5.2. Методы и способы влагозащиты и герметизации рэс

5.2.1. Бескорпусная влагозащита эрк

Метод бескорпусной влагозащиты основан на нанесении слоя влагозащитного, или герметизирующего материала (ВГМ) непосредственно на защищаемое изделие. В основную группу ВГМ входят органические полимеры и композиции на их основе — термопластичные, термореактивные материалы, полиуретаны и крем-нийорганические полимеры. Выбор вида ВГМ зависит от требований, предъявляемых к качеству влагозащиты, возможного ее влияния на параметры защищаемых изделий, устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов производства и условий эксплуатации.

Параметры ВГМ. Различают электроизоляционные, теплофизические, механические, технологические и экологические пара­метры ВГМ.

К электроизоляционным параметрам ВГМ относят:

- удельные объемное р_v

- поверхностное р_s сопротивления,

-диэлектрическую проницаемость ε,

-электрическую прочность Е_пр

- тангенс угла диэлектрических потерь tgδ .

К теплофизическим параметрам ВГМ относят:

- коэффициент теплопроводности А,

- температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР),

-диэлектрической проницаемости (ТК )

- тангенса угла диэлектрических потерь (TKtg δ).

Способность ВГМ к влагопоглощению характеризует удельная влагопроводимость D₀.

К механическим параметрам ВГМ относят:

-допустимые напряжения при деформациях сжатия σ_сж,

- растяжения σ_р

- изгиба σ_из,

-износостойкость,

- коэффициент трения

- стойкость к растрескиианию.

К. технологическим параметрам ВГМ относят:

- жизнестойкость,

- текучесть (вязкость),

-адгезию,

-время отвердевания

-усадку.

Кроме того, ВГМ должны быть экологически безопасны, иметь высокую стабильность, повторяемость параметров и не вступать в химическое взаимодействие с материалами защищаемого изделия.

Из приведенной классификации видно, что требования к параметрам ВГМ разносторонние и часто антагонистические, а следовательно, выбор конкретного вида ВГМ представляет собой сложную задачу для конструктора и технолога.

Рассмотрим свойства и параметры ВГМ.

Термопластичные материалы. Это высокомолекулярные продукты полимеризации и поликонденсации органических, соединений, способные к растворению и расплавлению, т.е. к изменению и восстановлению своего агрегатного состояния. К ним относят неполярные высокочастотные диэлектрики, такие как полиэтилен, полистирол, политетрафторэтилен (фторопласт-4) и др.

Полиэтилен — это твердое вещество, образующееся в результате полимеризации газа этилена С₂Н₄.. Степень полимеризации п, т.е. число молекул мономера, объединившихся в одну молекулу полимера, достигает 1 500.

Полистирол — твердое вещество, образующееся в результате полимеризации жидкого стирола С₈Н₈ (мономера). Степень полимеризации п достигает 6000.

Политетрафторэтилен (фторопласт4) — твердое вещество, образующееся в результате полимеризации тетрафторэтилена C₂F₄. Степень полимеризации п достигает 6 000. Политетрафторэтилен исключительно химически стоек, совершенно негорюч (размягчается при t = +415 °С), практически абсолютно негигроскопичен, не смачивается водой и другими жидкостями. По отношению к нему обычные клеящие вещества не обладают адгезией. В то же время этот материал мягок и склонен к хладотекучести.

Значения ТКЛР и коэффициента влагопроницаемости у термопластов малы, электроизоляционные свойства характеризуются следующими значениями:

р_v~ 10¹⁷,

р_s~ 10¹⁶ 0м • м;

ε= 2,3...2,5;

tg δ = 0,0002...0,0005 на частоте f = 1 ГГц.

Такие характеристики и параметры определили основную область применения термопластов как изолирующих материалов для проводов и высокочастотных кабелей; также они используются для изготовления установочных изделий (например, каркасов катушек). Их технологическое достоинство состоит в возможности изготовления изделий сложной формы прогрессивными методами литья под давлением.

Недостатками, ограничивающими область применения термопластов, являются плохая адгезия их с поверхностью защищаемого изделия, пониженная нагревостойкость (за исключением фторопласта) и способность к растрескиванию при низких температурах (диапазон рабочих температур термопластов -60...+150°С). i Для расширения температурного диапазона в отдельные виды термопластов вводят специальные мелкодисперсные добавки — диоксид титана, стекловолокно, пылевидный кварц.

Гораздо лучшей адгезией обладают полярные термопласты — поливинилхлорид С₂Н₃С1, полиэтилентерефталат (лавсан, майлар) и поливиниловый спирт С₂Н₃ОН, на основе которого выпускают клеи марки БФ.

Термореактивные материалы. Это высокомолекулярные продукты, образующиеся преимущественно на основе поликонденсационных смол (фенолформальдегидных, полиэфирных и эпоксидных) и переходящие при нагревании, длительном хранении или в присутствии специальных добавок (отвердителей и катализаторов) в нерастворимое и неплавкое состояние. При отверждении поликонденсационных смол выделяются побочные продукты (вода, спирт), что приводит к увеличению пористости полимера и ухудшению его электроизоляционных свойств.

Фенолформальдегидные смолы — наиболее ранние по времени разработки (начало XX в.) синтетические смолы, представляющие собой продукты поликонденсации фенола С₆Н₅ОН (карболовой кислоты) с формальдегидом Н₂СО в присутствии катализатора. Если в реакции смолообразования участвует не менее одного моля формальдегида на моль фенола в присутствии щелочного катализатора (обычно аммиака, не оставляющего в готовой смоле примесей электролитического характера), то получается термореактивная смола — бакелит, применяемая для пропитки материалов при изготовлении гетинакса и текстолита.

Если же в реакции смолообразования избыток фенола, то в присутствии кислотного катализатора (например, соляной кислоты) получается термопластичная смола — новолак, широко используемая для изготовления пресс-порошков.

Полиэфирные смолы образуются в результате поликонденсации многоатомных спиртов с многоатомными кислотами. При этом термопластичные смолы получают из двухатомных спиртов (гликолей), имеющих две гидроксильные группы ОН в молекуле, и из двухосновных органических кислот, имеющих две карбоксильные группы СООН в молекуле. Термореактивные смолы получают из трехатомных спиртов и не менее чем двухосновных кислот. Так, термореактивную глифталевую смолу получают из трехатомного спирта — глицерина С₃Н₅(ОН)₃ поликонденсацией его с фталевым ангидридом (продуктом окисления нафталина). Глифталевую смолу широко используют для клейки миканитов (изолирующих материалов на основе слюды) и для пропитки изоляции электрических машин.

Эпоксидные смолы — это реакционноспособные олигомерные (полимеры сравнительно небольшой молекулярной массы) и полимерные вещества, молекулы которых содержат активные эпоксидные группы.

В исходном состоянии эти смолы имеют линейное строение, при этом на каждом конце линейной молекулы находится эпоксидная группа. В чистом виде они представляют собой вязкие жидкости, сохраняющие свои свойства при длительном хранении. Рабочая смола образуется полимеризацией композиции чистой смолы с наполнителем, пластификатором и отвердителем, часто в присутствии катализатора. В качестве отвердителей используют диамины — H₂N—R—NH₂—, где радикал R — очень реакционноспособная кинетически независимая частица, обдадающая неспаренными электронами, например метила (СН₃), этила (С₂Н₅), фенила (С₆Н₅). Образующаяся в результате термореактивная смола обладает пространственной структурой молекул, что и обеспечивает ее высокую нагревостойкость и влагонепроницаемость.

Эпоксидные смолы обладают относительно малой усадкой (0,5...2,5 %), хорошей адгезией к различным материалам конструкций, хорошими электрическими и механическими характеристиками, при их отвердевании не выделяется летучих материалов. Однако при работе с жидкими смолами необходимо соблюдать осторожность из-за их токсичности. Отвержденные же эпоксидные смолы не токсичны.

Полиуретаны. Это термореактивные и термопластичные продукты, представляющие собой гетероцепные высокомолекулярные соединения, содержащие повторяющиеся уретановые группы в основной цепи макромолекулы (—NH—СО—О—). Полиуре-тановые смолы могут быть твердыми и эластичными (каучуки и полиуретановые эластомеры). Полиуретановый эмаль-лак применяют в качестве изоляции для самозалуживающихся проводов, например марки ПЭВТЛ. Шестерни из полиуретана прочные, износостойкие, устойчивые к кислотам, маслу и бензину.

Кремнийорганическке полимеры (КОП). Основу строения их моле­кул составляет кремнийкислородный «скелет» ...—Si—О—Si—О—... Термопластичные КОП имеют линейное строение при котором каждый атом кремния связан с двумя радикалами (например, метила — СН₃).

Термореактивные КОП имеют пространственную структуру. Дисилоксановые связи в этих полимерах отличаются высокой прочностью и с трудом поддаются разрушению, что и| определяет свойства этих материалов — повышенные нагревостойкость и влагостойкость, химическую инертность, электриче­скую прочность.

Наибольшее применение в качестве герметизирующих материалов получили композиции на основе кремнийорганических кау-чуков, обладающих способностью при комнатной температуре образовывать в сочетании с отвердителями эластичную монолитную массу, защищающую изделие от внешних воздействий, в том числе и от механических (покрытие кабелей).

Виды ВГМ. Различают следующие виды ВГМ:

-пропиточные и покрывные лаки,

-заливочные компаунды,

-клеи,

-пенопласты

-пенокомпаунды

- порошкообразные термореактивные герметизирующие материалы.

Пропиточные и покровные лаки — это составы с растворителем, содержание которого составляет 40...50%. В процессе сушки растворитель улетучивается, оставляя после себя поры, снижающие влаго- и нагревостойкость изоляции. Распространен покровный полиуретановый лак УР-231.

Заливочные компаунды — это термореактивные заливочные материалы без растворителя (с добавками пластификатора и наполнителя), полимеризация которых происходит в присутствии отвердителя. Применяются полиуретановый компаунд «Виксинт К-68», герметик «Виксинт У-1-18».

Клеи — это пленкообразующие синтетические материалы. В тех­нологических процессах производства РЭС их применяют, глав­ным образом, для склеивания очень тонких фольговых и пленочных материалов со слоистыми пластиками с образованием фольги рованных диэлектриков, служащих для изготовления печатных плат. Кроме того, клеи используют для герметизации и фиксации )РК на поверхности платы. Высокими адгезионными свойствами и влагостойкостью обладает, например, полиуретановый клей марки ПУ-2.

Поливинилацетатные и перхлорвиниловые клеи на основе термопластичных смол обладают хорошими адгезионными свойствами, но имеют невысокую нагревостойкость. Фенолформальдегид-иые клеи на основе термореактивных смол обладают высокой пагревостойкостью и хорошими адгезионными свойствами, однако силы когезии (внутримолекулярной связи) обычно превосходят в них силы адгезионного сцепления.

Пенопласты и пенокомпаунды являются разновидностями газо­наполненных полимерных материалов с ячеистой структурой, образованной замкнутыми порами. Их получение основано на явлении вспенивания полимеров под действием газов, выделяющихся при разложении газообразователей, введенных в состав компози­ции или выделяющихся в результате взаимодействия компонентов. Пенопласты применяют для изготовления деталей прессовым методом, а пенокомпаунды — для заполнения пустот и герметизации элементов узлов и блоков беспрессовым методом в целях защиты их от воздействия вибраций.

Порошкообразные термореактивные герметизирующие материалы, выпускаемые также в таблетках и гранулах, используют для изготовления изделий электроизоляционного назначения мето­дами прямого прессования и литья под давлением или для герме­тизации изделий, предназначенных для эксплуатации в условиях тропического климата.