6.11. Электрические свойства

Лакокрасочные покрытия в последние годы широко применяются в радио-, элекротехнической, электронной, в том числе микроэлектронной технике. Их применяют в катушках сопротивления, для изготовления тончайших проводов, микромодулей, интегральных схем, локаторных антенн, электронных генераторов, мощных электродвигателей и турбин. При этом покрытия подвергаются воздействию электрического тока самых разных напряжений  от нескольких милливольт до сотен киловольт, часто в широком диапазоне частот, воздействия низких и высоких температур. Электрические свойства, например сопротивление, играют существенную роль и в обеспечении противокоррозионных свойств покрытий.

Не менее важны задачи и по созданию покрытий с повышенной электрической проводимостью, то есть электропроводящие покрытия, использование которых позволяет снижать статическое электричество, а также решать ряд других технически важных задач.

К наиболее важным электрическим свойствам лакокрасочных покрытий относятся: электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность.

Электрическая проводимость характеризует перенос электрических зарядов в веществе под воздействием внешнего электрического поля. Обычно пользуются показателями: удельной объемной проводимостью (отношение плотности тока, текущего через образец, к напряженности электрического поля) или обратной величиной  удельным объемным сопротивлением . Удельную объемную электрическую проводимость выражают в см/м (1 см/м = 1 Ом^1м^1), удельное объемное сопротивление  в Омм.

В основном, полимерные пленки-диэлектрики (обладают низкой электрической проводимостью), прохождение электрического тока через которые может быть обусловлено ионной или электронной проводимостью.

Ионная проводимость характерна для полимеров с большим водопоглощением. Так, электронная проводимость нитратцеллюлозных, мочевино- и фенолоформальдегидных пленок более чем на 30% определяется их ионной проводимостью.

Электронная проводимость связана с образованием электронов в полимерах при ионизации макромолекул, которая может быть вызвана нагреванием, радиационным или световым воздействием. Электронной проводимости благоприятствует наличие пигментов и других неорганических веществ в покрытии. Электронная проводимость пленок кристаллических полимеров выше, чем аморфных, ионная  наоборот. Наиболее высокой электронной проводимостью отличаются полимеры-полупроводники, а также композиции с углеродными и металлическими наполнителями (техническим углеродом, графитом, порошками металлов). Полученные из них покрытия по электрической проводимости занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками; для них =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.

Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Эти характеристики взаимосвязаны. Если внести диэлектрик, например пленку полимера, в электрическое поле, то происходит его поляризация, то есть образование электрического (дипольного) момента , направленного вдоль поля:

(6.34)

где q  заряд;

х  расстояние между центрами зарядов.

Чем больше , тем больше поляризация, тем выше диэлектрическая проницаемость . У разных полимеров составляет от 2,1 до 4,5. У полярных пленкообразователей (эпоксидных, фенолоформальдегидных) она равна 3,54,5, у неполярных (полифторолефины, полистирол)  2,02,5.

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

О диэлектрических потерях судят по тангенсу угла диэлектрических потерь  отношение диссипированной электрической энергии (фактора потерь ) к запасенной энергии, определяемой диэлектрической проницаемостью :

(6.35)

Диэлектрические потери  часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.

У различных покрытий составляет от 0,1 до 0,001. Хорошие диэлектрики те, у которых = 0,002  0,005 и не изменяется в широком диапазоне частот от 10² до 10⁶ Гц (полиэтилен, полистирол, эпоксидные олигомеры).

Электрическая прочность (пробивное напряжение)  это характеристика физической способности материала диэлектрика выдерживать воздействие электрического тока. Она выражается в МВ/м. В однородном электрическом поле:

(6.36)

где U_пр  напряжение пробоя;

h  толщина покрытия.

У покрытий-диэлектриков Е_пр составляет 5080 МВ/м. Электрическая прочность существенно зависит от качества покрытия. Наличие слабых мест и дефектов в пленках значительно снижает их электрическую прочность.