деление влагопроницаемости различными методами изложено во многих источниках [6, 15-18, 20-24].

Одним из существенных недостатков распространенных методов определения влагопроницаемости является необходимость отделения исследуемой пленки от подложки, что обычно связано с деформацией пленки, особенно с растяжением.

Рис l-il. Зависимость сопротивления индикатора ПВС, покрытого лленками различных материалсв, от времени пребывания в среде 95-98%-ной относительной влажности при 20°С.

Режим сушки:--80°С - 4 ч;

-----20 С - 24 ч; / - ФЛ-582;

2 - сополимер 40; 3 - ХСЛ; 4 - ко-ролак; в -Э-4100; 6-104; 7 - КО-835; 8 - этилцеллюлоза.

Такая пленка уже не идентична неповрежденным лаковым пленкам, полученным на изделиях. Этого недостатка лишен метод определения влагопроницаемости на подложках или макетах, в некоторой степени приближающихся к герметизируемым изделиям. Он основан на свойстве поливинилового спирта (ПВС) изменять объемное электрическое сопротивление в зависимости от степени увлажнения [20].

Сравнительная влагопроницаемость испытуемых покрытий определяется характером полученных кривых (рис. 1-1). Следует отметить, что достоверные результаты по этому методу могут быть получены лишь в случае, если толщины пленок поливинилового спирта и испытуемых покрытий строго постоянны, что достигается подбором соответствующих концентраций растворов испытуемых материалов. Для повышения чувствительности индикатора с целью определения влагопроницаемости более толстых пленок герметизирующих компаундов в поливиниловый спирт могут вводиться ионообразующие

водорастворимые добавки, например, хлористые соли элементов / группы периодической системы, в частности, высокая чувствительность достигается при введении в 15%-ный раствор поливинилового спирта 1% хлористого лития, обладающего весьма высокой гигроскопичностью.

С помощью этого метода можио произвести как сравнительную оценку, так и количественное определение

0,0010 о,оого

Масса,г

О гоо 400 600 800 woo время, V

Рис. 1-2. Зависимость сопротивления индикатора (ПВС-f Ч-LiCl) от количества поглощенной влаги.

Рис. 1-3. Зависимость сопротивления индикатора (nBC-t-LiCl) от различной толщины, мм, напыленного компаунда ЭП-49Д/2 и продолжительности пребывания в условиях 95-98%-ной относительной влажности.

влагопроницаемости различных электроизоляционных материалов.

На рис. 1-2 представлена зависимость сопротивления индикатора из поливинилового спирта с хлористым литием от количества поглощенной им влаги.

Зная сопротивление индикатора, на который нанесен исследуемый материал, подвергающийся увлажнению, по графику определяют количество прошедшей через него влаги и рассчитывают коэффициент влагопроницаемости. На рис. 1-3 приведена зависимость изменения сопротивления изоляции индикаторов с нанесенным на них покрытием порошкообразным компаундом марки ЭП-49Д/2.-

С увеличением толщины напыленного покрытия от 0,15 до 2,0 мм влагопроницаемость снижается примерно в 4 раза, составляя соответственно 3,Ы0~-8Х Х'Ю- кг/(с-м-Па).

Результаты исследования влагопроницаемости различных материалов и их комбинаций при толщине слоя 0,05±5 (лаки, эмали), 1±0,1 (компаунды и комплексные покрытия) приведены на рис. 1-1, 1-4 и в табл. 1-2.

Таблица 1-2

Коэффициент влагопроницаемости различных материалов

Приведенные в табл. 1-2 и на рис. 1-1 и 1-4 данные хорошо согласуются с известными литературными данными и увязываются с тредставлениями о влиянии молекулярной структуры электроизоляционных материалов на их влагопроницаемость. В частности, это видно на примере покровных лаков. Наименьшей влагопроницаемостью обладают пленки полимеров на основе хлорированных углеводородов: поливинилхлорида, поливинил-иденхлорида и перхлорвинила.

Несмотря на то, что эти вещества полярны и имеют линейное строение, плотность упаковки их молекул является в данном случае определяющим фактором Примерно такую же малую влагопроницаемость показывают и пленки лака ФЛ-582, хотя наличие в их молекулярной структуре гидрофильных эфирных связей и гидроксильных групп, казалось бы, должно приводить к обратному эффекту (см. рис. 1-1). Очевидно, что опре-

деляющими факторами здесь являются подавляющее количественное содержание групп гидрофобного харак^ тера, а также наличие сшитой пространственной структуры, характеризующейся малой тодвижностью отрезков цепей.

Последнее в равной мере относится к эпоксидному лаку Э-4100, однако ло влагопроницаемости он все же уступает лаку УР-231 из-з^ менее благоприятного соотношения гидрофильных и гидрофобных групп и меньшей частоты пространственной сетки.

Рис. 1-4. Зависимость сопротивления индикатора (ПВС-f -fLiCl), покрытого различными электроизоляционными материалами, от времени пребывания в среде 95-98%-ной относительной влажности при 40°С (толщина покрытия 45±5 мк).

/ ВЛ-1: 2 -э-4100: 3 -КО-835; 4-УР-231; 5-ФЛ-582. МБК, ЭП-773; 5-МЛ-92. ЭП-51; 7 - КП-18; 8-ФП 5105; S -КП-101, КП-103.

25 50

Время, V

Высокотемпературная сушка обеспечивает получение пленок одних и тех же лаков с пониженной влагопрони-цаемостью в сравнении с пленками воздушной сушки. Это свидетельствует о более плотной структуре первых и большей степени их превращения в полимер (для термореактивных) .

Наибольшая влаго.проницаемость характерна для этилцеллюлозы - линейного полимера рыхлого и разветвленного молекулярного строения, содержащего значительное Количество гидрофильных (ОН) групп и эфирных связей (см. рис. 1-1).

Основной причиной влагопроницаемости пленок лака КО-8Э5 является, очевидно, разрыхленность структуры, связанная преимущественно с содержанием полиэфирной (алкидной) модифицированной смолы, в которой сравнительно много эфирного кислорода и мало поперечных связей. Близок к этой группе материалов и пропиточный лак К.П-18 (рис. 1-4). При испытании матерйа--

лов в более жестких условиях, а именно при повышенной температуре и при более длительном увлажнении, отличия в их влагопроницаемости значительно сглаживаются. Например, пленки лаков ФЛ-582, Э-4100 и КО-835 в этом смысле становятся более или менее равноценными. Несомненно, что увеличению влагопроницаемости способствуют тепловое движение молекул воды и ослабление межмолекулярных взаимодействий в полимере.

Пониженной влагопроницаемостью обладают лишь полимеры, структура которых характеризуется высокой плотностью, мало зависящей от температуры, а также отсутствием содержания гидрофильных групп (фторопластовые лак ВЛ-1 и эмаль ФП-5105).

На электроизоляционные свойства диэлектриков большое влияние оказывают не только количество поглощенной материалом влаги, но и характер ее распределения в материале. Все твердые диэлектрики в отношении смачиваемости водой подразделяются на гидрофобные - плохо смачиваемые и гидрофильные - хорошо смачиваемые. Обработка поверхности водоотталкивающими (гид-рофобизирующими) веществами позволяет придать поверхности смачиваемого материала свойство несмачиваемости и называется гидрофобизацией. Гидрофобиза-цией обычно осуществляют обработку поверхности кремнийорганическими соединениями.

Процесс гидрофобизации основан на ориентированной сорбции молекул гидрофобизатора с образованием ионо- или полимолекулярных слоев, возникающих на защищаемой поверхности. Эти слои ориентируются при адсорбции таким образом, что гидрофильные полярные группы гидрофобизатора направлены к твердой поверхности, а гидрофобные углеводородные радикалы в окружающую среду.

Таким образом, гидрофобные радикалы придают водоотталкивающие свойства поверхности, на которой они находятся, а поверхность материала связывается химически через атомы кислорода с атомами кремния, образующими основу скелета гидрофобной пленки.

Материалы после гидрофобизации резко уменьшают водопоглощение, а влагопоглощение их остается почти таким же, как и до гидрофобизации. Это объясняется тем, что вода при плохой смачиваемости материала не проникает в те поры, в которые свободно проходит вода в газообразном состоянии, а на водяные пары не действуют водоотталкивающие силы на поверхности материа-

ла. Гидрофобность, как и всякое свойство материала, определяется химическим составом и структурой.

Органические и неорганические диэлектрики, содержащие в своем составе гидроксильные и другие сильно-яолярные (особенно кислородсодержащие) группы, а также соли и окислы металлов, не гидрофобны. Органические неполярные диэлектрики гидрофобны [25, 26, 125].

Основные пути проникновения влаги в изделия. Важнейшим путем проникновения влаги сквозь защитные слои электроизоляционных материалов, через лаковые и эмалевые пленки, слои компаундов и пластмасс является диффузия.

Влага может проникать через неплотности сочленения герметизирующего слоя с выводами (проводниками, контактами). Отсутствие зазоров между металлом выводящего проводника и защитным слоем достигается в основном за счет двух факторов: адгезии и усадки. Усадка пластмассы при опрессовке изделий и усадка компаунда в процессе его полимеризации при заливке изделий обеспечивают большую или меньшую плотность охвата проводника изоляционным материалом. Однако одной усадки без адгезии, как правило, бывает недостаточно для получения герметичного сочленения. Это становится обычно заметным под влиянием температурных колебаний вследствие разности температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) материалов. При значительной разнице ТКЛР материалов наличие даже высоких адгезионных свойств может быть недостаточным для получения необходимой степени герметизации выводов.

Следовательно, весьма важным является введение в заливочные компаунды минеральных наполнителей, снижающих температурные коэффициенты линейного расширения, например кварца, окиси алюминия, двуокиси титана и др. Однако при большом содержании наполнителя возникают технологические трудности, связанные с высокой вязкостью получаемых композиций, предназначенных для заливки микроэлементов, блоков, схем и др. Нередко при этом наблюдается снижение электрических характеристик.

Классификация путей проникновения влаги в ЭРА приведена в табл. 1-3.

Рациональное решение конструкции изделий также имеет большое значение в вопросе их влагостойкости.

Воздействие влаги на элементы радиоэлектронной аппаратуры

Таблица 1-3

Элементы радиоэлектронной аппаратуры

Пути проникновения влаги в изделия

Последствия от воздействия влаги

Соединители:

Конденсация влаги в межконтактных зазорах, а также по плоскости стыковки ответных частей разъемов и в патрубках разъемов на жгуто-проводах

Конденсаторы бумажные

слюдяные

керамические, стеклянные, стеклокерамические

пленочные

переменные и подстроечные с твердым диэлектриком

переменные и подстроечные с воздушным диэлектриком

Диффузия и капиллярное всасывание в объеме диэлект ика (бумаги)

Поверхностная адсорбция н леж-слойная конденсация

Поверхностное увлажнение

Диффузия в полимер

Поверхностная конденсация, заполнение зазоров между ротором и статором

Поверхностная конденсация на изоляторах и обмотках

Снижение Е^, R. Изменение емкости. Увеличение переходного сопротивления. Коррозия металлических деталей

Снижение сопротивления изоляции увеличение tgfi, рост емкости, снижение £пр

Снижение /?из, увеличение tgfi, снижение £пр за счет поверхностного перекрытия

Миграция серебра по поверхности диэлектрика, увеличение tgS, снижение

Ry и Е Увеличение tgS и емкости Рост емкости и tgS

Снижение Ецр за счет поверхностного перекрытия, уменьшение R, повышение

Влияние теплового старения. с?лектроизоляционные материалы в процессе теплового старения изменяют свои физические свойства, увеличиваются жесткость и хрупкость полимеров, снижаются прочностные характеристики и происходит целый ряд других изменений в их свойствах [27-30].

Такие изменения появляются в результате деструктивных процессов, при которых под действием тепла и других агентов происходят распад больших полимерных молекул, а также сшивание, приводящее к уплотнению молекул при старении.

Независимо от причин, вызвавших деструкцию (свет, окисление, электрическое поле и т. д.), во всех случаях она резко возрастает с повышением температуры. Тепловое старение является существенным фактором, влияющим на срок службы и надежность изделий, так как указанные выше процессы приводят к необратимым физико-химическим изменениям состава, структуры и свойств полимеров, вызывая дополнительную усадку, ухудшение их физико-механических и электроизоляционных характеристик.

Термоокислительная деструкция особенно заметна в тонких слоях полимеров; следствием ее может быть растрескивание герметизирующей оболочки изделий, что приводит к созданию дополнительных путей проникновения влаги.

Многие электроизоляционные материалы могут кратковременно выдерживать высокую температуру, а при продолжительном воздействии высокой и даже более низких температур стариться, необратимо ухудшая при этом свои свойства. Следовательно, для обеспечения надежной работы изделий необходимо, чтобы полимерные материалы, сохраняя хорошие электроизоляционные и механические свойства, могли длительно работать при номинальном токе и напряжении, а также выдерживать большие перегрузки и повышенные температуры, не теряя при этом своих свойств.

С целью обеспечения необходимой продолжительности работы электроизоляционных материалов в конструкции устанавливаются предельные температуры, при которых они могут работать. Поэтому все электроизоляционные материалы характеризуются нагревостойкостью, которая определяется их способностью кратковременно или длительно выдерживать воздействие повышенной Температуры, а также резких перепадов температур