CC BY
301
Зелякова Т.И., Крутов Л.Н. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВЛАГОПОГЛОЩЕНИЯ И ВЛАГОПРОНИЦАЕМОСТИ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ ИС
В Центре исследований надёжности и анализа отказов ФГУП «22 ЦНИИИ МО РФ» были проанализированы 17 полимерных покрытий, используемых промышленностью [1]:
компаунды марки КЭН-1(1С, 2, 2М, 3, 3С, 4)* - кремнийорганические эластичные
низкотемпературного отверждения, на основе каучука СКТН-Б и отверждающиеся по реакции дегидроконденсации с выделением воды;
компаунды марки СИЭЛ - силиконовые композиционные на основе низкомолекулярных кремнийорганических олигомеров с различными добавками, отверждение которых происходит по реакции полиприсоединения без выделения побочных продуктов;
компаунд марки ККП - кремнийорганический эластичный термостойкий коррозионно-пассивный, получаемый на основе низкомолекулярных каучуков;
компаунд марки КЭБ - кремнийорганический эластичный борсодержащий, получаемый на основе низкомолекулярных каучуков;
компаунд марки ГК (ГКН) - кремнийорганический гидридсодержащий, получаемый на основе низкомолекулярных каучуков (гидридсодержащий кремнийорганический наполненный);
ПЭО - 0КЭ - собственное приготовление предприятия ЗАО «Протон» г.Орла;
лак ЛД - композиция на основе фторполимера диаллизофталата, катализатора и растворителя.
М - модифицированный;
С - стабилизированный.
Компаунды предназначены для пассивации и защиты ИС. Компаунды работают в интервале температур
от -65 до +2200 С.
В результате эксперимента были получены значения равновесного влагопоглощения, коэффициентов: растворимости, диффузии и влагопроницаемости для всех исследуемых полимеров.
Значения величины равновесного влагопоглощения лежат в пределах от 0,045 до 2,97 %, а
коэффициент влагопроницаемости - в пределах 1,1-10-15 - 1.5-10-11 кг / (м- с - Па).
Полимеры, значения равновесного содержания воды в которых не превышает 1-2%, являются гидрофобными, т.е все исследуемые кремнийорганические защитные покрытия (компаунды) следует условно отнести к гидрофобным полимерам. Полимер ПЭО - 0КЭ, который в своем составе содержит эпоксидную составляющую и значение равновесного содержания воды в котором больше 2%, - к
промежуточным полимерам.
По полученным результатам построены кривые кинетики сорбции влаги материалом в координатах: влагопоглощение (%) - время (сутки). Результаты исследований защитных покрытий изложены в отчетах о НИР [2, 3].
Во всех случаях экспериментальные точки хорошо легли на прямую II типа по классификации, предложенной С. Брунауэром, Л. Демингом, У. Демингом и Э.Теллером (БЭТ). Изотерма 11-типа характерна для сорбции лэнгмюровского типа, при которой на сорбенте образуется лишь мономолекулярный слой сорбированного вещества [4].
Так зависимость сорбции от относительной влажности в случаях кремнийорганических полимеров линейна и монотонно возрастает с увеличением времени пребывания образцов в термовлагокамере. Линейная зависимость сорбции от относительной влажности и низкий коэффициент влагопроницаемости свидетельствует о том, что данные компаунды содержат минимальное количество свободных полярных групп и гидрофильных низкомолекулярных примесей, а также указывает о наличии в цепях полимера помимо группы -Б1 - О - Б1 -, групп - - СН2 - СН2 - - и, что большая часть влаги
конденсируется в микропорах компаунда. Регулярно расположенные пустоты заполняются мономерными молекулами воды. Взаимодействия между молекулами сорбированной воды превосходят взаимодействия макромолекул полимера с молекулами воды. В случае наполненных полимеров, каким, например, является компаунд ГКН-ЭЧ, пары воды могут поглощаться частицами наполнителя. Увеличение влажности в системе приводит к предпочтительному взаимодействию молекул воды друг с другом и, как следствие, к кластерообразованию, о чем свидетельствует кинетика сорбции влаги компаундом КЭН-4.
В случае компаунда ПЭО - 0КЭ, который в своем составе содержит эпоксидную составляющую, по кривой сорбции можно утверждать, что полимер содержит гидрофильные низкомолекулярные примеси, что большая часть влаги конденсируется в микропорах компаунда и сконцентрирована вокруг гидрофильных примесей. Здесь первоначально происходит интенсивное взаимодействие молекул воды с высокополярными группами полимера (ионами хлора) - гидратация ионных и полярных фрагментов полимера. Последующие порции воды могут пластифицировать полимерную матрицу, что может привести, во-первых, к увеличению подвижности сегментов и, во-вторых, к возрастанию доли свободной, негидратированной воды в полимере. И как следствие, к проникновению влаги к поверхности кристалла и тогда между водой, находящейся под плёнкой полимера, и водой в подкорпусном объёме ИС возникает осмотическое давление. Оно может достигать десятков атмосфер и резко ускорять проникновение паров воды и их конденсацию на поверхности элементов ИС. Такие полимерные покрытия (компаунды) могут снижать коррозионную стойкость ИС.
Исследования показали также некоторое увеличение величины коэффициента влагопроницаемости полимеров марок КЭН по сравнению с компаундами СИЭЛ 159-254, СИЭЛ 159-256, СИЭЛ 159-167, СИЭЛ 159-190, что может быть объяснено деструкцией основных цепей компаунда марок КЭН, приводящей к уменьшению густоты сетки этих эластомеров. Большое значение равновесного влагопоглощения компаунда ПЭО - 0КЭ дает основания полагать, что сорбция носит осмотический характер и обусловлена присутствием ионных примесей в данном полимере.
На основании проведенных экспериментов можно предположить, что в случае кремнийорганических компаундов большая часть сорбированной влаги не растворяется в полимере, а конденсируется на поверхности внутренних микрополостей.
Проведение экспериментальных испытаний характеристик защитных покрытий (компаундов) с использованием методики форсированной оценки влагозащитных свойств защитных покрытий ИС позволит отработать обоснованные требования к техническим характеристикам защитных покрытий (компаундов), применяемым в ИС и ПП при их производстве и обеспечить реализацию технических требований к качеству поставляемых ЭРИ при разработке РЭС вооружения нового поколения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зелякова Т.И., к.т.н., доцент Крутов Л.Н. Методика форсированной оценки влагозащитных
свойств защитных покрытий ИС// Сборник статей 22 ЦНИИИ МО РФ.- 2005г.- 10 с.
2. Зелякова Т.И. и др. Исследование и испытание защитных покрытий (компаундов), применяемых в
ИС военного назначения //отчет о НИР, 2-й этап.-2003г.-56с.
3. Зелякова Т.И. и др. Исследование и испытание защитных покрытий (компаундов), применяемых в
ИС военного назначения //отчет о НИР, 3-й этап.-2004г.-29с.
4. Рейтлингер С.А. Проницаемость полимерных материалов.- М.: Химия.- 1974г.- 268с.
