поляризационно-оптическим методом измерений уста­ новлено [7], что в компаунде, армированном металличе­ скими стержнями, возникают радиальные напряжения сжатия и тангенциальные напряжения растяжения,

32

имеющие максимальное значение на границе раздела стержень — компаунд и убывающие с удалением от гра­ ницы раздела. После дополнительной термообработки происходит некоторое уменьшение напряжений, очевидно

мнению, введение наполнителя в эпоксидный компаунд

Это объясняется тем, что с увеличением содержания наполнителя модуль упругости увеличивается быстрее, чем уменьшается ТКЛР. Из табл. 1.3 также следует, что снижение температуры отверждения приводит к умень­ шению величины контактного давления, что согласуется с данными, приведенными в [15] (рис. 1.15).

Рис. 1.15. Рис. 1.16.

Рис. 1.15. Влияние 'процентного содержания наполнителя на внутрен­

О влиянии наполнителей на величину внутренних на­ пряжений в жестких компаундах существуют противо­ речивые данные. Если по данным [16] введение пылевид­ ного кварца приводит к увеличению давления на герме­ тизированную деталь (табл. 1.3), то по данным [10, 15] введение его приводит к уменьшению давления.

По данным [10], при одной и той же температуре отверждения добавление наполнителя в жесткие поли­ эфирные и эпоксидные компаунды приводит к снижению точки нулевого давления и уменьшению усадочных дав­ лений.

Тип наполнителя также влияет на величину внутрен­ них напряжений [15]. При одинаковом весовом содержа­ нии наполнителя напряжения в компаунде с мелом мень­ ше, чем в компаунде с молотой слюдой (рис. 1.16).

Некоторые авторы [15] отмечают, что эластичные компаунды (кремнийоргаинческий каучук и т. п.) созда-

34

Ment РЭЛ. Компаунд покрывает цплніідр сплошной оболочкой paftiiöмерноіі толщины и, следовательно, также представляет собой ци­ линдр. В данном случае осесимметричная форма модели, не нарушая процессов и превращений в полимерах, упрощает расчет. Кроме того, большое количество элементов имеет цилиндрическую форму.

Рис. 2.1. Тонкостенный цилиндр физической модели.

Рис. 2.2. Физическая модель для измерения контактного давления:

/ — компаунд; 2 — термопара; 3 — тонкостенный цилиндр; 4 — проволочный тен­ зодатчик; 5 — литьевая форма.

2.2.Расчет геометрических размеров модели

Впринятой нами цилиндрической модели относительная дефор­ мация металлического цилиндра, вызванная контактным давлением, определяется по формуле расчета деформации тонкостенного цилин­

Из выражения (2.1) следует, что для обеспечения максимальной чувствительности цилиндра к контактному давлению для его 'изго­ товления целесообразно выбрать металл с невысоким значением мо­ дуля упругости. Чувствительность цилиндра увеличивается с умень­ шением толщины его стенки и увеличением диаметра.

Диаметр цилиндра выбран экспериментально, исходя из необ­ ходимости наклейки на его внутренней поверхности не менее двух проволочных тензодатчиков. Дальнейшее увеличение диаметра неце­ лесообразно, так как связано с увеличением количества исследуемого компаунда.

Увеличение размеров модели имеет и другой недостаток — боль­ шие модели труднее термостатировать, осуществлять равномерный нагрев (или охлаждение) в процессе испытаний.

В связи с тем, что для моделей применены проволочные тензо­ датчики типа ПКП-15-200 с геометрическими размерами 23X8 мм,

36

пысота цилиндра принята рашіоі'і 10 мм. Чтобы разместить на вну­ тренней поверхности цилиндра два тензодатчика и клеммные коло­ дочки для прнпаіікп выводов тензодатчиков, диаметр цилиндра дол­ жен быть около 30 мм. Фактический внутренний диаметр примят равным

.32,6+0'02 мм в связи с тем, что имеется стандартный калибр-пробка указанного размера. Номинальная толщина стенки цилиндра Д = =0,4 мм. Она определена экспериментально из условия неповреждае­ мости цилиндра при наклейке тензодатчиков и в ходе испытаний. Для изготовления цилиндра выбран алюминиевый сплав марки Д16 (ГОСТ 4784—65). Этот сплав с низким значением модуля упругости легко обрабатывается, нс подвержен коррозии в лабораторных усло­ виях.

Формальный анализ выражения (1.13) показывает, что увеличе­ ние толщины слоя компаунда сопровождается повышением контакт­ ного давления и, следовательно, повышается чувствительность моде­ ли. Однако увеличение диаметра заливки не выгодно в связи с тем, что для модели с большим диаметром требуется много компаунда и, кроме того, возникают упомянутые выше затруднения с термостати­ рованном модели. Исходя из условий достижения достаточно высокой чувствительности и технологичности моделей, толщина слоя компаун­ да принята равной 7 мм, что позволяет легко залить его в модель, даже если компаунд очень вязкий.

При изготовлении моделей на внутренней поверхности каждого цилиндра диаметрально противоположно наклеиваются по два тен­ зодатчика, что дает возможность контролировать однородность уса­ дочных деформаций в компаунде и стабильность работы самих датчиков и усилителей.

Для измерения приняты проволочные тензодатчики тнпаГ ПКЛ -15-200 на пленочной основе с номинальным сопротивлением ре­ шетки 200 Ом и базой 15 мм. Тип датчика не имеет принципиального значения. Пригодны любые датчики, имеющие достаточно высокую тензочувствителыюсть и способные работать в заданном диапазоне температур. Пригодны и полупроводниковые тензодатчики, однако их применение ограничено относительно высокой стоимостью.

В некоторых случаях считают целесообразным выбирать конфи­ гурацию и размеры модели, а также схему наклейки тензодатчиков так, чтобы в максимальной степени имитировать условия работы в залитом блоке. Такой подход к выбору модели не может быть перспективным, ибо для учета условий работы огромного разнообра­ зия элементов РЭА необходимо разработать множество типоразмеров моделей. Это повлечет за собой значительное усложнение техники эксперимента и приведет к получению трудно сопоставимых данных о компаундах.

Предложенная модель в значительной степени условна, но срав­ нительно проста и достаточно чувствительна. Применение ее позво­ ляет получать сопоставимые данные и выбрать общие для конструк­ торов, материаловедов и технологов критерии оценки компаундов и таким образом повышает эффективность их совместной работы.

2,3. Выбор измерительной схемы

Исследователи свойств компаундов, а также конструкторы и тех­ нологи не всегда достаточно хорошо знакомы с техникой проволоч­ ной тензометрии. Поэтому целесообразно подробнее рассмотреть це-

37

которые особенности работы с тензодатчиками и, п частности, оста­ новиться па вопросах учета возможных погрешностей измерения.

Для измерений с помощью проволочных тензодатчиков рекомен­ дуется применить схему моста переменного тока с электронным уси­

2.4. Методика измерения контактного давления

•В этом параграфе изложена методика измерения контактного давления, отработанная и усовершенствованная автором примени­ тельно к целям и задачам матерналоведческой оценки компаундов. Методика изложена достаточно подробно, что позволяет полностью воспроизвести ее и гарантирует получение сопоставимых данных при исследовании компаундов разными авторами.

Для измерений контактного давления собирается установка, со­ стоящая из двух четырехканальных тензометрических усилителей, на­ пример типа 4ДЗ, млн ИСД-3, лабораторного термостата и криостата типа ТТ-1. Криостат охлаждается жидким азотом. Температура в термостате и криостате измеряется и регулируется с помощью элек­

Усилитель 4ДЗ имеет четыре измерительных канала. Таким обра­ зом, установка с двумя усилителями позволяет одновременно произ­ водить измерения контактного давления в четырех моделях с двумя проволочными тензодатчиками в каждой. Этого количества моделей

38

достаточно для получения статистически достоверных данных о кон­ тактном давлении исследуемого компаунда.

Перед началом измерений проверенные и отобранные по сопро­ тивлению тензодатчиков модели устанавливаются в литьевые формы, внутренние поверхности которых покрыты антиадгезиоиной смазкой’. Выводы тензодатчиков с помощью гибких проводников припаиваются к контактам штыревого разъема. Ответные части разъема соеди-

Рнс. 2.4. Общий вид установки для измерения контактного дав­ ления:

в термостат, после чего производится уравновешивание моста С по­ мощью R в и С и. Подготовленные таким образом модели заливаются исследуемым компаундом, который отверждается по соответствую­ щему режиму.

Контактное давление измеряется в процессе отверждения ком­ паунда, а после отверждения — при плавном охлаждении в. термо­ стате (до комнатной температуры), а затем в криостате до заданной низшей температуры. Экспериментально установлено, что при скоро­ сти изменения температуры (1—2) ІО-2 К/с образцы равномерно охлаждаются, что обеспечивает хорошую воспроизводимость резуль­ татов измерений. Поэтому средняя скорость изменения температуры во всем интервале испытательных температур должна составлять не более 2 - ІО-2 К/с. Допускается изменение температуры (ступенями) по (5— 12) К с выдержкой времени перед измерениями при каждой температуре, соответствующей средней скорости изменения темпера­ туры ие более 2- ІО-2 К/с,

39