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

б) конструктивные методы защиты деталей и компаун­ дов от воздействия внутренних напряжений. Первый из методов предусматривает снижение внутренних напря­ жений путем введения наполнителей, пластификаторов и других компонентов или изменения их соотношения. Иногда снижение внутренних напряжений достигается изменением технологического режима отверждения ком­ паунда.

Второй метод предусматривает разработку демпфи­ рующих прокладок и т. п. элементов, задача которых— защитить наиболее уязвимые детали аппаратуры, чачнстично компенсировать разность деформаций детали и компаунда и принять на себя часть нагрузки.

Каждый из методов имеет достоинства и недостатки. Исследованы общие закономерности температурной зави­ симости внутренних напряжений, а также эффективность различных методов модификации компаундов для сни­ жения внутренних напряжений. В меньшей степени изу­ чена эффективность конструктивных методов защиты деталей.

Зная особенности и достоинства каждого из методов, можно выбрать наиболее целесообразный для данного изделия с учетом климатических условий и механиче­ ских воздействий при транспортировке, эксплуатации и хранении.

Предполагается, что конструктору известен эффект возникновения концентрации напряжений в компаундах па острых углах, при неравномерной толщине слоя ком­ паунда и в других случаях. Поэтому случаи растрески­ вания компаунда, объясняющиеся нерациональным на­ бором и расположением деталей, в книге не рассматри­ ваются.

3.2. Общие закономерности температурной зависимости внутренних напряжений

Для изучения общих закономерностей температурной зависимости внутренних напряжений выбраны стандарт­ ные, широко применяющиеся в промышленности жест­ кие, рогоподобные и эластичные компаунды и пеногерметикп различных по химической природе классов полимеров. Отверждались они по рекомендованным ре-

44

жимам. Составы компаундов и режимы отверждения приведены в табл. 3.1.

Здесь и далее марки, рецептуры и режимы отверж­ дения компаундов взяты по справочнику К. И. Черняка [23]. Далее в книге рецептуры и режимы отверждения компаундов марок, взятых из справочника, не приводят­ ся. Кроме них в работе использованы «модельные» ком­ паунды. Они составлены на базе существующих таким образом, чтобы удобно было исследовать и оценить

45 .

влияние модифицирующих компонентов и технологиче­ ских факторов на величину контактного давления; в тексте они пронумерованы.

Методом проволочной тензометрии определена тем­ пературная зависимость контактного давления компаун­ дов, приведенных в табл. 3.1. Графики температурной

Рис. 3.1. Температурная зависимость контактного давления ком­ паундов:

/) СКТН-І; 2) кт-102; 3) МБК-3; 4) МБК-1; 5) Д-3.

зависимости контактного давления представлены на рис. 3.1 и 3.2. Каждый из материалов имеет три области с различным характером температурной зависимости и величиной контактного давления. Существование этих областей объясняется особенностями физико-механиче­ ских характеристик полимерных материалов в высоко­ эластическом и стеклообразном состояниях.

В области высокоэластического состояния контакт­ ное давление имеет пренебрежимо малую величину и слабо выраженную зависимость от температуры. Это соответствует теоретически ожидаемому характеру по­ ведения полимерных материалов, так как в высокоэла-

Рис. 3.2. Температурная зависимость контактного давления пеноматериалов:

/ — Силпеи; 2 — пенопласт ЖК.Т-1.

46

с'ічіческой области модуль упругости мал, а релаксаци­ онные процессы протекают с большой скоростью [24]. Равновесное состояние системы достигается за время, меньшее длительности опыта.

Затем начинается переходная область, в которой по­ является тенденция к увеличению контактного давления с понижением температуры. Она более четко выражена у эластичных и менее четко у жестких компаундов, одна­ ко во всех случаях перегиб кривой температурной зави­ симости контактного давления совпадает с тем­ пературой стеклования соответствующих материалов (табл. 3.2). Увеличение контактного давления в этой

области объясняется увеличением модуля упругости и времени релаксации высокоэластической деформации компаундов.

Третья область на кривой температурной зависимо­ сти контактного давления соответствует стеклообразному состоянию компаундов. В этой области контактное дав­ ление на порядок выше давления в высокоэластиче­ ском состоянии, что объясняется значительным увеличе­ нием модуля упругости при переходе компаундов из высокоэластического в стеклообразное состояние. Линей­ ная зависимость величины контактного давления от тем­ пературы объясняется тем, что модуль упругости иТКЛР компаундов в стеклообразном состоянии в незначитель­ ной степени зависят от температуры.

У пеноматериалов эти характерные области выраже­ ны слабо. Контактное давление эластичного пеногерметика (Силпен) и пенопласта ЖКТ-1 значительно мень­ ше, чем давление соответствующего не вспененного компаунда СКТН-1 и полиуретанового компаунда КТ-102, что объясняется пористостью и весьма малым значением модуля упругости пеноматериалов.

При всем несходстве исследованных компаундов об­ щим в характере температурной зависимости их контакт­

47

ного давления является сравнительно невысокое значе­ ние давления в области высокоэластического состояния независимо от величины химической усадки. Действи­ тельно, усадка эпоксидных компаундов не превышает 1,5—2%, а усадка компаунда МБК-3 значительно боль­ ше. Однако и в том и другом случае при температурах выше температуры стеклования величина контактного дав­ ления не превышает (30—50) • ІО4 Н/м2, в связи с тем, что в основном химическая усадка компаундов протека­ ет в период, когда они находятся в высокоэластнческом состоянии п их модуль упругости достаточно мал.

Необходимо отметить, что контактное давление ком­ паунда МБК-3 при температурах ниже 233 К становится больше, чем давление компаунда КТ-102, хотя темпера­ тура стеклования последнего выше. Объясняется это тем, что ТК.ЛР компаунда МБК-3 больше, чем КТ-102. Отсюда угловой коэффициент /Сі компаунда МБК-3 больше и кривые температурной зависимости контактно­ го давления пересекаются при понижении температуры.

Следовательно, при выборе компаундов, обеспечи­ вающих минимальную величину внутренних напряжений в рабочем диапазоне температур, пониженное значение Тс является критерием необходимым, но не достаточ­ ным.

Для объективной оценки компаундов кроме темпера­ туры стеклования необходимо знать угловые коэффици­ енты кі и К2 интерполирующей функции. Они могут быть получены либо аналитически по результатам измерений

48

при температуре отверждения и монотонно увели­

ХЮ4 Н/м2 и возрастает до 590ІО4 Н/м2 при температу­ ре 213 К (рис. 3.3).

Для компаундов этого типа пригоден метод прово­ лочной тензометрии при экспериментальном изучении контактного давления, однако аналитическое выраже­ ние (1.13), по-видимому, должно быть подвергнуто кор­ ректировке.

3.3.Применение пластификаторов для снижения

внутренних напряжений

Один из известных способов снижения внутренних напряжений заключается в модификации компаундов пластификаторами. Пластификаторы снижают темпера­ туру стеклования и модуль упругости компаундов и та­ ким образом должны снижать внутренние напряжения.

Этих общих соображений недостаточно дЛя объек­ тивного выбора марки пластификатора и расчета его количества, необходимого для снижения напряжений в компаунде на заданную величину. Для оценки влия­ ния различных пластификаторов на величину контакт­ ного давления и физико-механические свойства компа­ ундов исследовайы свойства модельных компаундов на основе смол ЭД-5 и ЭД-6, пластифицированных полиэфиракрилатом МГФ-9, кастровым маслом, дивинильиым карбоксилатным каучуком СКД-1 и алифатически­ ми эпоксиэфирными смолами ДЭГ-1 и ДЭГ-Ж. Составы пластифицированных компаундов приведены в табл. 3.3. Все компаунды отверждались при температуре 343 К в течение 16 ч. Для отверждения компаундов использо­ ваны полиэтиленполиамин і(ПЭПА) и низкомолекуляр­ ная полиамидная смола Л-20. Определены величина контактного давления, температура стеклования и ТКДР компаундов в зависимости от вида и процентного содер­ жания пластификаторов.

Анализируя результаты измерений свойств компаун­ дов № 1—8, следует отметить различный характер влия­ ния иа величину контактного давления больших коли-