Химия и технология лакокрасочных покрытий

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Лакокрасочные покрытия находят широкое применение в качест­ве электроизолирующих материалов. В первую очередь в таких по­крытиях нуждаются радио-, электротехническая и электронная про­мышленность. Покрытия применяют в различных устройствах, начи­ная от катушек сопротивления, тончайших проводов, микромодулей и электронных схем и кончая огромными конструкциями типа лока- торных антенн, электронных генераторов, мощных электродвигателей и турбин. При этом покрытия испытывают воздействие электриче­ского тока самых разных напряжений - от нескольких милливольт до сотен киловольт, причем нередко в широком диапазоне частот. Суще­ственно могут меняться и рабочие температуры. Электрические свой­ства, в частности сопротивление, имеют важное значение и в обеспе­чении хороших противокоррозионных свойств покрытий.

В последнее время значительный интерес приобрели покрытия с повышенной электрической проводимостью - электропроводящие и антистатические. Их использование позволяет бороться со статиче­ским электричеством и решать ряд других технических задач.

Наиболее важными электрическими свойствами лакокрасочных покрытий являются: электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность.

Электрическая проводимость характеризует перенос электриче­ских зарядов в веществе под действием внешнего электрического поля. Обычно пользуются показателями: Удельной объемной проводи­мостью у у (отношение плотности тока, текущего через образец, к напряженности электрического поля) или обратной величиной - Удельным объемным сопротивлением ру. Удельную объемную элек­трическую проводимость выражают в См/м (1 См/м = 1 Ом-1 • м-1), удельное объемное сопротивление - в Ом • м.

Большинство полимерных пленок обладает низкой электриче­ской проводимостью, т. е. представляет собой диэлектрики. Прохож­дение через них электрического тока может быть вызвано ионной или электронной проводимостью.

Ионная проводимость наблюдается в полимерах, способных об­разовывать при электролитической диссоциации полиионы. Она особенно значительна у полимеров с большим водопоглощением. Так, электрическая проводимость нитратцеллюлозных, мочевино - и фенолоформальдегидных пленок на 30 % и более определяется их ионной проводимостью.

Электронная проводимость связана с образованием электронов в полимерах при ионизации макромолекул, которая может быть вы­звана нагреванием, радиационным или световым воздействием. При­сутствие пигментов и других неорганических веществ в покрытии благоприятствует электронной проводимости. Электронная прово­димость пленок кристаллических полимеров выше, чем аморфных, ионная - наоборот. Особенно высокой электронной проводимостью отличаются полимеры-полупроводники, а также композиции с угле­родными и металлическими наполнителями (техническим углеродом, графитом, порошками металлов). Изготовленные из них покрытия по электрической проводимости занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками; для них Уу - 10-8— 10-1 См/м. Электрическая проводимость большинства лакокрасочных покры­тий находится на уровне электрической проводимости полимеров и составляет 10_11-10~14 См/м.

Говоря об электрической проводимости материалов, обычно имеют в виду объемную проводимость. Однако нередко пользуются и значениями поверхностной проводимости. Удельная поверхностная электрическая проводимость у5 обычно на 1-2 порядка больше объ­емной У у. У покрытий она резко возрастает с увеличением влажности окружающего воздуха.

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектриче­ских потерь. Эти свойства взаимосвязаны. Если внести диэлектрик, например полимерную пленку, в электрическое поле, то происходит

Его поляризация, т. е. образование электрического (дипольного) мо­мента ц, направленного вдоль поля:

|Д = фС,

Где д - заряд; Х - расстояние между центрами зарядов.

Значение этого момента - сумма двух составляющих: ориента­ционного и деформационного моментов. Чем больше дипольный момент ц, тем больше поляризация, тем выше диэлектрическая про­ницаемость в. У разных полимеров диэлектрическая проницаемость находится в пределах от 2,1 до 4,5. Например, у полярных пленкооб - разователей (эпоксидных, фенолоформальдегидных) она составляет 3,5-4,5, у неполярных (полифторолефины, полистирол) 2,0-2,5. В по­следнем случае она ориентировочно может быть вычислена, исходя из значений показателя преломления, по формуле Максвелла:

8= П.

Диэлектрическая проницаемость определяет радиопрозрачность покрытий: чем меньше 8, тем лучше проходимость радиоволн.

О диэлектрических потерях судят по тангенсу угла диэлектриче­ских потерь tg 8 - отношению диссипированной электрической энер­гии (фактора потерь е") к запасенной энергии, определяемой диэлек­трической проницаемостью е:

Tg 5 = е7е.

Под диэлектрическими потерями понимают часть энергии элек­трического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.

Различают два типа диэлектрических потерь: дипольно-сегмен- тальные (проявляются в результате сегментального движения макро­молекул в высокоэластическом состоянии) и дипольно-групповые, обусловленные ориентацией полярных групп (проявляются в стек­лообразном состоянии).

Значение tg 5 у различных покрытий колеблется в пределах от 0,1 до 0,001. Хорошими покрытиями-диэлектриками считаются те, у ко­торых tg 8 = 0,002-0,005 и не изменяется в широком диапазоне час­тот - от 102 до 106 Гц. Это относится, в частности, к покрытиям из полиэтилена, полистирола, эпоксидных олигомеров.

Электрическая прочность (пробивное напряжение) Е1Ю характе­ризует физическую способность материала диэлектрика выдержи­вать воздействие электрического тока и выражается в МВ/м.

ЕпР = ипр/К

Где И11р - напряжение пробоя; К - толщина покрытия.

У покрытий-диэлектриков Дф достигают значений 50-80 МВ/м. Электрическая прочность, однако, в большой степени зависит от ка­чества покрытия. Наличие слабых мест и дефектов в пленках сильно снижает их электрическую прочность.