Склеивание применяется для закрепления элементов на платах, шасси и лицевых панелях, для соединения различных прокладок и уплотнительных колец с металлическими деталями; вообще склеивают материалы и их сплавы, натуральные, синтетические и слоистые материалы, стекло, керамику, спекаемые материалы.
Замена сварки, пайки, заклепочных соединений склеиванием уменьшает массу конструкции, позволяет соединить почти любые материалы, упрощает процесс сборки. По сравнению с другими способами соединения достоинство клеевого соединения состоит в равномерности распределения механических напряжений по шву. Обычно в зоне соединения при склеивании не возникает коррозия, в большинстве случаев эти соединения непроницаемы для паров, жидкостей, герметичны, вакуумплотны, поглощает вибрации (снижают шум). В этом состоят основные преимущества клеевого соединения.
Клеевые соединения не выдерживают длительное время большие нагрузки, при повышенных температурах, особенно во влажной атмосфере или при низких температурах снижается прочность клеевого соединения. В этом состоят основные недостатки таких соединений.
Физико-химические основы склеивания.
В основе процессов склеивания материалов находятся явления когезии и адгезии.
Когезия - это сцепление частиц одного и того же материала, адгезия - это сцепление частиц различных материалов; причиной когезии и адгезии являются силы межмолекулярного взаимодействия. Кроме того, в процессе склеивания возникает сложные физико-химические явления, адсорбция, электростатические силы, диффузия (у высокомолекулярных полимеров).
Незначительное влияние на клеящую способность оказывает механическое сцепление клеящего вещества (механическая адгезия).
Для качественного соединения необходима соответствующая подготовка склеивающих поверхностей и достаточное смачивание клеящим веществом.
Клеящими веществами являются высокополимерные синтетические смолы или реактивные смеси различных химических структур. Для металлов применяют растворы смол: эпоксидной, фенольной, полиэфирной, полиуретановой и силиконовой, а для пластмасс растворы смол, кроме перечисленных, поливиниловых соединений, полиамидов, полиакрилатов, производных каучука и аминопластов. Отверждение клеящего вещества осуществляется или посредством химической реакции или посредством испарения и диффузии.
Клеевые соединения часто применяют в комбинации с другими типами соединений (сварными, клепанными, резьбовыми) для придания соединениям дополнительных свойств - герметичности, прочности, вибростойкости.
К клеям предъявляют следующие требования: нейтральность к склеиваемым материалам, стойкость к воде, к воздействию различных сред, к нагреванию, охлаждению, резким перепадам температур; грибостойкость; высокие адгезионные и когезионные свойства; простота наненсения на поверхность; хорошее заполнение зазоров между соединяемыми поверхностями; продолжительная жизнеспособность приготовленного клея; возможность склеивания при комнатной и повышенных температурах и низком давлении.
При выборе клея необходимо учитывать физико-химические и технические свойства, а также условия эксплуатации изделия.
Технологический процесс склеивания состоит из следующих операций:
1. подготовка поверхностей вклеиваемых деталей,
2. подготовка клея,
3. нанесение клея на склеиваемые поверхности,
4. сушка (открытая выдержка) нанесенного клея перед сборкой соединяемых деталей,
5. сборка деталей,
6. запрессовка,
отверждение клеевых швов (открытая выдержка при определенных температуре и давлении в течении заданного времени),
8. зачистка клеевых соединений,
9. контроль качества соединения.
Качество подготовки поверхностей в значительной мере определяет прочность соединения. Поверхности тщательно пригоняют одна к другой, очищают от загрязнений, в некоторых случаях повышают шероховатость поверхности для увеличения поверхности склеивания, создают промежуточные слои, имеющие повышенную адгезию к поверхности металла, а клеи к ним. Оптимальная шероховатость поверхности Rz=20...6,3 мкм. Иногда перед склеиванием на поверхность наносят защитное покрытие, препятствующее коррозии.
Обработку выполняют механическим, химическим или физическим способами.
Механическим способом удаляют: остатки лака, грязь, оксидные слои, окалину после прокатки, прессовочные пленки и прилипшие отслаивающиеся вещества (удаляют посредством пескоструйной или дробеструйной обработки обезжиренным материалом, шлифования, зачистки наждаком, полирования, очистки стальными щетками, пламенной струи, снятия стружки);
Лаки и жиры удаляют растворителями при погружении деталей в ацетон, бензин, хлористые и фтористые углеводороды или водные растворы моющих веществ (акрил, акрилсульфанол, щелочные растворы тринатрий фосфата).
Быстро очищают поверхность при ультразвуковой обработке с мощьностью колебаний 5...10 Вт/см2.
Химические способы обработки поверхности применяют только для пластмасс.
К термическим способам относят пламенные способы (например, обработка газовым пламенем).
К электрическим способам относят: облучение элементарными частицами, обладающими большой энергией; обработка электрическим разрядом в газовой атмосфере; обработка тлеющим разрядом низкого давления. Подготовка клея заключается в тщательном смешивании исходных компонентов. Смешивание выполняется в тех случаях, когда клеящее вещество состоит из двух и более компонентов. При смешивании не должны быть замешаны воздушные пузырьки. Для приготовления больших количеств клея используют вакуумные смесители. Срок применения холодных клеящих веществ ограничен. Обычно смешивание производят перед их употреблением.
Способ нанесения клея определяется его консистенцией (пустотой, вязкостью).
Жидкотекучие клеи наносят кистью, пульверизатором или погружением и накатыванием с помощью валика. Пастообразные клеи наносят шпателем. Твердые клеи перед употреблением сначала разжижают (для хорошего смачивания поверхностей). Для этого склеиваемые детали нагревают и их поверхность посыпают порошком клеящего вещества. При автоматическом склеивании используют клеевые пленки.
Соединение склеиваемых деталей производится в приспособлениях, обеспечивающих при отверждении клея фиксирование деталей в определенном положении.
Фиксирование деталей выполняют с помощью стальных стяжных лент, болтовых соединений снабженных пружинами, грузов, струбцин, скоб, прессов и прессформ.
При склеивании на всю поверхность должно действовать постоянное давление. Величина давления зависит от марки клея. Отверждение клея производится в нагревательных печах, обеспечивающих равномерный нагрев.
Для нагревания соединяемых элементов при сушке применяют сушильные камеры (шкафы), обдувку теплым воздухом, контактные и рефлекторные электронагреватели, ТВЧ, инфракрасные лучи.
Сборку склеиваемых деталей производят запрессовкой в пневматических, гидравлических, винтовых прессах, автоклавах и с помощью специальных приспособлений. Требуемый подогрев деталей при сборке выполняют на прессах с электроподогревом или паровым обогревом. Режимы склеивания (время, давление, температура) определяет применяемый состав клея.
Контроль соединения в готовых изделиях выполняют по этапам:
- внешний осмотр изделия, простукивание и проверка с помощью специальных приборов без разрушения соединения;
- испытания образцов - свидетелей или образцов, вырезанных из изделий;
- испытания разрушением определенного процента изделий от серии и др.
Клеи для склеивания деталей ЭС.
Применяемые клеи разделяют по типу связующих материалов на термореактивные, термопластичные и эластомеры.
К группе термореактивных относятся клеи типа БФ, полиуретановый ПУ-2, эпоксидные горячего и холодного отверждения ВК-9, К-400, теплостойкие ВС-10Т, ВС-350. К группе термопластичных клеев - полистироловый, полиамидный и др. Группа эластомеров включает клеи № 88-Н.
Клеи БФ применяют для склеивания металлов и металлов с керамикой и некоторыми пластмассами, когда склеиваемые материалы не допускают высокой температуры сушки.
ВК-9 применяется для клеевых, клеесварных и клеерезьбовых соединений из стали, алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, неметаллических материалов в конструкциях, работающих от - 60 °С до + 125 °С длительно, при + 200 °С - 500ч и при + 250 °С - 5ч.
Клей К-400 (ОСТ 6-06-5100-96) применяется для клеевого соединения сталей различных марок, алюминиевых и титановых сплавов, латуни, керамики, графита, ситалловых материалов. Может быть использован для приклеивания различных табличек, фирменных знаков, выполненных фотохимическим, или каким-либо другим способом. Гарантирует рабочую эксплуатацию в следующем интервале температур от -196 до +400 °С (минуты), при + 200С - до 1000 час.
ПУ-2 рекомендуется для проведения работ по склеиванию металлов (алюминиевых сплавов, стали), неметаллических материалов (стеклопластик, пенопласт), для склеивания деталей из оргстекла и оргстекла с лентами из капронового или лавсанового волокна, а также металлов и неметаллов между собой.
Клей ВС-10Т теплостоек, и с помощью него склеивают детали из различных материалов (стали, дюралюминия, теплостойких пенопластов, стеклотекстолита и сотоматериалов, изготовленных на основе стеклоткани, пропитанной фенолоформальдегидной смолой) между собой и в сочетании друг с другом в конструкциях, работающих без снижения прочности клеевого шва при 200°С в течение 200 ч и при 300°С - 5 ч с учетом термостойкости склеиваемых материалов.
Основная литература
1.Юрков Н.К. Технология производства электронных средств / Н.К. Юрков - Санкт-Петербург: Издательство `Лань`, 2014 - 480 стр. http://e.lanbook.com/view/book/41019/
2.Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы / А. М. Медведев . - М.: Техносфера , 2005. - 302 с.
3.Медведев А.М. Технология производства печатных плат : / А. М. Медведев . - М. : Техносфера , 2005. - 358 с.
4.Медведев А.М. Сборка и монтаж электронных устройств / А. М. Медведев . - М. : Техносфера , 2007. - 255 с.
5.Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат - М.: издательство: Форум, Инфра-М, 2005 - 560с.
6.Грачев А.А. Конструирование электронной аппаратуры на основе поверхностного монтажа компонентов / А.А. Грачев, А.А. Мельник, Л.И. Панов - М.: НТ Пресс, 2006. - 384с.
7.Простатов И.Л. Планирование инженерного эксперимента.: учебное пособие / И.Л. Простатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 135 с
8.Простатов И.Л. Планирование инженерного эксперимента.: учебное пособие / И.Л. Простатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2004. 135 с
9. Крючатов В.И. Автоматизированные системы технологического обеспечения качества при проектировании и серийном изготовлении высоконадежных тонкопленочных интегральных схем с резистивными элементами: Учебное пособие. - Казань: ЗАО «Новое знание», 2013. - 179 с.
10. Крючатов В.И. Составление плана контроля надежности аппарат-куры при известном и неизвестном законах распределения наработки аппарватуры на отказ: методическик указания к практическим занятиям / В.И. Крючатов. - Казань : Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, 2001. 32 с.
Дополнительная литература
1.Технология и автоматизация производства радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов./И.П. Бушминский, О.Ш. Даутов, А.П. Достенко и др.; Под ред. А.П. Достенко, Ш.М. Чабдарова.- М.: Радио и связь,1989. - 624с.: ил.
2.Управление качеством электронных средств: Учебник для ву-зов./ О.П. Глудкин, А.И. Гуров, А.И. Коробов и др.; Под ред. О.П.Глудкина. - М.: Высш. шк.,1994. - 414с.: ил.
3.Хартман К., Лецкий Э., Шеффер В.И др. Планирование экспе-римента в исследовании технологических процессов. / Под ред. Лецкого.- М.: Мир, 1977г.
4. Леонов А.И., Дубровский Н.Ф., «Основы технической эксплуа-тации бытовой РЭА». М., Легпромбытиздат,1991.
5.Ксенз С.П. «Диагностика и ремонтопригодность радиоэлектронных средств».М.,1989.
6.«Рекомендации. Аппаратура радиоэлектронная бытовая. Показатели и оценка ремонтопригодности и контролепригодности» Р-50-84-88,М,1988.