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

честв пластификаторов при их одинаковом процентном содержании. Пластификатор ДЭГ-Ж эффективнее сни­ жает контактное давление по сравнению с ДЭГ-1. Объ­ ясняется это особенностями механизма пластификации. Сочетание диановой смолы ЭД-5 (или ЭД-6) с алифа­ тическими смолами ДЭГ-1 или ДЭГ-Ж после отверж­ дения образует сшитый полимер, в котором чередуются жесткие ароматические и гибкие алифатические звенья. Такая структура приводит к уменьшению модуля упру­ гости. Одновременно понижается температура стеклова­

жирной кислоты, который повышает эластичность звень­ ев смолы ДЭГ-Ж. Это свойство пластификатора ДЭГ-Ж объясняет причину эффективного снижения температу­ ры стеклования компаундов с ДЭГ-Ж по сравнению с компаундами, пластифицированными ДЭГ-1.

Несмотря на увеличение ТКЛР, контактное давле­ ние компаундов с ДЭГ-Ж в рабочем диапазоне темпе­ ратур ниже давления компаундов, пластифицированных ДЭГ-1 (рис. 3.4 и 3.5). Однако увеличение ТКЛР при­ водит к резкому увеличению угла наклона кривой тем-

50

пературной зависимости контактного давления, так что уже при температурах ниже 223 К пластификатор ДЭГ-Ж становится менее эффективным, чем, например, СКД-1. В компаундах № 7 н 8 присоединение каучука СКД-1 к смоле ЭД-5 происходит по карбоксильным группам. В этом случае химическая пластификация дает

р кгс Р'ю' Н; см2 мг

Рис. 3.4. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов, пластифицированных 50 в. ч. пластификаторов:

1) МГФ-9; 2) ДЭГ-Ж; 3) ДЭГ-1; 4) СКД-1.

более плотную структуру и сопровождается не столь за­ метным увеличением ТКЛР по сравнению с пластифика­ цией алифатическими смолами.

Испытания показали, что в больших количествах (ЮО в. ч. на 100 в. ч. смолы) пластификатор МГФ-9 для снижения внутренних напряжений менее эффекти­ вен, чем ДЭГ-Ж или СКД-1 (рис. 3.5). Применение ка-

р*іо“А

Рис. 3.5. Температурная зависимость контактного давления компаун­ дов, пластифицированных 100 в. ч. пластификаторов:

1) ДЭГ-Ж; 2) СКД-1; 3) МГФ-9; 4) ДЭГ-!; 5) без пластификатора.

Рис. 3.6. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

/) № 11 (без пластификатора); 2) № 10 (с касторовым маслом в качестве пла­ стификатора).

52

сторового масла в качестве пластификатора приводит

результат объясняется тем, что в данном случае эффект увеличения ТКЛР превосходит эффект снижения тем­ пературы стеклования и модуля упругости компаунда, пластифицированного касторовым маслом (табл. 3.4).

При оценке влияния пластификаторов на физико-ме­ ханические характеристики компаундов необходимо иметь в виду, что относительное удлинение при разры­ ве пластифицированных компаундов составляет 5—8% по сравнению с 1,5—2% у компаундов не пластифици­ рованных. Тем самым пластификация способствует по­ вышению стойкости компаундов к растрескиванию, что иногда воспринимается как показатель снижения вну­ тренних напряжений.

Для качественной оценки влияния процентного со­ держания различных пластификаторов на величину вну­ тренних напряжений можно воспользоваться данными, полученными в [26]. При пластификации полярных по­ лимеров понижение температуры стеклования в обла­ сти небольших концентраций (до 15%) пластификатора пропорционально числу сорбированных молекул и не зависит от их формы, объема или строения. Тс изме­ няется пропорционально объемной доле пластификато­ ра. Это является одной из причин, объясняющих, поче­ му даже при введении сравнительно больших количеств различных пластификаторов (50 в. ч. на 100 в. ч. смолы) разница в величинах контактного давления различных компаундов оказывается небольшой и мало зависит от типа пластификатора. Фактически разница не превы­ шает ±10% при температуре 213 К (см. рис. 3.4).

Исследования компаундов № 12 и 13, пластифици­ рованных ДЭГ-1 и МГФ-9 соответственно, показали, что кривые температурной зависимости контактного давле­ ния этих компаундов практически совпадают (рис. 3.7). Следовательно, в отношении появления внутренних на­ пряжений пластификаторы ДЭГ-1 и МГФ-9 равноценны при введении их в количествах до 20 в. ч. на 100 в. ч. смолы.

При выборе пластификаторов следует учитывать, что несовмещающиеся пластификаторы склонны к разделе­ нию фаз: избыток пластификатора мигрирует в виде

53

капелек, создается неоднородная структура, вследствие чего ухудшаются диэлектрические и физико-механиче­ ские свойства компаундов. Поэтому следует отдавать предпочтение совмещающимся пластификаторам.

Испытания показывают, что для эффективного уменьшения величины внутренних напряжений рацио­ нально применять активные пластификаторы, например

Рис. 3.7. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

I) Кч 12 (пластифицирован 20 в. ч. ДЭГ-1); 2) № 13 (пластифицирован 20 в. ч. МГФ-9).

лы) внутренние напряжения практически не уменьша­ ются, а в случае применения касторового масла даже увеличиваются. Однако малые количества пластифика­ тора увеличивают относительное удлинение при разры­ ве, чем повышают стойкость компаундов к . растрески­ ванию.

Наличие внутренних напряжений эквивалентно на­ гружению компаунда статической нагрузкой. В соответ­ ствии с представлениями 'о температурно-временной за­ висимости прочности, выраженной формулой С. Н. Жур­

следует сделать вывод, что компаунд может разрушить­ ся при любом напряжении, равном

54

ном напряжении; то, у и и0— константы, характеризую­ щие компаунд, R — универсальная газовая постоянная; Т — абсолютная температура.

Следовательно, разрушение может произойти и под воздействием внутренних напряжений.

В формуле Журкова (3.1) константа и0— энергия активации разрушения; у является структурно-чувстви­ тельной константой. Как следует из выражения (3.2), чем больше у, тем быстрее разрушается компаунд при приложении нагрузок.

Следовательно, при выборе марки пластификатора и его количества необходимо оценить и сопоставить по­ вышение эластичности компаундов с неизбежным при пластификации ухудшением прочностных и электриче­ ских свойств. Его оптимальное количество может быть выбрано из условия получения максимальной величины отношения разрывной прочности к величине контактно­ го давления при нижней рабочей температуре с учетом ухудшения электроизоляционных свойств.

На основе полученных данных можно сформулиро­ вать некоторые рекомендации по выбору марки и коли­ чества пластификатора с учетом заданного уровня сни­ жения внутренних напряжений.

1.Если по условиям сохранения электрических и физико-механических характеристик компаунда допу­ скается введение пластификатора в количествах не бо­ лее 20 в. ч. на 100 в. ч. смолы, внутренние напряжения существенно не изменятся при использовании любого пластификатора. В таком случае последний может быть выбран с учетом технологичности, доступности, удобст­ ва или других требований. Роль пластификатора све­ дется к повышению эластичности компаунда и его стой­ кости к растрескиванию в конструкциях.

2.Для эффективного снижения внутренних напря­ жений необходимо вводить большие количества пласти­ фикаторов— до 50 в. ч. и более на 100 в. ч. смолы, либо применять компаунды с низкой температурой стеклова­ ния, например кремнийорганические, полиуретановые, компаунд КМ-9, компаунды с тиоколом, компаунды ПДИ-ЗАК [52] и др.

3.При разработке и подборе компаунда с низким значением внутренних напряжений пониженное значение

55

fëMnepatypbi сДекЛования является критерием необходи­ мым, но не достаточным. Во избежание ошибок целесо­ образно учитывать не только температуру стеклования, но также и величины коэффициентов лц и /с2 интерполи­ рующей функции температурной зависимости контакт­ ного давления. При близких значениях температуры стеклования ряда компаундов следует отдать предпочте­ ние компаунду с меньшей величиной коэффициента /сь

3.4. Применение наполнителей для снижения внутренних напряжений

Известно, что неорганические наполнители широко применяются для улучшения физико-механических и электроизоляционных свойств герметизирующих компа­ ундов. Наполнители могут повышать теплопроводность, прочностные свойства и модуль упругости. Вместе с тем их введение уменьшает ТК.ЛР, что для некоторых кон­ струкций является благоприятным фактором. Разработа­ ны рекомендации по применению больших количеств наполнителя для уменьшения усадки компаундов и по­ вышения их стойкости к растрескиванию [27, 28]. Суще­ ствует мнение, что наполнители не снижают внутренних напряжений, так как уменьшение ТКЛР сопровождает­ ся увеличением модуля упругости компаундов.

Формально из выражения (2.14) следует, что

необходимо знать аналитические выражения, опреде­ ляющие влияние наполнителей на ТКЛР, модуль упру­ гости и температуру стеклования компаундов.

Для расчета ТКЛР компаундов в зависимости от со­ держания наполнителя получено аналитическое выра­

ношение веса наполнителя к весу смолы; ус — плотность смолы; ун — плотность наполнителя.

Известно, что увеличение модуля упругости при вве­ дении в компаунд инертного наполнителя обусловлено

56

Т а б л и ц а 3.6

компаундов. При этом отношение собственной прочно­ сти к величине внутренних напряжений возрастает и вероятность растрескивания уменьшается даже в том случае, когда наполнитель повышает внутренние на­ пряжения. Кроме того, повышается стойкость к тепло-

р,Щ р*ідХ^

ЕМ1 Н

Рис. 3.8. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

1) Д-3; 2) Д-4.

вым ударам вследствие повышения теплопроводности. Для ориентировочной оценки эксплуатационных свойств компаундов можно воспользоваться показателем стой­ кости к растрескиванию, аналогичным предложенному в [33]:

59