Термостойкие компаунды побеждают жару

Слишком жарко, слишком холодно или просто правильно? Инженеры должны еще лучше разбираться в температуре, когда они выбирают систему материалов для своей работы. И эти рабочие места все чаще связаны с температурными условиями, которые лучше всего описать как “экстремальные”.  Это уже не редкость для аэрокосмических, нефтегазовых, промышленных и некоторых электронных решений, требующих систем материалов, которые выдерживают температуру 300°C. Другие области применения должны бороться с экстремальным холодом, даже до криогенных температур в районе 4K.как высокий, так и низкий конец этого температурного диапазона может быть проблемой для компаундов, компаундов для заливки и герметиков. Тем не менее есть заливочные смеси, которые поднимаются на эту проблему, когда рабочие температуры достигают экстремальных уровней. Эпоксидные смолы могут прийти на ум в первую очередь потому, что они не имеют себе равных в функционировании во всем температурном спектре. Но есть и другие компаунды, которые хорошо переносят перепады температур. Этот список включает в себя некоторые силиконы. Выбор правильного компаунды для применения при экстремальных температурах может показаться простым делом. В конце концов, почти каждый поставщик компаунда публикует значения термостойкости в своих технических паспортах. Опираясь на эти данные, инженеры иногда решают проблемы с температурой, просто выбирая компаунд, рассчитанный на температуру, превышающую ожидаемую рабочую температуру их решения. К сожалению, хорошая практика проектирования не так проста. Значения термостойкости на листах данных заведомо противоречивы, отчасти потому, что поставщики тестируют компаунды так по-разному, причем некоторые поставщики используют гораздо более консервативный подход к представлению данных о температуре, чем другие. Суть этой простой в получении информации: идите вперед и используйте ее в качестве отправной точки при исследовании термостойких компаундов для заливки, но не считайте ее надежным показателем фактических температур непрерывного использования. Чтобы выбрать правильный термостойкий компаунд для данного применения, вам придется копать немного глубже, чем одна или две строки на листе данных. Вот более пристальный взгляд на некоторые ключевые факторы, которые следует учитывать, когда ваше решение для заливки должно победить жару или справиться с холодом:

Что такое температура стеклования

Как полимерные материалы, компаунды имеют общую термомеханическую реакцию на экстремальные температуры. Как только температура поднимется выше определенной точки, компаунд начнет размягчаться и терять некоторую прочность на растяжение. Компаунд также будет испытывать повышение своего коэффициента теплового расширения (CTE). “Определенная точка”, в которой очень высокие температуры начинают создавать проблему, отличается от индивидуального вида компаунда wevo и требований к применению. Но температура стеклования (Tg) обеспечивает окно, в котором находится эта точка. Чтобы не путать с температурой плавления, Tg – это температура, при которой термореактивные аморфные полимеры, включая большинство термостойких компаундов, переходят из жесткого “стекловидного” состояния в более гибкое “резиновое”. Это внутреннее тепловое свойство служит хорошим показателем способности адгезивного продукта выдерживать температурные требования. Например, было бы неразумно выбирать структурный компаунд, Tg которого на 100°C меньше температуры непрерывного использования решения. Сделать это – значит навлечь на себя неудачу. Даже в менее очевидных случаях выбор компаунда со слишком низким Tg может усугубить более тонкие механизмы разрушения, такие как ползучесть и термические напряжения из-за несоответствия CTE. За несколькими важными исключениями, компаунды с лучшей термостойкостью, как правило, имеют высокие значения Tg, что делает их жесткими во всем диапазоне рабочих температур. Эпоксидные смолы раньше были непревзойденными в этом отношении с некоторыми видами, предлагающими Tg 230°C и рабочие температуры до 315°C. Многие успешные решения для заливки в реальном мире используют компаунды, рабочие температуры которых превышают Tg в течение короткого периода времени или с небольшими запасами, которые не приводят к ухудшению механических свойств в достаточной степени. Таким образом, хотя Tg не является сокращением для температуры непрерывного использования, он служит индикатором хорошей практики проектирования в высокотемпературных решений. Выбирая компаунд для заливки, Tg которого превышает ожидаемую рабочую температуру, вы можете снизить риск неадекватных механических свойств или термических напряжений.

Низкие температуры применения компаунда

По мере того как температура опускается все ниже и ниже Tg, компаунды становятся все более хрупкими и подверженными низким напряжениям разрушения. Это рассуждение теоретически, по-видимому, отдает предпочтение гибким компаундам с низкими значениями Tg для самых холодных применений. Однако на практике часто бывает наоборот. Эпоксидные компаунды, в частности, не испытывают значительной потери свойств даже при криогенных температурах – это означает, что они лучше всего работают в жестком состоянии, которое простирается от их Tg до гораздо более холодной территории. Например, Wevo производит двухкомпонентные компаунды, которые обеспечивают структурные связи от криогенных 4K до пузырящихся 205°C. Другие высокотемпературные компаунды также демонстрируют отличную производительность при холодных температурах выше криогенных уровней. Эта способность работать в средах, где смешиваются экстремальные тепло-и холодные условия, особенно важна в аэрокосмических решениях. Компаунды с низким Tg, которые прекрасно функционируют в чисто криогенной среде, как правило, проявляют большие CTE, когда они нагреваются–со всеми проблемами теплового стресса, которые могут подразумевать большие CTE. Компаунды с высоким Tg, как правило, имеют меньшие, управляемые CTE во всем диапазоне рабочих температур и могут быть более подходящими для этих смешанных экстремальных сред.

Управление незначительными компромиссами

Хорошая новость о термостойких компаундах заключается в том, что они предлагают баланс свойств, который практически не требует конструктивных компромиссов. Эти эпоксиды, силиконы и полиуретаны обладают всеми физико-механическими свойствами, необходимыми для решения широкого спектра задач структурного склеивания, инкапсуляции и герметизации. Термостойкие адгезивные продукты также доступны с дополнительными функциональными характеристиками, включая низкое газообразование, теплопроводность, электропроводность, биосовместимость и многое другое. Конечно, в инженерном мире нет бесплатного обеда, и цена повышенной термостойкости приходит в виде более сложных и дорогостоящих режимов отверждения и смешивания. Что касается заливочных компаундов, то марки с самой лучшей термостойкостью представляют собой двухкомпонентные системы, требующие равномерного смешивания. Системы, требующие отверждения при комнатной температуре, очень просты в использовании. Термостойкие изделия также требуют тщательного внимания к рекомендациям производителя по отверждению. Хотя этот совет применим к большинству решений для заливки, он тем более важен для термостойких продуктов, потому что Tg может быть снижен неправильным отверждением. Проще говоря, оптимальные свойства и оптимальное отверждение идут рука об руку. Эти компаунды продолжают набирать популярность по мере того, как инженеры применяют структурное склеивание и заливку во все более экстремальных условиях.

Особенности выбора компаунда

Проектирование с учетом фактора безопасности – это то, что является второй задачей для осторожных инженеров, и это практика, которая имеет смысл при применении к выбору компаунда. Но вы можете играть в нее слишком безопасно, особенно при выборе компаундов для термостойкости. Добавляя слишком много “запаса прочности” для учета возможности высоких тепловых нагрузок, вы можете ограничить свой выбор компаунда или даже получить неправильный продукт для вашего применения. Наши инженеры Wevo по техническому обслуживанию часто сталкиваются со случаями, когда инженер определяет запас тепловой безопасности на основе температуры, при которой конструкция теоретически потерпит неудачу, даже если эта температура очень нереалистична с точки зрения реального мира. Преувеличение максимальной температуры использования в качестве меры безопасности обычно приводит к выбору компаунда с более высокими температурами стеклования (Tg). Это прекрасно, если вам действительно нужна вся эта добавленная термостойкость. Однако, если вы этого не сделаете, вы можете получить компаунд, который требует более сложных методов отверждения и обработки. Более того, компаунды с более высоким Tg, как правило, являются более жесткими материалами, которые обеспечивают меньшую “отдачу” при термическом циклировании. Выбирая большую термостойкость, чем вам на самом деле нужно, вы можете невольно пожертвовать некоторыми возможностями термоциклирования. Одним из часто игнорируемых факторов при определении соответствующего запаса прочности является продолжительность воздействия повышенных температур. Многие компаунды выдерживают температуру 200°C в течение нескольких секунд. Увеличьте это воздействие до нескольких часов, дней или месяцев, и список подходящих заливочных продуктов сократится до нескольких компаундов с высоким Tg. Смысл здесь не в том, чтобы игнорировать пределы безопасности, а в том, чтобы определить их реалистично и с оглядкой на продолжительность воздействия.