Канифоль для пайки: из чего делают, чем заменить, для чего нужна

Что такое канифоль: состав, свойства, применение » сайт для электриков — статьи, советы, примеры, схемы

1. Классификация припоев и система их обозначений

Разновидности и применение припоев:

Припой — металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля и других металлов

Для пайки соединений проводниковых материалов в зависимости от предельно допустимых рабочих температур и требуемой прочности паяного шва применяются мягкие и твердые припои.

К мягким относятся припои с температурой плавления до 400 °С, а к твердым — свыше 500 °С. Припои с температурами выше температуры плавления чистого олова в интервале до 400 °С называются полутвердыми.

Мягкие и полутвердые припои имеют предел прочности при растяжении до 15–100 МПа и применяются для пайки токоведущих частей, не являющихся одновременно несущими конструкциями машин или аппаратов.

Пайка мягкими и полутвердыми припоями осуществляется паяльником или погружением деталей в расплавленный припой, соединяемые поверхности при этом предварительно облуживаются, как правило, припоем той же марки и покрываются обычно канифолью (флюсом).

Оловянно-свинцовые припои выпускаются в виде слитков, прутков, проволоки, ленты и трубок, заполненных канифолью.

Твердые припои имеют предел прочности при растяжении 100– 500 МПа и применяются в качестве припоев первой категории прочности при пайке токоведущих частей, быстроходных, допускающих высокий нагрев электрических машин и деталей, воспринимающих основную механическую нагрузку.

Система обозначения припоев

Обозначение марки припоя обычно начинается с буквы «П» — припой. Числа в марке припоя показывают содержание компонентов (буквы после буквы «П») в процентах (округленно). Буква или буквосочетание в конце обозначения марки припоя означает, что данный компонент составляет оставшееся содержание припоя.

Обозначение компонентов:

А — алюминий;

Ж — железо;

И — индий;

К или Кд — кадмий;

М — медь;

О — олово;

С — свинец;

Ср — серебро;

Су — сурьма;

Ф — фосфор;

Ц — цинк.

3. Классификация флюсов и система их обозначений

Паяльные флюсы — вещества и соединения, применяемые для предотвращения образования оксидной пленки на поверхности припоя и паяемого материала, а также удаления продуктов окисления из зоны пайки. Температура плавления флюсов ниже, чем температура плавления припоя.

Флюсы, применяемые при пайке, классифицируются по: температурному интервалу активности; природе растворителя; природе активатора определяющего действия; механизму действия; агрегатному состоянию. В зависимости от температурного интервала активности паяльные флюсы подразделяются на: низкотемпературные (≤ 450 °С); высокотемпературные (> 450 °С).

По природе растворителя паяльные флюсы подразделяются на: водные; неводные.

По природе активаторов определяющего действия низкотемпературные паяльные флюсы подразделяются на: канифольные; кислотные; галогенидные; гидразиновые; фторборатные; анилиновые; стеариновые.

По природе активаторов определяющего действия высокотемпературные паяльные флюсы подразделяются на: галогенидные; фторборатные; боридно-углекислые.

Если флюс содержит несколько активаторов, необходимо называть все активаторы. Например, канифольно-галогенидный, фторборатногалогенидный флюс.

По механизму действия паяльные флюсы подразделяются на: защитные; химического действия; электрохимического действия; реактивные. По агрегатному состоянию паяльные флюсы подразделяют на: твердые; жидкие; пастообразные.

4. Свойства флюсов

Параметры флюсов для пайки мягкими и полутвердыми припоями приведены в табл. 3.12.

Таблица 3.12Флюсы для пайки мягкими и полутвердыми припоями (нормали электротехники ОАА.614.017-67 и ОАА.614.028-68 )

Параметры флюсов для пайки меди и ее сплавов приведены в табл. 3.13.

Таблица 3.13Флюсы для пайки — состав и способы удаления остатков флюса

Таблица 3.14Флюсы для пайки — влияние остатков флюса на изоляцию и их коррозионное действие

При пайке медных жил, а также проводников заземления к броне и свинцовой оболочке кабелей используют паяльную пасту (мас. част.): канифоль — 10, жир животный — 3, аммоний хлористый — 2, цинк хлористый — 1, вода или этиловый спирт (ректификат) — 1.

Параметры флюсов для пайки и сварки алюминия приведены в табл. 3.15.

Таблица 3.15Флюсы для пайки и сварки алюминия

Вредна ли канифоль

Достоинством канифоли является её относительная безвредность. В ней не содержится токсичных веществ. Однако при перегреве паяльником  неядовитые смолы могут распадаться на более вредные составляющие (некоторые кислоты, пинолин и т.п.). Эти вещества также малотоксичны, но при длительном вдыхании могут вызвать аллергические реакции, раздражение слизистых и т.п.

Менее вредны в этом плане синтетические виды канифоли, так как они не содержат абиетиновой кислоты, но такие составы дороги. Также вредно длительное вдыхание частиц канифоли – оно может привести к астме. Поэтому работать с канифолью в производственных условиях нельзя без вытяжки и средств индивидуальной защиты органов дыхания.

В домашних условиях трудно представить мастера в респираторе, но и масштабы дымообразования в такой ситуации невелики. Вряд ли нечастое периодическое использование канифоли дома может принести заметный вред, тем не менее, работа в проветриваемом помещении очень желательна.

Важно! Все сказанное выше относится к чистой канифоли. В промышленные флюсы на её основе (например, серии ЛТИ) добавляют другие вещества, делающие состав более активным, но и более вредным. При работе с ними надо принимать серьезные меры безопасности.

За последние десятилетия химическое производство сделало гигантский шаг вперед. Уже никому не нужен натуральный каучук, многие природные красители также заменены искусственными. Но канифоль ещё долго будет использоваться в том виде, как и сотни лет назад. Недорогой и эффективной альтернативы пока не видно.

Где еще применяется

Всем, кто связан с ремонтом приборов, известна только канифоль паяльная. Но вещество может использоваться и в других сферах:

• Отходы смолы применяются в целлюлозной промышленности для склеивания слоев картонных изделий.
• Применяется в качестве эмульгатора при изготовлении искусственного каучука, резины, эко кожи, мастики и красок.
• Вещество уменьшает скольжение, поэтому им натирают струны музыкальных инструментов, бильярдный кий, пуанты балерин.
• Мелкие частицы канифоли используют для формирования искусственного дыма в кинематографе.
• В спорте «мука» из канифоли используется как смазка рук, чтобы обеспечить крепкий хват без скольжения.
• В устройствах с большой инерцией смазку из смолы используют в качестве вспомогательного покрытия для ремней.
• Некоторые эфиры канифоли используются, как пищевые добавки. Они не только безвредны, но даже полезны.

Вещество настолько многогранно, что может использоваться в разных отраслях пищевой, тяжелой, легкой промышленности. Главным преимуществом данного сырья является его доступность и дешевизна.

Чтобы сделать качественный и эффективный припой, нужно использовать канифольную смолу, получаемую из живицы хвойных смол. Сырье добавляют в состав лакокрасочных продуктов, смазывают детали производственных станков. В спорте это тоже актуальный вариант для снижения трения и крепкого захвата рук на спортивном инвентаре.

Готовность канифоли

Как определить, готов ли товар для использования?

Факторы определяющие готовность канифоли:

• цвет,
• пропускание солнечных лучей на капле канифольной смолы, которую помещают на стекло,
• число кислотной производной.

Для того чтобы ускорить дело выделения рассматриваемого продукта, следует увеличить скорость ее выпадения. Для этого применяют катализаторы. Это обычно металлический цинк в малых дозах, а также можно использовать окисленный кальций. Отгоняют при этом масло в вакууме. Получается в итоге вещество канифоли, которое состоит только из триглицеридов смоляной кислоты.

Для производства эмалей, масляных лаков, нитролаков используется эфир гарпиуса, который используют при получении полуфабрикатов перечисленного строительного материала.

Также можно получить пентаэритритовый эфир, выделяемый из канифоли. В этом случае получают именно то вещество, которое аналогично глицериновому. Этот эфир выделяется только при более низкой температуре. Требуется порядка двухсот шестидесяти или даже двухсот семидесяти градусов по Цельсию.

Изготовление в домашних условиях

Канифоль можно изготовить самостоятельно. Подходит смола всех хвойных деревьев, но лучше брать сосновую. Можно прогуляться по хвойному лесу, прихватив с собой емкость для смолы, скребок, ложку или нож.

Для добычи смолы годится только то дерево, которое достигло 30 см в диаметре. Известно, что взрослое дерево сосны вырабатывает не более двух литров смолы в год. Учеными было доказано что смола — это не сок, необходимый для нормальной жизнедеятельности растения, а средство для заживления его ран.

Достаточное количество смолы можно получить на лесозаготовках, где она выступает на спиленных деревьях и на пнях, или обратиться на пилораму. Смола часто появляется на свежих пиломатериалах. Смолу нужно соскрести скребком или ложкой в металлический котелок или банку.

Заполненную смолой емкость нужно поставить на огонь. Эту процедуру имеет смысл проводить на открытом воздухе так как смола при нагревании будет плавиться и кипеть, выделяя пары скипидара. Содержимое котелка нужно периодически помешивать, удаляя пену и мусор. Нагревать смолу нужно до тех пор, пока она не перестанет кипеть и не прекратится выделение паров.

После прекращения кипения в котелке останется густая прозрачная масса характерного желтого цвета, похожая на янтарь. Ее нужно разлить по формам и дать остыть. Формы лучше изготовить из картона или жесткой бумаги. Можно использовать и пластиковые емкости, но из картонной готовую канифоль проще доставать. Если в получившейся канифоли видны вкрапления мусора, то ее можно профильтровать через мелкую металлическую сетку.

Как паять паяльником с канифолью: 2 методики пользования флюсом

В принципе технология пайки во всех случаях имеет общие черты. Отличия заключаются в особенностях применения флюса.

До начала момента спаивания необходимо подготовить рабочее место, инструмент и соединяемые материалы. Всегда обращайте внимание на чистоту жала паяльника, не допускайте образования нагара и сажи на нем.

3 совета по борьбе с нагаром и сажей

Если не рассматривать дорогие паяльные станции, то сейчас можно встретить два вида паяльников:

1. старые советского типа с медным наконечником;
2. современные с веллеровским жалом из никелевого покрытия.

При неправильном обращении нагар может образоваться на любом. Однако в первом случае достаточно взять напильник или надфиль с мелкой насечкой и просто зачистить им металл меди до чистого слоя. Когда жало съемное, то его лучше слегка проковать на наковальне: станет плотнее поверхностный слой.

Дальше такой паяльник начинают нагревать, но, не доводя до рабочей температуры, его слегка смазывают канифолью и, пока он прогревается, водят по припою, чтобы хорошо залудить.

Во втором случае поступают иначе, ибо механическая очистка даже лезвием ножа способна повредить внешнюю поверхность никелевого покрытия. В нем станут образовываться микротрещины, начнется процесс растворения ядра жала.

Самый безопасный в этом случае способ иной: загрязненный наконечник паяльника прогревают до высокой температуры порядка 450÷480 градусов около пяти минут. За это время весь нагар просто выгорит. Затем ему дают возможность остыть при температуре 280°.

После этого надо взять обыкновенный целлюлозной карандаш, которым чистят подошву утюгов, и окунуть в него жало с последующей обработкой в специальном активаторе. Если же его нет, то просто обработать паяльной губкой. Последняя должна быть пропитана не обыкновенной водой, а водяной глицериновой смесью с соотношением 7/3, где 7 частей отводятся глицерину.

Чистота жала паяльника — первое необходимое условие обеспечения качественной пайки.

Здесь же важно правильно подобрать паяльник по мощности, ибо каждый его вид предназначен для соединения металлов разных объемов и габаритов. При этом учтите:

1. Мощные модели хорошо создают высокий нагрев соединяемых деталей, но они легко пережигают малогабаритные электронные детали и дорожки плат.
2. Низковатные паяльники используют при точной пайке маломощных транзисторов и микросхем, но ими невозможно нормально прогреть провода.

Я же отдаю предпочтение трансформаторным паяльникам: видимо сказывается сила привычки и необходимость работать в разных местах. С Советских времен использую заводской паяльник Момент.

Даже, на основе методики простого расчета трансформатора, сделалего более мощный аналог на 100 ватт.

Он немного тяжеловат, но для спаивания проводов 2,5 квадрата подходит идеально, а перегорающие тонкие медные наконечники делаю сам. У электрика такой исходный материал всегда имеется под рукой.

Нагрев наконечника происходит быстро. Он регулируется длительностью включения кнопки на рукоятке, позволяет контролировать процесс визуально по дымообразованию от канифоли.

В большинстве случаев домашнего мастера выручают регуляторы температуры жала паяльника, которые можно сделать своими руками из доступных деталей или приобрести в магазине.

Стал часто наблюдать, что многие радиолюбители стали пользоваться простыми диммерами, предназначенными для регулирования освещения.

Только подбирают их по нагрузке и ограничивают величину выходного напряжения в пределах от 150 до 220 вольт.

Во всех случаях пайки необходимо позаботиться не только о чистоте жала паяльника, но не забыть про качество поверхности соединяемых деталей. Минеральные и органические загрязнения, влагу — удалить, а после очистки будущие контактные соединения необходимо по отдельности залудить.

Как правильно использовать

Чтобы сделать качественную пайку и получить хороший контакт, нужно правильно использовать вещество:

1. Организовать хорошее освещение рабочего места. Это поможет более точно соединять места разломов.
2. Места разрыва или разлома сначала нужно очистить. Процедуру можно провести с помощью наждачной бумаги или специальных растворителей, если это ржавчина.
3. Нужно провести лужение паяльника. Для этого на раскаленный кончик инструмента нанести немного канифоли. Достаточно прижать кончик паяльника к кусочку смолы.
4. После лужения нужно сразу же произвести соединение деталей. Дополнительно можно еще раз произвести лужение.

Принцип пайки совершенно несложный. Флюс, то есть канифоль, служит соединяющим веществом. Справиться с задачей сможет даже новичок. Главное, делать все аккуратно и своевременно.

Методы получения

Канифоль содержится в соснах, кедрах, лиственницах. Ее получают из этих деревьев или древесного сырья. Производство канифоли проводится по двум основным технологиям, которые определяют разновидности природного флюса для пайки. Состав и характеристики обоих продуктов контролируются государственными стандартами.

Сосновую канифоль получают отгонкой летучей фракции живицы – жидкости, которая выделяется из надрезов на коре хвойных деревьев. Параллельно в приемниках собирается скипидар, массовая доля которого составляет 1/3 часть от суммарного продукта.

Помимо этого существует метод получения канифоли из отходов мелко порубленной древесины. Такой продукт называют талловым. Отдельную группу натуральной смолы, выделяемую из старых пней и корней, называют экстракционной канифолью.

В качестве экстрагента в производственном процессе используют бензин. Такой продукт имеет небольшое распространение вследствие трудоемкости получения сырья, которое называется пневым осмолом.

Пни нужно собирать только через 10 или даже 15 лет после вырубки леса. С трудом можно представить детали организации такого производства в больших объемах, требуемых для пайки.

При производстве бумаги накапливается в качестве отхода талловое масло, из которого отгоняют талловую канифоль.

Особенности пайки твердым флюсом

Этот вариант рассматривается как классическая схема пайки. Ее можно представить за пять шагов.

Шаг №1. Подготовительный этап.

Какая бы спешка ни была, всегда начинайте с оборудования рабочего места, обеспечения правил безопасности и подготовки инструмента. Заранее продумайте стационарное фиксирование проводов и соединяемых деталей.

Помните, что закрепленный с одной стороны провод работает как пружина и способен при случайном нажатии на конец паяльником отбросить расплавленный припой в глаз. Пользуйтесь защитными очками, не паяйте навесу.

Твердую канифоль удобно держать в специальной жестяной баночке, которая показана на фотографии моего советского паяльника. О чистоте жала и спаиваемых поверхностей я уже заострял внимание выше.

Шаг №2. Лужение соединяемых поверхностей

Процесс сводится к покрытию зачищенных медных жил и контактных площадок тонким слоем припоя.

Для этого начинают нагревать паяльник и его наконечник погружают в твердую канифоль. Она плавится и смачивает жало, дополнительно очищая его. Сразу же быстро касаются припоя. Он переходит в жидкое состояние, а небольшая капелька прикрепляется на конце наконечника.

Ее переносят на очищенную контактную площадку, быстро прогревают колебательными движениями и убирают паяльник в сторону. Припой охлаждается и затвердевает.

Если необходимо залудить обычный конец провода, то его можно просто прогреть паяльником в баночке с канифолью, а затем обработать припоем.

Процесс необходимо выполнять быстро, уложиться буквально за пару секунд. Правильно залуженная поверхность выделяется однородным цветом чистого олова, покрыта ровным тонким слоем.

Новые электронные детали обычно всегда залужены на заводе. Им дополнительная обработка припоем не требуется.

Шаг №3. Фиксация деталей

Элементы, подлежащие спаиванию, необходимо четко соединить и надежно зафиксировать, исключить их случайное смещение. С этой целью используют небольшие тиски, пинцеты, острогубцы.

Удобно пользоваться специальным приспособлением, которое получило название «третья рука».

Существует много вариантов его заводского исполнения и самодельных конструкций.

Шаг №4. Непосредственная пайка

Подготовленные детали соединяют и прогревают паяльником с каплей припоя, а затем быстро отводят его, обеспечивая естественное охлаждение.

Работаем быстро, помним о правиле двух секунд.

Шаг №5. Проверка качества и заключительные операции

Созданную спайку необходимо визуально осмотреть, проверить соединение деталей на механическую прочность легким продергиванием. Поверхность застывшего припоя не должна иметь шероховатостей, пор.

На этом этапе многие работники считают процесс законченным, что неправильно. Необходимо удалить следы оставшегося флюса с поверхностей и дорожек.

Дело в том, что канифоль, являясь хорошим диэлектриком, обладает гигроскопичностью. Влага же, впитанная ей, нарушает изоляционные свойства. В результате на ответственных участках микросхем и малогабаритных электронных плат возможны токи утечек. Они приведут к сбоям в работе микропроцессорных устройств.

Да и внешний вид пропаянного участка изменится, станет более аккуратным, скроются следы ремонта.

Удаляют остатки флюса с дорожек спиртом. Он растворяет возникшие подтеки, после чего обработанное место протирается сухой чистой тряпочкой.

В продаже можно встретить трубчатый припой в виде прутков с канифолью, расположенную во внутренних полостях. Такой материал сокращает время пайки, удобен в работе.

Преимущества и недостатки

Канифоль для пайки имеет сильные и слабые стороны. Преимущества:

1. Не проводит электричество.
2. Является доступным и недорогим материалом для пайки. Связано это с тем, что материалы для изготовления канифоли распространены по всему миру.
3. Эффективно счищает с поверхности обрабатываемого материала оксидную плёнку.
4. Не растворяется в воде и поэтом жидкость не может смыть смолистый слой.
5. Сохраняет свои характеристики при отрицательной температуре.
6. Безопасна для человеческого организма. Смолистый материал не выделяет вредных испарений и не требует использования дополнительных средств защиты.

Недостатки:

1. Чтобы состав на основе смолы показал свою эффективность, необходимо уметь работать с ним. Рекомендуется потренироваться на нерабочих деталях или механизмах.
2. Канифоль не эффективна при работе с большими деталями.
3. Хрупкий материал, который требуется аккуратно транспортировать и хранить.

Свойства

Все виды канифоли для пайки поступают в продажу в трех сортах: «высшем», «первом» и «втором».

Талловая канифоль размягчается в диапазоне температур от 56 ℃ у образцов второго сорта до 60 ℃ у образцов высшего сорта. Максимальное содержание золы может достигать 0,06 %, механических примесей – 0,03 %.

Талловая канифоль хорошо горит. При хранении она не должна нагреваться больше, чем до 80 градусов. При температуре около 400 градусов она может самовоспламеняться.

Важной характеристикой многих композиций является кислотное число, которое отображает количество свободных кислот в продукте. Измеряется оно в мг КОН, требуемых для нейтрализации.

Кислотное число талловой канифоли укладывается в диапазон 154 – 165 мг КОН на 1 г продукта.

Сосновая канифоль может содержать примеси воды в количестве, достигающем 0, 2 % от общей массы. Это объясняется тем, по-видимому, что добывают ее из живицы.

Золы в сосновом продукте содержится максимум 0,04 %, механических примесей – также не более 0,04 %. Кислотное число сосновой канифоли варьируется от 166 до 169 мг КОН, требуемых для нейтрализации 1 г продукта.

Следовательно, канифоль из живицы сосны имеет немного более кислый характер, чем талловый продукт.

Интервал температуры размягчения сосновой канифоли варьируется от 66 у образцов второго сорта до 69 ℃ у образцов высшего сорта. Температура, при которой масса может воспламениться сама, составляет 321 °С. Хранить канифоль для пайки нужно при комнатной температуре.

Экстракционная канифоль встречается редко. Ее технические характеристики оставляют желать лучшего. Так, содержание основных смоляных веществ составляет только 75 %. Это почти на 20 % меньше, чем у других видов канифоли.

Способы пайки

Изучив свойства и характеристики колофонской смолы и флюсов, выполняемых на её основе, можно приступить к процессу пайки. Как он происходит?

Процесс пайки с использованием канифоли происходит несколькими способами.

Первый способ.

1. Нагревают паяльник до необходимой температуры.
2. На жале паяльника размещают немного легкоплавкого вещества, используемого в качестве припоя. Это может быть — олово, свинец, медь, сурьма, висмут, цинк, кадмий.
3. Опускают жало паяльника вместе с выбранным припоем в канифоль, чтобы набрать смоляное вещество. При этом нужно учесть что, при полном нагреве паяльника должен появиться лёгкий дымок.
4. Как можно быстрее — до испарения смолы — производят спайку необходимых деталей.

Описанный выше способ требует быстроты действий, внимания и высокой точности. Чтобы выполнить его, нужно обладать определёнными умениями и навыками. Поэтому можно произвести спайку с использование канифоли и другим методом.

1. Используют самый обыкновенный этиловый спирт в качестве основы для флюса.
2. В спиртовой раствор добавляют порошок из канифоли. Взвесь хорошо перемешивают и оставляют до тех пор, пока канифоль полностью раствориться.
3. Спиртовой раствор колофонской смолы наносят с помощью кисточки на детали, которые будут соединять с помощью пайки.
4. Паяльник опускают в припой и вынимают, только когда жало паяльника будет полностью покрыто блестящей плёнкой.
5. Захватывают ещё немного расплавленного припоя и быстро переносят к местам будущей спайки.
6. Равномерно распределяют припой по всей поверхности — заслуживают места будущей спайки.
7. Таким же способом переносят необходимую массу припоя, требующуюся для прочного сцепления в местах спая.
8. После того как места спая остынут, их протирают с помощью влажной мягкой ткани и дают подсохнуть.
9. Обрабатывают получившийся спай при помощи напильника. Вместо него можно использовать мелкозернистую наждачную бумагу.
10. Протирают поверхность сухой тряпкой.

С помощь указанных методов производится пайка деталей с использование канифоли.

Способы получения

Существует три метода получения канифоли:

1. Экстракция. Древесину размельчают и замачивают в растворителе. Таким образом выделяется экстракт смолы.
2. Перегонка таллового масла. Это масло представляет собой отход, который получается при производстве бумаги.
3. Самый распространённый метод — получение канифоли из живицы. Сок хвойных пород древесины обрабатывается с помощью равномерного нагревания. В ходе термического процесса испарятся влага и скипидар. В ёмкости остаётся твердые куски канифоли. Далее они проходят процесс химической очистки и поступают в продажу.

От способа получения готового материала изменяется и его название.