Некоторые физико-механические свойства отвержденных кремнийорганических смол без растворителя приведены в табл. 5-5а. Так как эти смолы иногда плохо сопротивляются растрескиванию, было сделано много попыток улучшить показатель. Одним из путей разрешения проблемы оказалось введение в смолу наполнителей. Некоторые наполнители, пригодные для этой цели, перечислены в табл. 5-6. Разумеется, могут применяться и другие материалы как по отдельности, так и в различных комбинациях. Количество отвердителей, которое требуется при применении различных наполнителей, необходимо определить опытным путем. При отборе наполнителей необходимо, чтобы они были химически инертны, нагревостойки и имели рН около 7.

КРЕМНИЙОРГАНИЧЕСКИЕ ГЕЛИ

Третьим типом кремнийорганических смол без растворителей, которые применяются для заливки электронных устройств, являются кремнийорганические гели. Этот материал поставляется в виде двухкомпонентной прозрачной жидкой системы. Смола с добавкой катализатора отверждается при температуре ниже 100°С с образованием конечного гелеобразного продукта. Отвержденный материал имеет отличные электроизоля-

Некоторые наполнители для применения с кремний-органическими смолами без растворителей [Л. 5-2]

ционные свойства, но малую механическую прочность. В связи с этим он в основном применяется при заливке в кожухи. Кремнийорганический гель имеет два основных технологических преимущества. Во-первых, он обладает свойством самозалечивания . .Сквозь отвержденную смолу можно определять местные нарушения электрической цепи, а после удаления пробника целостность геля восстанавливается. Во-вторых, рем ийорганиче-ский гель является заменителем масел в изделиях, в которых трудно добиться герметичности кожуха и тем самым избежать утечки масел или попадания воздуха в масло. В таких случаях поступление воздуха всегда является потенциальной опасностью, которая может ухудшить электрические характеристики изделия. Если же применять кремнийорганический гель, то утечка масла при поступлении воздуха исключается. Ernst и Parr показали, что этот материал имеет много преимуществ по сравнению с маслами для изоляции в военной техни-рКе, высоковольтном оборудовании и авиационных энергетических установках {Л. 5-5].

Свойства кремнийорганического геля. Свойства не-отвержденного кремнийорганического геля приведены в табл. 5-7, а отвержденного-в табл. 5-8. Устойчивость отвержденного геля к тепловому старению и действию влаги показана на рис. 5-5.

Кремнийорганический гель применяется как для заливки, так и для пропитки. В связи с тем, что при отверждении этого материала или при тепловом ударе в нем не возникает внутренних напряжений, он применяется в таких ответственных изделиях, как магнитные сердечники и полупроводниковые устройства и в другом электро- и радиотехническом оборудовании.

Так .как кремнийорганический гель не обладает текучестью, он остается на месте после гелеобразования. Из-за этого необходимо предусматривать правильно расположенный воздушный зазор для уменьшения давления в системе. Этот зазор остается на одном и том же месте независимо от ориентации изделия.

Кремнийорганический гель сохраняет низкий модуль упругости в широком диапазоне температур и не препятствует температурным деформациям залитых деталей. Несмотря на относительную прочность и сопротивляемость раздиранию, гель является мягким и очень эла-

Свойства

Значения

Вязкость при 25° С, с/п........

Температура вспышки, °С.......

Показатель преломления при 25° С, Пд Плотность при 25° С, г/сж......

6 204 1,40

0.96

Таблица 5-8

Типичные свойства отвержденного (16 ч при 80° С) кремнийорганического геля (по табл. 5-7) [Л. 5-6]

> Частота 60 гц, быстрый подъем напряжения, электроды сферические диаметром 12,5 мм, расстояние между электродами 0,58 мм.

Типичные свойства неотвержденного кремнийорганического геля фирмы Dow Corning [Л. 5-6]

стичным продуктом. По этой причине через гель не распространяются напряжения, ударные и вибрационные нагрузки, как это происходит в случае жестких смоло-образных материалов. Эти характеристики показаны на рис. 9-20.

Кремнийорганический гель характеризует отличная для гелеобразных материалов сопротивляемость меха-

/ООО гооо зопо <,ооо ьооо еооо looo

Времл Выдержки, v

Р.ИС. 5-S. Влияние теплового старения (дри 150° С, оплошные кривые) и увлажнения (выдержка при 23° С .в атмоофере относителшой влажности 96%, пунктирные кривые) иа электроизоляциовные свойства (удельное объемное сопротивление, ом см; tg 6; диэлектрическая проницаемость в) отвержденного кремнийорганического геля.

ническим нагрузкам. Для того чтобы продемонстрировать это, Christensen {Л. 5-6] проделал следующие эксперименты. Стальные кубики со стороной 50,8 мм были залиты в кожухах емкостью 1,1 л. Эти кубики весом 1,13 кг моделировали небольшие трансформаторы, находящиеся в отвержденном геле. Каждый кубик был залит так, чтобы под ним был слой геля толщиной 25,4 жлг, а над ним - 50,8 мм. Результаты испытаний даны в табл. 5-8а. Являясь достаточно условными, эти данные тем не менее показывают, что кремнийорганический гель

Результат

Переворачивание в кожухе, 24 ч

Падение в кожухе с высоты 0,3 м

Падение в кожухе с вынутым

дном с высоты 0,3 м Падение в кожухе с 0,9 ж

Определение прочности при растяжении. До заливки на кубике был укреплен небольшой крюк, при помощи которого производился отрыв кубика от дна кожуха

со скоростью 50 cmjmuh

Переворачивание с грузом на кубике

Положение кубика не изменилось

Положение кубика не изменилось

после 20 падений Поверхность геля разрушилась

кубиком после 5 падений Кубик выдержал 44 падения без

повреждения поверхности геля Разрушающая нагрузка 25 кГ.

Нагрузка для протягивания

кубика сквозь гель 13,5 кг

Положение кубика с грузом 6,5 кг за 1 ч испытаний и последующего падения с высоты 0,3 м не изменилось

> Образец-стальной кубик со стороной 50,8 мм, покрытый гелем слоем 25,4 мм снизу и 50,8 мм сверху. Отверждение 16 ч при 80° С.

не разрушается при значительных механических ударных нагрузках.

Технология кремнийорганического геля. Рассматриваемый кремний-органический заливочный материал состоит из двух компонентов: основного жидкого бесцветного компонента и бледно-голубого катализатора. И тот и другой нетоксичны и имеют низкую вязкость. Срок хранения компонентов (поотдельности) при температуре 25° С не ограничен.

Оптимальное соотношение-10 частей катализатора на 100 частей смолы. Если брать меньше 9 частей катализатора, геля не образуется. При 14 и более частях катализатора получается очень твердый тель, недостаточно нагревостойкий и, вообше говоря, неприменимый. После смешения смесь перед употреблением должна быть вакуумирована. Жизнеспособность компаунда с катализатором при 25° С - более 12 ч.

Стойкость отвержденного кремнийорганического геля к механическим нагрузкам' [Л. 5-6]

Время отверждения компаунда зависит от температуры и массы. Обычно лучшие результаты получаются, если гелеобразование происходит при 75°С. При этой температуре процесс происходит в течение 6 ч. При температуре до 40° С гелеобразование требует 48-72 ч, в то время как лри 150°.С требуется от 30 мин до 1 ч. Реакция отверждения не является экзотермической.

Твердость геля прежде всего определяется концентрацией катализатора. Однако некоторое значение имеет также температура процесса: при более высоких температурах получается более твердый гель. Оптимальные результаты достигаются при таких концентрациях катализатора и температуре отверждения, которые дают липкий гелеобразный продукт. Этот продукт должен быть твердым настолько, чтобы не течь под действием собственного веса.

Некоторые материалы имеют тенденцию инги-биро-вать процесс гелеобразования. В частности, это характерно для некоторых органических каучуков и нескольких марок кремнийорганических каучуков холодной вулканизации. При использовании этих материалов необходимо следить, чтобы они не соприкасались с кремний-органическим гелем. Ограниченное ингибирование вызывают также некоторые целлюлозные материалы. Предварительный нагрев компонентов сводит ингибирование к минимуму.

ПОЛИУРЕТАНОВЫЕ СМОЛЫ

Другим классом материалов, который применяется для заливки электронных устройств, является группа полиуретановых смол. Эти смолы могут получаться самой различной твердости, что делает их nepcneKTHBHbiAi материалом для тех случаев, где требуется хорошая удельная ударная вязкость в сочетании с хорошими электроизоляционными свойствами. Другим выдающимся свойством отвержденных полиуретановых каучуков, которое в залитых изделиях обычно не используется, является отличная стойкость к истиранию.

Некоторые свойства полиуретановых смол приведены в табл. 5-9. Ввиду того, что для получения полиуретанов можно использовать многочисленные соединения, полиуретаны известны также под названия.мй: изоциаиа-

Все указанные в табл. 5-9 смолы янтарного тели: СВ (порошок), СВ-1, СН, CG-2 (жидкости). 2 Торговые марки смол и их изготовители: Adiprene-Du Pont de Nemours and Go. Daycollan -American Latex Products Corp. Disogrln -Disogrin Industries, Inc. Elastacast - Acushnet Process Co. Hysol (различные номера)-Hysol Corp. Multrathane-Mobay Chemical Co. Neothane-Goodyear Tire and Rubber Co. Solithane -Thiokol Chemical Corp.

цвета, без запаха. Отверди-

ты, диизо'ц.ианаты, полиэфирдиизоцианаты. В связи с тем, что рецептура смол может быть подобрана таким образом, чтобы отвержденный продукт был упругим или резиноподобным, конечные материалы также часто называются полиуретановыми каучуками или полиурета-новыми эластомерами. Рассматриваемый класс смол применяется также для производства полиуретановых пеноматериалов (см. гл. 7). Сведения, которые приводятся в гл. 7 о природе полиуретановых материалов, здесь не повторяются.

Существуют два основных типа полиуретановых материалов, а именно: одностадийный и форполимер. Основное различие между ними заключается в том, что в одностадийной системе полная реакция между диизоцианатом и другими реагентами производится у потребителя. В случае форполимера диизоцианат и другие компоненты сначала частично реагируют друг сдругом и лишь после этого направляются к потребителю. В обоих случаях в систему вводится катализатор.

Свойства некоторых неотвержденных промышленных полиуретановых форполимеров [Л. 3-7)

Так как в одностадийной системе используются исходные диизо'цианаты, которые в целом ряде случаев являются токсичными и действуют на кожу, а также в связи с тем, что форполимер является системой, в которой реакция уже частично прошла и которая в значительной степени свободна от выделения летучих, наиболее часто потребители предпочитают форполимер. Однако одностадийные системы часто реагируют быстрее и более полно. Поэтому их иногда применяют с тем, чтобы обеспечить большую степень отверждения и, следовательно, получить продукт с лучшими физико-механиче-скими и электрическими свойствами. Одностадийным системам свойственна большая экзотермичность, что иногда вызывает повреждение отливки, если последняя имеет большие размеры или если температура реакции настолько высока, что влияет на детали или материалы заливаемого изделия. Для более конкретного представ-. ления о применяемых для заливки полиуретановых материалах ниже описываются как форполимер, так и одностадийные системы.

Полиуретановые форполимеры. Свойства некоторых выпускаемых в промышленном масштабе уретановых. форполимеров приведены в табл. 5-9. Эти смолы имеют концевые группы, которые легко реагируют с водой и ее парами. В связи с этим необходимо тщательно следить, чтобы вода не соприкасалась с форполимером. Если емкости со смолой остались на открытом воздухе, то на поверхности смол образуется пленка, которую можно удалить без ухудшения качества жидкой смолы. Однако необходимо тщательно помнить о том, что сосуды со смолой должны быть закрыты сразу после использования.

Полиуретановые смолы в результате реакции со следами воды иногда содержат некоторое количество двуокиси углерода. Для того чтобы получить отливки без пузырьков, необходимо перед отверждением удалить двуокись углерода. Это можно быстро сделать с помощью нагрева и вакуумирования. Технологические данные и типичные рецептуры приведены в табл. 5-10. Свойства типичных уретановых форполимеров описаны в табл. 5-11.

Одностадийные полиуретановые компаунды. Некоторые типичные рецептуры одностадийных компаундов

Технологические данные для некоторых типовых полиуретановых форполимеров [Л. 5-7]

> Режим работы: 1) Нагреть смесь смол Hysol 8530 и Hysol 8531 до 90° С. в случае малой вязкости подогрев не требуется. 2) Вакуумировать не менее 7-10 мин при 28-29 мм. рт. ст. 3) Нагреть отвердитель до 90° С. 4) Тщательно смешать смолу с отвердителем. 5) В случае воздушных включений снова вакуумировать. 6) 3 лнть в предварительно нагретую форму. 7) Произвести отверждение 4 ч при 140° С или 24 ч при 105° С.

2 Состав (в весовых частях):

Рецептура 1. Hysol 8530 - 35, Hysol 8531 - 65, отвердитель СВ-26. Рецептура 2: Hysof 8530 -50, Hysol 8531-50, отвердитель СВ-22,5. Рецептура 3: Hysol 8530-38. Hysol 8531-62, отвердитель СВ-24,5.

Таблица 5-11

Свойства типичной отвержденной полиуретановой смолы на основе форполимера

Свойства

Рецептура (по табл. 5-10)

Цвет...........

Плотность, г/сж.....

Твердость по Шору (шкала D) .. . .......

Прочность при растяжении кГ/сж2.........

Удлинение при разрыве, %

Водопоглощаемость, % .

Усадка, cmjcm . . . .

Удельная ударная вязкость (образец с надпилом), кГ-см1см.......

Диэлектрическая проницаемость .........

tgS...........

Удельное объемное сопротивление, ом-см . . . .

Прозрачный, янтарный 1.16

10 0,53 0,022

4,53

3,25 0,021

>102

Прозрачный

1,16

250 170 0.68 0.022

0,0245

>102

Прозрачный

1,15

293 10 0.22 0.022

3,54 0.029

= 102

Состав некоторых полиуретановых одностадийных компаундов* [Л. 5-8)

Компонент

Компаунд

DC-1

DC-2 DC-3 DC-4

Nacconate 80........

Nacconate 300 .......

Касторовое масло . . . . .

Дипропиутенгликоль.....

Ди(2-этилгексил) себацинат , Этилдиэтаноламин .....

119,0 100,0

53,0

100,0

19,0

19,0

82,8 100,0

83.6 100.0 20,2 23,1

Диизоциаиаты (марки Nacconate) выпускает фирма National Aniline Div. Allied Chemical and Dye Corp.; касторовое масло фирмы Baker Castor Oil Co. и Spencer Kellogg and Sons; дипропилепгликоль-фирмы Union Carbide Chemicals Co., Celanese Corp. и Dow Chemical Co.; ди(2-этилгексил)себацинат-фирмы Dewey and Almy Chemical Div., Grace Corp., Eastman Chemical Products Corp. и др.; этилдиэтаноламин-фирмы Union Carbide Chemicals Co., Pennsalt Chemical Corp.

приведены в табл. 5-12, a их свойства в отвержденном состоянии в. табл. 5-13.

Процесс изготовления одностадийных компаундов недостаточно технологичен. Это может быть показано в нижеследующем полном изложении методики изготовления систем, описанных в табл. 5-12 [Л. 5-8].

Рецептура DC-1. Смолу Nacconate 300 нагревают выше температуры плавления (50-55°С), избегая местного перегрева. Затем к расплавленной смоле постепенно добавляется в сухой инертной атмосфере (например, в сухом азоте) безводное касторовое масло и производится перемешивание в течение 1 ч при температуре смеси 60-70° С. Для поддержания температуры на заданном уровне может оказаться необходимым при работе с небольшими количествами реагентов подогревать смесь. С другой стороны, при больших количествах смеси тепло реакции будет повышать температуру выше за-даиной, в связи с чем может потребоваться охлаждение.

По окончании процесса для удаления растворенных газов в реакторе создается вакуум 30 мм рт. ст. на срок 30 мин, причем температура остается равной 60°С.

Затем добавляется катализатор и производится энергичное перемешивание в течение 2 мин. По окончании перемешивания перед заливкой в формы производится