Un trattamento post-indurimento del riscaldatore PFA può migliorarne la resistenza ai flussi di saldatura privi di piombo-?

I flussi di saldatura senza piombo- (che solitamente comprendono colofonia, acidi organici (succinico, adipico, glutarico) e attivatori di alogenuri (ammine, bromuri)) sono corrosivi per il PFA alle temperature di saldatura (250–350 gradi). I residui di fondente sulle guaine del riscaldatore in PFA favoriscono la fessurazione superficiale, il rigonfiamento e la rapida penetrazione. La ricottura termica (trattamento post-indurimento) dei riscaldatori PFA-solitamente a 200 gradi per 4–8 ore-aumenta la cristallinità dal 40–45% al ​​55–60%. Maggiore è la cristallinità, minore è il volume amorfo disponibile per l'assorbimento del flusso e l'aggressione chimica. Il PFA ricotto è del 40-60% più resistente all'assalto del flusso senza piombo rispetto al PFA non ricotto, come indicato dall'aumento della durezza superficiale e del tempo di inizio della frattura. La ricottura rimuove gli stress di produzione residui che aggravano le fessurazioni da stress ambientale (ESC). Per i forni di saldatura ad onda o di rifusione con riscaldatori PFA esposti ai vapori del flusso, specificare il PFA ricotto può aumentare la durata del riscaldatore di 2–3 volte.

Meccanismo di attacco del flusso e beneficio della ricottura
I flussi senza piombo sono più aggressivi rispetto ai tipici flussi a base di piombo a causa delle maggiori temperature di saldatura (260 gradi contro . 220 gradi) e degli acidi organici più attivi. A 260 gradi i vapori del flusso si condensano su superfici più fredde come i riscaldatori PFA. Gli acidi organici permeano nelle regioni amorfe del PFA e provocano rigonfiamento (aumento del volume del 2-5%) e plastificazione. Gli attivatori di alogenuri catalizzano la scissione della catena e il peso molecolare viene abbassato. Il risultato: la superficie diventa appiccicosa, poi si formano piccole crepe e poi si formano delle vesciche. La barriera principale è la cristallinità del PFA. I domini cristallini sono impenetrabili alle molecole di flusso, solo i domini amorfi consentono la diffusione. L'assorbimento del flusso si riduce corrispondentemente alla diminuzione del volume amorfo del 27% e la cristallinità aumenta dal 45% al ​​60%.

La ricottura post polimerizzazione a 200 C (al di sotto della temperatura di fusione del PFA di 305 C) riorganizza le catene amorfe in lamelle cristalline. Espande i cristalliti attuali e ne forma di nuovi. L'aumento della cristallinità è permanente a meno che il PFA non venga rifuso. La ricottura riduce inoltre al minimo lo stress residuo (vedere Articolo n. 41), il che rende il materiale meno suscettibile alle fessurazioni da stress ambientale. Il flusso diminuisce la concentrazione dello stress su una superficie PFA sollecitata. Il sollievo dallo stress migliora la resistenza alla formazione di crepe nel PFA.

Confronto della resistenza all'attacco del flusso libero di piombo-
Cristallinità (%) Condizione PFAStress residuo (MPa) Tempo di fessurazione superficiale con flusso di vapore a 260 gradi (ore) Rigonfiamento dopo 100 ore (%) Aumento della durezza dopo 100 ore (Shore D)
Non ricotto (come-estruso) da 42 a 46 4 a 6 50 a 100 3 a 5 +8 a 12
Ricotto (200 gradi, 4 ore) 52-56 2-3 120-200 1.5-2.5 +4-6
Ricotto (200 gradi, 8 ore) 56–60 1–2 200–300 1–2 +2–4
Ricotto (220 gradi, 4 ore) 58–62 1–2 250–350 1–2 +2–4 (rischio di degrado)
Resina ad alta cristallinità (specialità) + ricotto 60 – 65 1 – 2 300 – 500 1 +1 – 2
Resina, elevata cristallinità, non ricotta 55–58 4–5 150–250 1.5–2.5 +3–5 Metodologia di prova della resistenza al flusso
Utilizza il seguente test per qualificare i riscaldatori PFA per il servizio di saldatura senza piombo-:

Esporre i campioni di PFA al vapore con flusso di 260 gradi per 100 ore. Ad esempio, utilizzando un flusso convenzionale non-pulito (ad esempio, Kester 951 o Alpha OM-340) in un serbatoio sigillato con campioni di PFA sospesi sopra il flusso liquido. Mantenere a 260 gradi ± 5 gradi.

Fuori i campioni. Misurare.

Dovrebbe essere aumentato la durezza superficiale (Shore D).<5 units

Variazione di peso -<0.5% (swelling or extraction)

Ispezione visiva con ingrandimento 20× - assenza di crepe, vesciche, appiccicosità.

Test di piegatura (180 gradi attorno al mandrino da 10 mm) I campioni ricotti dovrebbero piegarsi senza fessurarsi, i campioni non ricotti potrebbero rivelare microfessure.

Le specifiche di approvvigionamento richiedono: "Il riscaldatore PFA deve essere ricotto a 200 gradi per almeno 4 ore dopo l'estrusione, con un aumento certificato della cristallinità di almeno 10 punti percentuali." Richiedere dati DSC per indicare la cristallinità prima e dopo la ricottura.

Esperienza sul campo nella saldatura ad onda
Un impianto di assemblaggio di PCB utilizzava riscaldatori PFA nelle proprie macchine di saldatura a onda per mantenere il flusso a una temperatura di 260 gradi. I riscaldatori PFA standard (non ricotti) si guastavano ogni 6-9 mesi a causa di fessurazioni superficiali indotte dal flusso. L'impianto è stato sostituito con riscaldatori PFA post-induriti (ricotti) dello stesso produttore. I riscaldatori ricotti duravano 18–24 mesi, 2,5–3 volte di più. L'aumento dei costi (premio del 15-20%) è stato ripagato entro 6 mesi con una riduzione della manodopera sostitutiva e dei tempi di inattività. L'impianto ora richiede la ricottura per tutti i riscaldatori PFA in servizio con flusso.

Limitazioni e quando la ricottura non è sufficiente
La ricottura aumenta la resistenza al flusso, ma non è immune al PFA. Nessun fluoropolimero è accettabile per l'esposizione a flusso liquido continuo (immersione) a 260 gradi, utilizzare riscaldatori in ceramica o titanio. La ricottura è utile per l'esposizione al vapore e il contatto intermittente con i liquidi. Anche il PFA ricotto può cedere in meno di 500 ore per flussi di alogenuri gravi (elevata concentrazione di bromuro). In queste circostanze, utilizzare un riscaldatore in metallo rivestito in PFA (il metallo fornisce-protezione di riserva) o un riscaldatore al quarzo con raccordi in PFA.

Ma la ricottura ha anche un compromesso-off. Una maggiore cristallinità significa minore flessibilità e resistenza agli urti (l'allungamento a rottura diminuisce dal 300% al 200-250%). In termini di resistenza al flusso, il PFA non ricotto non è altrettanto buono, ma per gli elementi riscaldanti, gli shock meccanici (assistenza sul campo, bacchette portatili), il PFA non ricotto è migliore.

Conclusione: resistenza al flusso 2-3 volte maggiore dopo la ricottura.
La ricottura termica post-indurimento dei riscaldatori PFA (200 gradi, 4-8 ore) migliora la cristallinità dal 40-45% al ​​55-60%, ovvero il volume amorfo viene ridotto del 25-30%. La maggiore cristallinità migliora la resistenza all'attacco del flusso di saldatura senza piombo di 2-3 volte. Il tempo necessario per la fessurazione della superficie aumenta da 50-100 ore a 200-300 ore in caso di esposizione al vapore. La ricottura riduce anche lo stress residuo, che riduce la suscettibilità alle fessurazioni da stress ambientale. Per la saldatura a onda, forni a rifusione o qualsiasi applicazione in cui il PFA è esposto a vapori di flusso a 250-300 gradi, specificare PFA ricotto. Il costo aggiuntivo è giustificato da una maggiore durata e da minori tempi di inattività. Anche quando il PFA ricotto cede prematuramente. Cambiare il materiale del riscaldatore. Ma per la maggior parte dei servizi di flusso, la differenza tra la sostituzione trimestrale e quella annuale è dovuta alla ricottura. Ricotturalo. Oppure ridimensiona il tuo budget di manutenzione. La tua opzione.