Контактолы в виде ненаполненных полимеров.
Перспективной альтернативой контактолам на основе ЭПКМ 1-й группы (наполненным полимерам) являются электропроводящие полимеры 2-й группы, проводимость которых получают за счет образования сопряженных систем путем внутренних превращений в макромолекулах самих полимеров. Механизм электропроводности таких полимеров еще не до конца изучен, хотя и получены полимеры с v < 10-4Ом·см. Однако, исследования последних десятилетий позволили сформулировать основные принципы синтеза электропроводящих полимеров. В частности для синтеза в этом случае необходимо наличие: длинной последовательности сопряженных двойных связей или формы непрерывной системы-электронов (в макромолекулах) по всему материалу; жесткой, лучше всего сшитой, структуры макромолекул; определенной концентрации несвязанных свободных электронов, распределенных по структуре молекул (с возможностями переходов от одной макромолекулы к другой). Большую практическую значимость представляют ЭПКМ 2-й группы, полимеризующиеся под действием излучений (ИК и УФ диапазонов), как более технологичные для ИМЭ.
Использование высокоэлектропроводящих полимеров позволит создать не только ЭК с малым v, но и проводники с минимальными потерями, что обеспечит экономную передачу и использование электроэнергии.
Получение соединений накруткой.
Соединения накруткой впервые испытаны в промышленном масштабе в 1950 г. и описаны в работе Келлера в 1952 г. В настоящее время они применяются во всем мире преимущественно для межузлового монтажа. Соединения получаются путем накрутки (навивки) под натягом определенного числа витков провода вокруг жесткого вывода без изоляции, имеющего 2 или более острых ребра.
Число витков провода при накрутке составляет от 4 до 8, диаметр провода составляет 0,4-1,6 мм. В каждой накрутке создается от 20 до 30 контактных соединений, т.к. достаточно большое срезающее усилие разрушает оксидную пленку на проводе и выводе (штыре), образуя надежные контактные поверхности.
Следует отметить, что два первых и два последних витка накрутки могут не давать надежного контактного соединения, поэтому количество эффективных точек контакта провода со штырем определяют как сумму всех точек соприкосновения провода со штырем за вычетом четырех. Поперечные сечения штырей для навивки представлены на рис.14.1. Так, например, при получении соединения четырехгранного штыря с шестью витками провода количество эффективных контактных точек Nсоставляет 20, с четырьмя – 12, в соответствии с расчетом по формуле:
где n– число ребер штыря,m– число витков провода.
Для получения соединений таким способом необходимо удалить с соединяемых поверхностей окислы и загрязнения и образовать механическим методом между ними контакт. В реальных условиях для этого нужны значительные пластические деформации. Когда провод накручивается на штырь, оба они пластически деформируются в точках контакта на острых гранях штыря. Среднее давление между проводом и штырем в точках контакта составляет около (1,8-2,0) Н/м2, что значительно превосходит требования для образования проволочного соединения. Последовательность операций при навивке показана на рис.14.2.
Натяжение провода при накрутке достаточно велико для разрушения окисной пленки на штыре и на навиваемом проводе, а также для обеспечения пластической деформации при вдавливании провода по граням штыря в точках контакта. В этих точках возникают центры «схватывания» между двумя поверхностями и образуется газонепроницаемое соединение в результате создания условий для протекания диффузии и образовании холодносварного соединения.
Качество соединения, выполненного накруткой, зависит от многих факторов. Важно правильно выбрать форму, диаметр, материал провода и штыря, конструкцию рабочего инструмента, соблюдать технологию. При этом для накрутки используются одножильные провода диаметром от 0,2 до 1,6 мм (из меди, алюминия либо никеля). Монтажные штыри должны обладать достаточной прочностью на скручивание, чтобы выдерживать вращающий момент, возникающий при навивке. Они изготавливаются из сплавов бериллий-медь, медь-никель, луженой и нелуженой латуни, плакированной стали, фосфористой бронзы и др. Прочность на растяжение материала штыря должна быть больше или равной 47 кГ·с/мм2, а твердость по Бринелю не менее 140кГс·/мм2. При выполнении накрутки в ручном производстве используют накручивающий электрический либо пневматический пистолет. Сначала с провода на определенной длине снимают изоляцию. Оголенный конец провода вставляют в отверстие накручивающей насадки до
Рис.14.1. Поперечное сечение штырей для навивки монтажных проводов:
квадратное (а); полукруглые (б, в); прямоугольное (г); ромбовидное (д).
Рис.14.2. Последовательность операций при навивке: снятие изоляции (а);
закладка провода в паз инструмента (б); навивка провода на штырь(в);снятие (отвод) инструмента со штыря (г);соединение, полученное навивкой (накруткой) (д).
упора и загибают, затем насаживают накручивающий инструмент на штырь. Весь процесс накрутки занимает около 3 с, причем собственно накрутка продолжается от 0,1 до 0,3 с.
При изготовлении соединений накруткой применяются полуавтоматические монтажные машины и автоматы. Автомат для накрутки работает от бухты провода, при этом обрезка и снятие изоляции происходит также автоматически.
Производительность автомата составляет от 500 до 1000 накруток в час. При работе с автоматом необходимо соблюдать следующие условия:
все контакты должны лежать в одной плоскости;
шаг должен быть стандартным (шаг – расстояние между центрами соседних витков);
штыри должны иметь единые размеры;
допуски на расстояния между всеми штырями должны иметь величины, обеспечиваемые автоматом.
При монтаже накруткой для повышения надежности соединений часто используют так называемое «модифицированное соединение». Отличается оно от обычного добавлением к виткам из неизолированного провода, соединяющимся со штырем, одного-двух витков провода с изоляцией у основания штыря. Это несколько увеличивает высоту соединения и его объем, но дает ряд преимуществ. Изоляция уменьшает концентрацию напряжения в точке, где провод касается грани штыря, и поэтому при модифицированном соединении поломка провода у первого витка соединения при вибрациях и перемещениях штырей менее вероятна.
Возможно соединение накруткой и для многожильного провода. Тогда провод не накручивают, а залуживают, и только после этого используют так называемое «бандажирование», представляющее собой соединение провода со штырем, имеющим острые кромки, при котором провод располагают параллельно штырю, вдоль его широкой поверхности. Затем провод крепят к штырю с помощью нескольких витков бандажной проволоки. Каждый виток проволоки «запирается» на двух углах штыря. С помощью бандажирования можно соединять штыри между собой, штырь с шиной и т.п.
Преимущества контактирования накруткой:
отсутствие нагрева, припоя, флюсов и необходимости удаления остатков флюсов, продуктов флюсования и пайки;
достаточно хорошая ремонтоспособность соединений;
возможность автоматизации монтажа объемным проводом.
Тем не менее метод монтажа накруткой не нашел широкого применения из-за его
недостатков:
велик объем, занимаемый контактом (особенно по высоте);
необходимы специальные меры для разгрузки ячеек и других узлов от усилий, возникающих при накрутке (один-полтора кг для провода диаметром 0,5мм);
контактное сопротивление при накрутке получается большим, чем при пайке и сварке;
низкий уровень автоматизации, из-за невозможности реализации групповой технологии.
Существуют и другие способы соединений подобного рода. Например, иногда соединения проводников получают скручиванием и намоткой, с помощью винтовых креплений, соединений сдавливанием (склепыванием, с применением металлических втулок и пружинных скоб). Возможно также присоединение проводников к соединительным узлам путем сжатия, с помощью зажимов, прижатия, обжимания.
Примеры оборудования для накрутки.
Полуавтомат накрутки ПАН-2 является прецизионным устройством. Он осуществляет поиск контактного штыря под накрутку и провода, необходимого для монтажа, выдает технологические указания.
Характеристики установки:
размер поля позиционирования (X·Y) мм ………… 500·700
шаг координатной сетки, мм ………………………. 0,5
количество ячеек в кассе монтажного провода …… 9
производительность, накр./ч …………………………200-400
Полуавтоматическая установка УМ-700 для монтажа блоков и панелей по программе.
Характеристики установки:
размер рабочего поля (X·Y) мм ……………………………… 700·600
максимальная скорость перемещения координатного стола, м/мин …6
погрешность перемещения координатного стола, не более, мм …… 0,25
число ячеек магазина с насадками для штырей………………………… 70.