книги из ГПНТБ / Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры

движения цилиндра !Я После смыкания полуформ 14 и 15 при ходе поршня влево определенная порция расплавленного материала через мундштук 7 н литниковую втулку 3 впрыскивается под давлением и оформляющую полость формы 16. Принудительное водяное охлаж­ дение дает возможность предупредить перегрев формы. В процессе охлаждении осуществляется переход полимера из внлкотекучего со­ стояния п твердое стеклообразное. При обратном ходе поршня про­ исходят автоматическое выталкивание изделия из формы и загрузка попои порции материала в цилиндр. Затем цикл литья повторяется п прежней последовательности.

Для повышения однородности заливаемого материала исполь­ зуют машины с предварительной пластификацией, в которых подача материала, разогрев п перемешивание осуществляются в отдельном цилиндре с помощью шпека.

Большое значение для получения качественных изделий имеет рациональный выбор конструкции изделия, конструкции литьевой формы, системы литников, режимов технологического процесса. Изделия не должны иметь острых углов и значительной разницы по толщине стенок. На внешних и внутренних поверхностях изделий в направлении разъема форм должны быть предусмотрены техноло­ гические уклоны от 15' до 2° [14].

Точность размеров изделий зависит от точности изготовления

чаях н для отдельных размеров возможно получение 3-го класса точности. Шероховатость поверхности изделий из термопластов за­ висит от качества обработки форм, от их износа, от вида наполните­

12-го класса за счет тщательной полировки и хромирования фор­ мующих поверхностен формы.

Формы для литья термопластов должны быть разъемными. Лит­ никовая система предпочтительна круглого сечения с минимальной протяженностью. Она размещается в местах наибольшего сечения стенки изделия. Формующая полость литьевых форм и литниковые каналы должны быть хорошо отполированы и хромированы.

Основные параметры процесса литья под давлением (температу­ ра литья, удельное давление при литье, температура формы, время выдержки в ней изделия) оговариваются в соответствующих ГОСТ и ТУ на полимеры. Однако в каждом конкретном случае они долж­

изделий в форме обычно не превышает 40—60 с. Рекомендуемые ре­ жимы литья под давлением важнейших термопластов приводятся в табл. 5.1. Современные литьевые машины полностью автоматизи­

ния их из полистирола. В СССР выпускаются термопласт-автоматы ЛМ-30, 50, 100, 250, 500, 1000 и более мощные.

131

Для удобства магрепа и охлаждения прессформы снабжаются ка­ налами, в которых попеременно циркулирует то вода, то пар.

изготовления сравнительно несложных изделий из листовых п пле­ ночных термопластов (целлулоида, органического стекла, винипла­ ста и т. д.). Вытяжные штампы изготавливают ил бронзы и других сплавов с высокой теплопроводностью, чтобы ускорить их цикли­

в специальных автоматических устройствах, допускающих глубокую вытяжку и получение изделий сложной пространственной формы, а также в универсальных формующих машинах, где па листовой материал оказывают воздействие, кроме температуры и давления, также вакуум пли сжатый воздух. Такие машины одновременно могут выполнять операции вытяжки, обжима, выдувания, штампо­ вания и т. д.

Любой из перечисленных выше методов формообразования тер­ мопластов дает возможность в процессе формования получить на поверхности полимерного изделия различные графические изображе­ ния, рельефы, ребра жесткости, профили и другие необходимые конструктивные элементы.

Качество и долговечность изделий из термопластов, полученных тем или иным методом формования, могут быть существенно улуч­ шены с помощью специальных технологических приемов.

под давлением п другими методами могут иметь место следующие дефекты структуры: стыковые н холодные швы, усадочные ракови­ ны, газообразные включения, внутренние напряжения, снижение пли увеличение степени полимеризации и т. д. Эти дефекты могут быть обусловлены деструкцией полимера нз-за перегрева в процессе

цией изделия или литьевой формы, несовершенством технологическо­ го процесса или его несоблюдением. В изделиях из полистирола, на­ пример, могут наблюдаться повышенные внутренние напряжения и анизотропия свойств до 200—800% при неправильной конструкции литьевых форм и неудачной конструкции самого изделия. Это при­ водит к значительному снижению долговечности полимерного изде­ лия, а иногда п к растрескиванию его в процессе переработки. Увеличив толщину изделия, ликвидировав острые углы и выровняв толщину стенок, изменив режимы литья, систему литников, подсу­ шив в вакууме материал перед заливкой, можно избежать многих дефектов структуры и тем самым значительно повысить долговеч­ ность полимерных изделий.

изделий в кремпийорганнческой жидкости пли па воздухе при тем­ пературе пс выше температуры размягчения полимера (табл. 5.2).

133

Для изделии из пополяриых пластикой (полиэтилена, полипро­ пилена, полистирола) и некоторых эластомеров (полнвинилхлорида, каучуков) более эффективной оказывается контролируемая сшивка макромолекул при облучении изделии дозой порядка 5—10 Мрад. Это приводит к расширению температурных границ применимости полимеров, к повышению твердости, устойчивости к химическим реагентам. Диэлектрические свойства полимеров при такой обработ-

ке остаются на прежнем высоком уровне. Известно, например, что необлучеппые изделия из полиэтилена допускают длительную ра­ боту при температурах до 80 "С. После облучения они способны длительно работать при температурах до 125 °С и выдерживают кратковременное воздействие температур до 250 °С. Как показывают исследования, проводимые в некоторых ПИП, аналогичный эффект дает воздействие па полимер токов высокой частоты и ультразвука [12]. Для предотвращения деструкции при переработке и эксплуа­ тации в состав термопластов вводят стабилизаторы, которые спо­ собны взаимодействовать с продуктами распада полимеров н об­ разовывать прн этом устойчивые соединения [4].

В процессе эксплуатации под влиянием влаги, переменных и постоянных механических усилий, агрессивных сред, озона и кисло­ рода воздуха, солнечной радиации, электромагнитных и тепловых полей происходит более или менее интенсивное старение термопла­ стичных полимеров, которое проявляется в увеличении их хруп­ кости, уменьшении гибкости, эластичности, в потере адгезии к ма­ териалам, в ухудшении электроизоляционных свойств. Старение тер­ мопластов связано с нежелательным 'Изменением их структуры под влиянием различных факторов. Особенно сильно па скорость ста­ рения термопластов влияют кислород, озон и тепло.

личных факторов, можно с определенной достоверностью прогнози­ ровать надежность н долговечность полимерных материалов в про­ цессе эксплуатации.

Вопросам старения полимерных материалов в настоящее время уделяется серьезное внимание. Вводятся оценочные критерии каче-

134

ства полимерных изделий, разрабатываются различные способы ускоренного старения полимеров, предложен ряд методик для ана­ литического расчета долговечности. Однако эти методики не всегда достаточно обоснованы, так как механизм старения полимерных композиций может оказаться значительно сложнее механизма ста­ рения чистых полимеров. Тем ие менее с достаточной достоверно­ стью о долговечности полимерных материалов во многих случаях можно судить по скорости термической пли термоокислителыюй деструкции чистого полимера, а если речь идет о полимерной ком­ позиции, то но скорости термической деструкции наименее устой­ чивого компонента композиции, т. е. чаше всего связующего — адгезива.

В настоящее время назрела необходимость оптимизации соот­ ветствующих оценочных критериев качества полимерных изделий на стадиях производства, хранения, транспортировки, эксплуатации, они должны отражать взаимосвязь между структурой и свойствами полимерных изделий. Результа-ты исследований долговечности мож­ но найти в литературе [4, 9, 13. 16, 20, 28 и т. д.].

5.2.Переработка реактопластов

Прессование—наиболее простой п наименее трудоемкий спо­ соб массового производства изделий из реактопластов, позволяющий при рациональной конструкции изделия за одну операцию прессова­

135

раскрытия полуформ с помощью выталкивателя 4 изделие 5 извлека­ ется из матрицы. Внутренние полости полуформ 2, оформляющие из­ делие, тщательно полируют и хромируют, чтобы получить изделие с ровной глянцевой поверхностью. На рис. 5.3 представлена типовая пресс-форма сборной конструкции, в которой прессуют изделие слож­ ной конфигурации с гладкими и резьбовыми отверстиями, арматурой в виде винта и гайки. Типичными частями пресс-формы являются:

3

Рис. 5.4. Схема пресс-литья.

Материал помещается в камеру 2, где он после смыкания пуан­ сона / с матрицей 6" (рис. 5.4,6) под влиянием температуры и дав­ ления размягчается. Жидкая масса через литниковое сопло 3 пе­ редавливается в формующую полость пресс-формы 4, где наряду с формообразованием происходит отверждение. При раскрытии фор­

136

прессом; режимы предварительного подогрева пресс-материалов и режимы термообработки изделий после прессования. Для важней­

изменяться в довольно широких пределах, поэтому следует тща­ тельно соблюдать условия хранения и гарантийные сроки хранения,

137

латных) отпсрждаться без приложения даплепия п без выделения побочных продуктов.

Сущность метода состоит в том, что приготовленная заранее п тщательно отвакуумпрованпая жидкая смесь компонентов из сме­ сителя переливается в заливочные формы или объемы, где и осу­ ществляется ее отверждение при комнатной температуре или при нагревании. Таким методом получают, например, сложные армиро­ ванные изделия из пластической керамики, представляющей собой

Естественно, что по производительности этот метод не может конкурировать с методом прессования, он рентабелен только в мел­ косерийном производстве и в том случае, если необходимо изгото­ вить изделия с комплексом свойств, которые нельзя получить дру­ гим методом. Особо важное значение этот метод приобретает для заливки мнкроблоков, микроузлов и узлов, содержащих теизочупствительиые элементы, с целью их герметизации [21].

Вследствие того что вязкость заливочной композиции со време­ нем довольно быстро нарастает, процесс приготовления компаунда приходится повторять многократно, при этом каждый раз необхо­

производительности, так как требует большого количества заливоч­ ных форм, в которых изделия отверждаются довольно медленно.

Как показывают многочисленные исследования и многолетний опыт использования полимерных материалов, наиболее вероятными причинами снижения качества п долговечности изделий из термореактпвных полимеров являются:

— недостаточная полнота отверждения пли термическая де­ струкция;

— внутренние напряжения в изделиях, вызванные «химической»

птермической усадкой материала;

—газовые и другие включения.

Понятно, какое большое практическое значение имеет выясне­ ние основных закономерностей появления в изделиях газовых вклю­ чений, возникновения внутренних напряжений и оценка степени отверждения пли деструкции полимера.

Неполностью отверждениым композициям свойственны худшие диэлектрические параметры, пониженная механическая прочность, меньшая устойчивость к воздействию влаги, кислот, растворителей и меньший срок службы. Естественное стремление повысить произ­ водительность прессования за счет сокращения времени выдержки приводит, как правило, к уменьшению долговечности пресс-изделий вследствие недостаточной полноты отверждения связующего. Пред­ варительный подогрев пресс-материалов токами высокой частоты, повышение температуры прессования н дополнительная термообра­ ботка изделий дают возможность значительно повысить производи­ тельность прессования, пе снижая при этом качества и долговеч­ ности изделий. Однако и здесь возникает необходимость выбора

138

верждепия рассматриваются в гл. G. Во многих случаях полпота отверждения считается достаточной, если она лежит в пределах 96—98%.

Газовые включения при повышенных напряжениях приводят к ускоренному старению материалов вследствие возникновения ионизационных процессов и могут привести также к недопустимому снижению механической прочности изделии из полимеров. Внутрен­ ние напряжения нередко являются причиной коробления изделий, появления в них микротрещнп, снижения адгезионных свойств и могут привести к растрескиванию армированных металлом изделий пли к отслаиванию покрытий.

5.3.Механическая обработка изделий из полимеров

если необходимо получить изделие из слоистых пластиков, из за­ готовок капролопа, фторонласта-4, из листового органического стек­ ла, т. е. в том случае, если методы пластической деформации ока­ зываются неприемлемыми. В некоторых случаях механическая

свои специфические особенности. Износ режущего инструмента при обработке полимерных материалов обычно выше, чем при обработке стали, несмотря па ее большую твердость и прочность. Это объяс­ няется неоднородностью и малой теплопроводностью полимерных материалов. Тепло, выделяющееся в процессе резания, в основном отводится через инструмент, что приводит к его нагреву и повы­ шению интенсивности износа.

Из всех полимерных материалов лучшей обрабатывающей спо­ собностью обладают термопласты: полистирол, полиэтилен, фторо­ пласты, органические стекла. Однако теплоотвод н в этом случае затруднен, что может привести к возникновению внутренних напря­ жении в изделиях после пх механической обработки. Поэтому обра­ ботка термопластов производится на больших скоростях при малых подачах с интенсивным охлаждением инструмента воздухом или эмульсией. Канавки режущего инструмента должны быть расшире­ ны для размещения стружки [19, 46].

Термореактивные полимеры обрабатываются резанием значи­ тельно хуже, чем термопласты. Они оказывают сильное абразивное воздействие па инструмент. Образующаяся при их обработке струж­ ка плохо сходит с передней поверхности инструмента из-за повы­ шенного трения и набивается в стружечные канавки, поэтому площадь канавок должна быть увеличена, а поверхность (для умень­ шения трения) отполирована. Возможность применения смазочпоохлаждающи.х жидкостей при обработке ограничена, так как на­ полненные .волокнами композиции обладают довольно • большой смачиваемостью и водопоглощеиием. При обработке термореак­ тивных 'композиций предпочтительно использовать твердосплавные острозаточениые инструменты, а для разрезки наряду с твердо­ сплавными фрезами целесообразно использовать также алмазные шлифовальные круги, стойкость которых во много раз выше стойко­ сти твердосплавных фрез.

139

5.4. Склеивание и сварка

Свирка — процесс получения неразъемного соединения за счет

расплавления и совместного затвердевания двух свариваемых ма­ териалов. Из всех полимеров только термопласты способны при нагреве размягчаться м плавиться, поэтому метод сварки применим

ет ряд преимуществ, так как ие требует высоких температур и давлении.

Сварка термопластов осуществляется с помощью ультразвука, термокомпресспи или токов высокой частоты. Высокочастотная свар­

обеспечивает быстрый и равномерный по всему объему нагрев свариваемого материала независимо от его теплопроводности и тол­ щины. Этим методом можно сваривать полярные пластики: поливппнлхлорпд, полиамиды, полнэтплеитерефталат и т. д.

Сварка неполярных полимеров (ПС, ПП, ПЭ, Ф-4) осуще­ ствляется с помощью посторонних источников тепла и давления.

нения «ередко используют метод соединения термопластов с по­ мощью растворителей, под влиянием которых склеиваемые поверх­ ности размягчаются. Однако более падежные соединения получают,

кость клея и обеспечить однородность клеевого шва. Консистенция клея должна быть такой, чтобы клен мог легко и равномерно смачивать всю поверхность полимера и обеспечивать равномерное

за счет армирования поверхности термопласта тканями, которые приставляют или приклеивают заранее.

В табл. 5.4 приведены марки или рецептуры клеев, используе­ мых в РЭА для склеивания термопластов. Там же указан способ подготовки поверхности. Видно, что для растворимых термопластов, кроме очистки поверхности от загрязнении, достаточно одной опе­ рации ее обезжиривания. Для склеивания «инертных», т. е. не-

ности химическими и тепло-физическими методами: облучением, об­ работкой хромовой кислотой, пламенем, коронным разрядом и т. д.

При склеивании термопластов с металлами и другими материа­ лами могут быть использованы клен ПУ-2, К-153 и другие, однако при этом не следует забывать, что температура отверждения клеево­

с медыо или ее сплавами можно получить без активирования по­ верхности перед склеиванием, так как медь способна химически взаимодействовать с полимером, что приводит к образованию на

140