книги из ГПНТБ / Коган, З. А. Консервация и упаковка машиностроительной продукции

Г л а в а IX

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ В ЧЕХЛЫ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ ПЛЕНОК

В настоящее время хранение машиностроительной продукции методами герметизации с осушкой воздуха на­ ходит все более широкое распространение.

Методы герметизации являются весьма перспективными и имеют ряд преимуществ: повышают эффективность за­ щиты металлов от атмосферной коррозии; полностью исключают трудоемкие операции по расконсервации хра­ нившихся изделий; обеспечивают высокую надежность работы чувствительной к воздействию атмосферы радио­ электронной аппаратуры и т. д. В ряде случаев эти ме­ тоды являются экономически более выгодными по сравне­ нию с другими способами консервации.

Сущность метода герметизации состоит в изоляции изделия от окружающей атмосферы и поддержании в за­ герметизированном объеме пониженной влажности воз­ духа, при которой атмосферная коррозия металлов прак­ тически не развивается. Осушка воздуха внутри герме­ тичной упаковки осуществляется с помощью влагопоглотителя — вещества, способного поглощать пары воды из воздуха.

Надежная изоляция изделия от атмосферного воздей­ ствия достигается за счет применения специальной жест­ кой или эластичной герметичной тары (упаковки) или нанесения на внутреннюю упаковку герметизирующих покрытий и т. д. При этом изоляция (герметизация) изделий может быть частичной (рис. 7, а, б) или полной (рис. 7, б, г, д, е).

Частичная изоляция применяется для изделий, име­ ющих закрытые корпусы, для герметизации которых до­ статочно заделать лишь отдельные сквозные отверстия или щели. При полной изоляции все изделие заключается

102

в герметичную оболочку. Наибольшее распространение получил способ герметизации машиностроительной про­ дукции с помощью чехлов из пленочных материалов.

от 20 до 60% [54, 88]. Основными критериями для обосно­ вания этой величины являются зависимость коррозии ме­ таллов и изменения свойств материалов от влажности воздуха, а также стабильность величины относительной влажности в изолированных емкостях с влагопоглотителем при хранении.

При относительной влажности ниже 100% возможна лишь влажная атмосферная коррозия под тончайшими пленками адсорбционной, химической и капиллярной кон­ денсации влаги.

103

(20 молекулярных слоев) коррозия практически прекра­ щается.

Химическая конденсация связана со свойством пони­ жения упругости насыщения водяных паров над некото­ рыми кристаллогидратами или растворами солей, которые могут попасть на металлы.

Над отдельными кристаллогидратами и растворами конденсация (адсорбция) воды возможна при относитель­ ной влажности ниже 60%, однако образование таких соединений в реальных условиях хранения изолирован­ ных изделий практически исключено [92]. Чтобы предот­ вратить химическую конденсацию на металле, достаточно поддерживать относительную влажность в герметизиро­ ванной упаковке не выше 67—70%, поскольку аммоние­ вые и натриевые соли в воздухе распространены.

Капиллярная конденсация связана с понижением упругости насыщения водяных паров над вогнутыми ме­ нисками, которые могут образовываться в зазорах, ще­ лях, порах и т. д. О значениях относительной влажности, при которых конденсируется влага в зазорах, можно су­ дить по рис. 8, построенному по данным Н. Д. Томашева. Размер зазора принят равным двум радиусам кривизны вогнутого мениска. Чем меньше величина зазора (поры), тем при меньшем значении относительной влажности на­

зазоры между деталями теоретически отсутствуют. В этих случаях зазоры определяются классом чистоты обработки

104

Рис. 9. Зависи­ мость коррозии К металлов от отно­ сительной влажно­ сти воздуха R в изолированных емкостях (за год):

а',— для чугуна; б — для оловянистой бронзы 1, меди 2, латуни 3; в — для силумина 4, цинка 5 (увеличение веса)

поверхности (точнее абсолютной велицл-шой неровностей). Минимальная величина неровностей . при" обработке по 14-му классу чистоты не превышает 0,012 мкм, но такой класс чистоты для деталей применяется редко. Для предот­ вращения капиллярной конденсации в зазорах и щелях размером 0,01 мкм допустима относительная влажность до 80%.

Результаты проведенного анализа полностью подтвер­ ждаются данными ряда исследователей по определению критической влажности для различных металлов. Опыты Вернона в искусственных атмосферах с сернистым газом (0,01—10%) показывают, что значение критической отно­ сительной влажности для железа, меди, цинка лежит выше 60%. Причем это наблюдается как при постоянных значениях относительной влажности, так и при постепен­ ном увлажнении воздуха. Такая же закономерность имеет место и при наличии на металле твердых загрязнителей.

Аналогичные результаты были получены на металли­ ческих образцах в закрытых эксикаторах с различной от­ носительной влажностью воздуха (рис. 9). Как видно из рис. 9, критические значения относительной влажности для всех металлов лежат выше 60%. Однако возможны случаи, когда критическая относительная влажность воздуха может сдвигаться в область ниже 60% (при кон­ такте металла с твердыми частицами солей морской воды, наличии в воздухе паров иода, при предварительном кор­ родировании металла в растворе NaCl и т. д.). На осно­ вании этого некоторыми исследователями [104] для га-

105

igfisjon

1

J

6

8^, A '

7

Рис. 10. Зависимость объемного (а) и поверхност­ ного (б) удельных сопротивлений диэлектриков от относительной .влажности воздуха R при 20° С:

/ — конденсаторная бумага; 2 — кабельная бумага; 3 — парафин; 4 — кварц; 5 — стекло; 6 — тиконид; 7 — слюда; 8 — алюмоноксид

рантии рекомендуются пониженные значения предела допускаемой относительной влажности (30—40%). Однако, как показывает практика применения методов герметиза­ ции, такие случаи загрязнения в герметичных объемах исключены.

Как уже указывалось, высокая относительная влаж­ ность оказывает существенное влияние на диэлектрические потери и электропроводность органических изоляционных материалов [78]. В результате этого при определении срока службы конденсаторов по методике, разработанной М. М. Михайловым, расчеты ведутся с учетом влажностных характеристик изоляционных материалов. Изменение элек­ трических свойств изоляционных материалов происходит уже при относительной влажности 30%. На рис. 10 пока­ зана зависимость удельных сопротивлений некоторых материалов от относительной влажности при температуре 20° С [61].

Однако практика хранения загерметизированной ра­ диоэлектронной аппаратуры показывает, что ее электри­ ческие параметры и работоспособность остаются стабиль­ ными при условии, если относительная влажность изоли­ рованного воздуха не превышает нормы.

Последний критерий, влияющий на выбор величины допускаемого предела относительной влажности воздуха,

106

Рис. 11. Зависимость колебаний относительной влажности воздуха R от изменения температуры / в гер­ метичных емкостях:

1-е силикагелем: 2—без силикагеля

связан со свойством изоли­ рованного воздуха изменять свое насыщение в зависимо­ сти от температурных коле­ баний. Повышение относи­ тельной влажности в изолиро­ ванных объемах (при по­

стоянном содержании влаги) может происходить в ре­ зультате понижения температуры воздуха [см. рис. 1 и формулу (1)]. В условиях хранения это может иметь место при естественных колебаниях температуры воздуха или при выносе загерметизированных изделий из отап­ ливаемых помещений на воздух с низкой температурой.

Незначительные понижения температуры при отсут­ ствии в емкостях влагопоглотителя вызывают резкое по­ вышение относительной влажности изолированного воз­ духа. Так, при исходной температуре +20° С насыщение воздуха с начальными относительными влажностями 80, 60 и 40% происходит соответственно при снижении тем­ пературы на 3,8, 8 и 14° С.

Характер изменения относительной влажности воз­ духа при колебаниях температуры в изолированных емкостях с влагопоглотителем принципиально отличается от только что рассмотренных примеров (рис. 11). Абсо­ лютная величина изменения относительной влажности в этом случае значительно меньше. Кроме того, здесь наблюдается лишь кратковременное отклонение вели­ чины R, после чего она снова принимает исходное значе­ ние, независимо от величины изменения температуры. Поэтому понятие точек росы для емкостей с силикагелем теряет обычный смысл. Это явление связано с проявлением адсорбционного равновесия между силикагелем и возду­ хом, которое.будет рассматриваться отдельно.

Величины отклонений относительной влажности в ем­ костях с силикагелем от исходных значений на основании экспериментальных данных приведены на рис. 12. Анализ явления временных «скачков» относительной влажности воздуха в емкостях с силикагелем показывает, что ампли-

107

туда отклонения относительной влажности зависит от ее

загруженного силикагеля к внутреннему объему воздуха. Рассматриваемое явление «скачков» относительной влажности в емкостях с силикагелем наблюдается лишь при резких искусственных изменениях температуры. При медленном изменении температуры амплитуды отклоне­ ний R заметно уменьшаются. Поскольку естественные колебания температуры в неотапливаемых складских по­ мещениях обычно не превышают 3—4° С/ч, это явление

Т а б л и ц а 26

Продолжительность хранения изделий в чехлах из полимерных материалов в зависимости от допускаемых

пределов относительной влажности (относительное количество силикагеля 1 кг/м2 )

108

не представляет опасности при стационарном хранении загерметизированных изделий при условии, если отно­ сительная влажность в чехлах не превышает 60%. Таким образом, в результате проведенного анализа следует, что при хранении машиностроительной продукции ме­ тодами герметизации с осушкой воздуха за оптимальный допускаемый предел относительной влажности можно принять величину Rnp = 60%. В отдельных случаях для чувствительных приборов и ответственных изделий при необходимости данный предел может быть снижен.

Следует учитывать, что пониженные значения допу­ скаемой относительной влажности воздуха в чехлах экономически нецелесообразны из-за необходимости более частых замен влагопоглотителя при хранении (табл. 26)

2. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ Д Л Я ГЕРМЕТИЧНЫХ УПАКОВОК

Эффективность метода герметизации определяется сро­ ком, на протяжении которого относительная влажность в чехле не превышает допускаемого предела и непосред­ ственно зависит от качеств изоляционного материала и свойств применяемого влагопоглотителя.

Для изготовления чехлов широко применяют различ­ ные синтетические полимерные пленки. Полимерные пленки, используемые для герметизации, должны отве­ чать следующим требованиям: иметь высокие защитные и эксплуатационные качества; сохранять стабильными основные свойства в течение длительного времени.

К основным защитным и эксплуатационным двойствам полимерных пленок относятся: достаточная прочность и эластичность, водонепроницаемость, низкая паропроницаемость, высокая морозостойкость, способность к сва­ риваемости или склеиванию, устойчивость к воздействию плесневых грибов и т. д. Кроме того, выбранный материал должен быть недефицитным и недорогим. Наибольшее применение в настоящее время находят полихлорвини­ ловые и, особенно, полиэтиленовые пленки (из полиэти­ лена высокого давления).

Пленки из полиэтилена высокого давления имеют низ­ кую проницаемость по отношению к водяным парам и относительно высокую морозостойкость. Однако они не­ достаточно прочны, практически не склеиваются и имеют склонность к старению при воздействии прямого солнеч­ ного света.

109

Пленки из полихлорвинила более прочные, хорошо склеиваются, но существенно уступают полиэтилену по паронепроницаемое™ и морозостойкости. Материал для изготовления чехлов необходимо выбирать в зависимости от конкретных условий и заданных сроков хранения изде­ лий. Основные физико-механические свойства пленок из полихлорвинила и полиэтилена, применяющихся для герметизации изделий, приведены в табл. 27.

щие обычный полиэтилен по прочности, теплостойкости и имеющие еще более низкую паропроницаемость, не могут применяться для изготовления чехлов ввиду по­ вышенной жесткости. По этой же причине (хрупкость) неприменимы также и полистирольные пленки. Несмотря на ряд ценных защитных свойств, исключается примене­ ние для этих целей также пленок из полипропилена из-за низкой морозостойкости, из полиамида — из-за высокой паропроницаемости и полиэфира (типа лавсан) — ввиду плохой способности к свариваемости и т. д.

Наиболее перспективными являются специальные ар­ мированные и комбинированные (многослойные) пленки.

Кинетика паропроницаемости в загерметизированные осушенные емкости находится в прямой зависимости от свойств применяемых влагопоглотителей. В качестве осу­ шителей наибольшее распространение получили твердые

110