Elektronika va asbobsozlik

6-MA’RUZA.


Mavzu: Polikondensatsion dielektriklar.


Reja:
1.Polikondensatsion polimer dielektriklar
2.Lavsan asosida tayyorlangan materiallar


Tayanch iboralar: polikondensatsiya reaksiyasi, polikondensatsion dielektriklar, fenol va formalpdegid, rezol polimerlar, novolak polimerlar, lavsan, termoplastik polimidlar,

Polikondensatsion polimer dielektriklar polikondensatsiya reaksiyalari natijasida hosil kilinadi. Polikondensatsiya bir yoki bir necha quyi molekular moddalarning qo‘shimcha reaksiya maxsulotlari suv, gazsimon va boshqa oddiy moddalar ajralishi bilan boradigan reaksiyasida yukori molekular modda hosil bo‘lishi jarayonidir. Bu xolda olinadigan polimerning elementar tarkibi boshlang‘ich monomer tarkibidan farq qiladi. Polikondensatsiya reaksiyasining yana bir xarakterli xususiyati uning bosqichli rivojlanishidir. Reaksiyaning xar bir bosqichida oraliq barqaror moddalar - oligomerlar hosil bo‘ladi.

Polikondensatsiya reaksiyasi katalizatorlar kiritish bilan aktivlashtiriladi. Katalizatorlar reaksiya turiga qarab tanlanadi. Masalan, agar reaksiya jarayonida suv hosil bo‘lsa, suvni o‘ziga oluvchi xossali katalizator, masalan, biror kislota tanlanadi. Katalizator iloji boricha kam mikdorda olinadi, chunki u hosil qilingan dielektrikni ifloslashtirishi, natijada uning elektr xarakteristikasini yomonlashtirishi mumkin. Polikondensatsiyalarning ba’zi turlari katali-zatorlarsiz ham borishi mumkin.
Polikondensatsion dielektriklar, ko‘pincha, termoreaktiv moddalardan iborat bo‘lib, qiziganda yumshamaydi. Ular odatda amorf tuzilishga ega bo‘ladi va shuning uchun smolalar deb ataladi. Radioelektronikada keng qo‘llaniladigan dielekt­riklar-polikondensatsion polimerlarni qarab chiqamiz.
Fenoloalg‘degid (rezol) polimerlar oxirgi maxsulot sifatida amorf tuzilgan termoreaktiv moddalardir. Ular fenolni (yoki krezolni) alg‘degidlar bilan ishqorli katalizatorlar ishtirokida polikondensatsiya reaksiyasi natijasida hosil qilinadi.
Rezol polimerlardan bakelitlar ko‘p ishlatiladi. Ular fenol kristali S₆N₅ON va gazformalg‘degid SN₂O ni bariy gidroksidi VaON yoki ammoniy gidroksidi NN₄ON katalizatori ishtirokida polikondensatsiya reaksiyasiga kiritish nati­jasida olinadi. Bunda formalg‘degid fenoldan ko‘proq oli­nadi.
Reaksiyaning birinchi bosqichida boshlang‘ich A bosqichdagi bakelit smola (oligomer) — sariq rangli kiyomsimon massa hosil bo‘ladi. Qo‘shimcha reaksiya maxsuloti sifatida suv hosil bo‘ladi, u reaktordan surib chiqariladi. Oligomer vakuumda 60—70°S temperaturada quritilib, keyin metall idishlarga (qoliplarga) quyiladi. Xona temperaturasigacha sovitilgan A bosqichdagi bakelit qattiq, mo‘rt, qizdirilsa suyuqlanuvchi va etil spirtda eruvchan moddadan iboratdir.
Qizdirish davom ettirilsa, A bosqichdagi bakelit V bosqichga o‘tadi, u 95°S gacha qizigandayok yumshaydigan bo‘lib qoladi, biroq eritgichlarda erimaydigan bo‘ladi. Bakelit 120°S gacha qizdirilsa, oxirgi S bosqichga o‘tadi. U bu bosqichda uch o‘lchovli katta molekulalardan iborat bo‘lib, suyuqlanmaydi va erimaydi.
Bakelitlarning bu xossasi ulardan bosma platalarda qo‘l­laniladigan termoreaktiv ko‘p qatlamli dielektriklar (getinaks, tekstolit, steklotekstolit) ishlab chiqarishda qo‘l keladi, A boskichdagi quritilgan bakelit (oligomer) lak olish uchun etil spirtida eritiladi, uning tarkibida 50— 60% bakelit bo‘ladi. Tolali asoslar (kog‘oz gazlamaga) lak shimdirib va ularni issiq presslab qatlamli dielektriklar olinadi. Issiq presslash usuli bilan plastmassa buyumlar ishlab chiqarishda bog‘lovchi modda sifatida kukunsimon maxsulotdan foydalaniladi.
Fenol va formalpdegid asosida olingan polimer fenol-formalg‘degidli polimer deb ataladi. Agar fenol o‘rniga moysimon suyuqlik ko‘rinishidagi krezol SN₃S₆N₄ON olinsa va krezol bilan formalg‘degid polikondensatsiyalanish reak­siyasiga kiritilsa, krezolformalg‘degidli polimer hosil bo‘lib, uning elektr xarakteristikasi fenolg‘formalg‘degidli polimernikidan yaxshi bo‘ladi. Rezol polimerlarining u yoki bu xossalarini yaxshilash uchun uch yoki undan ko‘p boshlang‘ich monomer modda, masalan, fenol, anilin va formalg‘degidlar birgalikda polikondensatsiyalanadi. Bunda o‘zining yuqori elektr xarakteristikasi bilan farq qiluvchi fenoloanimino-formalg‘degidli polimer hosil bo‘ladi.
Qizdirilganda plastmassa buyumlarning barcha rezol polimerlari oxirgi S bosqichga, ya’ni suyuqlanmaydigan va eri­maydigan holatga o‘tadi. Rezol polimerlarning oxirgi S bos­qichdagi asosiy xarakteristikalari: zichligi
12501270 kg/m³; _= 10¹⁰ 10¹²Omm; _r= 56; = 0,008O,01:
Ye_mus= 1215 MV/m.
Rezol polimerlar va ulardan yasalgan buyumlar namlikka, mineral moylarga chidamli, biroq elektr uchkunga bardosh berolmaydi. Kuchsiz elektr uchquni ta’sirida ham rezol polimerlarning uchqun tekkan sirtlari osongina kuyib, ko‘mirga aylanadi, ya’ni tok o‘tkazuvchan qismga aylanib qoladi. Shu sababli rezol polimerlardan yasalgan plastmassa buyumlardan. elektr uchquni hosil bo‘lish xavfi mavjud joylarda foydalanish tavsiya etilmaydi.
Novolak polimerlar ham rezol polimerlar kabi fenol (yoki kerezol) bilan formalg‘degid orasidagi polikon­densatsiya reaksiyasi natijasida olinadi, bunda formalg‘degid fenolga nisbatan kamroq ishlatiladi. Reaksiyada kislotali katalizator, ko‘pincha sulfat kislota qo‘llaniladi. Quritilgandan keyin hosil bo‘lgan novolak polimer (jigarrang quyuq massa) issiq holatda idishlarga quyiladi. Sovigan polimer mo‘rt amorf tuzilgan, etil va metil spirtlarda hamda asetonda yaxshi eriydigan moddadan iborat bo‘ladi.
Novolak polimerlar termoplast moddalar bo‘lib, uzoq saqlansa va hatto 180°S gacha qizdirilsa ham yumshoqligini va eruvchanligini saqlaydi. Bu polimerlar urotropin (SN₂)₆N₄— geksametilentetramin bilan aralashtirib qizdirilsa suyuqlanmaydigan va erimaydigan holatga o‘tishi mumkin. Buning uchun kukun shaklidagi polimerga 7—12% geksametilentetramin qo‘shib, yaxshilab aralashtiriladi. Hosil bo‘lgan massadan po‘lat 160—180°S gacha qizdirilgan pressformalarga solib, buyumlar presslab tayyorlanadi. Urotropin bu temperaturada ammiak va formalg‘degidga ajraladi, ular novolak polimer bilan reaksiyaga kirishib uni suyuqlanmaydigan va erimaydigan materialga aylantiradi. Bu jarayon juda tez o‘tadi. Shuning uchun novolak polimerlarning urotropin bilan aralashmasi tez presslanuvchi plastmassalarning asosi sifatida keng qo‘llanadi.
Qotirilgan novolak polimerlarining xarakteristikalari rezol polimerlarnikiga nisbatan ancha past
_= 10⁹ 10¹⁰Omm; _r= 6 7; =0,040,05; Ye_mus = 1012 MV/m.
Novolak polimerlarning elektr xarakteristikalari past va nam yutish qobiliyati yuqoriligi ulardan asosan radioapparaturalarning yordamchi detallari (buragichlar, tugmachalar) ni ishlab chiqarishga imkon beradi. Novolak polimerlar asosida presslab tayyorlanadigan eng yaxshi materiallar past chastotalarda qo‘llanadigan plastmassa buyumlarni ishlab chiqarishda ishlatiladi.
Epoksid smolalar — qovushqoqligi kichik sariq yoki och jigarrang suyuqliklardan iborat. U kammolekular (oligomer) modda bo‘lib, xlorlangan glitserin va dian (yoki rezor­sin) larni polikondensatsiyalash natijasida hosil qilinadi. Epoksid oligomerlar ishqorli muhitda (25% li o‘yuvchi natriy NaON) hosil bo‘ladi. Oligomerlarning chiziqli molekulalari
/°\
N₂S - SN— epoksid gruppalarini o‘z ichiga oladi va shu sababli epoksidli deb yuritiladi. Epoksid gruppalarning kimyoviy aktivligi yuqori.
Suyuk epoksid oligomerga kukunsimon yoki suyuq qotirgichlar kiritilsa, unda chiziqli oligomer molekulalarining birikib (qo‘shilib) katta molekulalar hosil bo‘lish jarayoni boshlanadi. Molekulalarning birikishi epoksidli gruppalar sohasida sodir bo‘ladi, natijada qattiq. termoreaktiv mod­da — elektr va mexanik xarakteristikasi yuqori shaffof epoksid polimer hosil bo‘ladi. Epoksid polimerlarning bu xossalari tufayli ular radio sanoatida radioapparaturalarning turli qismlarini germetiklash uchun keng qo‘llanadi.
Qotiruvchi aralashma (kompaund) lari ishlab chiqilgunga qadar radiokomponentlarni tashqi ta’sirlar (namlik va boshqalar) dan himoya qilish uchun kavsharlab ulangan po‘lat g‘iloflardan foydalanilgan. Bu esa REA larning o‘lchamlari katta bo‘lishiga, metall sarflashga va buyumlarni tayyorlash murakkablashuviga sabab bo‘lgan. Yangi texnologiyaga ko‘ra ger-metiklanuvchi radiokomponentlar po‘lat qolipga joylashtirilib, unga qotirgich qo‘shilgan suyuq epoksidli oligomer quyiladi. Epoksidli oligomer kiritgandan so‘ng qattiq. blok hosil bo‘ladi va po‘lat qolip yechib olinadi. Qotgan bloklarning mo‘rtligini yo‘qotish uchun suyuq epoksidli oligomerga qotirgich bilan birga plastifikatorlar ham qo‘shiladi.
2. Lavsan asosida tayyorlangan materiallar
Lavsan (polietilentereftalat)-tereftal kislotasi bilan etilenglikolni polikondensatsiyalash nati­jasida olinadigan yuqori polimer material. Bunda hosil bo‘ladigan polimer tez sovitilsa, amorf strukturali, 80^SS gacha bardosh beradigan qattiq. shaffof materialga aylanadi.
80°S dan yuqori temperaturada lavsanning amorf struktu­rali lavsan 1320 kg/m³ zichlikka va 264°S yumshash temperaturasiga, kristall strukturali lavsan esa 1420 kgm/m³ zichlikka va 260°S erish temperaturasiga ega bo‘lib, _b=5070MPa; a= 1530 kJ/m²; _= 10¹⁴0m • m;
tg= (12) • 10^-2; _r= 3; Ye_mus 1517 MV/m.
Ko‘p ishlatiladigan elektrdan izolyatsiyalovchi lavsan plyonkalar erigan lavsandan, ekstruziya usuli bilan olinadi va o‘zaro perpendikulyar ikki yo‘nalishda cho‘ziladi. Bunda plyonka kristall strukturaga ega bo‘ladi, biroq shaffofligicha qoladi. Plyonkaning xarakteristikalari quyidagicha _b=120172MPa; l_ =5060%; nam yutuvchanligi 0,5% dan ortik emas (7 sutkada): _= 10¹² 10¹³ Omm; _r =3,2; tg= (5 8)• 10^-3; Ye_mus= 120160 MV/m (qalinligiga bog‘liq): =0,15Vt. Lavsan plyonkalar 325 mkm qalinlikda ishlab chiqariladi va kondensatorlar ishlab chiqarishda qo‘llanadi.
Eritilgan lavsandan turli shakldagi buyumlar (platalar, g‘altaklarning karkaslari) tayyorlanadi. Modifikatsiyalangan lavsan asosida metallarga nisbatan yaxshi adgeziyali elektr izolyatsion laklar olinadi, shuning uchun ulardan cho‘lg‘am simlarini izolyatsiyalashda foydalaniladi.
Lavsan asosida tayyorlangan materiallar mog‘or zamburug‘lariga va boshqa mikroorganizmlarga chidamli, mexanik va elektr xarakteristikalari yuqori, qizishga chidamliligi 150°S gacha, sovuqbardoshligi 60°S gacha. Lavsan plyonka asosida egiluvchan zarsimon dielektrik LF-1 tayyorlanadi. U mis zari yopishtirilgan lavsan plyonkadan iborat. Bu dielektrik ko‘p qatlamli bosma platalar, bosma o‘tkazgichlar ishlab chiqarish­da qo‘llanadi. Zar yopishtirilgan lavsan dielektrik ushbu xarakteristikalarga ega: _= 10¹⁰ 10¹¹ Omm; _r = 3,5; tg= (56)10^-2; Ye_mus= 100125 MV/m; nam yutuvchanligi (24 soat ichida) 0,02 % dan ortik emas; ish temperaturasi -50 dan +100⁰S gacha.
Poliorganosiloksanlar (silikonlar) - qizishga chidamliligi yuqori polimerli kremniy-organik ma­teriallar. Bu dielektriklar juda katta dielektriklar oilsini tashkil etadi, unga elektr izolyatsion suyuqliklar, kauchuklar va rezinalar, plastmassalar, loklar va kompaundlar kiradi. Kremniy-organik dielektriklarning xarakterli xususiyatlari ish temperaturasi oralig‘i keng (-60 dan +200 gacha): namga va iqlimga chidamli, elektr xarakteristikalari yuqori. Kremniy-organik materiallarning bunday atalishshga sabab shuki, ularning molekulalari tarkibiga kremniy atomlari va ularga qo‘shilgan turli organik radikallar R kiradi, masalan, SN₂, SN₃, S₂N₅ va boshkalar. Kremniy-organik polimerlarning molekulalari quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:

Bu molekulalar asosida atomlarning Si-O-S atomlarning siloksan gruppalanishi (kremniy-kislorod-krem­niy) yotadi, ular bog‘lanish energiyasining kattaligi bilan farqlanadi. Bu esa dielektriklarning qizishga chidamli bo‘lishini taxminlaydi. Bunday polimer materiallar molekulalarida atomlarning siloksan guruhlari bo‘lishi ularni po-liorganosiloksanlar deb atalishiga mos keladi.
Qo‘shilgan organik radikal R ga va bitta kremniy atomiga to‘g‘ri keluvchi radikallar soniga qarab, suyuq kauchuksimon elastik qattiq va mo‘rt dielektriklar hosil qilish, shuningdek loklar va emallar olish mumkin. Ko‘p hollarda kremniy-orga­nik polimerlar — shaffof, rangsiz yoki och sariqdan och jigarranggacha bo‘lishi mumkin.

^11-rasm
Kremniy-organik rezinalar kom­paundlar va emallarga turli rang va tus beruvchi to‘ldirgichlar va ranglar kiritiladi. Kremniy-orga­nik dielektriklar — kuchsiz qutbli moddalar; ularning elektr xarakteristikalari o‘zgaruvchan kuchlanish chastotasiga kam bog‘liq.(29-rasm).
Kremniy-organik dielektriklarning elektr xarakteristikalari yuqori darajada:
_=10¹²10¹⁴Omm; _r=2,6 4; tg = 0,00050,005; Ye_mus=3080 MV/m lok plyonkalari uchun Ye_mus=130150 MV (m) dir.
Bu dielektriklarning elektr xarakteristikalari qizdirilganda (30-rasm), issiqda va suvda ko‘p ishlaganda o‘zgaradi. Ularning elektr xarakteristikalari yuqori va kuchlanish chas­totasiga kam bog‘liq bo‘lishi, ulardan radioqurilmalarda keng foydalanish imkonini beradi.
Kremniy-organik dielektriklarning afzalliklari katoriga-ish temperaturalari oralig‘ining kattaligi (-60 dan +180°S gacha, ularning ko‘pchiligida -70 dan +200°S va undan yuqori), namga, elektr uchquniga va iqlimga chidamliligi kiradi.
Poliorganosiloksanlar ikki xil usulda: alkilxlorsilanlar yoki alkilalkoksilanlarni gidrolizlash mahsulotlaridan iborat boshlang‘ich moddalarni polikondensatsiyalash yoki polimerlash bilan olinadi. Polikondensatsiya natijasida termoreaktiv poliorganosiloksanlar hosil bo‘ladi, ular shaffof smolalar ko‘rinishida bo‘lib, turli termoizolyatsion ma­teriallar (plastmassalar, loklar, kompaundlar) ishlab chiqarishda keng qo‘llanadi. Polimerlash usuli bilan, odatda, molekulalari chiziqli strukturali poliorgan osiloksanlar olinadi. Bular qizishga chidamli kremniy-organik kauchuklar va rezinalardir.

^12-rasm
Sanoatda kremniy-organik plastmassalar, loklar, rezinalar, emallar, kompaundlar ko‘plab ishlab chiqariladi.
Polimidlar—qizishga chidamli yonmas polimer die­lektriklar bo‘lib, ular keng temperaturalar oralig‘ida (-190 dan +250°S gacha) uzoq muddat ishlay oladi. Elektr xarakteristikalarining yuqoriligi kimyoviy inertligi va radiatsion nurlanishlarga chidamliligi ulardan maxsus REA larda die­lektriklar sifatida foydalanishga imkon beradi.
Dielektriklar sifatida keng ko‘llaniladigan polimidlar piromellit kislota diangidridi va xushbo‘y birikmalar—diaminlarni polikondensatsiyalash natijasida olinadi. Bun­day polimidlar polipiromellitimidlar deb ataladi. Bu dielektriklar, odatda, amorf strukturaga ega bo‘lib, ular faqat uzoq muddat issiq ishlov berilgandagina kristall strukturaga aylanadi. Polipiromellitimidlar boshka polimidlarga nisbatan yukori kizishga chidamlilikka ega. Ular parchalanish temperaturasigacha (435°S) yushamaydi va konsentratsiyalangan sulg‘fat va nitrat kislotalar hamda ba’zi ishqorlardan tashqari hech qaysi eritkichda erimaydi.
Polipiromellitimiddan 5-100 mkm qalinlikdagi izolyatsion plyonkalar (PM plyonka) tayyorlanadi. Plyonka to‘q sariq rangda bo‘lib quyidagi xarakteristikalarga ega: zichligi 1420 kg/m³. _b=80100 MPa; qizishga chidamlilik 220-250°S; sovuqbardoshlik -60 dan -150°S gacha: nam yutuvchanlik 0,8% dan ortiq emas (24 soat ichida);
_=10¹⁴ 10¹⁵Omm; _r = 2,8  2,5; tg=(28)10^-3  E_mus=70150 MV/m.
Boshlang‘ich moddalar tarkibi va polimerlash jarayonining borishiga bog‘liq ravishda turli strukturali molekulalarga, demak turli xossalarga ega bo‘lgan polimidlar olish mumkin. Masalan, PM plyonkalar termoreaktiv, yumshamaydigan va ulanmaydigan moddadir. Boshqa moddadan tayyorlangan polimid (DF-FG) termoplastik modda bo‘lib, yumshash tempera-turasi 4,70°S ga teng. Ular qizigan holida bir-biriga ulanishi va turli buyumlar shakliga kirishi mumkin. Polimid plyonkalarning elektr xarakteristikalari yuqoriligi sababli bosma montajlar uchun elastik elektr izolyatsiey asoslar ishlab chiqarishda, shuningdek radiopparaturalardagi yupqa elektr izolyatsiey kistirmalarni tayyorlashda ishlatiladi.
Termoplastik polimidlar asosida dielektrik va konstruksiyalashda ishlatiladigan turli plastmassa buyumlar tayyorlanadi. Bunda sof polimidlar ham, shisha tola va boshqa issiqbardosh to‘ldirgichlar qo‘shilgan polimidlar ham qo‘llanadi. Termoplastik polimidlardan har xil buyumlar tayyorlash uchun 370-400°S da 100-200 MPa bosim ostida qizdirib presslash usulidan foydalaniladi.
Polimiddan tayyorlangan buyumlar quyidagi xarakteristikalarga ega: zichligi 1420 kg/m³; issiqbardoshligi 220°S gacha; sovuqda chidamliligi -155 dan -180°S gacha: _b=95 MPa; a=5060 kJ/m; (shisha tola to‘ldirilgan bo‘lsa, _b=140 MPa; a=11O140 kJ/m²); namshimish darajasi 0,8% (suvda qayna-tilgandan so‘ng 24 soat davomida),
_=10¹⁴0mm; _r= 3,5; tg= (2 5)10^-3; Ye_mus= 25 MV/m.
Yonmasligi, iqlimga chidamliligi, radiatsion nuriga chidamli­ligi ularning radioelektronikada keng qo‘llanilishiga imkon beradi.
Yuqorida aytib o‘tilganidek ko‘pchilik polimidlar — erimaydigan yoki qiyin eriydigan moddalardir. Biroq polimidlarning yaxshi eriydigan turlarini olish va ulardan yelim tayyorlashda cho‘lg‘am simlarini izolyatsiyalash uchun elektrdan izolyatsiya qiluvchi loklar va emalg‘-loklar tayyorlashda foydalanish mumkin. Polimid loklarning erituvchilari — ksi­lol, dimetilformamid. Hamma polimid loklar va yelimlar metallarga, ko‘pgina plastmassalarga va keramik (chinni) buyumlarga yaxshi adgeziyalanadi. Polimid yelimlar bilan metallarni bir-biriga yelimlash 14-16 MPa bosim ostida bajariladi va keyin yelimli chok 300°S da pishiriladi.
Cho‘lg‘am simlarga kiritilgan emalg‘-lok poliamid qoplamlar 5-20 mkm qalinlikda bo‘lib, 220°S da uzoq muddat ishlashi mumkin. Ularning elektr xarakteristikalari:
_= 10¹⁴Omm; tg=(13)10^-4; Ye_mus = 130170 MV/m.
Cho‘lg‘am simlaridagi emalg‘-lok qoplamlar siqilishga qarshiligi katta va termik ta’sirlarga chidamli bo‘lib, simning temperaturasi 500° S gacha keskin ortishiga ham bardosh bera­di, holbuki poliefir qoplamlar 125°S dayok yemiriladi. Bundan tashqari, poliefir qoplamalar emalg‘-lok qoplamalarga va boshqa plyonka hosil qiluvchi moddalarga nisbatan tez yemiriladi.

Adabiyotlar:

1)K.P.Bogorodiskiy, V.V.Pasinkov, “Elektrotexnicheskiy materiali”1985g

2)I.Xolikulov,M.M.Nishonova”Elektron texnika materiallari“ Toshkent shark 2006y
3)N.V.Nikulin, V.A.Nazarov ”Radiomateriallar va komponentlar “ Toshkent