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 Uпр - напряжение пробоя; h - толщина покрытия.

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