4.4 Влагостойкость герметизирующих конструкций.

Для более полной оценки поведения материалов во влажной среде используют коэффициенты h, D и P, отражающие физическую сущность процессов, протекающих в материале при его увлажнении.

Коэффициент растворимости h характеризует процесс сорбции влаги материалом, т.е. её растворения; он определяется количеством воды, растворённой в материале при воздействии водяных паров окружающей среды. Коэффициент диффузии D характеризует скорость сорбции влаги материалом. Коэффициент влагопроницаемости P характеризует способность материала пропускать влагу и определяется количеством воды, прошедшей через мембрану из этого материала при наличии разности давлений паров воды по обе стороны мембраны.

На значения h, D и P полимерных материалов влияют молекулярное строение, плотность упаковки частиц и характер взаимодействия и связей молекул полимера между собой.

Из определений влажностных коэффициентов видно, что с их помощью можно расчетным путем оценивать влагозащитные свойства материалов и герметизирующих конструкций на их основе. Поэтому на практике часто время влагозащиты определяют расчетным путем и одновременно результаты расчетов подтверждают экспериментально. Расчет производится в предположении, что герметизирующая оболочка не содержит дефектов и влага проникает в неё диффузно, а время влагозащиты определяется двумя факторами: диффузными коэффициентами герметизирующего материала и геометрическими параметрами герметизирующей конструкции, в первую очередь, площадью той части конструкции, через которую диффундирует влага, и её толщиной.

Потеря работоспособности изделий, герметизированных в монолитные конструкции, вызывается сорбцией герметизирующим материалом влаги и постепенным повышением её концентрации на поверхности адсорбирующего влагу изделия (полупроводникового кристалла). При достижении критической концентрации влаги, соответствующей критическому давлению P_кр паров воды, происходит отказ в работе устройства.

Проблема влагостойкости резко обостряется с ростом числа выводов герметизируемых изделий, поскольку влагоперенос из внешней среды к поверхности изделия осуществляется не только за счет диффузии влаги через объём герметика, но и в результате капиллярного перемещения влаги вдоль выводов. Согласно [1] доля капиллярного влагопереноса для эпоксидных герметиков с ангидридным отвердителем составляет от 25 до 50%, для кремнийорганических — от 15 до 65% в зависимости от вида связующих составов. Существенное снижение капиллярного влагопереноса наблюдается при повышении адгезии герметика к поверхности выводов.

Очень распространена герметизация изделий в металлические, стеклянные или керамические корпуса. В металлических корпусах герметическое соединение крышки с основанием осуществляется сваркой, а обеспечение герметичности выводов достигается специальным подбором сопрягаемых материалов.

Материалы, содержащие в своём составе водорастворимые примеси (например, резины), обладают осмотическим влагопоглощением. Влага, поглощенная такими материалами, растворяет примеси (соли), в результате чего в ячейку, где расположена примесь, поступает дополнительное количество влаги, поскольку упругость паров раствора вода-соль меньше, чем упругость паров чистой воды.

Теоретически при отсутствии препятствующих сил поступление влаги в эту ячейку должно было бы происходить до получения раствора бесконечно малой концентрации. Практически же оно прекращается в момент, когда натяжение стенок расширяющейся ячейки с раствором соли уравновесит разность парциальных давлений паров воды внутри и вне ячейки, т.е. осмотическое давление.

Для исключения осмотического поглощения и перемещения влаги необходима тщательная очистка компонентов полимера и промывка от солей и кислот поверхности изделий. Влагостойкость полых герметизирующих конструкций можно регулировать воздействием на процессы газопроницаемости технологическими режимами герметизации и уровнем давления.