Исследование кинетики термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Химия и химические технологии

УДК 621.38

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДЕСТРУКЦИИ ПОЛИЭФИРНОЙ СМОЛЫ, -МОДИФИЦИРОВАННОЙ КАНИФОЛЬЮ

Н. И. Полежаева, В. О. Тамашков

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Электронная аппаратура, изготавливаемая технологией поверхностного монтажа, широко применяется в ракетостроении. Компоненты паяльной пасты, используемой в процессе пайки, должны быть термически устойчивы. Кинетическим моделированием процесса термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, показано, что она термоустойчива в температурно-временных интервалах оплавления паяльных паст.

Ключевые слова: паяльная паста, органическое связующее, полиэфирная смола, термическая деструкция, топохимический процесс.

ROSIN MODIFIED POLYESTER RESIN THERMAL DESTRUCTION

N. I. Polezhaeva, V. O. Tamashkov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

Electronic apparatus made with surface-mount technology are widely used in rocketry. Components of paste used for soldering must be thermally stable. Kinetic modeling ofpolyester resin of thermal decomposition process shows that it is stable within time and temperature range of soldering paste melting.

Keywords: soldering paste, organic binder, polyester resin, thermal decomposition, topochemical process.

Поверхностный монтаж - современная технология монтажа компонентов на печатные платы при изготовлении электронных средств [1].

В настоящее время выводы компонентов присоединяются к контактным площадкам микросборок с помощью различных методов - адгезионного соединения, сварки, пайки. При этом пайка низкотемпературными припоями по-прежнему остается самым распространенным и надежным методом соединения металлов [2].

Паяльная паста представляет собой густую, вязкую массу, состоящую из порошкообразного припоя и флюса-связки. В состав флюса-связки, входит органическое связующее вещество и флюс [3].

Органическое связующее - полиэфирную смолу, модифицированную канифолью, синтезировали по реакции поликонденсации [4].

Рабочая температура оплавления низкотемпературных паяльных паст, в зависимости от состава применяемого припоя, для трафаретной печати 200-450 °С, для дозатора 140-350 °С, поэтому большое значение при разработке органической связки имеет её термостойкость [2].

Методами дериватометрии и комплексным термическим анализом, совмещающим дифференциальную сканирующую калориметрию и термогравиметрию, на воздухе и в атмосфере аргона, исследована термическая деструкция полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, которая проходит в несколько

этапов, для каждого из которых определены температурные границы и энтальпии разложения [5; 6]. Проведен масс-спектрометрический анализ газообразных продуктов разложения модифицированной полиэфирной смолы [6].

Поскольку при термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, происходит возникновение границы новой фазы, это дает возможность рассматривать реакцию термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, как топохимический процесс.

Для описания процесса образования газообразных продуктов термической деструкции было использовано уравнение Аврами (1) и Ерофеева (2) [7].

V3

- ln(1 -а) =- 0

k 3m

1 о

-1+kit - м+M 1 2 6

а = 1 -

exp (-ktn ) ;

8rcpv3 Kn

m0 (n + 1)(n + 2)(n + 3)

(1)

(2) (3)

Расчет константы скорости по уравнению Аврами (1) показал, что данная модель не применима для моделирования процесса термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью.

k

Решетневские чтения. 2017

Кинетические параметры термостойкости полиэфирной смолы, модифицированной канифолью

Система T, °С n k, мин-1 E -^акт, кДж/моль A ^exp

Полиэфирная смола, модифицированная канифолью 250 0,33 ± 0,04 0,11 ± 0,03 17,8 ± 0,6 6,9 ± 0,2

Для оценки параметров в уравнении Ерофеева (2) к и п его дважды логарифмируют:

- 1п(1 -а) = кгп (4)

и 1п[- 1п(1 -а)] = 1п к + п 1п (, (5)

где а - степень превращения; п - кинетический параметр.

Расчет кинетических параметров процесса термической деструкции полиэфирной смолы по уравнению Ерофеева (2) показал справедливость выбранного уравнения, поскольку экспериментальные кривые спрямлялись в координатах 1п[-1п(1 - а)] - 1п/. В таблице приведены параметры термостойкости полиэфирной смолы, модифицированной канифолью.

Уравнение Ерофеева выведено для такого механизма топохимической реакции, когда лимитирующей стадией является образование и рост зародышей. Следовательно, для реакций термической деструкции при применимости уравнения Ерофеева лимитирующей стадией является разложение зародышей.

Константа скорости и величина энергии активации процесса термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, показывают, что разложение зародышей проходит в температурно-временных интервалах оплавления низкотемпературных паяльных паст (таблица).

Значение кинетического параметра п (таблица) свидетельствует, что процесс разложения зародышей лимитируется внутренней диффузией газообразных компонентов системы.

При термической деструкции полиэфирной смолы, модифицированной канифолью, методом масс-спектро-метрии идентифицированы газообразные продукты -вода, монооксид углерода, двуокись углерода, углеводороды различного строения, фрагменты молекул, которые оказывают тормозящее действие на процесс термического разложения полиэфирной смолы.

Библиографические ссылки

1. Сускин В. В. Основы технологии поверхностного монтажа. Рязань : Узорочье, 2001. 160 с.

2. Красов В. Г., Петраускас Г. Б., Чернозубов Ю. С. Толстопленочная технология в СВЧ микроэлектронике. М. : Радио и связь, 1985. 168 с.

3. Нижник М. Паяльные пасты: все о главном // Производство электроники: технологии, оборудование, материалы. 2008. № 5. С. 27-32.

4. Полежаева Н. И., Пашенных М. Н., Вдовин Д. Е. Полиэфирная смола, модифицированная канифолью // Лесной и химический комплексы - проблемы и решения : сб. статей Всерос. науч.-практ. конф. (9 декабря 2016, г. Красноярск) : в 2 т. / ред. коллегия: И. В. Ковалев [и др.] ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2016. С. 228-231.

5. Какарцев В. Л., Полежаева Н. И. Органическая связка, полиэфирная смола, модифицированная канифолью, для низкотемпературных паяльных паст [Электронный ресурс] // Современные проблемы радиоэлектроники : сб. науч. тр. Всерос. науч.-техн. конф. (4-5 мая 2017, г. Красноярск) / науч. ред. А. И. Громыко ; отв. за вып. А. А. Левицкий ; Сиб. федер. ун-т. Красноярск, 2017. С. 530-533. URL: http:// www.bik.siu-kras.ru (дата обращения: 11.09.2017).

6. Полежаева Н. И., Тарасова Л. С. Термическая деструкция полиэфирной смолы, модифицированной канифолью // Химия растительного сырья. 2010, № 4. С. 161-166.

7. Стромберг А. Г., Семченко Д. П. Физическая химия. М. : Высш. шк., 1999. 527 с.

References

1. Suskin V. V. Osnovy tekhnologii poverkhnostnogo montazha [The Basics of Surface Mount Technology]. Ryazan', Uzoroch'e Publ., 2001, 160 p.

2. Krasov V. G., Petrauskas G. B., Chernozubov Yu. S. Tolsoplenochnaya tekhnologiya v SVCh mikroelektronike [Thick-film technology in microwave microelectronics]. M. : Radio i svyaz' Publ., 1985, 168 p.

3. Nizhnik M. Payal 'nye pasty: vse o glavnom [The basics of soldering pastes]. Proizvodstvo elektroniki: tekhnologii, oborudovanie, materialy. 2008, no. 5, rp. 27-32. (In Russ.)

4. Polezhaeva N. I., Pashennykh M. N., Vdovin D. E. [Rosin modified polyester resin]. Sbornik statey Vseross. Nauch.-prakt. konf. "Lesnoy I khimicheskiy kompleksy: problemy I resheniya" [Materials All-Rusian Scientific and Practical Conference "Forestry and chemical industry: problems and solutions"]. Krasnoyarsk, 2016. Рp. 161-166.

5. Kakartsev V. L., Polezhaeva N. I. [Rosin modified polyester resin as organic binder for low-temperature soldering pastes]. Sbornik nauch. trudov Vseross. Nauch.-tekhn. Konf. "Sovremennye problem radioelektroniki" [Proc. All-Russian Science and Technology Conference "Modern radioelectronics problems"]. Krasnoyarsk, 2017. Рp. 530-533. Available at: http://www.bik.sfu-kras.ru (accessed: 11.09.2017).

6. Polezhaeva N. I., Tarasova L. S. Termicheskaya de-struktsiya poliefirnoy smoly, modifitsirovannoy kanifol'u [Thermodestruction of the rosin modified polyester resin]. Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2010, No. 4. Рp. 161-166. (In Russ.)

7. Stromberg A. G., Semchenko D. P. Fizicheskaya khimiya [Physical chemistry]. M. : Vysh. shk. Publ., 1999, 527 p.

© Полежаева Н. И., Тамашков В. О., 2017