Результат интеллектуальной деятельности: Сетчатое полотно для молниезащитного покрытия полимерного композита

Изобретение относится к самолетостроению и ветроэнергетике, где применяются полимерные композиционные материалы, которые при эксплуатации требуют защиты от прямых ударов молнии.

Из уровня техники известно молниезащитное покрытие, содержащее проводящий слой из металлического трикотажного сетчатого полотна, изготовленного из одиночной тонкой медной проволоки, покрытой легкоплавким припоем (патент UA 64651, МПК - B64D 45/02, B21D 53/92, 15.09.2005).

Из уровня техники известны легкоплавкие припои, которые используются для покрытий на медных проволоках и пайки из них вязаных сеток, например, оловянно-свинцовые сплавы ПОС-61, которыми паяют молниезащитные вязано-паяные сетки (патент UA №50188, МПК B64D 45/00, B21D 53/92, H05F 1/02 15.09.2005).

Одним из главных недостатков упомянутых изобретений является использование для пайки сетки припоя, содержащего свинец, на основе олова, марки ПОС-61, в котором содержится 39 масс % свинца. Наличие в припое свинца и его вредное влияние на организм человека делают применение сплава ПОС-61 для пайки молниезащитных сеток нежелательным.

В технологии пайки известно применение бессвинцовых припоев на основе олова. В состав таких сплавов для пайки входят медь и серебро, а также такие элементы, как висмут, никель, германий, фосфор и др. Кроме того, используют и порошковые композиции, куда добавляют карбиды, нитриды, оксиды металлов (см. патент RU №2627822, МПК В23К 35/30, В23К 35/26, В23К 1/00, В23К 35/40, 11.08.2017).

Сложные составы и конкретное сочетание различных химических элементов, дополнительно легирующих эвтектический сплав олово-медь-серебро, придает ему особые свойства, которые реализуются при производстве изделий микроэлектроники, например, печатных плат. Применяемые бессвинцовые составы являются прецизионными и обеспечивают достижение весьма точных значений электропроводности, воздействия электромагнитных полей и других факторов.

В свою очередь, сложные составы припойных сплавов существенно усложняют технологию их изготовления и многократно увеличивают стоимость, что экономически оправданно при массовом производстве печатных плат, микросхем, резисторов и других изделий, где используется пайка.

В случае производства бессвинцовых вязано-паяных сеток из технико-экономических соображений не требуется применять сложнолегированные сплавы. Даже пайка оловом была бы пригодной для производства вязано-паяных сеток, однако высокое электросопротивление олова является нежелательным для вязано-паяной сетки, служащей токоотводом в молниезащитном покрытии композита.

Таким образом, применение сложнолегированных припоев на основе олова и, в частности, порошковых припоев не может быть полезно использовано в составах и технологиях получения молниезащитных вязано-паяных сеток.

Из уровня техники известно молниезащитное покрытие в виде сеток, полученных из медных проволок диаметром 0,08-0,12 мм, покрытых этим же припоем олова и свинца (ПОС-61), связанных на плосковязальных трикотажных машинах переплетением ластик 1+1, и пропаянных в смежных петлях тем же припоем (патент UA №95424, МПК B21F 15/00, В23К 1/00, B64D 45/00, 25.07.2011).

Недостатком известного покрытия является использование оловянно-свинцового припоя ПОС-61 не только из-за наличия вредного свинца, ухудшающего производственные условия и технику безопасности, но и по другим причинам, к которым, в частности, относятся повышенное удельное электросопротивление сплава ПОС-61 и худшие условия смачивания этим припоем медной проволоки сетки. Указанные особенности припоя ПОС-61 не способствуют хорошей текучести припоя по месту пайки, что способствует увеличению веса сетки, а также повышению электросопротивления паяного узла из-за того, что удельное электросопротивление припоя существенно выше, чем у медной проволоки.

Задачей заявленного изобретения является улучшение производственных условий и повышение техники безопасности при изготовлении сетчатого полотна.

Технический результат при использовании изобретения заключается в предупреждении разрушения композита путем эффективного испарения легкоплавкого припоя и распайки проволок сетчатого полотна в молниезащитном покрытии после удара молнии при одновременном снижении удельного поверхностного электросопротивления.

Указанный технический результат достигается тем, что сетчатое полотно для молниезащитного покрытия полимерного композита выполнено трикотажным переплетением из одиночной медной проволоки, покрытой припоем, при этом используют легкоплавкий припой на основе олова, содержащий серебро и медь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

причем среднее удельное круговое поверхностное электросопротивление сетки составляет 2,0-3,3 мОм.

Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что угол смачивания меди припоем при 250°С составляет 22,5°; диаметр одиночной медной проволоки составляет 0,08-0,12 мм.

В заявленном изобретении используют припой для пайки вязаной медной сетки на основе олова, который содержит в своем составе серебро (3.0-5.0 мас.%) и медь (0,5-1.0 мас.%). Такой припой обладает температурой плавления - 217°С - 221°С, он лишен свинца, имеет удельное электросопротивление 0,099 мкОм⋅м, угол смачивания меди этим припоем при 250°С составляет 22,5°. Достоинствами применения этого припоя являются пригодность для пайки им медной проволоки тех же промышленных флюсов, которые применяются при пайке меди припоем ПОС-61.

Суть предлагаемого изобретения состоит в том, что в сетчатом вязаном полотне, изготовленном из одиночной медной проволоки диаметром 0,08-0,12 мм переплетением «ластик 1+1» и входящем в молниезащитное покрытие, реализующее эффект распайки смежных петель сетки и испарение припоя при нагреве от действия молнии, пайка сетки произведена легкоплавким припоем на основе олова, содержащим серебро и медь при соотношении элементов: серебро - 3-5 мас.%, медь - 0,5-1.0 мас.%, олово - остальное. Использование этого припоя позволяет применять в конструкциях более тонкую медную проволоку, например, диаметра 0,1 мм вместо диаметра 0,12 мм и получить при этом величину среднего кругового удельного поверхностного электросопротивления 2,0-3,3 мОм.

Примеры реализации предложенного изобретения.

Пример 1. Из медной проволоки диаметром 0,1 мм на плосковязальной машине была изготовлена вязаная сетка трикотажного переплетения со следующими параметрами: переплетение ластик 1+1, количество петель на длине 10 см по вертикали (в петельных столбиках) - 58, количество петель на длине 10 см по горизонтали (в петельных рядах) - 35, поверхностная плотность - 126 г/м². Ширина полотна- 300 мм.

Пример 2. Из медной проволоки диаметром 0,12 мм на плосковязальной машине была изготовлена сетка трикотажного переплетения со следующими параметрами: переплетение ластик 1+1, количество петель на длине 10 см по вертикали (в петельных столбиках) - 60, количество петель на длине 10 см по горизонтали (в петельных рядах) - 36, поверхностная плотность 132 г/м². Ширина полотна - 300 мм.

Пример 3. Из медной проволоки диаметром 0,08 мм на плосковязальной машине была изготовлена сетка трикотажного переплетения со следующими параметрами: переплетение ластик 1+1, количество петель на длине 10 см по вертикали (в петельных столбиках) - 54, количество петель на длине 10 см по горизонтали (в петельных рядах) - 32, поверхностная плотность - 80 г/м². Ширина полотна - 300 мм.

Полученные образцы сеточного полотна подвергали пайке бессвинцовым припоем состава: серебро - 3,0-5,0 мас.%, медь - 0,5-1,0 мас.%, олово-остальное с использованием метода термокомпрессионной пайки.

Для сравнения такие же образцы вязаных сеток подвергали пайке с использованием припоя ПОС-61, как по прототипу (патент UA №50188).

После изготовления образцов вязано-паяных сеточных полотен определяли их поверхностную плотность. Удельное круговое поверхностное электросопротивление образцов измеряли по 4-х электродной методике на специальном приспособлении методом неразрушающего контроля.

В данном приспособлении на диэлектрическом основании из текстолитового диска расположены токоподводы токовых и потенциальных электродов в виде трех концентрических проводящих колец вокруг осевого токового электрода в виде медного стержня.

Текстолитовый диск приспособления укладывается на образец сетчатого полотна (без разрушения полотна) и своим весом обеспечивает плотный контакт электродов с вязано-паяной сеткой. Токоотводы от токовых и потенциальных электродов в приспособлении выведены на цифровой прибор - миллиомметр марки SEW 4338 mO, заводской номер №1922505. Класс точности прибора в режиме измерения сопротивления составляет 0,1.

Результаты проведенного определения характеристик образцов представлены в таблице: Свойства образцов вязано-паяных сеток, полученных с использованием бессвинцового припоя и по прототипу (патент UA №50188).

Как видно из таблицы, поверхностная плотность образцов сеток из проволок диаметра 0,12 мм, пропаянных припоем ПОС-61 (№6), оказалась выше, чем пропаянных предлагаемым припоем (образцы №№7-10). На образцах сеток.

Из проволоки диаметра 0,10 мм (образцы №№2, 3, 4, 5) при меньшей поверхностной плотности, чем у сеток из проволоки 0,12 мм, было определено близкое удельное поверхностное электросопротивление. Это говорит о том, что при пайке безсвинцовым припоем появляется возможность заменить более тяжелую сетку из проволоки 0,12 мм на более легкую сетку из проволоки диаметра 0,10 мм. Образцы вязано-паяных сеток из проволоки диаметром 0,08 мм (№№11 и 12) вследствие меньшего диаметра проволоки при полученных характеристиках поверхностной плотности и среднего кругового удельного электросопротивления оказались менее прочными по сравнению с образцами сеток из проволоки диаметрами 0,1 и 0,12 мм, что необходимо учитывать в условиях производства молниезвщитных покрытий.

Полученное весовое преимущество молниезащитных вязано-паяных сеток, обработанных безсвинцовым припоем, основано на комплексном влиянии угла смачивания припоем медной проволоки и снижения удельного поверхностного электросопротивления в образованных неразъемных соединениях. При проектировании элементов конструкций появляется возможность рекомендовать вместо более тяжелых сеток из проволоки 0,12 мм молниезащитные сетки из проволоки меньшего диаметра - 0,1 мм.

Отметим также лучшую экологию операции пайки при производстве бессвинцовых молниезащитных вязано-паяных сеток, которая позволит улучшить условия труда и техники безопасности.