Обычный способ определения экзотермических свойств включает: 1) смешение с определенным катализатором стандартной навески смолы; 2) помещение навески смеси в пробирку определенного объема; 3) поддержание пробирки при точно регулируемой температуре бани в определенном положении по отношению к бане, причем термопара должна быть расположена точно в центре образца. Все детали этой установки должны быть стандар-

тизированы и время от времени контролироваться для того, чтобы получить воспроизводимые результаты. Небольшие отклонения от стандартных параметров и полученные в итоге невоспроизводимые результаты могут вызывать необоснованные заключения о качестве смолы.

Если для контрольных испытаний прменяется система с быстрым экзотермическим подъемом тепла, то для воспроизведения графической зависимости температура - время следует производить запись температуры самопишущим термометром с малой скоростью. При малой скорости обеспечивается наилучшее визуальное сравнение экзотермических кривых для разных замесов одного и того же материала. Наиболее существенными переменными факторами при этих испытаниях являются системы катализаторов, температура бани и масса испытуемого образца. Экзотермическая температура будет .весьма значительно меняться при изменении массы материала (рис. 3-7).

Типовая схема установки для замера экзотермических свойств исходных материалов показана на рис. 13-4.

Основными факторами, от которых зависят экзотермические свойства, являются реакционная способность смолы и катализатора, время и температура отверждения, а также размеры и конструкция заливаемого изделия. Таким образом, изменение экзотермических свойств

Рис. 13-4. Схема типичной установки для определения экзотермических свойств поли-эфлрных и эпоксидных смол [Л. 13-2].

/ - пробирка с образцом смолы, смешанной с отвердителем; 2 - термопара; 3 - жидкостная баня; 4- мешалка; 5 - нагреватель.

в данной отливке обычно свидетельствует об ухудшении контроля смолы, отвердителя или цикла отверждения. Экзотермическая реакция может быть замедлена добавкой наполнителей или снижением температуры отверждения. Экзотермические свойства имеют важное значение, так как от них в очень большой степени зависят показатели конечного продукта. Если экзотермическая температура слишком мала, смола или компаунд будут плохо отверждаться и, следовательно, не будут имет, наиболее высоких электрических и физико-механических показателей. С другой стороны, если температура экзо-термической реакции слишком велика или поднимается слишком быстро, это приводит к возникновению очень больших внутренних напряжений, которые ведут к очень быстрому растрескиванию компаунда, быстрой усадке и даже разрушению проводов, ламп и других заливаемых деталей .или узлов. Таким образом, контроль экзотермических свойств имеет очень важное значение.

Усадка смолы имеет значение не только потому, что от нее зависит точность размеров отвержденного материала, но также вследствие того, что степень и скорость усадки влияют на внутренние напряжения и тенденцию к разрушению заливаемых деталей и проводов. В некоторых случаях усадка влияет даже на электрические характеристики некоторых деталей, например сопротивлений.

Замерять усадку можно различными способами, которые зависят от конкретного применения данного материала. Линейную усадку можно измерить просто, путем изготовления формы стандартных размеров, в которой происходит отверждение в стандартных условиях образца смолы или компаунда. В этом случае замер формы и отвержденного образца дает величину изменения размеров и, следовательно, позволяет рассчитать усадку. Необходимо только -учитывать, что образец для измерений не должен быть слишком длинным и тонким во избежание его коробления, так как это приводит к ошибкам измерений.

Объемная усадка может измеряться по изменению удельного веса отвержденного продукта по сравнению с удельным весом жидкой смолы с катализатором, так как по окончании усадки один и тот же вес будет у тела

с меньшим объемом. При этом величина объемной усадки рассчитывается по следующей формуле;

Объемная усадка=

/удельный вес отвер-\ /удельный вес жидкого\ I ждснного образца )~ образца лмолы с ката-

1 \ лизатором / .100 /

удельный вес жидкого образца смолы с катализатором

Твердость. Так как твердость является мерой полноты отверждения смол, измерение твердости часто применяется в качестве контрольного испытания. Измерять -Твердость можно различными методами. Наиболее часто применяются прибор Баркола (Barber Colman Co.) и прибор Шора (The Shore Instrument Mfg. Co., Inc.). В обоих приборах используется принцип вдавливания шарика или подобный ему в измеряемую поверхность. Измерение твердости является простой и быстрой операцией. Иногда применяются другие твердомеры, например прибор Роквелла.

Любая система смола - отвердитель должна давать реальные значения твердости, воспроизводимые с учетом статистической обработки данных. Как и при других испытаниях, имеют значение все этапы .изготовления образца и проведения опыта. Так как на окончательной степени отверждения отражаются степень и скорость реакции, обусловленные массой смолы, для сравнения твердости следует применять образец стандартных размеров. Если стандартный образец для определения твердости отливается в форме с точными размерами, этот же образец можно использовать для определения линейной усадки компаунда. Для получения средних результатов, как при определении твердости, так и при определении линейной усадки, следует проводить несколько замеров во всех частях образца. Сухой остаток. В случае систем смолы, в состав ко- торых входят растворители или мономеры (например, стирол в полиэфирных смолах), часто требуется определить содержание сухого остатка или же содержание летучих. Этот показатель является важным, так как наличие растворителя отражается на вязкости системы, а если применяется мономер, то меняются, кроме того, скорость реакции и конечные свойства продукта. Применяемый для этих целей метод заключается в помешении

определенной навески материала во взвешенный алюминиевый тигель и нагревании его выше точки кипения растворителя или мономера в течение 1-2 ч. При этой температуре (при которой еще не должно происходить обугливания смолы) все летучие удаляются, после чего образец охлаждается и определяется разница в весе, на основе которой определяется содержание летучих или же сухого остатка (в зависимости от способа расчета). Необходимо проводить опыт при одной температуре и времени сушки, так как большинство полимеров при нагреве теряет в весе. Таким образом, если образец нагревается более долгое время или При более высокой температуре, чем образец, с которым его сравнивают, то потеря веса будет представлять собой сумму обычной потери в весе и потерю от более сильного нагрева.

Кислотное число. Полиэфирные смолы изготовляются в основном из спиртов и кислот. Если реакция между ними проходит до конца, то получается твердое тело. Обычно основной процесс изготовления полиэфира прекращают до того, как реакция между спиртом и кислотой пройдет до конца. В результате в полиэфире, получаемом от поставщиков, находится небольшое количество свободной кислоты. Ее содержание иногда может служить как средство контроля при определении отверждения заливочной смолы. Оценка содержания свободной кислоты (определение кислотного числа ) заключается в нейтрализации свободной кислоты в образце щелочью и замере количества щелочи, израсходованной на нейтрализацию. Типичный метод определения кислотного числа: 10 г смолы помещаются в ЮО-жл мерную колбу и дополняются до метки химически чистым ацетоном. 10 мл смеси помещаются в 125-жл колбу. К этому количеству добавляется 10 мл 96-градусного этилового спирта и 25 мл химически чистого ацетона. Добавляется 15-20 капель индикатора щелочной синий . Смесь титруется 0,1-н. едким наТром до точки перехода. Кислотное число подсчитывается согласно следующей формуле:

Кислотное числом Z

навеска смолы, г, в 10 мл смеси

Так как полиэфирная смола является химически ненасыщенной (имеет двойные связи), иногда производит-

ся определение ненасыщенности ( йодное число ). Определение заключается в потлощении йода двойными связями и замере израсходованного количества йода. Убеугьное сопротивление. Большинство полиэфиров и эпоксидных смол при комнатных температуре и влаж--ности имеют высокое удельное электрическое сопротивление. Однако у некоторых систем, у которых значение сопротивления при комнатной температуре практически почти бесконечно, удельное сопротивление снижается до малых значений, если температура или влажность (или то и другое вместе) значительно меняется. Поэтому замер сопротивления является практически ценным только тогда, когда это проделано в услов'иях, приближающихся к условиям эксплуатации. Условия измерения должны поддерживаться точно на одном уровне для получения сравнимых данных.

Электрическая прочность. Необходимо иметь стандартизованную систему электрода и образца, так как высокое напряжение может вызвать перекрытие до того, как произойдет пробой изоляции. Другой причиной, из-за котор'ой требуется, чтобы образец имел стандартную толщину, является то, что при изменении толщины не получаются воспроизводимые значения электрической прочности. Тонкие образцы обычно дают более высокое значение электрической прочности (пробивной напряженности), чем толстые образцы. Напряжение можно повышать непрерывно или же ступенями; разные способы подъема напряжения дают различные результаты, в связи с чем это обстоятельство также должно быть оговорено.

Температура тепловой деформации (heat-distortion temperature). Это - температура, при которой наблюдается заданная деформация при механической (изгибающей) нагрузке стандартного образца в определенных условиях испытаний.З?Температура деформации является характерной величиной для каждой системы смол. Испытание заключается в погружении образца в жидкую теплоперсдающую среду, приложении заданной нагрузки и равномерном повышении температуры до тех пор, пока не будет зафиксирована заданная деформация.

Дополнительно к перечисленным контрольным испытаниям можно применять и другие- испытания, если

условия применения материала требуют этого. Сюда относится определение механической прочности, тепловых и оптических свойств и т. д. Для заливки электронного оборудования обычного типа эти испытания в качестве контрольных требуются редко. Однако в ряде случаев они могут иметь важное значение.

Вышеуказанные испытания большей частью относятся к смолам, так как их особенно важно контролировать. Однако и все другие компоненты компаундов (катализаторы, ускорители, наполнители и т. д.) должны быть высокого качества. Так, если полиэфирная или эпоксидная смола дает результаты более низкие, чем предписываемые техническими условиями, то следует проверить все остальные компоненты. Знание относительных функций каждого компонента вместе с правильным анализом результатов испытаний покажет наиболее вероятный источник брака. Дополнительные опыты позволят уточнить этот источник.

Контрольные испытания компаундов такие же, что и испытания исходной смолы. Результаты испытаний наполненного компаунда будут отличаться от результатов испытаний исходной смолы, так что необходимо иметь отдельные технические условия на смолу, как исходный материал и на компаунд, применяемый в производстве. Совсем не обязательно контролировать готовый компаунд по такому же числу показателей, как исходную смолу, если время и условия хранения были в норме и если условия переработки контролируются.

-~-- КОНТРОЛЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Все основное оборудование и приборы для испытаний должны регулярно проверяться. Ниже приводятся сведения о контроле наиболее важного оборудования.

Термостаты. Во всех термостатах (камерах для отверждения) должна регулярно контролироваться температура. Оптимальным является наличие на камере устройства для непрерывной записи температуры, так что в любой момент можно узнать, какая температура поддерживалась в течение суток. Если непрактично или неэкономично устанавливать такое устройство, следует по крайней мере помешать в термостат портативный регистратор температур для контроля цикла отвержде-

ния. Отсутствие такого контроля может вызвать различные неприятности.

Если используются камеры непрерывного действия с конвейерами, систематически должна проверяться скорость движения конвейера. В случае камер периодического действия особо должна контролироваться длительность цикла отверждения. Это требование автоматически выполняется при наличии камер непрерывного действия, но в камерах периодического действия действительная длительность цикла отверждения значительно колеблется, если его не поддерживать в точных пределах.

Весовое хозяйство. Так как конечные свойства отвержденного компаунда обусловливаются рецептурой, очень важно, чтобы весы и все весовое хозяйство часто подвергались проверке. Это особенно важно при заливке, пропитке .и герметизации ввиду того, что компаунд, пролитый на весовое оборудование, будет накапливаться па нем и вызывать все увеличивающиеся ошибки. Таким образом, чистота оборудования является основным фактором исправности весового хозяйства. Автоматическое дозирующее и смесительное оборудование. При использовании такого оборудования необходимо предусмотреть его всесторонний контроль. В противном случае в короткие сроки будет переработано много материала, а в результате получится большой брак.Наиболее важной пр.и контролировании' автоматического дозирующего и смесительного оборудования является проверка соотношения отвердителя и компонентов компаунда. Частота такой проверки будет зависеть от типа оборудования.

-- Даже если на оборудовании получается воспроизводимое соотношение компонентов, существуют другие, могущие вызвать брак факторы, например засорение питательных линий или клапанов. Таким образом, дополнительно к контрольной проверке соотношения компонентов, желательно включить в состав оборудования какие-либо расходомеры, которые позволяют в любое время установить, есть движение материалов или нет.

Вакуумное оборудование. Вакуумное оборудование должно подвергаться периодической проверке, для того чтобы быть уверенным, что вакуум поддерживается на нужном уровне?;.На практике может произойти поломка

вакуум-насоса, нарушение уплотнении и т. д. Контрольная проверка вакуумного оборудования легко может производиться при наличии на нем манометра (вакуумметра). Если манометр постоянно подключен к оборудованию, любое нарушение вакуума будет сразу заметно. Приборы. Так как точность любых измерений обусловливается точностью приборов для испытаний, исключительно важно регулярно проверять приборы на их соответствие стандартам и установить расписание для калибровки и проверки всех приборов. Многие приборы для испытаний весьма просты, .и проверять их не представляет сложности. Например, оборудование для определения и регистрации температур можно проверить по образцовому ртутному термометру. Для проверки твердомеров можно использовать стандартные блоки - эталоны твердости. Проверка вискозиметров производится по материалам стандартной вязкости, например по контрольным маслам, получаемым в Бюро стандартов США. Кроме того, для такой проверки можно применять такие стабильные жидкости, как кремнийорганические масла. Если испытательные приборы неудобно проверить на предприятии, их время от времени необходимо отправлять поставщику для проверки и ремонта. Большинство поставщиков испытательного оборудования охотно сотрудничает в осуществлении таких программ.

Инструмент. Трудно предположить специальные методы проверки инструмента, так как инструмент зависит от вида операции. В то же время от качества инструмента в значительной степени зависит качество конечного продукта. В связи с этим необходимо предусмотреть программу контроля для периодической проверки размеров и качества инструмента. Особое внимание при этом следует обращать на формы из-за их склонности к изменению размеров вследствие рабочих операций (во всех случаях) и вследствие старения (только в случае форм из пластмасс). По этим причинам размеры форм должны периодически проверяться на соответствие предъявляемым к ним требованиям.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ

Технологический контроль подразумевает соответствие рабочего персонала выполняемым им операциям и контроль переменных факторов, изменяющихся по

ходу процесса. Наиболее целесообразным путем поддержания необходимого контроля технологического процесса является наличие специального инспектора, достаточно квалифицированного для того, чтобы хорошо знать все фазы производства. Он должен быть человеком, чей опыт и положение делают его влияние на работающих решающим. Он должен быть в состоянии анализировать технические условия и должен знать, к чему может привести отклонение от них.

Температура и время. Два О'сновных переменных фактора, которые должны контролироваться в процессе заливки, - температура и время. Оба фактора отражаются на рабочей вязкости материала (на рабочей жизнеспособности компаунда с отвердителем) и на правильном отверждении заливочного материала. Как температура, так и время важны не только с точки зрения удобства переработки ком'паундов; они обусловливают и конечные свойства отвержденного полимера Например, низкая температура приводит к повышению вязкости материала, что может повести к образованию пустот, а также замедлить реакцию отверждения настолько, что она не пройдет до конца. В результате физико-механические и электрические свойства конечного продукта будут ухудшены. С другой стороны, высокая температура может снизить вязкость и вызвать утечку компаунда из формы и в результате исказить форму изделия, или же она может ускорить реакцию отверждения, приводя к чрезмерно высокой экзотермической температуре, больши-м внутренним напряжениям и возможности растрескивания. I Некоторые встречающиеся лри заливке типичные затруднения, вызывающие их причины и способы устранения перечислены .в табл. 13-2. I Отклонения реакции отверждения. Часто в тех случаях, когда возникают трудности, связанные с отклонениями процесса отверждения от заданного режима, можно предусмотреть некоторый контроль реакции с тем, чтобы выбрать такой технологический вариант, при котором вредные факторы сводятся к минимуму. Например, удельное электрическое сопротивление смолы должно меняться аналогично изменению сопротивления для эталона. Это справедливо для любой системы смола - катализатор. Типичный график зависимости удельного сопротивления от времени для эпоксидной смолы, от-

Брак при заливке, его причины и способы устранения [Л. 13-2]

Недостатки

Возможные причины

Возможные способы устранения

Небольшие мягкие участки

Большие мягкие участки

Отливка мягкая

Раковины или пустоты

Плохое смешение компонентов

Слишком много или слишком мало отвердителя

Неравномерное отверждение

Неполное отверждение

Неправильное соотношение смолы и отвердителя

Преждевременная желатинизашя смолы, что вызывает захват пузырьков воздуха

Различная скорость отверждения, что проявляется в различной усадке

Попадание разделительного вещества в заливаемую поверхность

Улучшение смешения при помощи механических смесителей или нагревом смеси для снижения рабочей вязкости (учесть, что нагрев снижает жизнеспособность!)

Подбор концентрации отвердителя

Обеспечение более равномерного отверждения

Увеличение времени или температуры отверждения

Подбор соотношения смолы и отвердителя

Вакуумирование смолы с отвердителем перед отверждением или увеличение времени желатинизацин снижением количества отвердителя, температуры среды, температуры отверждения или другими способами

Более однородное распределение тепла

Более однородное покрытие разделительным веществом ила применение другого вещества