Каучуки относятся к высокомолекулярным соединениям с молекулярной массой обычно в пределах 10 000- 100 000. БлагЬдаря большой молекулярной массе силы межмолекулярного взаимодействия оказываются достаточными для сообщения материалам на их основе высокой прочности, эластичности и других ценных свойств.

Каучуки являются основным компонентом любой резиновой смеси, часто также применяются в герметиках. От типа каучука зависят как свойства резин и герметиков (технология вулканизации, вязкость герметика), так и свойства вулканизата (эластичность, твердость, стойкость к старению, электроизоляционные свойства и др.).

Для резиновых смесей используются в основном полутвердые каучуки, которые обладают свойством размягчаться при нагревании, механической обработке и переходить в пластическое состояние.

Методом смешения в них вводят различные ингредиенты: агенты вулканизации, ускорители, активаторы, позволяющие полнее использовать свойства ускорителей, мягчители и пластификаторы, облегчающие введение в каучуки порошкообразных материалов и придающие готовой резине большую эластичность, мягкость, и холодостойкость, неактивные и активные наполнители, красители и др.

Виды каучуков. Каучуки, применяемые в современной технике, разделяются на природные (натуральные) и синтетические.

Натуральный каучук (НК) - полимер углеводорода, состоящий из большого количества звеньев изопрена. Синтетические каучуки (СК) по характеру основного структурного звена и исходным продуктам (мономерам) приближенно разделяются на следующие большие группы: бутадиеновые, изопреновые, сополимеры на основе бутадиена (бутадиенстирольные, бутадиеннитрильные и др.); полимеры и сополимеры олефинов и их производные (этиленовые, этиленпропиленовые и др.); каучуки, содержащие в главной цепи и обрамляющих цепь группах галогены (хлор-хлоропреновые, фтор-фторкаучуки), серу (полисульфидные), азот (уретановые, нитрильные, винилпиридиновые); каучуки, содержащие кремний в главной цепи (полисилоксановые).

Резины на основе натурального каучука (НК) отличаются прочностью, эластичностью (относительное удлинение 500-700%), холодостойкостью (-60°С), нагревостойкостью не выше 80-100Х. Они обладают повы-

шенной стойкостью к' истиранию, но менее стойки в сравнении с синтетическими каучуками к органическим растворителям, к действию света, кислорода, озона.

Большинство резиновых смесей, особенно изоляционного назначения, изготавливается на синтетических каучуках различных марок: СКВ-бутадиенового и его модификациях марок СКБМ, СКВ, отличающихся повышенной холодостойкостью (до -60°С), прочностью, эластичностью и высокими электроизоляционными свойствами.

СКД - бутадиеновый каучук стереорегулярной структуры, характеризующийся высокой износоустойчивостью и повышенной нагревостойкостью.

СКС и СКМС - каучуки, представляющие собой сополимеры бутадиена со стиролом и- метилстиролом, превосходящие по стойкости к тепловому старению и сопротивлению к истиранию каучуки марок НК и СКВ.

Хлоропреновые каучуки сообщают резинам невысокие электроизоляционные свойства, однако присутствие в их структуре хлора определяет их полярный характер, обеспечивающий смесям и растворам на их основе высокие клеящие свойства. Они отличаются невоспламеняемостью и большой устойчивостью к растворителям.

Сополимеры бутадиена с нитрилом акриловой кислоты (СКН) из-за наличия полярных нитрильных групп также придают резинам невысокие электроизоляционные свойства, однако они обладают более высокой нагревостойкостью, хорошими технологическими свойствами, легко смешиваются с различными ингредиентами, входящими в резиновые смеси.

Резины на основе бутилкаучуков и его модификаций: бромбутилкаучука и хлорбутилкаучука - отличаются высокими прочностными характеристиками, повышенной нагрево- и холодостойкостью.

Тиокаучуки (полисульфидные, тиоколы). Резины из. тиокола марки Да характеризуются высокой стойкостью к действию органических растворителей, озона, кислорода и хорошей влагостойкостью.

Уретановые (изоцианатные) каучуки (СКУ) аналогичны упомянутым выше полиуретановый герметикам эластичного типа.

Резины на основе кремнийорганических каучуков марки СКТ (полиметилсилоксановый каучук) отличаются высокой нагревостойкостью (до 250°С) и холодостойкостью (до -70°С)

Таблица 1-11

Резины изоляционные

Свойства

НО-68-1 (МРТУ 38-5-1166-64)

ИРП-1265 (МРТУ 38-Б-6074-67)

Тип каучука

Диапазон рабочих температур. С

Разрушающее напряжение при растяжении, МПа

Относительное удлинение при разрыве, %

Остаточное удлинение при разрыве, % Твердость

Удельное сопротивление, Ом-м

Тангенс угла диэлектрических потерь ири частоте 10 Гц

Диэлектрическая ; проницаемость при частоте 10 Гц

Электрическея прочность, МВ/м

Область применения

Наирит-Н^КН-Ш -55-ИОО 9,0

55-70 по ТИР 3-10 0,25

Для изготовления деталей, уплотняющих неподвижные соединения

-60-f-250 2,5

35-55 по ТМ-2 5-10 0.015

ИРП-1266 (МРТУ 38-5-6074-67)

ИРП-1267 (МРТУ 38-5-6074-67)

ИРП-1354 (МРТУ 38-103-109-72)

CKTB-I -60-f-250 2,5

О

35-55 по ТМ-2 6-10 0,02

-70-f-2OO 2,5

40-60 по ТМ-2 5-10 0,018

Для изготовления формовых уплотнительвьк деталей, работающих при деформациях сжатия: радиального 12- 25 %, осевого 17,5-30 %, натяг не более 5 % (ИРП-1266 и ИРП-1267). Марки ИРП-1265, ИРП-1266 и ИРП-1267 деструктивно-устойчивы в замкнутых объемах

СКТФВ-803 -70-(-250 5,0

50-65 по ТИР 1-10 0,007

Для деталей, работающих в неподвижных соединениях при деформациях сжатия

Наибольшее применение в РЭА имеют резйнЫ йа основе кремнийорганических каучуков марок СКТ, СКТВ, СКТЭ, СКТФВ и др., отличающиеся высокими эксплуатационными характеристиками. Используются в температурном диапазоне (-70-+250°С) для электроизоляционных, уплотнительных и других целей. К ним относятся резины марок ИРП-1354, ИРП-1265, ИРП-1266, ИРП-1267 и др. Основные свойства наиболее применяемых марок резин'Приведены в табл. 1-11.

Жидкие каучуки различных типов входят в состав герметиков.

Эластомерные герметики на основе жидких каучуков условно'подразделяются на три группы.

Группа 1 - вулканизующиеся. Они могут быть одно-компонентными и многокомпонентными. Вулканизуются при комнатной температуре и при температуре 50- 150°С. При комнатной температуре могут вулканизоваться материалы на основе низкомолекулярного жидкого тиокола, кремнийорганических, кремнийфтороргани-ческих каучуков и полиуретанов.

Группа 2 - герметики невысыхающие. Они обычно представляют собой термопластичные замазки. К ним относятся материалы на основе высоко- и низкомолекулярного полиизобутилена, бутилкаучука, этиленпропи-ленового каучука и высокомолекулярного тиокола.

Группа 3 - высыхающие герметики, содержащие растворители. После улетучивания растворителей герметики приобретают резиноподобные свойства. Обычно к ним относятся материалы на основе бутадиеннитриль-ного каучука.

Наиболее широкое применение в производстве ЭРЭ получили герметики 1-й группы. К ним относятся герметики ца основе жидких полисульфидных каучуков. Это вязкие жидкости различной молекулярной массы, способные после смешения с соответствующими добавками вулканизироваться при комнатной температуре, превращаясь в вулканизаты, обладающие высокой стойкостью к старению и органическим растворителям.

Жидкие и тиоколовые герметики выпускаются различной вязкости десятками марок. К важнейшим' относятся УТ-ЗОМ, УТ-37, УТ-32, УТ-34, У-ЗОМЭС-5, У-ЗОЭБ-5 и др. Свойства некоторых тиоколовых герметиков приведены в табл. 1-12.

Электроизоляционные свойства тиоколовых герметиков находятся примерно в следующих пределах: удель-

Ное сбйротивление IC-10 Ом-м, таигенс угла дМэлек трических потерь при частоте Ю' Гц 0,045-0,07, диэлектрическая проницаемость при частоте 10 Гц 12-15 и электрическая прочность 6-12 МВ/м.

Таблица 1-12

Твоколовые герметики

Свойства

Диапазон рабочих температур, °С

Продолжительность эксплуатации при максимальной температуре, ч

Консистенция

Жизнеспособность, ч

Разрушающее напряжение ри растяжении, МПа

Относительное удлинение, %

Остаточное удлинение, %

-60-+130 100

Паста 3-20 1,0

150-ЗСО 0-10

Тиоколовые герметики обладают в большинстве случаев хорошей адгезией ко многим металлическим и неметаллическим материалам без применения адгезионных подслоев. Для достижения максимальных показателей рекомендуется вулканизация в течение нескольких суток при комнатной температуре или при температуре 50-70°С в течение 24 ч. Тиоколы применяются для герметизации различных изделий радиотехнического назначения, а также в качестве модификаторов различных компаундов.

К термохолодостойким материалам относятся также упомянутые выше каучуки типа СКТН, которые могут иметь различную молекулярную массу (от 20 000 до 100 000) и вязкость (от 500 до 80 000 сиз).

Специфической особенностью кремнийорганических вулканизатов холодного отверждения является сочетание высокой термохолодостойкости с высокими электроизоляционными характеристиками. Однако они обладают весьма низкой адгезией и механической прочностью, не стойки к действию растворителей и в большинстве случаев не вулканизируются в замкнутом объеме, что ограничиваетих применяемость для ряда изделий.

Персйёк^йвйым йайраЁЛбййем в области синтеза новых каучуков является получение жидких каучуков с концевыми функциональными группами, представляющих большой интерес для создания герметиков широкого назначения. К ним относятся жидкие каучуки радикальной полимеризации с концевыми карбоксильными, гидроксильными и галоидными группами, зпоксиуретаны на основе простых и сложных полиэфиров.

Эти материалы имеют различную вязкость, окрашиваются в различные цвета, обладают удовлетворительными технологическими свойствами. Они двухкомпо-нентны, смещение происходит перед употреблением. Относительное удлинение их при разрыве .100-600%- При комнатной температуре они быстро отверждаются. Имеют хорошую адгезию.

Лучшей адгезией обладают герметики на основе каучуков с концевыми гидроксильными и эпоксидными группами. Галоидированные каучуки имеют адгезию к металлам при использовании подслоев (праймеров), применяемых с учетом химической природы обрабатываемых поверхностей.

Эти герметики не вызывают коррозии латуни, меди, серебра.

Синтезирован также новый тип полимеров с общим названием термоэластопласты. Они однокомпонентны, высыхают в течение 15-30 мин, а оптимальные свойства приобретают через 3-4 сут при температуре 18-30°С, являются основой для изготовления ряда перспективных герметизирующих материалов. Диапазон их работоспособности ±70°С, а разрушающее напряжение при разрыве 5-10 МПа, относительное удлинение 600-1000% [55,56,58].

ГЛАВА ВТОРАЯ

СВОЙСТВА ПОЛИМЕРНЫХ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

2-1. ВИДЫ ГЕРМЕТИЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

Герметизирующие материалы в зависимости от назначения могут выполнять различные функции, в связи с чем могут применяться в качестве пропиточных материалов лаки или маловязкие компаунды) для заполнения свободных внутренних полостей или в качестве за-

ЩйтнЫх кбМпауйдой, пбкрывйюЩйх издеЛйя снаружи.

Пропиточные материалы на основе синтетических смол (лаки и компаунды) должны обладать небольшой вязкостью, что достигается добавлением в смолу растворителей (как правило, лаки) или активных разбавителей (компаунды), а также нагреванием пропиточных материалов.

При выборе пропиточного материала необходимо учитывать его химическую природу, а также структуру пропитываемых изоляционных материалов и конструктивные особенности изделий, подлежащих пропитке.

Для пропитки не рекомендуется применять растворы (лаки) высокополимерных соединений со структурой молекул линейного типа высокой степени полимеризации (молекулярная масса более 10 000), например, эфиро-целлюлозные лаки. Такие лаки плохо проникают в поры материала и обладают высокой вязкостью.. Более пригодны растворы веществ с низкой степенью полимеризации и компактной структурой молекул или мономеры при условии их дополнительной полимеризации после осуществления пропитки.

Лаки масляно-смоляного или битумно-масляного типа требуют для своего высыхания окислительных процессов, протекание которых в глубине обмоток весьма затруднительно. В результате обмотки, пропитанные этими лаками, длительно сохраняют в глубине отплип, витки их недостаточно сцементированы, для достижения необходимого сопротивления изоляции в нагретом состоянии обычно требуется печная сушка большой продолжительности.

Важнейшим достижением последних лет в области пропиточных материалов является разработка термореактивных лаков, обладающих существенным преимуществом в сравнении с лаками масляно-смоляного или битумно-масляного типов - способностью хорошо высыхать в глубине обмоток без доступа кислорода воздуха.

К лакам с высокой пропитывающей способностью можно отнести фенолоформальдегидные, глифталевые, кремпийорганические и различные другие.

Пропиточные лаки. Ниже дана краткая характеристика наиболее часто применяемых марок пропиточных лаков.

Битумно-масляный лак 447 (ГОСТ 6244-52) применяется более 40 лет. Столь длительное существование в промышленности этого лака связано с доступностью

сырья и несложностью технологии его изготовления, а также с дешевизной. Следует также отметить, что лак 447 имеет повышенную влагостойкость, однако весьма низкая цементирующая способность, необходимость длительной сушки н. др. делают его малоцелесообразным для применения при возможности использования новых синтетических лаков. Промышленностью выпускаются Также битумно-масляные лаки 458 и 460, которые так же, как и лак 447, представляют собой растворы сплава битумных смол и высыхающих растительных масел в органических растворителях с добавлением сиккатива, а также лаки 447М и 458М - растворы сплавов битумов, асфальтов и растительных масел в органических растворителях с добавлением меламиноформальдегид-ной смолы.

Срок хранения лаков'458 и 458М - 6 мес, лаков 447, 447М и 460 - 10 мес.

Лаки 321-Т и 321-В. К масляно-смоляным относятся также водоэмульсионные лаки 321-Т и 321-В, близкие по свойствам к лаку ГФ-95 ГОСТ 8018-56. Они представляют собой эмульсии масляно-смоляных основ 321-Т и 321-В (ВТУ КУ-364-57). Это светлые пропиточные лаки печной сушки. Разбавитель их - питьевая вода. Они, так же как и лак 447, требуют длительной сушки пропитанных обмоток.

К числу наиболее распространенных и освоенных промышленностью термореактивных лаков относятся алкидномеламиновый лак МЛ-92, алкиднофенольный лак ФЛ-98 и алкидномасляный лак ФА-97, а также глифталемеламиноформальдегидный водоэмульсионный лак ПФЛ-8в.

Алкидномеламиновый лак МЛ-92 представляет собой смесь алкидного лака ГФ-95 и меламиноформальдегид-ной смолы К-421-02. Будучи термореактивным, лак хо-рошо просыхает в толстых слоях, хорошо цементирует обмотку и отличается влагостойкостью. Рекомендуется для пропитки обмоток с изоляцией классов нагревостойкости Е и В.

Алкиднофенольный лак ФЛ-98 представляет собой смесь смол - алкидной АК и бутоксикрезолоформаль-дегидной РБ в органических растворителях. Лак хорошо просыхает в толстом слое в глубине обмоток, обладает высокой цементирующей способностью и влагостойкостью. Рекомендуется для пропитки обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В,

Алкидномасляный лак ФА-97 представляет собой раствор касторового алкида и алкилфенольной смолы № 101 в органических растворителях. Аналогично лаку ФЛ-98 хорошо просыхает в толстом слое, обладает высокой цементирующей способностью. Рекомендуется для пропитки обмоток с изоляцией класса нагревостойкости В. Он также применяется для изготовления обмоточных проводо:Б марки ПСД со стеклоизоляцией.

Водоэмульсионный лак ПФЛ-8в представляет собой эмульсию пентафталевой и меламиноформальдегидной смолы. Разбавитель - питьевая вода. Лак хорошо просыхает в толстом слое и обладает высокой цементирующей способностью.

Для пропитки обмоток с изоляцией класса нагревостойкости F применяется полиэфирноэпоксидный лак ПЭ-933 марки П, представляющий собой раствор в органических растворителях продукта поликонденсации полиэфиров на основе терефталевой и адипиновой кислот с эпоксидными смолами ЭД-16 и Э-40. В качестве отвердителя в лак вводят бутоксикрезолоформальдегидную смолу РБ. Разбавитель - толуол или смесь толуола и этилцеллозольва или смесь толуола и циклогексанона в соотношении 1:1. Лак, ПЭ-933 отл-ичается хорошей влагостойкостью и цементацией обмоток.

Анализ характеристик вышеуказанных термореактивных лаков показывает, что для широкого круга намоточных изделий со сравнительно невысокими перегревами наибольший практический интерес представляет лак МЛ-92.

Бакелитовые лаки (ТУ ЯН-141-59) представляют собой растворы резольных смол в этиловом спирте. В зависимости от применяемого сырья, содержания смолы и условий переработки различаются бакелитовые лаки на основе фенола марок СБС-1, А, Б и ЭФ и на основе трикрезола марки СКС-1. Для бакелизации волокнистых материалов (бумага, картон и др.) чаще всего используется лак ЭФ.

Для,изделий, работающих длительно при высокой температуре (180-200°С), применяются пропиточные кремпийорганические лаки типа К: КО-916К, К-57, К-60, КО-964 и др.

Все вышеуказанные лаки представляют собой растворы полисилоксановых смол в различных растворителях. Они рекомендуются для пропитки обмоток с изоляцией класса нагревостойкости Н. Кратковременно

лак К-57 может применяться до температуры 300°С, а лак К-60 до температуры 375°С. Указанные лаки наряду с высокой влаго- и нагревостойкостью обладают пониженной адгезией к различным материалам и требуют повышенной температуры сушки, что затрудняет, -а в некоторых случаях и делает невозможным их применение. Лаки типа К относятся к классу нагревостой-

6 - 1

Рис. 2-1. Зависимость э.чектроизоляционных характеристик пленок про- Ц - £1; -дЭ

ниточных лаков от температуры.

/ - лак КО-964; 2 - лак К-55; 3-лак К-57; 4-лак ПДФ-1.

2 -0,01 -10 7

0мм -101

100 гоо 300 Температура, °с

кости Н. В последнее время стали применяться новые пропиточные лаки класса нагревостойкости Н, представляющие собой растворы полициклических полимеров (например, на основе дифенилоксида). Примерами являются лаки ДФ-971 и ПДФ-1. Эти лаки обладают высокими электроизоляционными свойствами при температуре до 250°С, адгезией, цементирующей способностью и влагостойкостью.

На рис. 2-1-2-3 приведены функциональные зависимости электроизоляционных свойств некоторых марок лаков от воздействия различных климатических факторов. Приведенные данные свидетельствуют о том, что описываемые лаки обладают хорошими электроизоляционными свойствами, которые сохраняются при воздействии тропической влажности (относительная влажность 95-98% при температуре 40°С) в течение 56 сут и теплового старения при высоких температурах.