пауиды, наполненные алюминием, имеют повышенную удельную теплопроводность по сравнению с компаунда-мп, наполненными слюдой. Тем не менее, можно сделать вывод, что компаунды с песком значительно лучше рассеивают тепло по сравнению с компаундами ркак со слюдой, так и с алюминием, особевно если концентрация этих наполиителей достаточно низка для поддержания вязкости компаунда в рабочих пределах. Исходя из данных табл. 8-1, можно ожидать, что пластинчатая двуокись алюминия даст результаты, 1эквивалентные песку и алюминию с размером частиц 30 меш, и подъем температуры с двуокисью алюминия будет даже .меньше, чем с этими наполнителями. Реальное преимущество песка над слюдой по уменьшению роста темрпературы можно легко видеть из того, что перегрев снижается приблизительно на 75° С при переходе от компаунда, наполненного слюдой, к компаунду с песком. В то же время тот факт, что снижение перегрева позволяет улучшить конструкцию электротехнического изделия, является общепризнанным. Уменьшение перегрева позволяет конструктору увеличить мощность машины и снизить размеры залитого изделия (а, слещовательно, и его вес) или свести к минимуму применение вспомотательного оборудования, например системы принудительной воздушной вентиляции для охлаждения, или же исключить устройство ребер для охлаждения: Для оценки практического снижения перегрева в равной степени важно учитывать рост температуры в момент пуска оборудования и темп снижения температуры при выключении тока. Все это ясно видно из рис. 8-2.

Теплопроводность в случае источников тепла с переменной температурой. На рис. 8-3 показано приложение полученных ранее данных к источнику тепла со значительным градиентом температур на примере заливки кольцевой катушки. Могут быть также другие источники тепла с переменной температурой. Источником рассеиваемой мощности служил кольцевой сердечник с внутренним диаметром 51 мм, наружным диаметром 76 мм и высотой 13 мм при величине рассеиваемой мощности 10 ет. Сердечник'был залит в цилиндрической форме диаметром около Юмм и высотой 76лгж. Температура регистрировалась медь-константановой термопарой, расположенной в геометрическом центре сердечника. В процессе

экспериментов сердечник заливался эпоксидной смолой - ненаполненной и наполненной слюдой и песком, для того чтобы создать высокую, среднюю и низкую удельную теплопроводность. Хотя очевидно, что ненаполненная смола в подобных случаях на практике не будет применяться, кривые для ненаполненной смолы приведены на рис. 8-3 наряду с другими кривыми для сравнения. Различие в темпе роста температуры для разных ко.м-паундов на рис. 8-3 соответствует данным табл. 8-1. Как было указано Выше, снижение темпа роста температуры дает конструктору ряд преимуществ. Таким

50 70

SO 120 т WO 180 200 220 240 Время,мин

Рис. 8-3. Рассеивание тепла от источника со значительным градиентом температур. Источник тепла - стандартный залитый магнитный тороидальный сердечник под нагрузкой 10 вт. Эамер температур в геометрическом центре сердечника [Л. 8-2].

/ - эпоксидная смола без наполнители; 2 - наполнительслюда (25%); 3 - наполнитель - песок (65%); 4 - перегрузка

образом, снижение темпа роста температуры зависит как от величины нагрузки, так и от типа источника тепла (с постоянной или переменной температурой). Однако во Всех случаях температурные кривые имеют одинаковый характер.

Интересно отметить влияние перегрузки на находящиеся под нагрузкой магнитные сердечники, залитые

различными материалами. В случае .перегрузки отмечается улучшенная теплоотдача наполненного песком компаунда наряду с более медленным ростом температуры. Конечная разница в темпе подъема температуры между компаундами, наполненными .песком и слюдой, намного больше в случае перегрузки, чем в .случае номинальной нагрузки, причем компаунд с песком при перегрузке имеет большие преимущества. Если учесть, что тем.пература .в случае компаунда с песком растет намного медленнее, а ее снижение при снятии перегрузки происходит намного быстрее, становится ясным, что большую надежность при работе в условиях перегрузок дает компаунд, наполненный песком.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

В связи со стремлениями повысить теплопроводность заливочных компаундов, читателей м.огут заинтересовать методы определения удельной теплопроводности заливочных материалов. Два метода описываются ниже.

Метод А S ТМ. Принципиальная схема способа приведена на рис. 8-4. Электрическая мощность выделяется в центральном нагревательном элементе 1 и регулируется таким образом, чтобы перепад температур по толщине образца 10 был не менее 23 град. Величина выделяемой в защитном .кольце 3 мощности устанавливается такой, чтобы максимальный .перепад температур между центральными пластинами 2 и защитными пластинами 4 не .превышал 0,75% от среднего падения теМ'Пературы через две половины образца, определенного дифференциальными термопарами 7. и .поверхностными термопарами 8 и 9. После того как уста.новится температура от 40 до 50° С, опыт продолжается до тех пор, пока наблюдения с интервалом не более 1 ч в течение 5 ч дадут значения удельной теплопроводности, различающиеся между собой не более чем на 17о- Удельная теплопроводность k .подсчитывается ПО формуле

k = (У, emIcM град,

где q - мощно'сть теплового ПОТОка, вт; L - путь теплового потока, см; Л-площадь плоской поверхности, см;

Ti - температура горячей поверхности, ° С; Т2 - температура холодной поверхиости, °С. Лабораторные измерения производятся с помощью ваттметра и микрометра.

ю

7 3 4

4 3 i

Рис. 8-4. Принципиальная схема метода защитного кольца для определения теплопроводности [Л.8-4]. /-центральный нагреватель

2-поверхность центральных пластин 3-защитное кольцо 4-поверхность защитных пластин

Нагревательное устройство

центральная часть нагревательного устройства

защитная часть нагревательного устройства;

5-охлаждающее устройство; 6-поверхностные пластины охлаждающего устройства; 7-дифференциальные термопары; 8-поверхностные термопары нагревателя; 9 - поверхностные термопары охладителя; W-испытуемый образец.

Аппарат Сепсо - Fitch для определения теплопроводности. Этот прибор, описанный фирмой Central Scientific [Л. 8-5], изображен на рис. 8-5. При работе иа приборе тонкий (3-6 мм) кусок материала, подлежащего исследованию, помещается между верхней частью, под-

держиваемой отри .постоянной температуре 100° С, .и .нижней, .представляющей собой изолированный блок из меди с известной теплопроводностью. Тепло, проходя через материал, поднимает температуру медного блока до определенного измеряемого значения. Для определения перепада температур служат термопары и галыванометр. Теплопроводность определяется следующим образом:

Рис. 8-5. Установка Сепсо-Fitsh для определения удельной теплопроводности.

отсчеты показаний гальванометра производятся с интервалом 1, 2 или 3 мин в зависимости от скорости отклонения стрелки гальванометра. Отсчеты .производят, .пока стрелка ие пройдет всю шкалу прибора, или в течение 30 мин. Толщина образца измеряется микрометром. Затем строится график зависимости времени от десятичного логарифма отсчета гальванометра. Удельная теплопроводность подсчитывается по этому графику (рис. 8-6) и .следующему уравнению:

Мс1 Ig о - Ig i

А: = 2,303-

где k - удельная теплопроводность образца, кал/сек см град; I - толщина образца, см; М -масса медного блока, г; с - удельная теплоемкость меди, кал/г - град;

А - площадь медного блока, см\ i - конечное показание гальванометра; to - начальное показание гальванометра; t-0 - время между отсчетами i и Io, сек.

10 15 20 Время, мин

Рис. 8-6. График для расчета удельной теплопроводности на установке Сепсо-Fitch.

Ниже следует пример расчета, основанный на данных рис. 8-6. Материал - пробка; толщина образца Z=0,48 см. Отсчеты гальванометра во времени:

Время, мин..... О 2 4 6 8 10 12 14

Отсчеты по гальванометру ...... 1,12 9,88 9,63 9,37 9,10 8,81 8,54 8,28

Логарифм отсчета. . 13.2 0,994 0,984 0,972 0,959 0,9i5 0,932 0,918

Время, мчи..... 16 18 20 22 24 26 28 30

Отсчеты гальванометра ....... 8,00 7,78 7,50 7.30 7,08 6,85 6.6 6,48

Логарифм отсчета. . 0.903 0.891 0.875 0,863 0,850 0.836 0,823 0,812

Принимаем го=13,-2; t=6,48; -/о=30 мин. Наклон кривой

Ig.-lg 1.12-0.817 .

t - t 30-60 - i.-iv; .

Данные медного блока: М = 340 г; с=0,093 кал1г-град; Л = 15,6 см. Расчет дает:

2,303-340-0,93 .у ,

--jg-g-= 4,/ кал/см ,

/С=4,7-0,48 (1,72 10- ) =38,8- Ю- ?а0,0004 кал/сек град см.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫЕ КОМПАУНДЫ

Хотя электропроводные компаунды применяются не так широко, ак теплопроводные, в целом ряде случаев и они имеют очень большое значение. Наиболее широко они применяются для изготовления или ремонта контактов реле, контактных колец, выводов. Подобные электропроводные компаунды применяются чаще для ремонта, чем для изготовления основных электрических контактов, так как металлические контакты имеют большую прочность.

Другим применением электропроводных компаундов является заполнение пространства вокруг термопар или других датчиков, смонтированных в местах, где необходимо снимать показания термических и электрических величин. Для таких целей часто предпочитают применять материалы типа замазок и мастик. Это позволяет вводить в .компаунд большое количество электропроводного наполнителя и получать более электропроводный материал, чем в случае заливочных компаундов, отличающихся относительно малой вязкостью.

Состав. Электропроводность может быть достигнута применением таких наполнителей, как некоторые металлические порошки или электропров.одные виды углерода. Из наиболее часто применяемых наполнителей следует назвать серебро, графит и печную сажу. Фирма Du Pont поставляет серебряный наполнитель; подходящий наполнитель утлероднаго типа Х1516 поставляет фир.ма Union Carbide - это электропроводная ацетиленовая, газовая сажа. С технической стороны серебро имеет ряд .преимуществ. Электропроводные компаунды с серебром можно использовать как основу при нанесении гальванических .покпытий на пластмассы или другие материалы, которые в противном случае не могут быть металлизованы. Принцип получения таких компаундов подобен получению электропроводных красок, например электропроводных покрытий Du Pont [Л. 8-6]. Однако компаунды, наполненные серебром, например эпоксидные компаунды Hysol 6251 .[Л. 8-7], позволяют наносить толстые покрытия более просто .по сравнению с лакокрасочными материалами. Сообщается, что Hysol 6251 имеет очень низкое удельное объемное сопротивление - 0,00008 ом-см при 25°С. Эпоксидные .компаунды, разумеется, отличаются отличной адгезией к большинству

материалов. Это особенно важно, если такое покрытие наноеится .на теплопроводное покрытие.

Литьевые электропроводные компаунды, наполненные графитом. Исследования литьевых электропроводных компаундов были троведены Tanner [Л. 8-8]. 0,н сообщил, что на удельное объемное сопротивление электрО'Про-водной .полиэфирной смолы, .напол.неи ой неметаллическими наполнителями, влияют на состав полиэфирной смолы, добавка стирола, тип и'количество электропроводного наполнителя и размер частиц графита. Вместо графита М.ОЖИО применять печную или газовую сажу, но сажа обычно дает компаунды с большим удельным сопротивлением, чем наполненные графитом, оричем разброс удельного сопротивления более значителен. В связи с этим приводимые ниже данные относятся к .наполненному графитом полиэфирному компаунду.

В табл. 8-2 показано, как меняется удельное .сопротивление трех литьевых композиций в зависимости от типа полиэфирной смолы.

Таблица 8-2

Удельно^ объемное сопротивление компаундов на различных полиэфирных смолах [Л. 8-8]

Из табл. 8-2 можно видеть, что удельное сопротивление композиций зависит от хим.ического .состава полиэфирной смолы, причем наибольшее удельное сопротивление отмечено для эластичного полиэфира.

В полиэфирную смолу можно вводить дополнительное количество стирола для снижения вязкости и соответственно для возможности введения большего количества наполнителей, а также для придания системе достаточной подвижности для заливки. Влияние .введения

стирола l-ia удельное сопротивление отражено на рис. 8-7.

Основными факторами, определяющими электропроводность системы, являются тип и .количество электропроводного наполнителя. Теория, объясняющая электропроводность подобных систем, сводит проводимость 1К контактам частиц электропроводных наполнителей

30 35 0 Стирол, весовые части

I-1-1-i I

28 23 18

Полиэфир, весовые части

Рис. 8-7. Изменение удельного объемного сопротивления при добавке мономера - стирола [Л. 8-8].

Рецептура: графит 1-го сорта - 42 весовые части; эластичный полиэфир - согласно рисунку; стирол - согласно рисунку; перекись метил-этилкетона - 2,0 весовые части; нафтенат кобальта - 0,5 весовой части.

W го 3D О 50 Графит, весовые части

и.. . I С-1--I-1-

ЗО 80 70 60 50 Связующее, Весовые части

Рис. 8-8. Изменение удельного объемного сопротивления при добавке графита 1Л. -8].

Рецептура: графит 1-го сорта - согласно рисунку; связующее (1,9 весо юй части стирола на 1 весовую часть смолы) - согласно рисунку; перекись ме-тилэтилкетона - 0,5 весовой части; нафтенат кЪбальта - 0,2 весовой части.

между собой. Дисперсные наполнители обусловливав ют множественность путей, по которым может течь ток. Далее, электропроводность в значительной степени зависит от собственной проводимости наполнителя, сопротивления контактов частиц наполнителя и его концентрации. На рис. 8-8 показано, как меняется удельное сопротивление в зависимости от количества наполнителя (графита). Необходимо подчеркнуть, что минимальное удельное сопротивление практически достигается при соотношении связующего к гра(})иту 1:1. Таким образом, при добавлении дополнительного количества гра(})ита можно бжидать лишь незначительного измене-

Влияние размера частиц графита на удельное сопротивление [Л. 8-8]

ния удельного сопротивления. Кроме того, большее количество графита делает компаунд слишком вязким для литья. Таблица 8-3 показывает, что удельное сопротивление композиций зависит также от размера частиц наполнителя.

Можно видеть, что отливки с частицами графита меньших размеров характеризуются меньшим удельным сопротивлением. Однако применение наполнителя с небольшими размерами

Таблица 8-4

Ситовой анализ графита 1-го сорта [Л. 8-8

частиц приводит к увеличению вязкости системы, причем повышение вязкости происходит значительно быстрее, чем снижение удельного сопротивления. Это делает невозможным введение достаточного количества наполнителя для получения рецептуры с хорошими технологическими свойствами и нужной величиной удельного сопротивления. Оказалось, что графит 1-го сорта с размерами частиц, отвечающими ситовому анализу, приведенному в табл. 8-4, подходит для получения литьевого компаунда с низким удельным сопротивлением.