Композиционные пластмассы и слоистые пластики.

Пластмассы – многокомпонентные вещества, состоящие в большинстве случаев из связующего и наполнителя, а также включающие в себя и другие материалы (рис.3.14).

Выбирая состав и количество компонентов пластмассы можно получать детали с теми или иными механическими и электрическими свойствами. Изготовление деталей из пластмасс производится на специальном оборудовании. Исходными материалами являются пресс-порошки. Термопласты перерабатывают литьем под давлением, экструзией, прямым прессованием и обрабатывают различными способами, реактопласты – прямым и литьевым прессованием, литьем под давлением, обрабатывают механическим путем, склеиванием и иногда химической сваркой.

Композиционные пластмассы широко применяются в РЭА в качестве электроизоляционных и чисто конструкционных материалов: для изготовления корпусов радиоприемников, телевизоров, видеомагнитофонов, измерительных приборов, наушников, ламповых панелек, клеммных щитков, головок кнопок, рукояток, штепсельных разъемов и др. Производство таких деталей механической обработкой было бы весьма трудоемко, прессование же из пластмассы позволяет получить их за одну технологическую операцию.

Слоистые пластики – это разновидность композиционных пластмасс, в которых в качестве наполнителя используется волокнистые листовые материалы (бумага, ткань, стеклоткань), пропитанные и склеенные между собой различными полимерными связующими. Слоистые пластики отличаются от других материалов тем, что применяемый наполнитель располагается параллельными слоями. Такая структура обеспечивает высокие механические характеристики, а использование полимерных связующих – достаточно высокое удельное сопротивление и электрическую прочность.

В зависимости от материала связующего и наполнителя различают несколько типов слоистых пластиков (таблица 3.9).

Таблица 3.9. Состав основных типов слоистых пластиков.

Слоистый пластик	Наполнитель	Связующее
Гетинакс	Пропиточная бумага толщиной 0,1 мм.	ФФС
Текстолит	Хлопчатобумажная и синтетическая ткани (саржа, бязь, шифон, лавсан).	ФФС
Стеклотекстолит	Стеклоткани из бесщелочного алюмоборосиликатного стекла.	Совмещённая эпоксидная и ФФС. Совмещённая эпоксикремнийорганическая смола.

 

Слоистые пластики являются сильнополярными диэлектриками, так как и связующее, и наполнитель обладают полярными свойствами. Основные параметры слоистых пластиков представлены втаблице 3.10.

 

Таблица 3.10 Параметры слоистых пластиков.

Материал	ρV, Ом·м	er	tg δ	Рабочая температура, °C
Гетинакс	1011 - 1012	5,3	(6–10)·10-3	-60…+100
Текстолит	1011 - 1012	4,5	(8–30)·10-3	-60…+105
Стеклотекстолит	1012 - 1013	5,0	(5–10)·10-3	-60…+120

 

Слоистые пластики используются как диэлектрические основания печатных плат (ПП), которые являются типовыми несущими конструкциями современной РЭА. Печатные платы – это слоистая структура, в состав которой, кроме основания, входят печатные проводники (медная фольга).

Самый дешевый материал диэлектрических оснований – гетинакс – широко применяется в бытовой радиоаппаратуре. Его недостаток – повышенное влагопоглощение через слои бумаги или из открытых их торцевых срезов, а также сквозь полимерное связующее. Выпускается гетинакс на основе ацетилированной бумаги, имеющей повышенную влагостойкость и способной заменить стеклотекстолиты.

Текстолит обладает более высокой прочностью при сжатии и ударной вязкостью, поэтому он используется также в качестве конструкционного материала. Его выпускают не только в виде листов, но и плит толщиной до 50 мм. Текстолит в 5-6 раз дороже гетинакса.

Стеклотекстолиты благодаря ценным свойствам наполнителя имеют наиболее высокую механическую прочность, теплостойкость и минимальное водопоглощение. У них лучшая стабильность размеров, а электрические свойства остаются высокими и во влажной среде. Из-за необычной твердости поверхности стеклотекстолиты износоустойчивы.

Качество ПП характеризуется следующими свойствами (рис. 3.15).

Прочность – одно из основных свойств, так как печатные платы выполняют роль не только диэлектрического основания, но и несущей конструкции.

Нагревостойкость фольгированных слоистых пластиков определяется по отсутствию вздутий, расслаивания и отклеивания фольги, возникающих при пайке. Критерием является время в секундах, в течение которого разрушения не наблюдаются при нагреве до 260 °С. Минимальная нагревостойкость – 5 с, у лучших марок – 20 с.

Стабильность размеров – изменение длины при смене температур в процессе пайки, когда вся плата перегревается примерно до 120 °С; ТКЛР стеклотекстолита при толщине 1,5 мм составляет 8–10 1/град, т.е. отличается от ТКЛР меди более чем в 2 раза, поэтому при больших размерах плат возможен обрыв или отслоение фольги. Нестабильность размеров проявляется также в виде неплоскостности – прогиба, коробления, скручивания, возникающих из-за механических напряжений.

Электрическая прочность стеклотекстолита анизотропна: в продольном направлении она в несколько раз выше, чем в направлении толщины. Причина этому – анизотропия самого материала и наличие микротрещин, уменьшающих эффективную толщину, но не длину и ширину. С увеличением толщины электрическая прочность падает: для плат толщиной 0,5 и 10 мм значение Е_ПР соответственно 30 и 10 кВ/мм.

Недостатки фольгированных стеклотекстолитов – коробление, нестабильность размеров, растрескивание, отслаивание, воспламеняемость – обусловлены неоднородной структурой и используемыми для их изготовления материалами.

Кроме того, повышение плотности монтажа, применение групповых методов пайки, тяжелые условия эксплуатации требуют связующих, обладающих большей теплостойкостью. Наконец, стеклотекстолит из-за высокого tg δ непригоден для СВЧ-техники.

По этой причине для изготовления ПП применяются термопласты, которые позволяют повысить нагревостойкость до 400 °C и существенно уменьшить тангенс угла диэлектрических потерь для применения в СВЧ-аппаратуре. При этом лучшим материалом является фторопласт, армированный стеклотканью и фольгированный с двух сторон. Его выпускают в виде листов толщиной 0,5 мм под маркой фторопласт-4Д армированный фольгированный (ТУ 6-05-164-78). Он нагревостоек до 250 °C, имеет tg δ =0,0007 при частоте 10 ГГц и пригоден для СВЧ-техники. Однако применение фторопласта должно быть строго обосновано, так как он примерно в 10 раз дороже стеклотекстолита.