Файл: Базарова Ф.Ф. Органические и неорганические полимеры в конструкциях радиоэлектронной аппаратуры.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 24.06.2024

Просмотров: 134

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

свойств. Уж е в Настоящее время apMiipoBaiii-iue компо­ зиционные м а т е р и а л ы являются незаменимыми в радио-

аппаратостроении, самолетостроении,

электротехнике.

Д а л ь н е й ш и е исследования свойств

армированных

по­

лимерных композиций д а д у т возможность не только

рас­

ширить область их применения, но

и реализовать

их

большие потенциальные возможности в совершенство­ вании прочностных и электрических свойств [22, 25, 28, 29].

Приведем - несколько примеров. В ряде случаев воз­ никает необходимость защиты приборов и аппаратов от перегрева, например приборов, находящихся внутри са­ молетов, ракет, реактивных двигателей. Д л я этих целей металлы оказываются непригодными из-за высокой теп­

лопроводности н резкого снижения прочностных

свойств

задолго

до

расплавления .

Сплавы

алюминия

теряют

прочность при температуре

выше

250 °С,

лучшие

сорта

стали — при

температуре

выше

700°С.

Армированные

пластики

сохраняют

достаточную

механическую

проч­

ность в

условиях длительного

воздействия

температур

в

интервале

200—350 °С

и при

резких

тепловых

у д а р а х

и

кратковременном

воздействии

температур

до 2700 °С.

Они имеют

низкую

теплопроводность

и

структурную

жесткость. Могут принимать любую

заданную

форму.

Все это

обусловливает

возможность

использования их

д л я термозащиты .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Известно, например, что стеклопластики на кремний-

органическом связующем в течение двух минут

способ­

ны в ы д е р ж а т ь воздействие температуры

до 2750 °С, тог­

да как большинство металлов в этих

условиях расплав ­

ляется. Интересны т а к ж е результаты

испытаний

стекло­

пластиков в кислородно-ацетиленовом пламени. При воздействии пламени кремнийорганический . стеклопла­ стик разрушается за одну минуту на толщину 0,1, мм;

образцы из меди — на 3,5

мм; образцы из стали —- на

2 мм.

 

Волокнистые

материалы

Одной из основных з а д а ч современного материалове ­ дения становится разработка экономичных способов по­ лучения волокнистых высокопрочных и термостойких материалов и на их основе создание армированных по­ лимерных материалов, характеризующихся повышенной прочностью, иагревостойкостыо и долговечностью.

6—358

81


Д л я использования в качестве армирующих

материа­

лов наряду с волокнами животного

(шелк,

шерсть),

рас­

тительного

(лен, хлопок, древесина, джут)

и минераль­

ного

происхождения

(асбест)

большой

интерес

пред­

ставляют химические волокна

(лавсановые, полиамидные,

полипропиленовые и др . ) ;

волокна

па основе

алюмо -

силикатных

и

кварцевых

стекол;

нитевидные

кристал­

лы

некоторых

металлов,

карбида

кремния,

углерода;

окислов алюминия,

магния, бериллия,

циркония и т. д.

К а к

видно

из табл .

3.2, синтетические

волокна

по

свой­

ствам значительно превосходят природные и искусствен­ ные волокна. По сравнению с другими синтетическими волокнами стекловолокно обладает такими свойствами, как негорючесть, повышенная устойчивость к тепловому старению, повышенная прочность, технологичность. Про-

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л п ц а

3.2

 

 

Свойства

волокнистых материалов

 

 

Наименование во­

 

Темпера­

 

Прочность

Гигро-

Пределы

локна или полиме­

Плотность

тура

раз­

Тол­

на разрыв

ско-

рабочих

ра, из которого

7X10-=,

мягчения,

щина,

Ч Х 10-',

ППЧ-

темпера­

получено

волокно

кг/м3

°С

мкм

Н/м»

нссть,

тур. °С

 

 

 

 

 

 

%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шерсть

 

1,32

 

 

12—G0

15—20

 

—60-=-+120

Шелк

 

1,37

G—29

35—50

15

—G0-++100

Хлопок

 

1,52

20—48

40—G0

10

—60-=-+60

Вискозный

шелк

- 1 , 5

12—40

18—42

—G0-+ + G0

Ацетатный

шелк

1,3

210

15—25

14-17

—60+-+ 60

 

 

 

Полиамид

 

I . H

215

10—30

41—74

5

—60ч-+ GO

Полннмид

 

1,48

Более 500

15—125

2040

— IG0+-+250

Перхлорвинил

1,44

9J

 

10—30

—40+- + GD

Пол иакрнлонн грпл

1.17

235

400

10—30

42—60

—60-=-+ 80

Феннлон

 

1,35

Более

10—30

-—G060+-7--+2GO130

Лавсан

 

1,3

Более

270

10-30

5

Мономер

 

0,93

Более

300

1Г>

— IIS+-+80

Асбест

 

2.5

Более 1500

30 40

—G0+- + 800

 

—604-+300

Стекловолокно

2,5

Более

700

9

200—400

0,2

2-

 

 

 

 

Кварцевое

стекло­

2,2

Более 1700

3 - 6

1000—2500

0,1

—60-=-+800

волокно

 

Амфибол

(спнтет.

Более 2,5

Более 1000

0,1—25

400

Более

1000

силикат)

 

 

 

 

 

 

 

 

изводство стекловолокна не сложно, сырье, как правило, недефицитно, поэтому и стоимость его невысока. Оно выпускается в большом количестве в большом ассорти­ менте в виде непрерывного волокна и в виде штапель­ ного волокна.

Штапельные волокна длиной от 50 д о 500 м-м и тол­ щиной до 0,7 мкм получают дутьевым способом. Стекло­

масса

плавится,

продавливается

через фильеры с боль­

шой

скоростью

и подвергается

воздействию сильной

струи

воздуха или пара . Производство непрерывного во-

82


локна

т а к ж е характеризуется

высокой

производительно­

стью,

оно отличается лишь

тем, что

нити из фильер

поступают на оправки, в р а щ а ю щ и е с я

с

большой

ско­

ростью, и наматываются на бобины. Из

1 с м 3 расплава

стекла

можно получить 1270 000 м стекловолокна

диа ­

метром 1 мкм.

 

 

 

 

 

Стеклопластики

 

 

 

Среди армированных полимерных материалов особое

место

занимают композиции,

в которых

армирующим

элементом служит какой-либо стекловолокнистый мате­ риал, а адгезивом — термореактивиый полимер. Такие материалы называют стеклопластиками. Первыми арми­ рованными стеклопластиками, получившими широкое распространение, были стеклотекстолита. Их производ­ ство аналогично производству обычного текстолита и осуществляется по следующей технологической схеме. Из стекловолокна получают стеклоткань. Ее покрывают равномерным слоем адгезива, высушивают до полного удаления растворителя. З а т е м на основе пропитанной стеклоткани получают заготовки необходимых размеров,

собирают

их в пакеты

заданной

толщины,

помещают

к а ж д ы й пакет между

полированными металлическими

листами

и погружают

на плиты

гидравлических много­

э т а ж н ы х

прессов.

В

процессе

горячего

прессования

(150—180 °С) под

давлением 5—15 М Н / м 2

происходит

равномерное распределение связующего по объему ли­ ста, а затем и его отверждение. Полное отверждение связующего требует длительного прессования, что отри­ цательно сказывается на производительности прессова­ ния. Поэтому чаше всего стеклотекстолита выпускают со степенью отверждения 92—94%. Таким изделиям свой­

ственны

недостаточно

высокие

электроизоляционные

свойства

и

невысокая их временная и температурная

стабильность. При

необходимости

степень

отверждения

связующего

может

быть повышена

в готовых

изделиях

за счет их термообработки . Температура

термообработ­

ки д о л ж н а

быть оптимальной, так

как при низкой тем­

пературе

повышается

время термообработки

(кривая 2,

рис. 3.9),

а

при высокой температуре может

произойти

деструкция

полимера

(кривая I , рис. 3.9). Термообра­

ботка заготовок из стеклотекстолита, как правило, не­

желательна потому, что при этом

ухудшаются

штампуе-

мость и другие технологические

свойства

материала

6*

 

83


вследствие снижения его пластичности. Термообработка готовых изделий из стеклотекстолита в большинстве слу­ чаев оказывается экономически целесообразной, значи­

тельно

повышая качество

изделий и их долговечность.

При использовании заготовок

стеклотекстолита

в ви­

де листов, плит и пластин нельзя

не учитывать

возмож­

ности

самопроизвольного

доотверждения

связующего

в них в процессе длительного хранения. Если

заготовки

хранились при неблагоприятных условиях,

не исключаю­

 

 

 

 

щих

возможности ко­

 

 

 

 

робления, то после до­

 

 

 

 

отверждения

никакими

 

 

 

 

тех ноло гнч еек и м и при е -

 

 

 

 

мами

устранить короб­

 

 

 

 

ление

уж е не

удается.

 

 

 

 

Отсюда

видно,

какое

 

 

 

 

в а ж н о е значение

имеет

 

 

 

 

правильное

хранение

 

 

 

 

полимерных

материа­

Рис. 3.9. Изменение степени отверж­

лов.

 

 

 

 

В а ж н е й ш и е с в о й с т в а

дения связующего ПЫ-1 в процессе

стеклотекстолитов

ма - '

термообработки

детали из стеклопла­

стика

СТ-911С

при температуре

рок ВФТ-С, СТК-41 и

230 "С (/)

и 150 "С (2).

 

СТ-911С приводятся в

 

 

 

 

табл . 3.3. Здесь ж е дл я

сравнения описаны свойства гетинакса и текстолита. Видно, что стеклотекстолиты обладают большей механи­

ческой прочностью, меньшим

влагопоглощением,

боль­

шей теплостойкостью, лучшими

электроизоляционными

свойствами. Стеклотекстолитам

свойственны

т а к ж е

гри-

боустойчивость, технологичность,

низкий

коэффициент

термического линейного расширения, б о л ь ш а я стабиль­

ность параметров

в

процессе эксплуатации,

сравнитель­

но невысокая стоимость. Это обусловило

перспектив­

ность использования

стеклотекстолитов в

производстве

радиоэлектронной

аппаратуры . Особенно

эффективно

использование стеклотекстолитов для изготовления силь­ но нагруженных элементов конструкции и в производст­ ве печатных плат.

Комбинируя различные стеклоткани с различными адгезивами можно получить стеклотекстолиты с необхо­

димым комплексом свойств. На

свойетза

стеклотексто­

лита

существенное влияние

оказывает

связующее

(рис.

3.10—3.12).

 

 

84


 

 

 

 

 

 

Свойства

слоистых пластиков

 

Т а б л и ц а 3.3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Стеклопластики

 

 

 

Свойства

 

Гетииакс

Текстолит

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВФГ-С

СТК-41

СТ-011С

СТГФ

АГ-4С

СВАМ

Плотность f. Ю-з, к г /мз

 

1,3—1,4

1,3—1,45

1,8

1,7

1,7

1,6-1,9

1,7—1,8

1,8—1,9

Водопоглощеине за 2-1 ч, %

1-2,5

0,8—1,5

1,15

0,5

0,5

-

0,05

0,7—1,3

Пределы

рабочих

темпера­

—60+-+125

—60+-+125 —G0+-+240

—60—+180

—604- + 270

—65ч-+ 130

-65+-+230

—60+-+280

тур, "С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Предел

прочности

при

растя­

80

ее

400

20Э

280

200

500

500

жении

вдоль слоев, М Н / м 2

 

 

 

 

 

 

 

 

Удельная ударная

вязкость по­

16-20

25—30

100

50

50

50

150

150-230

перек слоев,

кДж/м"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диэлектрическая проницаемость

7

8

•1,5

4,2

4,5

6

8

8

на частоте 1 МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тангенс

угла

диэлектрических

0,08

0,07

0,014

0,03

0,01

0,02

0,05

0,07

потерь на частоте

1 МГц

 

 

 

 

 

 

 

 

Удельное объемное

сопротивле­

10»

108

10"

104

10'»

10"

10'°

10°

ние, Ом-м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрическая

прочность

попе­

30

8

20

18

11

20

13

24

рек слоев при f=50 Гц, МВ/м

 

 

 

 

 

 

 

 

Связу ющее—а дгезиво

 

ФФ

ФФ

ФФ

КО

ПЭФ

ФФ

кл°й БФ-1

 

 

 

модифициро­

 

ванное