Файл: Галушко, А. И. Внутренние напряжения в герметизирующих компаундах радиоэлектронной аппаратуры.pdf

где А = 323 • 10'1 Н/м2-—свободный член, численно рав­ ный контактному давлению ненаполненного компаунда

Рис. 3.12. Зависимость контактного давления от содержания пыле­ видного талька в компаунде КЭП-5Т при температурах:

1) 293 К; 2) 253 К: 3) 213 К.

Рис. 3.13. Зависимость контактного давления от содержания пыле­ видного кварца в компаунде КЭП-5К при температурах:

1} 293 К; 2) 253 К; 3) 213 К.

При равных весовых содержаниях наполнителя кон­ тактное давление компаундов тем больше, чем больше насыпной вес наполнителей. У талька, окиси алюминия и молотого пылевидного кварца он равен 6,65-10:); 8,7-103 и 9,8-103 Н/м3 соответственно.

Наполнители по-разному изменяют физико-механиче­ ские характеристики компаундов. При равных весовых содержаниях наполнителей в компаунде и одинаковой степени размола частиц модули упругости компаундов К.ЭП-5Т и КЭП-5К практически одинаковы, а ТКЛР компаунда К.ЭП-5Т значительно меньше, чем и объяс­ няется снижение его контактного давления.

Найденные закономерности сохранятюся и при сме­ шении различных наполнителей. Так, например, сравни­ тельные испытания компаундов типа 10-Н с окисью алю­ миния (10-НА) и смесью талька и окиси алюминия (10-НАТ) в качестве наполнителя показали, что кон­ тактное давление компаунда с окисью алюминия зна­ чительно превышает давление компаунда со смесью талька и окиси алюминия (рис. 3.14).

62

Рецептуры компаундов на основе смолы Т-10 приве­ дены в табл. 3.7.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что формулы (3.4) и (3.7) весьма неточны. Они учитыва­ ют только ТКЛР наполнителя и не учитывают другие физико-механические свойства, а также размеры, фор-

Рис. 3.14. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

/) 10-НАТ; 2) 10-НА.

му и величину поверхности частиц. Кроме того, форму­ лы не учитывают поверхностей активности частиц на­ полнителя и его взаимодействия с полимером.

Решая задачу о выборе вида и количественного со­ держания наполнителя приходится учитывать, что вве­ дение его в компаунд не является безусловной гаран­ тией снижения внутренних напряжений. Для эффектив­ ного снижения внутренних напряжений целесообразно применять наполнители с насыпным весом менее 9,8X X ІО3, например тальк, окись алюминия. Предполагает­ ся, что хорошие результаты даст применение наполни­ теля с отрицательным ТКЛР, например эвкрпптпта [34].

63

3.5. Применение режима «холодного» отверждения для снижения внутренних напряжений

В практике герметизации РЭА нередко применяется режим «холодного» отверждения эпоксидных компаун­ дов с аминными отвердителями. В ряде случаев такой режим технологически удобнее. Иногда считают, что отверждение при комнатной температуре уменьшает внутренние напряжения вследствие снижения перепада температур. Так, например, для отверждения компаун­ да ЭЗК-6 (с полиэтиленполиамином в качестве отверди­

Для проверки имеющихся в литературе рекоменда­ ций исследовано влияние режима отверждения на ве­ личину контактного давления и физико-механические характеристики компаундов ЭЗК-6, ЭЗК-7 и ЭЗК-11 [57].

Образцы каждого из них отверждены по двум ре­ жимам: режим I («горячего» отверждения)— 3,6,-ІО3 с при 293 К плюс 30,8- ІО3 с при 343 К, режим II («холод­ ного» отверждения) — 86,4-ІО3 с при 293К.

Готовые образцы после испытаний в исходном со­ стоянии были прогреты в течение 430-10е с при темпе­ ратуре 343 К, а затем снова подвергнуты испытаниям.

Испытания показали, что в исходном состоянии кон­ тактное давление компаундов холодного отверждения меньше, чем давление компаундов горячего отвержде­ ния. Кривые температурной зависимости контактного

<І4

давления компаундов холодного отверждения лежат ниже соответствующих кривых компаундов горячего от­ верждения (рис. 3.15—3.17). Однако после дополни­ тельного прогрева при температуре 343 К контактное давление компаундов холодного отверждения увеличи­ вается и кривые совмещаются. Объясняется это особен­ ностями физико-механических характеристик компаун­ дов холодного и горячего отверждения (табл. 3.8). Как

видно из таблицы, Тс компаундов холодного отвержде­ ния ниже Тс компаундов горячего отверждения. Модули упругости компаундов холодного отверждения также меньше.

В процессе прогрева при 343 К происходит дополни­ тельное отверждение вторичными и третичными амина­ ми. Повышается жесткость компаундов и температура стеклования. Температурный коэффициент линейного расширения уменьшается до уровня ТКЛР компаундов горячего отверждения. Улучшаются прочностные харак­ теристики— прочность и относительное удлинение е при разрыве. Следовательно, уменьшение контактного дав­ ления компаундов холодного отверждения является пре­ имуществом временным. Даже непродолжительный про-

Рис. 3.16. Температурная зависимость контактного давления ком­ паунда ЭЗК-7:

/ — «холодного» отверждения; 2 — «горячего» отверждения; 3 — «горячего и «холодного» отверждения после дополнительного прогрева.

Рис. 3.17. Температурная зависимость контактного давления ком­ паунда ЭЗК-11:

/ — «холодного» отверждения; 2 — «горячего» отверждения; 3 — «горячего» и «холодного» отверждения после дополнительного прогрева.

66

грев при 343 К приводит к изменению свойств и значи­ тельному увеличению контактного давления.

Выбранные компаунды позволяют сопоставить влия­ ние наполнителя (в компаунде ЭЗК.-7) с влиянием по­ вышенного содержания пластификатора (в компаунде ЭЗК-11) на свойства компаундов. Величины их кон­ тактного давления практически одинаковы. В компаун­ де ЭЗК-7 наполнитель снижает ТКЛР и увеличивает

Рис. 3.18. Температурная зависимость контактного давления в случае появления микротрещин. В точке А происходит скачкообразное изме­ нение давления.

модуль упругости. А в компаунде ЭЗК-11 пластифика­ тор снижает модуль упругости, но при этом увеличивает ТКЛР. Очевидно, что процессы изменения ТКЛР и мо­ дуля упругости взаимосвязаны, что затрудняет возмож­ ность эффективного снижения внутренних напряжений в компаундах с помощью наполнителей и пластифика­ торов.

В процессе измерений при плавном понижении тем­ пературы обнаружено скачкообразное снижение величи­ ны контактного давления компаундов ЭЗК-7 и ЭЗК-11 (рис. 3.16 и 3.17). Скачок происходит при температурах около 233 К. После скачка кривые обратного хода тем­ пературной зависимости контактного давления проходят ниже первоначальных, образуя подобие гистерезисной кривой, а при повторном охлаждении эксперименталь­ ные точки попадают на нижнюю кривую (рис. 3.18).

Это явление свидетельствует о возникновении микро­ трещин в компаунде. Трещины увеличивают податли-

вость полимерного кольца модели, что воспринимается металлическим цилиндром как уменьшение контактного давления.

Случаи появления трещин характерны для компаун­ дов с низкой величиной механической прочности. К их числу относятся некоторые компаунды с аминным от­ вердителей или с повышенным содержанием пластифи­

являются в случае, когда величина внутренних напря­ жений становится равной пределу длительной прочно­ сти компаунда на разрыв.

контактного давления при охлаждении ложатся на пер­ воначальные кривые температурной зависимости кон­ тактного давления. В ходе повторных измерений скач­ кообразное снижение контактного давления повторяет­ ся, как показано на рис. 3.18.

Можно предположить, что в процессе дополнитель­ ного прогрева целостность компаундов в моделях с мик­ ротрещинами восстанавливается. Факт смыкания тре­ щин может быть объяснен на основе изложенных в [35] представлений Гриффита и Ребиндера о дефектах и трещинах в твердых телах. Согласно этим представле­ ниям, трещина растет тогда, когда уменьшение энергии в образце в процессе ее роста (вследствие разгрузки

68

материала) равно или больше увеличения потенциаль­ ной энергии, происходящего при образовании новых поверхностей разрыва. Изменение упругой энергии AW в образце за счет образовавшейся трещины, перпенди­ кулярной направлению силы, равно

в выражении (3.8) означает, что появление трещины приводит к разгрузке материала вокруг иее.

Если длина трещины достигла критического значе­ ния, то дальнейшее ее увеличение при нагружении при­ водит к уменьшению общей энергии образца. Рост тре­ щины заканчивается разрушением образца. Если длина трещины меньше критической, то при разгружении уменьшение общей энергии приводит к смыканию тре­ щины. Как видно из табл. 3.8, в исходном состоянии температура стеклования компаундов ниже 343 К, сле­ довательно, в процессе дополнительного прогрева ком­ паунды ЭЗК-7 и ЭЗК-П находятся в высокоэластиче­ ском состоянии, при котором контактное давление име­ ет очень малую величину. Значит, в процессе дополни­ тельного прогрева действительно происходит разгружение компаунда и создаются условия для смыкания тре­ щин.

Физическая модель для исследования внутренних на­ пряжений, кроме измерения контактного давления, по­ зволяет четко фиксировать начало процесса растрески­ вания исследуемого компаунда и таким образом опре­ делять его нижнюю рабочую температуру.

Внутренние напряжения определяются комплексом физико-механических характеристик компаунда, и не' имеет существенного значения, каким режимом отверж­ дения они будут достигнуты. Поэтому изменение режи­ ма отверждения не является эффективным способом снижения внутренних напряжений. При повышении тем­ пературы отверждения, а также под воздействием теп­ лового старения компаундов происходит параллельный сдвиг кривой температурной зависимости контактного давления в сторону более высоких температур. Процесс сдвига кривой при тепловом старении проходит быст­ рее, если компаунд не полностью отвержден в исход­ ном состоянии.

69