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: 144

Скачиваний: 0

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

и сшитый трехмерный .полимерный цианид палладия

Pd

С =Ы • • • Pd — С = N — • • •

I

I

С.

G

ill

III

N

N

 

I

Pd

- G=N • • • Pet — С == N — •

Отличительной особенностью неорганических поли­ меров является их высокая термостойкость, невоспламе­ няемость, высокая радиационная стойкость и долговеч­ ность. Без неорганических 'полимеров не могла бы поя­ виться ни одна микросхема, ни один полупроводниковый прибор. На их основе получают подложки для тонкопле­ ночных схем, основания для печатных плат, каркасы катушек индуктивности, штепсельные разъемы и многие установочные детали.

Однако деление полимерных материалов на органи­

ческие, элементоорганические

и

неорганические

с к а ж ­

дым годом становится все более затруднительным.

Это

объясняется

тем, что в чистом

виде

полимеры имеют

ограниченное

применение.

П р е о б л а д а ю щ е е

значение

в конструкциях Р Э А в настоящее

время

имеют

компози­

ционные материалы — стеклопластики,

газонаполненные

материалы, перисты и многие др-утис

В \va сослать

мо­

гут входить одновременно и органические и неоргани­ ческие полимеры и, кроме того, металлы, газообразные и другие продукты.

1.2.Свойства полимерных материалов и изделий из них

'В радиоэлектронной аппаратуре полимеры выполня­ ют разнообразные функции. Ч а щ е всего их попользуют в качестве электроизоляционного материала . В произ­ водстве электрических конденсаторов они выполняют функции диэлектрика, с помощью которого сначала накапливается, а затем позвращается. в цепь электриче­

ская

энергия. Довольно часто полимеры применяются

т а к ж е

в качестве конструкционного материала . В ряде

12


случаев полимеры являются активными диэлектриками, их параметры могут быть управляемы электрическим по­

лем, светом, механическими усилиями.

 

При практическом использовании один и тот

ж е по­

лимерный

материал, к а к

правило,

выполняет несколько

функций

одновременно,

поэтому

о пригодности

такого

материала дл я 'конкретной радиотехнической конструк­

ции м о ж н о судить по совокупности его диэлектрических,

механических, химических и теплофизических

свойств.

 

Свойства полимерного материала определяются его

химическим составом, структурой, наличием в его

объе­

ме

примесей. При формообразовании полимерных

изде­

лий

и пленкообразовании чаще всего используют

распла­

вы и растворы полимеров. Макромолекулы при этом

находятся

в свободном состоянии, они

участвуют

в тепловом

движении, произвольно изгибаясь,

скручива­

ясь и раскручиваясь. При охлаждении расплава или при испарении растворителя вследствие близкого взаимного расположения и возникновения сил межмолекулярного притяжения макромолекулы теряют свою подвижность,

стремясь при этом к плот-

,

г

 

 

 

ной упаковке.

 

 

 

<?,МН/м

 

 

 

Неразветвленные

мо­

 

 

 

 

 

лекулы

при этом

чаще

 

 

 

 

 

всего

образуют

пачечные

 

 

 

 

 

структуры,

в

которых

 

 

 

 

 

взаимно

параллельно рас ­

 

 

 

 

 

полагается

несколько

де­

 

 

 

 

 

сятков

 

молекул.

Пачки

 

 

м

60

М/1,°А

сохраняют

гибкость

и

по­

 

 

движность,

т а к

как

их

Рис.

1.3.

Диаграммы

растяжения

длина

значительно

 

пре­

 

полиарнлатов марки Ф-1 фибрил­

вышает

поперечные

раз­

лярной

(/) и глобулярной (2)

меры.

 

Такие

пачки

в

 

 

структур.

 

 

твердом

веществе

могут

 

 

 

 

 

стать

элементами

более

сложных

«-надмолекулярных»

структур — фибрилл,

сферолитов,

монокристаллов.

Р а з ­

ветвленные молекулы сворачиваются в клубки, образуя глобулярные, чаще всего аморфные структуры. Сильно разветвленные и древовидные молекулы в твердом со­ стоянии образуют более или менее регулярные сетчатые структуры.

Как показывают исследования {4], полимерные изде­ лия с фибриллярной структурой обладаю т большей

13


прочностью,

чем

изделия

с глобулярной

структурой,

в чем легко

м о ж н о

убедиться, сравнивая

диаграммы

р а с т я ж е н и я пленочных образцов полиарплата

с различ­

ной структурой

(рис.

1.3).

Видно, что удлинение Д///

при разрыве пленок фибриллярной структуры (кривая / ) составляет 80%, а глобулярной (кривая 2)—16%. Это следует учитывать при получении и использовании поли­ мерного изделия, так как переход одной структуры в другую может быть управляемы>м или самопроизволь­ ным процессом.

Получение изделий с необходимой устойчивой струк­ турой обеспечивается либо введением специальных структурообразователей в состав кристаллизующихся поли­ меров (они способствуют образованию однородной мел­ кокристаллической структуры), либо введением в состав аморфных полимеров армирующих волокнистых веществ

идругих добавок [4].

Взависимости от поведения при нагреве полимерные материалы удобно подразделить на две группы: термореактивные (реактопласты) и термопластичные (термо­ пласты) .

Реактопласты при нагреве в начальный момент спо­ собны плавиться, однако затем под влиянием темпера­

туры, давления, отвердителей, они переходят в

неплав­

кое и нерастворимое состояние вследствие

образования

пространственных структур. Изделие из такого

полиме­

ра

не способно плавиться и растворяться.

Воздействие

на

него

повышенных

температур

приводит

к

дополни­

тельному

отверждению

полимера

или к его

деструкции

(разрушению).

 

 

 

 

 

 

 

Термопласты

в различных

температурных

интерва­

лах

могут существовать в трех различных

состояниях:

 

окидкотекучем,

для

которого

характерно

необратимое

изменение формы при воздействии небольших механи­ ческих усилий;

высокоэластичном (каучукоподобном), когда они способны упруго деформироваться под влиянием отно­ сительно небольших усилий;

твердом стекловидном, которое характеризуется не­

большой упругой деформацией

при высоких напряже ­

ниях.

 

 

 

 

 

Р а с п л а в

термопласта при

охлаждении

переходит че­

рез

каучукоподобное

состояние

в твердое стеклообраз­

ное.

При

нагреве

фазовый

 

переход

осуществляется


в обратном порядке. Твердый полимер через высоко­ эластичное состояние переходит в жидкотекучее.

Особенностью фазовых .переходов аморфных термо­ пластов является наличие достаточно широкого темпе­

ратурного' интервала, в котором

наблюдается

непрерыв­

ный

переход из твердого состояния в высокоэластичное

и из

высокоэластичного в твердое. Этот температурный

интервал называют

температурой

стеклования

Тс. Вели­

чина

этого

интервала

и его положение на температур­

ной

ш к а л е

зависят

от

состава

и структуры

'полимера,

скорости его нагрева и охлаждения, скорости

приложе­

ния

механических усилий.

 

 

 

 

•Кристаллические

вещества, как известно,

из

твердо­

го состояния в жидкое переходят при строго

определен­

ной температуре, которая соответсвует их

температуре

плавления

7 П Л .

 

 

 

 

 

 

Изучение фазовых

превращений

полимеров

имеет

большое практическое

значение,

дает

возможность пе­

рейти к научно обоснованным методам переработки по­ лимерных материалов и прогнозирования долговечности полимерных изделий. Так, в случае изготовления пле­ ночных, .волокнистых и сложных по геометрической фор­ ме изделий наибольший интерес представляет жидкоте­ кучее состояние полимера; при необходимости сохране­ ния каучукоподобного состояния изделия в течение все­ го срока службы аппарата или прибора температура

стеклования полимера д о л ж н а быть

значительно

ниже

температуры

о к р у ж а ю щ е й среды; длительное

сохране­

н и е

работоспособности

полимерного

изделия при

повы­

шенных температурах

обеспечивается

выбором

полиме­

ра

с высокой

Тс или 7п

 

 

 

При сравнительной оценке поведения изделий, изго­ товленных из различных полимерных материалов, в усло­ виях кратковременного или длительного воздействия повышенных температур критерием могут служить такие показатели материала, как термостойкость и теплостой­ кость.

Теплостойкость характеризуется предельной темпера­ турой, при которой полимер теряет механическую проч­ ность под влиянием той или иной механической нагруз­ ки. Теплостойкость кристаллических полимеров опреде­ ляется температурой, до которой сохраняется кристал­ лическое состояние полимера . Д л я аморфных полимеров теплостойкость фактически определяется температурой

15


стеклования Тс и, так ж е как 7V, существенно зависит от величины и скорости 'приложенного напряжения . Сет­ чатые полимеры характеризуются тем большей тепло­ стойкостью, чем чаще их пространственная сетка. В пре­

деле теплостойкость часто

сшитых

полимеров

может

приближаться к

температуре

разложения полимерного

м а т е р и а л а .

 

 

 

 

Термостойкость

оценивается той

предельной

темпе­

ратурой, выше которой происходит заметное изменение структуры полимера, связанное с ухудшением его свойств. Анализ причин изменения структуры полимера при воздействии повышенных температур показывает-, что температура инициирует химические процессы, при­ водящие к распаду макромолекул или к дополнительно­

му сшиванию

их. Первый

процесс назван

термической

деструкцией,

второй —

структурированием.

 

Термическая деструкция сопровождается отщепле­ нием низкомолекулярных продуктов распада и уменьше­ нием молекулярного веса. Некоторые полимеры в ре­ зультате термической деструкции могут переходить в мономолекулярное состояние. Так, например, в орга­

нических

стеклах полная

деструкция полимера

наблю­

 

 

 

 

дается

при температурах

выше

 

 

 

/flat 1сан

275 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В реальных условиях эксплуа­

30

 

 

 

 

Д-34

тации

наряду

с термической

де­

 

 

 

струкцией имеют место различ­

 

 

 

Д-23

20

 

ные окислительные и гидролити­

 

 

 

Д-9

ческие

превращения полимеров

10

 

под

влиянием

ультрафиолетовых

 

 

 

 

 

 

лучей,

кислорода,

воды,

озона

и

 

О

 

 

других активных веществ. Такие

 

20

40 t,HUH

превращения

усиливают

деструк­

Рис.

1.4.

Кинетические

цию. Поэтому

скорость

деструк­

ции определяется не только тем­

кривые термоокислеиня

различных

полиарилатов

пературой, но и продолжитель­

на

воздухе

при 400 °С.

ностью

ее

воздействия,

сте­

 

 

 

 

пенью

разрежения

воздуха,

кон­

центрацией озона н кислорода, влажностью, степенью освещенности образца или 'полимерного изделия, про­

должительностью

его контакта

с химически

активной

'--чередой [12]. При оценке степени деструкции

полимера

критериями с л у ж а т потери массы

Am или

количество

выделяющихся при

деструкции

газов

(рис. 1.4

и 1.5).

16