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
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 |
(в |
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 |