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: 146

Скачиваний: 0

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

нием полимерных материалов . Взаимосвязь и взаимо­ обусловленность важнейших технических свойств и фи­ зико-химических процессов, происходящих в полимер ­ ных материалах под влиянием тех или иных факторов и приводящих к изменению их структуры и свойств, наи­ более полно описаны в работах [4, 11, 21].

1.3.Требования, предъявляемые к полимерным

 

 

материалам

 

 

Современная

радиоэлектронная

техника

предъявляет

к полимерным

материалам разнообразные

требования.

М а т е р и а л ы д о л ж н ы

быть дешевыми и иедефицитными,

д о л ж н ы допускать

переработку

высокопроизводитель­

ными методами, иметь достаточный 'гарантийный срок хранения, по возможности не содержать токсичных ком­ понентов.

'В радиотехнических конструкциях полимеры чаще всего выполняют роль электрической изоляции, поэтому они д о л ж н ы обладать повышенной электрической проч­ ностью, иметь высокое сопротивление изоляции, неболь­ шие диэлектрические потери и диэлектрическую прони­ цаемость. Полимерный материал, используемый в каче­

стве диэлектрика

конденсатора,

должен

иметь

большую

диэлектрическую

проницаемость,

чтобы

при

м а л ы х

га­

б а р и т а х

получить

максимальную

емкость.

 

 

 

 

П р и

работе на

радиочастотах

наряду

с м а т е р и а л а м и ,

имеющими низкие значения

е,

используют

диэлектрики

с

нормированным

значением

е

(6, 10, 16

и

т. д.) и

t g б

не

выше

0,001. Одновременно

предъявляются

повышен­

ные требования к стабильности электрических парамет­

ров

диэлектриков

в широком

температурном

интервале

и в

рабочем диапазоне частот.

 

 

 

Мы видели выше, что электроизоляционные

свойства

полимерных м а т е р и а л о в существенно зависят

не только

от

температуры и

частоты, но

и от степени увлажнения

полимера, интенсивности его облучения, степени загряз ­ нения поверхности полимерного изделия, наличия в его объеме газовых включений, трещин и других дефектов. Многолетний опыт эксплуатации полимерных изделий и исследования последних лет показывают, что свойства изделий из полимеров в значительной степени опреде­

ляются условиями формирования

структуры полимера,

т. е. методом формообразования,

технологичностью де-

31


тали или узла, режимами обработки, выбором техноло­

гической

оснастки

и т. д. Это

говорит

о

необходимости

•при

выборе

электроизоляционного материала

распола­

гать

для

него «е

только

значениями

р„,

ps , tg6, е, Ещ>,

которые

можно

найти

в

соответствующих

справочниках

и ГОСТ,

но

и

сведениями о

характере

изменения этих

п а р а м е т р о в

в рабочем

диапазоне

частот

и

температур,

при

изменении

относительной

влажности

окружающей

среды,

в

зависимости

от

выбора

конструктивно-техноло­

гических

решений. В ГОСТ такие сведения

отсуствуют,

их можно

найти в монографиях [4, 10, 11, 22

и др.], сбор-

пиках

[28—30],

в

некоторых

справочниках

(14,

23—27].

При

 

работе

 

конструкции

в

условиях

'повышенной

влажности (морских, тропических) выбор электроизоля­ ционного полимерного м а т е р и а л а необходимо (произво­ дить с учетом максимального удельного поверхностного сопротивления ps при 70 °С после продолжительного пре­

бывания образца в условиях

повышенной влажности .

Оно должно составлять

не

менее

нескольких сотен

мегом.

 

 

 

Электроизоляционные

материалы,-

предназначенные

для высоковольтных устройств, работающих при повы­ шенных температурах, д о л ж н ы обладать высокой элект­ рической прочностью, большим сопротивлением, хоро­

шим

качеством поверхности. Л ю б ы е дефекты поверхно­

сти

высоковольтной изоляции

(жировые

пятна,

микро -

трещины,' абсорбированные

из воздуха

влага

и газы,

твердые частицы) способствуют снижению поверхност­ ного сопротивления и появлению при сравнительно не­

высоких напряжениях ползучих

р а з р я д о в , что

впослед­

ствии приводит и к образованию

проводящих

мостиков.

При работе высоковольтных устройств между токоведу-

щими частями могут возникать электрические

коронные

или искровые р а з р я д ы , которые могут стать

причиной

нарушения работоспособности изоляции. При проектиро­

вании таких

устройств

выбор м а т е р и а л о в

должен

про­

изводиться

с учетом

их максимальной

дугостойкости,

т. е. способности противостоять действию

над его

по­

верхностью электрической дуги. По убывающему значе­

нию

дугостойкости

полимерные

материалы

м о ж н о рас­

положить

примерно

в такой ж е

ряд, как

они

располага­

лись

по убывающей

термостойкости

(см. §

1.2).

Термопластичные

материалы

(особенно

органиче­

ские)

при

воздействии электрической дуги

плавятся и


прогорают на большую или меньшую глубину. Органи­ ческие полимеры — реактопласты — деструктируют с вы­ делением газообразных продуктов разложения и «науг­ лероживанием» поверхности; у неорганических — обра­ зуется сетка трещин на поверхности.

На практике нередко возникает необходимость комплексного использования полимерных матеомалов в электроизоляционных кон­

струкциях. Так,

например,

в

силовом трансформаторе приме­

няют (31]:

 

 

 

 

а)

эмалевые

и лаковые

пленки в качестве

изоляции проводов;

б)

асбестовые, слюдинитовые

п кабельные

бумаги пли лавсано­

вые, фторопластовые пленки, а также стеклоткани и стеклолакоткакп в качестве изоляции между обмотками и между обмотками и ме-' таллическимп частями корпуса;

в) эпоксидные, кремнийоргаиическпе, полиэфирные п другие ла­ ки и компаунды в качестве пропиточных материалов, обеспечиваю­ щих заполнение микропор и капилляров волокнистой изоляции и промежутков между витками и обмотками;

г) эпоксидные, кремнннорганическне и другие компаунды в ка­ честве заливочного материала, обеспечивающего герметичность и монолитность конструкции.

В совокупности все эти материалы образуют систему изоляции трансформатора. Работоспособность такой изоляции зависит не только от правильного выбора полимерных материалов, по и от принятых конструктивно-технологических решении, которые должны способствовать:

хорошему доступу пропиточного состава вглубь обмоток;

устранению всех пор, зазоров, пустот и промежутков в изо­

ляции;

улучшению теилоотвода;

повышению механической прочности;

получению оптимальной структуры полимерных материалов и

обеспечению совместимости заливочных и пропиточных материалов с другими материалами конструкции (эмалированными проводами, металлами и т. д.).

Тепло, выделяемое в герметизированных трансформаторах при повышенных мощностях, может привести к повышению температуры внутри трансформатора, где особенно затруднен теплоотвод. Газо­ вые включения способны ионизировать, продукты их распада могут оказывать вредное воздействие па металлы и неметаллы. Нарушение герметичности из-за отслоения компаундов от металлических дета­ лей и эмалированных проводов создает условия для проникновения влаги вглубь обмоток. Все эти факторы вызывают ускоренную де­ струкцию полимеров и снижают работоспособность трансформатора.

Наряд у с функциями электрической изоляции .поли­ меры нередко выполняют роль конструкционного мате ­

риала. От и должн ы обеспечивать

в этом случае

надеж ­

ную работу РЭ А в условиях вибраций, ударных

нагру­

зок

и различных механических

напряжений . В а ж н ы м

показателем прочности материалов является их

удель­

ная

прочность, которая определяется отношением

цроч-

3—358

 

33


мости к 'плотности материала . Первое место среди мате­ риалов но этому показателю принадлежит стеклопласти­ кам [табл. 1.2]. В случае использования полимерных ма­ териалов в узлах трения особый интерес представляют их поверхностная твердость, износостойкость и коэффи­ циент трения. В работе {14] этот вопрос рассмотрен под­ робно, приведен анализ влияния структуры полимера и различных факторо в на износостойкость и коэффициент трения полимерного материала .

 

 

 

 

Т а б л и ц а 1.2

Удельная прочность некоторых конструкционных

материалов

 

 

 

 

Удельная прочность, М Н / м 1

Материал

Марка

Плотность

 

 

Т-Ю"3 ,

кг/м»

при растяже­ при сжатии,

 

 

 

 

нии, tip

а

 

 

 

 

 

сж

Хромоникелевая

30 ХГСА

7,85

15,3

13,4

сталь

Д16Т

2,8

16,4

10,0

Дюралюминии

Стеклопластик

СВАМ

1,9

26,0

22,0

Стеклотекстолит

ЭФ-32-30!

1,7

24,0

17,0

Н и з к а я теплопроводность

полимерного

материала

в ряде случаев, например при использовании в качестве тепло- и звукоизоляции, является положительным каче ­ ством. По убывающей теплопроводности различные ма­ териалы можно расположить примерно в такой ряд: се­

ребро (418) *)—кмедь

(390)—>-золото

(293)—>-алюминий

(209) — >- керамика на

основе

окиси

бериллия

(209) —>•

—>-свинец

(35) • — ^керамика

на основе

окиси

алюминия

(29):—у- ферриты

(4)-—>-ситаллы

(1,6 — 4,0) -— ^радио -

керамика

(1 — 2)

— > - кварцевое стекло

(1,2)—>-прессма-

териалы (0,2—0,8)—>-асбоволокниты и стекловолокниты

(0,2—0,4) —>- полиэтилены

(0,4—0,5) —>• полиамиды

(0,24 — 0,30) — ^фторопласт - 4

и органическое стекло (до

0 , 2 5 ) — ^ п о л и с т и р о л и винипласт (до 0 , 1 2 ) — ^ п е н о п л а ­ с т а (0,03—0,06).

Большинство полимеров прозрачно, бесцветно, может окрашиваться в различные цвета, пропускать лучи в ши­ роком диапазоне длин волн, включая ультрафиолетовую часть спектра. Эти особенности кварцевых и других не­ органических стекол делают их незаменимыми при изго-

*' В скобках указаны значения удельной теплопроводности ма­ териала А, [Вт/(м • °С)] в интервале от 0 до 100°С,

34


товлении световодов, оптических линз, баллонов ламп V- электровакуумных приборов, лазеров, деталей остекле­ ния. Органические стекла т а к ж е широко используют для деталей остекления, при изготовлении линз, прозрачных шкал, защитных стекол.

Огнестойкость, устойчивость к воздействию высоких и низких температур, радиационная стойкость, химиче­ ская стойкость и другие полезные свойства, присущие неорганическим полимерам (ситаллам, кварцевым стек­ лам, керамике и т. д . ), могут иметь решающее значение при выборе материалов для аппаратуры специального назначения. Способность полимерных материалов вос­ принимать цветовую окраску исключает необходимость использования лакокрасочных покрытий. Невысокая

плотность

полимерных

материалов

несколько

раз

меньше плотности

м е т а л л о в )

дает

возможность

при

за­

мене металлов

полимерами

снизить

материалоемкость

РЭА .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Перспективность использования полимеров в конст­

рукциях

Р Э А

обусловлена т а к ж е

их

высокой

техноло­

гичностью. Д е т а л и

из

полимеров

можно

получать

мето­

дами пластической деформации без механической

обра­

ботки. Применение

прессматериалов

дает

возможность

за одну операцию прессования изготовить детали

слож ­

ного профиля с чистотой поверхности

до

V

10,

а

неред­

ко и готовые узлы,

в которые

запрессовывается

большое

количество металлических деталей: контактов, втулок, винтов, коллекторных пластин и т. д. Себестоимость та­ ких деталей и узлов может оказаться ниже себестоимо­ сти деталей и узлов аналогичного назначения, выполнен­ ных из более дешевых материалов .

Ценным качеством полимеров является их способ­ ность образовывать тонкие и ультратонкие пленки и во­ локна с достаточно высокой механической прочностью. На их основе выпускают пленочные конденсаторы, мно­ гослойные печатные платы, изделия волоконной оптики и т. д. С п о м о щ ь ю полимеров поверхности многих изде­ лий м о ж н о придать необходимый цвет, блеск, гидрофоб-

ность, коррозионную стойкость, износостойкость и

дру­

гие специфические свойства.

 

Однако при выборе полимерного материала необходи­

мо принимать во внимание, что многим полимерам

свой­

ственны довольно серьезные недостатки, ограничиваю­ щие области их применения. Д л я органических полимеров

3*

35