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
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 .т |
|
|
|
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