Диссертация (1091426), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Для полученияготового изделия в технологической линии используются термокамерысложной конструкции и значительной длины для удаления растворителя иотверждения ДНПКМ на эпоксидной матрице [94, 95].Основнымитемпературно-временнымипараметрамипроцессаявляются: температура и время испарения растворителя, вязкостьполивочной композиции и скорость ее расслаивания, определяемаявсплытием ПСМС, толщина слоя и площадь поверхности сферопластика, скоторой происходит испарение, температура и время отверждения илиохлаждения.109Отметим, что плотность ПСМС в ~3 раза меньше плотностиполимерного связующего, поэтому, при введении ПСМС (до Θ≥ 0,45 об.д.) с низкой плотностью в жидкое полимерное связующее с известной(низкой) вязкостью следует учитывать, что они будут всплывать, чтоприведет к расслаиванию системы.Дляуправленияпроцессомразделениякомпонентоввтехнологическом процессе была решена гидродинамическая задача повсплытию полых стеклянных микросфер с заданной плотностью вполимерном связующем на основе ЭДО с учетом нарастания вязкостисистемы в процессе отверждения.В первом приближении задачу по определению скорости (U)всплытия ПСМС в разбавленных системах, где нет соударения частиц привсплытии (до Θ ≥ 0,90 об.
д.) можно решить, зная истинную плотностьполых микросфер и вязкость связующего, используя закон Стокса [88]:где: g — ускорение свободного падения, Δρ = ρ2 – ρ1— разностьплотностей частицы и среды, V — объём сферической частицы радиуса r .Так как не отвержденные ЭДО имеют относительно одинаковуюплотность, можно построить зависимость средней скорости всплытия.110Рисунок 5.6- Зависимость скорости всплытия частицы ПСМС маркиМС-ВП-А9 с 1- d=61 мкм; ρ=0,22г/см3 и 2- d=74 мкм; ρ=0,42г/см3 отвязкости ЭДО и их смесейКак видно из рисунка 5.6, скорость всплытия ПСМС различныхмарок в низковязких связующих мало отличаются друг от друга. Согласнорасчетнымданнымвполимерныхсвязующихдляпропиткисрекомендуемой вязкостью от 0, 1 до 0,5 Па*с скорость всплытия ПСМС сρ=0,22г/см3 составляет от 1,7 до 0,5 мм/мин, а для ПСМС с ρ=0,42г/см3 от1,0 до 0,3 мм/мин, что делает невозможным создание низконаполненныхизотропных сферопластиков с помощью растворной технологиибездополнительных стадий сушки и удаления растворителя.Следует учитывать, что до появления предела текучести при Θ≥ 0,45об.д., чем больше содержание ПСМС в системе, тем быстрее они будутвсплывать, так как совокупная выталкивающая сила кластера измикросфер выше, чем у единичной частицы.
Согласно [93], при введенииПСМС до ~ 25 об. % в ЭД-20, система ведет себя как ньютоновскаяжидкость и обладает низкой вязкостью. Увеличение содержания ПСМСболее 25 об. % и Θ менее 0,75об. д. ведет к переходу системы из111низконаполненной в средненаполненную, формированию объемногокаркаса из микросфер, и, как следствие, изменению скорости всплытиясфер за счет увеличения выталкивающей силы групповой кинетическойединицы.Стоит отметить, что для высоконаполненных систем на основеПСМС и низковязкой матрицы на основе ЭДО, выталкивающего усилиябудет достаточно для того, чтобы произошла перестройка структуры исамоорганизация частиц, сопровождающаяся увеличением параметра φ m с0,64 до 0,68 об.
д., изменением обобщенных параметров и, соответственно,свойств сферопластика.Отсюдаможнозаключить,чтодлясозданияизотропногосферопластика возможно использовать только средненаполненные ивысоконаполненные композиции с Θ ≤ 0,45 об. д. которые уже образовалиобъемный кластер из частиц, сохраняющий форму изделия и не дающийвсплывать ПСМС.Использование систем с Θ ≥ 0,45 об. д. (до появления пределатекучести) приведет к созданию квазиизотропных слоистых пластиков,однако, они не обеспечивают необходимых диэлектрических свойств, поэтому рассматриваться в данной работе не будут.После формования изделия из наполненной системы проводитсядополнительная стадия процесса – сушка. Удаление инактивногорастворителя при формовании ДНПКМ может удорожать процесс инанести определенный вред экологии, однако при этом существеннорасширяютсятехнологическиевозможностиматериала.Следуетучитывать, что согласно литературным данным, повышение температурысушки легколетучих инактивных более Т ≥ 50оС приводит к образованиюпор в эпоксидной матрице и, следовательно, снижению физикомеханических характеристик [96]и повышению водопоглощения, что112приводит, в свою очередь, к недопустимому изменению диэлектрическихсвойств материала [97].На рисунке 5.7 представлены кинетические зависимости удаленияинактивного разбавителя ацетоно-спиртовой смеси (50/50 об.
%) из листатолщиной 1 мм при 25 и 40оС.Рисунок 5.7 Кинетическая зависимость удаления растворителя (φр)из композиции (ЭДО+ПСМС)+ ацетоно-спиртовая смесь(50/50 об.%) при1-25(1) и 40оС (2).Прииспаренииразбавителяизпрепрегасферопластикаувеличивается содержание наполнителя, изменяются состав, параметрыструктурыиматериалпереходитизнизконаполненноговвысоконаполненный, что согласуется с требованиями, предъявляемыми крадиотехническим изделиям.Удаление растворителя приводит к перестройке структуры ДНПКМи соответственно технологических свойств.На рисунке 5.8 представлена зависимость изменения обобщенногопараметра Θ от времени испарения растворителя из листа толщиной 1 мм113для композиции ЭДО+ ПСМС+ ацетоно-спиртовая смесь(50/50 об.%) при25 оС и 40 оС.Рисунок 5.8 Зависимость обобщенного параметра Θ от времениудаления растворителя из композиции (ЭДО+ ПСМС) + ацетоно спиртовая смесь (50/50 об.%) при 25 (1) и 40оС (2).На рисунке 5.9 представлена зависимость изменения вязкостисистемы от эволюции системы по обобщенному параметру Θ для листатолщиной 1 мм композиции ЭДО+ ПСМС+ ацетоно - спиртоваясмесь(50/50 об.
%) при 25 оС и 40 оС.114Рисунок 5.9– Зависимость вязкости композиции (ЭДО+ ПСМС) +ацетоно - спиртовая смесь(50/50 об. %) при 25(1) и 40оС (2) от параметраΘ.Переходы системы по группам материалов на разных стадиях сушки(удаление растворителя) хорошо описываются с помощью номограммыпредставленной на рисунке 5.10.Предлагаемая монограмма связывает содержание растворителя связкостью системы и эволюцию структуры по Θ, изменяющиеся вовремени при сушке сферопластика.Задавая технологическое время сушкиможно определить текущее значение вязкости системы, обобщенныйпараметр Θ, и соответственно, способ переработки ДНПКМ.Рисунок 5.10 Номограмма определения технологического режимапереработки сферопластика на разных стадиях сушки при 25 оС.115В зависимости от значения характерных значений обобщенногопараметра структуры Θ, классификации ДНПКМ по структурномупринципуиразличнымиихвязкостиметодами:сферопластикизаливкой,могутконтактнымперерабатыватьсяформованиемнаповерхности любой геометрической формы, инжекционным формованием,прессованием и т.д.Следуетучитывать,чтовязкостьсвязующеговпроцессеотверждения не является постоянной величиной и меняется в широкомдиапазоне, поэтому расслоение систем возможно только в начальныймомент времени до гелеобразования.Представляет интерес рассмотреть зависимость скорости всплытияПСМС с учетом изменения вязкости полимерного связующего от времениотверждения ЭДО.На рисунке 5.11 изображена кинетическая зависимость среднейскорости всплытия ПСМС марки МС-ВП-А9 с плотностью 0, 22 г/см3 вЭДО марки ЭД-20 при отверждении.116Рисунок 5.11 Кинетическая зависимость средней скорости всплытияПСМС марки МС-ВП-А9 с плотностью 0,22 г/см3 ЭДО марки ЭД-20 приотверждении.Экспериментально установлено, что скорость всплытия ПСМС вЭДО марки ЭД-20 составляет 0,032 мм/мин.
На представленнойзависимости, можно выделить две характерные области: первая – вязкостьсистемыпрактическинеизменяетсядоточкивремениначалагелеобразования τнг [65]; вторая – снижение скорости всплытия вовремени.Прииспользованииполученныхзакономерностейможнопроектировать не только изотропные сферопластики, а также системы срегулируемой толщиной слоя ПСМС, позволяющие без дополнительныхзатрат создавать слоистые пластики с малой теплопроводностью идиэлектрической проницаемостью.а)б)в)117Рисунок5.12Структурасферопластиковсизотропнымраспределением частиц (а) и разделением частиц при ρэдо >ρнап (б) иразделением частиц при ρэдо < ρнап.
(в)Длясозданиятехнологическимиизотропногохарактеристикамисферопластикасрекомендуетсянаилучшимииспользоватьсмесевые матрицы на основе ЭДО с ММ ≥ 400 г/моль и Θ ≤ 0,45 об. д., таккак в этом случае достигаются наименьшие показатели усадки, остаточныхнапряжений, водопоглощения, а так же материалы будут обладать малойплотностью, хорошими диэлектрическими показателями. В этом случае,практически не наблюдается фазового разделения компонентов, так какструктура системы является практически полностью сформированнойтрехмерной объемной решеткой и ее перестройка возможна лишьпроскальзыванием по сферам.
Следует применять ступенчатый режимотверждения сферопластиков, до времени перехода в диффузионнуюобласть,рекомендуетсяпроводитьтемпературах, так как вотверждениепринаименьшихэтом случае наблюдаются наименьшиенапряжения и усадка. После необходим прогрев сферопластика спостепенным повышением температуры до значений на 5-10 оС меньшетемпературы деструкции матрицы ЭДО, что позволит нам достичьнаибольших температур стеклования для изделия и, следовательно,повысит его теплостойкость.На основании данных полученных в ходе исследования былиполучены образцы сферопластика которые, в последствии, подверглифизико- механическим испытаниям согласно ГОСТ [98].5.2. Исследование физико-механических характеристик легкихмалоусадочныхвысоконаполненныхрадиотехнического назначения118сферопластиковК сферопластикам радиотехнического назначения предъявляютвысокиетребованияктехнологическимиэксплуатационнымхарактеристикам.Водопоглощение является важной характеристикой сферопластиков,так как небольшое количество поглощенной воды (ε = 81) приводит кзаметному изменению диэлектрических характеристик [97].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
