книги из ГПНТБ / Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры
.pdfл и ч и в а ю щ нх ее габариты. Комбинированное применение пропиточных и заливочных компаундов или использова ние универсальных компаундов, выполняющих функции пропиточных и заливочных составов, обеспечивает наи
более надежную герметизацию . |
|
||
|
Опыт показывает, |
что д л я |
герметизации компонен |
тов |
и узлов Р Э А из |
всех известных материалов наибо |
|
лее |
перспективными |
являются |
термореактивные пропп- |
точно-заливочиые компаунды на основе полиэфирных, эпоксидных и кремнийорганических смол.
4.3.Пропиточно-заливочные и обволакизающие
компаунды |
|
В а ж н ы м условием надежной |
работы радиоэлектрон |
ных устройств, рассчитанных на |
длительную эксплуа |
тацию во влажной атмосфере, при высоких и низких температурах и при механических воздействиях, являет ся их з а щ и т а заливочными компаундами . З а л и в к а ис пользуется т а к ж е д л я получения относительно толстого изоляционного слоя, для изготовления изделий с задан ными габаритами . П р и заливке исключается возмож ность з а м ы к а н и я токоведущих цепей вследствие ударов, вибраций; устраняется поверхностное перекрытие, явля
ющееся результатом у в л а ж н е н и я и разрежения |
воздуха |
или загрязнения поверхности деталей. З а л и в к а |
дает воз |
можность использовать негерметизированные |
детали. |
Все это способствует уменьшению габаритов и веса из делий, приводит к снижению их стоимости.
Однако нельзя не отметить отрицательные стороны заливки: заливка может привести к увеличению диэлек
трических потерь |
в цепях |
высокой |
частоты, |
к увеличе |
|||
нию паразитных |
емкостей, к |
ухудшению |
теплообмена |
||||
с о к р у ж а ю щ е й средой. |
|
|
|
|
|
||
П р и |
заливке |
нередко |
возникают |
внутренние |
напря |
||
жения . |
Эти напряжения |
могут |
явиться причиной |
раст |
рескивания полимерного материала при циклическом
воздействии |
высокой и низкой |
температур, |
могут выз |
||
вать |
обрыв |
тонких |
проводов, |
поломку слабых деталей |
|
или |
недопустимые |
изменения |
п а р а м е т р о в |
элементов, |
чувствительных к механическим нагрузкам [44, 45]. При чинами возникновения внутренних н а п р я ж е н и й ' могут быть:
— несвободное изменение объема компаунда приот -
121
в е р ж д е ш ш из-за |
наличия |
в объеме различных детален; |
||
— несоответствие коэффициентов линейного расши |
||||
рения |
компаунда |
и герметизируемых элементов; |
||
— |
усадка |
компаунда |
при отверждении^ |
|
Устранение |
пли уменьшение внутренних напряжений |
достигается совместными усилиями конструкторов и тех нологов. Острые углы на д е т а л я х д о л ж н ы скругляться, чувствительные элементы предварительно могут покры ваться демпфирующими составами. Д л я сильно нагру женных металлом конструкций необходимо использовать эластичные компаунды. Выбор технологических режимов т а к ж е д о л ж е н способствовать устранению внутренних напряжений .
З а л и в к а может осуществляться в открытых и- закры тых разъемных формах . Компаунд должен быть перед заливкой хорошо отвакуумпрован, а в случае заливки
изделий сложной конфигурации пли |
высоковольтных |
||
устройств |
необходимо вакуумировать |
т а к ж е |
изделия |
перед заливкой и заливку производить под вакуумом . |
|||
Сердечники из ферритов, пер,маллоя и другие чувст |
|||
вительные |
к д е ф о р м а ц и я м элементы нередко |
изолируют |
от заливочного компаунда с помощью специальных ко жухов или капсул.
Д л я заливки узлов и компонентов Р Э А рекомендо ваны эпоксидные заливочные компаунды 23 марок с ин
дексом Э З К : Э З К - 1 , |
Э З К - 2 , |
Э З К - 2 3 , |
основой |
кото |
|
рых являются смолы марок Э Д - 5 , ЭД - 6, |
Э Д Л , |
Э Д П . |
|||
Отвердителямн с л у ж а т ф т а л е в ы й , |
•малеиновын |
и |
метил- |
||
тетрагидрофталевый |
ангидриды |
(ФА, МА и |
М Т Г Ф А ) . |
Н а п о л н и т е л я м и являются пылевидный 'Кварцевый песок,
тальк, молотая |
слюда; п л а с т и ф и к а т о р а м и |
— п о л и э ф и р ы |
№ 1, МГФ - 9, № |
220, жидкие тиоколы. Этим |
компаундам |
присущи высокая электрическая и механическая проч ность, большое сопротивление изоляции, стойкость к воз
действию влаги, образованию |
грибковой плесени, |
ста |
||
бильность |
электрических и геометрических |
параметров |
||
в интервале температур от —60 |
до + 1 2 0 ° С . |
|
|
|
Н а р я д у |
с положительными |
'качествами |
компаундам |
|
Э З К свойственны недостатки: |
|
|
|
|
— повышенные диэлектрические потерн, обусловлен |
||||
ные повышенными значениями |
е (до 9) и tgS (до |
0,05) |
||
на больших частотах (1 Мгц и |
в ы ш е ) ; |
|
|
— жесткость, склонность к растрескиванию при низ ких температурах;
122
— токсичность |
входящих в |
их |
состав |
компонентов, |
||||
особенно отверднтелей ФА, МА. |
|
|
|
|
||||
Это |
приводит |
к необходимости |
дальнейшего поиска |
|||||
полимерных |
материалов, |
пригодных |
для |
герметизации |
||||
и лишенных |
этих |
недостатков. |
Следует |
отметить, что |
||||
полимерные |
материалы |
исследованы |
еще |
недостаточно, |
||||
подбор |
герметизирующих |
составов часто осуществляется |
иа основании эмпирических данных. Приводимые в спра вочниках, ГОСТ и ТУ данные дают д а л е к о неполную информацию о свойствах композиций и их поведении в процессе эксплуатации, Кроме того, взятые из различ ных источников данные о физико-механических свойст вах компаундов плохо сопоставимы, так как они опре делены на образцах, полученных различными методами,
иимеющими поэтому различную надмолекулярную
структуру |
полимера . |
П о |
этим ж е причинам |
затруднено |
|||||
сравнение |
образцов |
отечественных и |
з а р у б е ж н ы х |
мате- |
|||||
териалов. П о д б о р |
новых |
рецептур, |
разработка |
новых |
|||||
технологических |
методов |
и исследования |
структуры и |
||||||
свойств 'герметизирующих |
материалов, включая прогно |
||||||||
зирование |
их |
надежности |
при эксплуатации, |
являются |
|||||
до настоящего |
времени |
актуальнейшими |
проблемами |
||||||
дл я р ади оэл ектр оннки. |
|
|
|
|
|
В последние годы дл я герметизации сильно натру женных металлом конструкций были разработаны эла стичные эпоксидные кампаунды ЭК А и Э К С на основе смолы ЭД - 6 и отверднтелей АГ-2 и СГ-2. Их отличитель
ной |
особенностью |
является |
повышенная |
эластичность, |
||
что |
дает возможность |
увеличить |
работоспособность |
|||
герметизированных |
ими изделий при резких изменениях |
|||||
температуры в интервале |
от —60 до |
+ 1 4 |
0 ° С . |
|||
|
Д л я заливки электронных |
узлов |
и блоков, содержа |
щих элементы с повышенной чувствительстыо к меха
ническим |
н а п р я ж е н и я м |
-(микромодули, .микропровода, |
||||
ферритовые и пермаллоевые |
сердечники), |
р а з р а б о т а н ы |
||||
высокоэластичные |
упругие |
и |
неплавкие |
компаунды |
||
УП-592 (ВТУ 5-224-67), |
УП-592/1 |
(ВТУ 5-223-67), КМ-9 |
||||
и КМ-79 |
с малой |
токсичностью. |
Изделия, |
помещенные |
в футляры или к а п с у л ы из пластиков или м е т а л л о в и залитые этими компаундами, надежно работают в интер
вале температур от —60 до -f-ЮО°С. Частотный |
макси |
||
мум t g б . э л а с т и ч н ы х компаундов находится в |
области |
||
минусовых |
температур, однако по мере |
увеличения час |
|
тоты (рис. |
4.2) он смещается в область |
плюсовых |
темпе- |
рйтур, что затрудняет |
применение таких |
|
компаундов |
при |
|||||||||||
повышенных |
температурах и больших |
частотах. |
|
|
|
||||||||||
|
Аналогичные свойства присущи и атолиуретановым |
||||||||||||||
компаундам марок 10-50, 10-60, 10-70, |
10-80. Они полу |
||||||||||||||
чены на основе полидиендиола |
'ПДИ-1 |
(сополимера |
ди |
||||||||||||
винила |
п изопрена) п олпгодпенэпокснда |
П Д И - З А . В ка |
|||||||||||||
честве |
модификатора |
использованы |
эпоксидные |
смолы; |
|||||||||||
в качестве о т в е р д п т е л е й — п р о д у к т |
102Т, М Ф Д А |
и т. д. |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Отличительной |
|
особен |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ностью |
этих |
компаун |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
дов |
является |
|
высокая |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
эластичность, |
|
низкая |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
температура |
стеклова |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ния |
(70 °С), |
большое |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
относительное |
|
удлине |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
ние при разрыве |
(100— |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
200%) |
|
и высокая |
адге |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
зия |
к |
различным |
мате |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
р и а л а м . |
|
|
|
|
||||
Рис. 4.2. |
Зависимость tg 6" компаун |
|
|
Поиски новых |
мето |
||||||||||
да |
К.М-9 от температуры при частоте |
дов |
герметизации |
при |
|||||||||||
20 |
Гц (/), 50 |
Гц |
(2), 200 |
Гц |
(3), |
вели |
к |
разработке |
и |
||||||
|
1 кГц (4) |
и 5 кГц (5). |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
внедрению метода |
вих |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
ревого |
|
напыления |
|
по |
||||
рошкообразных эпоксидных композиций на изделия, |
под |
||||||||||||||
л е ж а щ и е герметизации. |
Этот |
метод |
прост, не |
|
требует |
||||||||||
использования заливочных форм и сложного |
|
вакуум- |
|||||||||||||
заливочного |
оборудования, |
характеризуется |
|
высокой |
|||||||||||
производительностью, |
удобен |
для |
герметизации |
низко |
|||||||||||
вольтных электротехнических |
и малогабаритных |
радио |
|||||||||||||
технических |
изделий. Напыленные |
эпоксидные |
покрытия |
с толщиной слоя 0,2—2,0 мм по электрическим и влаго защитным свойствам не уступают образцам, -герметизи
рованным методом |
заливки . |
|
|
Д л я вихревого |
напыления используют |
специальные |
|
тонкодисперсные порошкообразные композиции |
ЭВН-1 и |
||
Э В Н - 2 ВТУ ОА Ю 503.001 и др. Их отверждение |
осуще |
||
ствляется при температуре 150— 190°С в |
течение 8— |
12 ч, при использовании терморадиационных нагревате
л е й — значительно |
быстрее. |
|
Д л я обволакивания малогабаритных изделий |
исполь |
|
зуют высоковязкие |
эпоксидные и полиэфирные |
компа |
унды и пенокомпаунды «холодного» отверждения или резиноподобные композиции — герметики и пеиогермети-
к и. Процесс обволакивания мо>кст быть |
Механизирован и |
||||
автоматизирован . |
|
|
|
||
Значительный интерес для защиты .малогабаритных |
|||||
изделий |
представляет |
использование |
самоотверждаю - |
||
щнхся |
при |
нагреве |
эпоксидных смол |
марок |
УП-503 |
ВТУ5-250-68, |
УЛ-505 |
п т. д. Компаунды на их |
основе |
характеризуются -пониженной токсичностью, имеют ж и з
неспособность более 6 |
месяцев при 20°С |
и более |
10 ч при |
|
70 °С. В отвержденном |
состоянии |
допускают эксплуата |
||
цию при температурах |
до 200 °С, |
имеют |
высокую |
элект |
рическую и механическую прочность, стабильные диэлек
трические |
параметры |
в |
широком |
диапазоне |
частот и |
|||
в |
рабочем |
интервале |
температур |
(р„ — до |
1 0 й |
Ом - м; - |
||
е л ; 4 , 0 ; t g 6 « 0 , 0 ] 5 ) . |
|
|
|
|
|
|
||
|
Использование пропиточно-заливочных компаундов |
|||||||
на |
основе |
эпоксикремнийорганическнх |
смол |
М Ф Х И - 6 |
||||
(ВТУ № |
П-265-61), |
7-10 |
(ВТУ |
№ |
П-301-62), |
Г-404 |
(ТУ № П-364-64) дает возможность расширить темпера турные границы применимости компаундов до +200 —
+'220°С п повысить стабильность параметров |
при -рабо |
|||||
те изделий |
в неблагоприятных |
условиях |
эксплуатации, |
|||
однако |
при |
этом повышается |
вероятность |
растрескива |
||
ния таких компаундов при термоударах, что |
обусловле |
|||||
но их более жесткой |
структурой. |
|
|
|||
Этих |
недостатков |
лишены |
композиции, |
полученные |
на основе ненасыщенных кремнийорганических полиэфи ров. Наличие ненасыщенных связей обусловливает спо собность полиэфиров совмещаться со стиролом, винилтолуолом и отверждаться с образованием пространст венных структур, для которых характерны высокая прочность, нагревостойкость, твердость, хорошие элект роизоляционные свойства, стабильность параметров при изменении температуры п в процессе старения при по вышенных температурах . В интервале температур от —60 до +120 °С диэлектрическая проницаемость изме няется от 2,8 до 4,4, tg б— от 0,004 до 0,04. Хорошие экс плуатационные показатели в сочетании с высокой техно логичностью (малой вязкостью, длительной жизнеспособ ностью, способностью отверждаться при невысоких тем пературах с небольшой усадкой) обусловливают пер спективность использования композиций на основе поли эфиров для пропитки и заливки изделий ответственного назначения. Высокая нагревостойкость (до 360°С) в со четании с большой эластичностью свойственна компо-
125
зицйям на основе ннзкомолекулярных |
кремнийорганиче |
||
ских каучуков ( С К Т В - 1 , |
С К Т Ф В , |
С К Т Н - 1 0 ) . Такие ком |
|
позиции по свойствам приближаются |
к резиноподобным |
||
составам — герметикам, |
поэтому |
мы |
будем рассматри |
вать их в следующем разделе. |
|
|
4.4.Герметики
Ж и д к и е или пастообразные полимерные композиции, способные при переработке переходить в резиноподобное состояние и используемые д л я целей герметизации или уплотнения, называют герметиками.
Герметики применяются для герметизации приборных отсеков, штепсельных разъемов, для обеспечения непро ницаемости заклепочных, сварных и других металличе ских сочленений, д л я заполнения зазоров м е ж д у элемен тами конструкций, для защиты электро- и радиоаппара туры от влаги, пыли, механических воздействий. Поэтому герметики д о л ж н ы иметь повышенную непро ницаемость д л я газов, повышенную атмосферо-, влаго-, масло-, бензо-, вибростойкость, высокую адгезию к раз
личным |
материалам и |
эластичность. |
Таким |
разнообраз |
||
ным требованиям не |
удовлетворяет |
ни один |
герметик, |
|||
поэтому |
при |
выборе |
нужной композиции |
необходим |
||
дифференцированный |
подход. |
|
|
|
||
Тпоколовые |
(полисульфидные) |
герметики |
марок |
УТ-31, У-32, ВТУР . УТ - 34 (ВТУ№СТУ - 55 - 301 - 61),51УТ - 36
(ВТУ ИРП-6-14-127-66) предназначены для |
герметиза |
||
ции металлических |
и других |
сочленений, |
соприкасаю |
щихся с воздухом, |
маслами, |
бензином и |
работающих |
в интервале температур от —60 до + 1 5 0 ° С |
(при 150 °С |
они сохраняют работоспособность в течение 50 ч). Тпо коловые герметики имеют з а м а з к о о б р а з н у ю консистен цию, не стекают с вертикальной поверхности и обладают способностью вулканизоваться при комнатной темпера туре за счет добавки вулканизующего агента п ускори
теля. |
|
|
|
Герметики на основе |
полиизобутилена |
марок |
П С Г и |
П С Т могут поставляться |
в виде листов, |
лент и |
жгутов, |
долго сохраняющих пластичность. Они допускают ис пользование при температурах до 4-80 °С, допускают д е м о н т а ж и последующее восстановление герметизирую щего слоя.
12G
Герметики на основе кремнийорганических |
каучуков: |
||||||||
«Виксинт» |
У-1-18 |
( М Р Т У 6 |
№ ЕУ-196-60), |
компаунд |
|||||
«Внксинт» К-18 ( М Р Т У 6 № |
ЕУ-197-63), компаунды-гер- |
||||||||
метики типа К Л (ВТУ В-16-64), пеногерметики |
т и п а В П Г |
||||||||
и другие допускают работу при температурах |
д о 250 — |
||||||||
350 °С. Эти |
герметики водо-, |
свето-, озоно-, |
влагостойки, |
||||||
устойчивы |
к |
термоударам |
в |
интервале |
температур |
||||
—60 до |
+250 °С, но неустойчивы |
к воздействию |
.масел, |
||||||
бензина, |
керосина |
и не обладают достаточной |
адгезией |
||||||
к металлам и неметаллам . |
Адгезия таких |
герметиков |
|||||||
может быть повышена за счет использования |
|
подслоя |
|||||||
(клея КТ-15, ВКТ-2, П - 90) . С точки зрения |
технологич |
||||||||
ности удобнее |
использовать |
самоадгезионный |
герметик |
||||||
«эластик» |
ВТУ П-138-68. Он |
вулканизуется |
при |
комнат |
|||||
ной температуре за |
счет взаимодействия с влагой |
возду |
ха, имеет удовлетворительную адгезию к стали, меди,
алюминию, стеклам без подслоя |
и обладает высокими |
электроизоляционными свойствами |
(р-и= Ю 1 2 Ом • м, Епр = |
— 15 МВ/м ; на радиочастотах '8 = 3,6, t g б = 0,004). Этот герметик рекомендуется для работы в интервале темпе ратур от —50 до + 2 0 0 ° С .
Отрицательные качества кремнийорганических герме т и к о в — п о в ы ш е н н а я стоимость, невысокая жизнеспособ ность (около 30 мин), большая вязкость, невысокая механическая прочность, плохая адгезия к различным материалам и агрессивное воздействие на некоторые ме таллы и сплавы .
Фтороргашгческие герметики типа Ф К С допускают работу в воздушной среде в замкнутых о б ъ е м а х при
температурах |
до + 5 0 0 ° С . Они имеют ограниченное при |
|
менение, |
так к а к не о б л а д а ю т необходимыми технологи |
|
ческими |
свойствами. |
|
В некоторых случаях для герметизации используют |
||
композиции |
с большим содержанием наполнителей и |
п и г м е н т о в — п а с т ы , замазки, .мастики или газонаполнен ные композиции — п е н о к о м п а у н д ы .
4.5.Пенокомпаунды
Пенокомпаунды отличаются малой плотностью, высо кой удельной механической прочностью, минимальными среди всех твердых диэлектриков значениями е и t g б, стабильными в широком частотном и температурном дна-
теризуются повышенной |
эластичностью, |
что дает |
возмож |
|||||
ность |
попользовать |
их |
в качестве |
демпфирующего |
сред |
|||
ства |
при заливке |
блоков |
и |
узлов |
Р Э А |
жесткими |
||
компаундами типа |
Э З К |
и др. |
Они обеспечивают |
н а д е ж |
ную работу залитых узлов и блоков в диапазоне темпе
ратур |
от —70 |
до +'250 °С. |
|
|
Свойства |
пенокомпаундов |
описаны |
в § 3.2 данной |
|
книги |
и в работах {38, 39]. В |
качестве |
достоинств пено |
компаундов здесь 'Можно отметить не только их способ ность вспениваться при комнатной температуре и отверждаться без приложения давления с незначительной усадкой, по и их инертность к различным материалам, хорошую адгезию ко многим материалам, масло-, грибо-,
озоностойкость, |
стойкость к воздействию химических реа |
|||
гентов. Общими |
недостатками пенокомпаундов |
являют |
||
ся: низкая |
электрическая прочность; |
неоднородность |
||
полученных |
пен; |
м а л а я жизнеспособность |
смеси |
компо |
нентов и повышенная токсичность исходных компонентов.
М е х а н и з а ц и я и автоматизация заливочных операций способствуют устранению этих недостатков. Микропмпульсная заливочная установка, внешний вид которой показан на рис. 4.3, выполняет операции по подготовке
пенокомпаунда П П У - 3 |
и заливке |
им |
узлов и |
блоков |
|||||
РЭА . Смесь |
можно |
з а м о р а ж и в а т ь |
и сохранять |
в виде |
|||||
таблеток |
в течение |
6 |
.месяцев. По мере необходимости |
||||||
готовые |
таблетки вместе с |
микромодулем |
или |
другим |
|||||
п о д л е ж а щ и м |
з а л и в к е |
узлом |
п о м е щ а ю т |
в |
специальную |
||||
капсулу, |
вспенивают |
и |
отверждают . |
|
|
|
|
9-358
5. Т е х н о л о г и я п о л и м е р н ы х м а т е р и а л о в
5.1. Изготовление изделий из термопластов
Для получения изделии из термопластов чаше всего используют методы пластической деформации. Они аналогичны методам перера ботки металлов. Это — литье под давлением, экструзия, вакуумное и пневматическое формование. Все методы характеризуются высо ким коэффициентом использования материала (0,9 — 0,95), возмож ностью получения изделий точных размеров с чистой поверхностью, которые могут быть использованы без дополнительной механической обработки.
По технико-экономическим показателям методы формообразова ния металлов не могут конкурировать с методами формообразования термопластов из-за необходимости использования при переработке более высоких температур, что влечет за собой большие затраты
энергии и необходимость |
применения более сложного оборудования |
и оснастки. |
|
Литье нов дивленном |
термопластов является наиболее эффектив |
ным н производительным способом массового производства деталей.
На рис. 5.1 |
приведена |
схема типовой литьевой |
машины. Материал |
в виде гранул загружается в бункер 12, откуда |
он поступает в ма |
||
териальный |
цилиндр 5 |
при каждом цикле возвратно-ностунателыюго |
I
12
13
Р и с |
5 I |
С х е м а |
м а ш и н ы для литья под д а в л е н и е м |
т е р м о п л а с т о в : |
|||||
/ - б л о к |
'впрыскивания; 2 - |
неподвижная |
матрица; |
3 - |
литниковая втулка; |
||||
« - с и с т е м а |
ц и л и н д р - п о р ш е н ь ; 5 - материальный |
|
цилиндр; |
6 - к о р п у с |
|||||
мундштука; |
7 - мундштук; |
S — обогреваюшип кожух; |
9 - |
ребра; |
10 — торпе- |
||||
да / / - в о д я н ы е |
каналы; |
12 - б у н к е р ; |
/ 3 - п о р ш е н ь ; |
И |
и 15 — полуформы: |
||||
|
|
|
16— оформляющая |
полость формы. |
|
|
130