Критические влажности для элементов РЭА

А.К.Кондаков

РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ВЛАГОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ РЭC

Методическое пособие для выполнения практического занятия

по дисциплине «Основы конструирования и технологии производства

радиоэлектронных средств» для студентов радиотехнического факультета

Томск 2012

РАСЧЁТ ТОЛЩИНЫ ВЛАГОЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ,

ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ТРЕБУЕМУЮ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ДЕТАЛЕЙ

И УЗЛОВ РЭА

Цель, поставленная в данном пособии, научить студентов производить ориентировочный расчет влагозащиты. Расчетные выражения, представленные в пособии, позволяют решить одну из следующих задач, в зависимости от конкретного технического задания:

а) определение толщины влагозащищающего покрытия;

б) определение долговечности РЭА;

в) определение влагосодержания в РЭА по истечении определенного времени;

г) выбор материала влагозащищающего покрытия;

д) определение параметров атмосферы, при которых данная конструкция может сохранять работоспособность в течение заданного времени.

Общие положения

Надежность работы РЭА в значительной мере определяется её влажностным режимом. Особенно сильно влажность влияет на такие характеристики надежности, как долговечность и сохраняемость. При этом согласно ГОСТу, под долговечностью понимают свойство изделия сохранять работоспособность до предельного состояния с необходимыми перерывами для технического обслуживания и ремонтов. Предельное состояние изделия определяется либо невозможностью его дальнейшей эксплуатации, либо недопустимым снижением эффективности, либо требованиями безопасности и оговаривается в технической документации. Показателями долговечности могут служить ресурс или срок службы. Под сохраняемостью понимают свойство изделия сохранять значения установленных показателей его качества в заданных пределах в течение и после сохранения и транспортирования. Показателем сохраняемости может быть средний срок сохраняемости.

Учет влияния на надежность различных дестабилизирующих факторов (влажности, температуры, старения и т.д.) в зависимости от конструктивных параметров составляет основу расчета конструктивной надежности. При таком расчете рассматриваются физические процессы, которые происходят в элементах конструкции под влиянием дестабилизирующих факторов и приводят к разрушению или отказу.

В настоящее время удается рассчитывать с определенными допущениями влияние различных дестабилизирующих факторов на показатели долговечности. Однако до сих пор нет достаточно полных сведений о суммарном воздействии дестабилизирующих факторов на надежность конструкций.

Цель настоящего пособия - научить студентов производить ориентировочный расчет толщины влагозащитных покрытий, обеспечивающих требуемую долговечность деталей и узлов РЭА. Если же толщина покрытия задана, то по указанной методика можно выбрать материал, обеспечивающий требуемую долговечность, а если заданы материал и толщина покрытия, то рассчитывается долговечность изделия. Исходными данными для расчета служат предельно допустимая относительная влажность воздуха для наиболее высокой температуры, при которой работает изделие, и начальная концентрация влаги в защищаемой изделии, а также тип защищаемых элементов и местаих расположения в защищаемом изделии.

В качестве показателя долговечности используется срок службы изделия. Приведенная методика позволяет ориентировочно оценить и показатель сохраняемости (средний срок сохранности). В этом случае в исходных данных и в самом расчете следует вместо относительной влажности при эксплуатации использовать предельно допустимую относительную влажность воздуха при наиболее высокой температуре хранения изделия.

2. Рекомендации по выбору материалов для влагозащиты с помощью покрытий.

Наиболее дешевым и массовым методом защиты изделий от повышенной влажности является герметизация с помощью органических полимерных материалов. Однако этот вид герметизации обладает тем недостатком, что не может обеспечить бессрочного сохранения элементами рабочих свойств ввиду отсутствия сплошности вих строении. Правильным критерием, позволяющим давать оценку материала как герметика, может служить коэффициент влагопроницаемости D'. Для использования в качестве герметиков можно рекомендовать материалы с (1 торр = 1 мм рт.ст.).

В практике производства РЭА применяется несколько способов защиты полимерными материалами (пропитка, заливка, опрессовка, обволакивание и консервация). Пропитка и заливка осуществляются лаками и компаундами; обволакивание и опрессовка – компаундами, пластмассами и плёнками; консервация - полимерными пленками.

Влажностные характеристики лаков приведены в табл. 1. В таблице приняты следующие обозначения: D – коэффициент диффузии, D¢ – коэффициент влагопроницаемости, h - коэффициент растворимости.

Из приведенных данных видно, что наилучшие влагозащитные свойства у лака Э4100, на втором месте по этим свойствам лак СБ-1-С, на третьем - бакелитовый лак, на четвертом - лак УР-231, на пятом лак ЛЭВ-6.

Таблица 1 - Влажностные характеристики лаков

Лаки	D см /ч	D¢ г/(см× торр× ч)	h г/(см × торр)
СБ-1-С	8, 3× 10	1, 3× 10	1, 6× 10
УР-231	2, 1× 10	2, 4× 10	1, 2× 10
Э-4100	7, 6× 10	5, 5× 10	7, 5× 10
ЛЭФ-6	6, 0× 10	6, 1× 10	1, 0× 10
К-47	-	3, 8× 10	-
Бакелитовый	-	2, 0× 10	-
Нитролак	-	1, 2∙ 10	-

Лак К-47 и нитролак не могут быть рекомендованы для целей влагозащиты ввиду большой величины коэффициента влагопроницаемости.

В табл. 2 приведены значения D¢, h и D для большого количества компаундов, пластмасс и резин. Из таблицы видно, что эпоксидные компаунды обладают высокими влагозащитными свойствами; введение пластификатора (тиокола) резко ухудшает эти свойства.

Кремнийорганические компаунды и фторосилаксановые резины имеют невысокие влагозащитные свойства. Обращают на себя внимание хорошие влажностные характеристики пластиков на стекловолокне в качестве подложки. Перенос влаги здесь происходит по связующему веществу (лак ЭД-6) с огибанием волокон материала подложки (стекловолокна), что увеличивает путь диффузии, снижая значение коэффициента диффузии D. Использование в подложках из слоистых пластиков (гетинакс или текстолит) бумаги или текстиля приводит к большим значениям коэффициента растворимости влаги в материале, что ведет к непригодности этих материалов для использования в качестве влагозащиты, несмотря на малые значения коэффициента диффузии. Резины имеют коэффициент влагопроницаемости D¢ =10 …10 г/(см × торр × ч). Наилучшими влагозащитными свойствами обладают резины С-572, 8508, ШН, ПЛ-118-IIа, К-44, К-45.

Таблица 2 - Влажностные характеристики компаундов, пластмасс и резин

Материал	D, см /ч	D¢ г/(см× торр× ч)	h г/(см × торр)
Эпоксидные компаунды
Э – 2200	2, 3× 10	2, 8× 10	1, 4× 10
К – 115	3, 8× 10	1, 1× 10	2, 8× 10
К – 176 НП	1, 5× 10	1, 4× 10	9, 2× 10
К – 176 НС	1, 2× 10	1, 1× 10	3, 3× 10
УП – 584	3, 8× 10	1, 3× 10	3, 4× 10
Э – 6/101	2, 0× 10	2, 3× 10	1, 2× 10
Э – 6/91	1, 8× 10	1, 8× 10	1, 0× 10
Э – 6/100	2, 5× 10	1, 05× 10	4, 0× 10
Эпоксидно – тиокольные компаунды
100 – 200 – 10	1, 4× 10	2, 1× 10	1, 5× 10
ЭТ – 120 – 65	4, 2× 10	5, 5× 10	1, 3× 10
Полиэфирные компаунды
ПЭ – 1	7, 8× 10	1, 0× 10	1, 3× 10
ПЭ - 4	1, 2× 10	2, 3× 10	2, 0× 10
Кремнийорганические компаунды
КТМ	2, 4× 10	6, 4× 10	2, 7× 10
КТМ – К20	2, 5× 10	2, 2× 10	4, 8× 10
КТ – КРО	8, 4× 10	1, 5× 10	1, 8× 10
КМК – 9	1, 6× 10	4, 8× 10	3, 0× 10
Кабельная полихлорвиниловая композиция
Чёрная	2, 2× 10	1, 3× 10	5, 6× 10
Пластмассы
К – 211 – 34	1, 0× 10	2, 5× 10	2, 5× 10
К – 114 – 35	1, 4× 10	3, 0× 10	2, 1× 10
ФКП – 32	3, 0× 10	1, 0× 10	3, 6× 10
Аминопласт	3, 4× 10	1, 8× 10	5, 3× 10
Текстолит	1, 6× 10	9, 0× 10	5, 6× 10
Гетинакс марки Б	3, 3× 10	1, 8× 10	5, 5× 10
Пластик на смоле ЭД – 6
КПД	2, 0× 10	8, 0× 10	4, 0× 10
СТЭР – С – 30	2, 0× 10	7, 5× 10	3, 7× 10
Пластик на стеклоткани на кремнийорганической смоле М – 1	1, 5× 10	9, 0× 10	6, 0× 10
Резины фторосилаксиновые
№738	1, 2× 10	9, 5× 10	7, 9× 10
Английская	1, 1× 10	5, 5× 10	5, 0× 10
№553	5, 0× 10	1, 6× 10	3, 2× 10
Резины нитролакриловые
№213	4, 0× 10	5, 8× 10	1, 4× 10
Белая	3, 3× 10	1, 1× 10	2, 6× 10
Резины полиуретановые
	5, 3× 10	3, 2× 10	6, 0× 10
	7, 0× 10	3, 7× 10	5, 2× 10
Резины марок
С – 572	2, 5× 10	1, 8× 10	7, 4× 10
С – 633	3, 8× 10	2, 3× 10	6, 0× 10
	2, 0× 10	2, 6× 10	1, 3× 10
	4, 7× 10	1, 6× 10	3, 2× 10
К – 32	1, 7× 10	1, 1× 10	6, 5× 10
	4, 6× 10	3, 0× 10	6, 5× 10
	5, 3× 10	3, 0× 10	6, 0× 10
	3, 2× 10	3, 8× 10	1, 2× 10
	5, 7× 10	5, 5× 10	1, 0× 10
	2, 2× 10	2, 2× 10	1, 0× 10
ОВР	1, 2× 10	8, 0× 10	7, 0× 10
ШН	5, 7× 10	2, 1× 10	3, 6× 10
ТСШ № 691	1, 3× 10	6, 0× 10	4, 6× 10
ТСШ № 759	2, 7× 10	4, 6× 10	1, 7× 10
ТСШ № 824	5, 5× 10	4, 0× 10	7, 4× 10
С – 847	4, 3× 10	3, 9× 10	6, 9× 10
	2, 7× 10	4, 6× 10	1, 7× 10
РС – 1НТ	2, 9× 10	3, 3× 10	1, 1× 10
ПЛ – 118 – 1	1, 0× 10	1, 7× 10	1, 7× 10
НО – 68 – 1	5, 4× 10	8, 4× 10	1, 5× 10
К-54	4, 9× 10	2, 4× 10	2, 6× 10
К-45	2, 3× 10	2, 2× 10	1, 0× 10
К-44	1, 0× 10	1, 3× 10	1, 3× 10

Полиуретановые резины обладают невысокими влагозащитными свойствами вследствие высоких коэффициентов растворимости воды в материале.

В табл. 3 приводятся влажностные характеристики полимерных смол и пленок на их основе. Наилучшими влажностными характеристиками обладают полимеры фторопласт-3 и саран.

Критические влажности для элементов РЭА

В литературе приведены ориентировочные значения критических влажностей (в единицах относительной влажности воздуха при комнатной температуре +20°С) для некоторых элементов РЭА.

Из конденсаторов наиболее чувствительны к изменению влажности бумажные, слюдяные, керамические и стеклянные. Критическая влажность дляних 30…50% при температуре 20°С.

Композиционные углеродистые резисторы поверхностного и объемного типов увеличивают своё сопротивление за счет набухания органической связи. Для них критическая влажность 70…80% при температуре 20°С.

Содержание 0, 004% паров влаги по объему, в герметизированном корпусе кварцевого стабилизатора частоты вызывает отказ.

Критическая влажность полупроводниковых приборов 40% при температуре 20°С. Пьезокерамические преобразователи могут работать при влажности не выше 50%.

Таблица 3 - Влажностные характеристики полимеров

Полимер	D, см /ч	D¢ г/(см× торр× ч)	h г/(см × торр)
Полиэтилен высокого давления	4, 3× 10	2, 5× 10	5, 8× 10
Полиэтилен низкого давления	1, 0× 10	6, 0× 10	6, 0× 10
Полистирол	3× 10	3, 0× 10	1, 0× 10
Полиметилметакрилат	2, 8× 10	3, 6× 10	1, 3× 10
Полихлорвинил	9, 6× 10	1, 2× 10	1, 3× 10
Фторопласт – 3	3, 6× 10	2, 5× 10	7, 0× 10
Фторопласт – 4	3, 0× 10	4, 6× 10	1, 6× 10
Полиуретан	1, 0× 10	5, 3× 10	5, 3× 10
Поликапролактам	2, 0× 10	5, 0× 10	2, 0× 10
Полиамид – 68	3, 2× 10	2, 0× 10	6, 2× 10
Полиэтилентерефталат	1, 0× 10	9, 0× 10	9, 0× 10
Полихлорстирол	7, 2× 10	2, 0× 10	2, 8× 10
Триацетатцеллюлоза	3, 6× 10	6, 0× 10	1, 7× 10
Эпоксисмола	8, 2× 10	7, 6× 10	9, 3× 10
Полипропилен	1, 8× 10	1, 4× 10	7, 8× 10
Фторопласт – 40Д	4, 6× 10	3, 5× 10	7, 5× 10
Бутил – каучук	2, 2× 10	2, 4× 10	× 1, 110
Найрит	3, 5× 10	1, 0× 10	2, 7× 10
Каучук	9, 3× 10	2, 1× 10	2, 3× 10
Бутилакрилат	1, 4× 10	9, 0× 10	6, 4× 10
Капролон	6, 3× 10	5, 4× 10	8, 6× 10
Поликарбонат	1, 2× 10	2, 6× 10	2, 1× 10
Саран	1, 2× 10	2, 6× 10	2, 1× 10