Материал: Методы и средства испытаний электронных систем. Никитин Л.Н

Рис. 52. Положение переходной зон для двух полимеров

Видно, что максимум коэффициента механических потерь у первого материала совпадает с температурным диапазоном эксплуатации, но быстро уменьшается, и на краях температурного диапазона такой сериал уже не будет вибропоглощающим. Второй материал имеет значительно более широкую переходную зону, но она не совпадает с температурным диапазоном эксплуатации. Отсюда следует важный вывод: в качестве вибопоглощающих материалов могут использоваться полимеры, физико-механическое состояние которых в температурном диапазоне эксплуатации РЭА соответствует области перехода от высокоэластического к стеклообразному состоянию, и эта область имеет достаточную ширину. Следовательно, для правильного выбора ВП материала радиоконструктор должен располагать зависимостями динамического модуля упругости и коэффициента механических потерь от температуры, и частоты. В настоящее время ведутся специальные работы по разработке ВП материалов.

Рассмотрим факторы, которые влияют на свойства полимеров и могут быть положены в основу создания таких материалов.

Химическое строение В качестве примера влияния химического строения на

положение и ширину переходной зоны на оси частот на рис. 53 даны зависимости динамического модуля сдвига G| и коэффициента потерьот частоты приведенные к 100 С, для трех полимеров и Н- алкиметакрилалов, эфирные группы которых соответственно содержат 2,4 и 12 атомов углерода. Как видно, с увеличением дайны боковых групп переходная область сдвигается в сторону высоких частот почти на шесть порядков по логарифмической шкале частот. Наблюдается также некоторое изменение ширины переходной зоны.

161

Рис. 53. Влияние химического строения полимера на переходную зону, 1 – Этил; 2 – Гексил; 3 – Додецилиетакрилат

Сополимеризация В качестве примера на рисунке 54 показаны зависимости Е и

от температуры для сополимера винилхлорида и 2-этил- гексилакрилата при различных их весовых соотношениях. Видно, что при сополимеризации наблюдаются две сложные переходные зоны приводящие к расширению температурного диапазона, в котором наблюдаются значительные величины коэффициента потерь . Этот способ позволяет также смещать переходную зону в другой температурный диапазон.

Пластификация В отличие от сополимеризации пластификация не приводит к

образованию химических связей между полимером и растворителем. Введение пластификатора снижает силы когезии между макромолекулами полимера, вследствие чего ослабляется

162

межмолекулярное взаимодействие. Это эквивалентно уменьшению частоты или повышению температуры. В качество примера влияния пластификации на рис. 55 показаны зависимости G| и от температуры, измеряемые при частоте 2 Гц, для поливинилхлорида, пластифицированного диэтилсукцинатом. Как видно, пластифкацией можно добиться значительного смещения и расширения переходной зоны.

Наполнение и вулканизация влияние твердых наполнителей и вулканизации показано на рис. 56. Видно, что эти факторы также существенно влияют на механические, динамические свойства полимеров. Исследования физико-механических свойств полимеров показали, что на положение и ширину переходной зоны влияют также степень полимеризации и молекулярный вес. Характеристики некоторых вибропоглощающих полимеров, которые могут быть использованы при конструировании РЭА, приведены в табл. 7—9 приложения.

Рис. 56. Влияние наполнения и вулканизации на переходную зону, 1 – невулканизированная; 2 – вулканизированная; 3 – вулканизированная с наполнением

Оценка эффективности, вибропоглощающих конструкций

Из выше сказанного, очевидно, что коэффициент механических потерь конструкции будет значительно изменяться в температурном диапазоне эксплуатации изделия. В качестве примера на рисунке 55,

163

показан контурный график зависимости коэффициента трехслойной конструкции от температуры и частоты. В качестве вибропоглощающего материала использован полиизобутилен, характеристики которого приведены в табл. 8. приложения.

Видно, что в интервале температур от -50 до +50°C демфирующие свойства изменяются примерно в двадцать раз. Аналогичные зависимости характерны и для других ВП конструкций и материалов. Возникает вопрос, какое значение коэффициента потерь принимать в качестве показателя эффективности ВП элементов конструкций радиосистем. Ответ на него будет различным в зависимости от последствий отказа.

Рис. 57. Контурный график зависимости коэффициента потерь от температуры и частоты, плотность распределения температур.

а – контурный график; б – плотность распределения; 1 – равномерный закон; 2 – нормальный закон.

Если отказ системы недопустим, эффективность ВП покрытий целесообразно оценивать по минимально возможной в условиях эксплуатации системы величине коэффициента потерь min. При этом необходимо, чтобы minбыл не меньше значения, при котором резонансные колебания конструкции приводят к отказам и нестабильности сигналов системы. Невыполнение этого условия будет означать, что разрабатываемая конструкция заведомо не удовлетворяет требованиям технического задания.

Если в основу оценки системы положен общий экономический эффект от применения изделий данного типа, то ВП конструкцию целесообразно оценивать по среднему в условиях эксплуатации

164

системы значению коэффициента потерь ср. Пусть, например, система работает в условиях, при которых < ср. Это приведет к увеличению количества отказов по сравнению со средним значением, увеличению стоимости эксплуатации и снижению экономического эффекта, но эта же система или другие системы этого типа могут применяться и в более благоприятных условиях, когда > ср, что обеспечит повышение экономического эффекта по сравнению со средней величиной. Пригодной следует считать такую конструкцию, у которой средний коэффициент потерь не меньше величины, при которой достигается положительный экономический эффект.

Остановимся на методике определения рекомендуемых показателей эффективности. Величина min может быть найдена непосредственно из контурного графика или же расчетом двух значений при минимальной температуре и максимальной частоте, а также максимальной температуре и минимальной частоте и выбором наименьшего значения. При определении ср необходимо знать собственные частоты колебаний конструкции, а также вероятностное распределение температур в заданном интервале. Каждая из собственных частот колебаний будет изменяться в некотором интервале, что обусловлено температурной зависимостью модуля упругости ВП материала.

Будем считать, что наиболее опасны колебания на первой собственной частоте, которая лежит в интервале от fmin, до fmax (см. рисунок 3.15,а). Разобьем заштрихованную область на несколько подобластей и определим ср, используя формулу

n

i p( i )

P( i )

i 1

где i — величина коэффициента потерь в i-м интервале, P( i) — коэффициент веса, равный вероятности того, что = i, и определяемый по формуле

Tj 1

P( i ) f (T)dT

Tj

или как площадь фигуры под кривой распределения на рассматриваемом интервале. Здесь Тj и Тj+1 - температуры в начале и

165