1 Электрическая проводимость

Электри́ческая проводи́мость (электропроводность, проводимость) — способность тела проводить электрический ток, а также физическая величина, характеризующая эту способность и обратная электрическому сопротивлению. В СИ единицей измерения электрической проводимости является сименс.

Электропроводность является обратной величиной электрического сопротивления, которое зависит от объема (r_об) и от поверхности (r_пов) образца полимера. Это свойство оценивается удельным электрическим сопротивлением или удельной электрической проводимостью.

Если сопротивление маленькое, то проводящий материал.

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

Электропроводность полимеров тесно связана с их химической чистотой. Примеси значительно изменяют этот показатель. Например, содержание влаги в полиамиде в количестве 0,1-1,0 % по массе увеличивает электропроводность в 1000 раз. Аналогичным образом влияют пластификаторы, обладающие повышенной подвижностью ионов.

;

где - электрическая индукция;

- напряженность электрического поля,

- диэлектрическая проницаемость (относительная),

- диэлектрическая проницаемость вакуума (8,85^.10^-12 Ф/м).

Электрическая проводимость материала большое значение имеет при использовании электростатических методов нанесения ЛКМ.

Особенностью электростатических методов нанесения является то, что заряженные частицы краски, находящиеся вблизи окрашиваемой поверхности, имеют большую вероятность достичь ее, двигаясь в поле сил электростатического притяжения. Эти частицы способны возвращаться к окрашиваемой детали, формируя при этом характерный эффект «окутывания». Время полета таких частиц оказывается значительно больше времени полета частиц, попавших на окрашиваемую поверхность в результате «прямого попадания». Разница времени полета частиц окрасочного факела приводит к различию их вязкости при достижении ими поверхности детали, что может препятствовать их правильному растеканию в пленке ЛКП и вести к снижению укрывистости и образованию шагрени. Применение «медленных» разбавителей (разбавителей с меньшей интенсивностью испарения) может позволить компенсировать различие вязкости и избежать негативных проявлений признаков эффекта «сухого окрашивания». Улучшить эффективность переноса при распылении в электростатическом поле можно также за счет снижения вязкости ЛКМ.

Эффект электростатического «окутывания»

Влияние электропроводности ЛКМ на эффективность процессов электростатического нанесения носит двойственный характер. С одной стороны, ничтожная проводимость материала препятствует сообщению ему электрического заряда непосредственно от электрода краскораспылителя, с другой стороны, чрезмерная проводимость ЛКМ вызывает утечку приобретенного заряда через каналы материального тракта на заземленные элементы подачи ЛКМ.

Для решения проблемы утечек заряда в случае применения водоразбавляемых ЛКМ, для которых характерна высокая электропроводность, применяют электрически изолированные системы подачи ЛКМ, которые исключают электрический контакт материала с заземленными элементами конструкции во время работы распылителя. Применение изолированных систем подачи для органоразбавляемых ЛКМ не допускается из соображений безопасности. В этой ситуации, в случае необходимости повышения электрического сопротивления ЛКМ, в его состав рекомендуется включать неполярные разбавители с более высоким сопротивлением.

Диапазон приемлемых значений удельного сопротивления органоразбавляемых ЛКМ различается в зависимости от способа распыления. Если для распыления материала используются динамические способы, такие как пневматическое, центробежное или безвоздушное распыление, то диапазон рекомендованных значений сопротивления имеет, лишь нижнюю границу.

Режимы окраски и параметры ЛКМ играют ключевую роль в обеспечении эффективности окрасочного производства, поэтому их оптимизация с учетом специфических особенностей нанесения в электростатическом поле имеет большое значение.

Диэлектрическая проницаемость

Диэлектрическая проницаемость чрезвычайно важна при формировании полимерных покрытий электростатическим методом и связана с поляризуемостью и полярностью вещества.

В материалах для электростатики диэлектрическая проницаемость нормируется техническими условиями.

Диэлектрическая проницаемость величина комплексная, состоящая из действительной и мнимой части:

- мнимая часть, характеризует потерю в диэлектрике (потери на тепло), т.е. энергия диссипируется.

;

где ν – удельная электрическая проводимость,

ω – круговая частота (частота переменного тока),

где С – емкость конденсатора, где между обкладками находится вещество,

С₀ – емкость конденсатора, где между обкладками находится вакуум.

Отношение между двумя величинами носит название тангенс угла диэлектрических потерь:

;

Тангенс угла диэлектрических потерь является характеристикой коррозионных процессов под пленкой. Под диэлектрическими потерями понимают часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.

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

Хорошими покрытиями-диэлектриками считаются те, у которых tg б = 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.

Диэлектрическая проницаемость играет большую роль в процессе формирования пленок в электростатическом поле. Главным способом регулирования диэлектрической проницаемости является выбор растворителя, кроме того на проницаемость полимерного материала оказывает влияние наличие того или иного наполнителя, или пигмента. Варьирование пигментов и наполнителей дает возможность менять проницаемость в пределах двух порядков.

Большая часть отклонений в свойствах материала обусловлено наличием влаги.

Электрическая прочность

Это электрическое напряжение, которое выдерживает материал до пробоя. Этот показатель используется для изоляции электрокабелей, изоляции электродвигателей, конденсаторов, трансформаторов и др. электротехнических изделий.

Электрическая прочность, однако, в большой степени зависит от качества покрытия. Наличие слабых мест и дефектов в пленках сильно снижает их электрическую прочность.

Факторы, влияющие на электрические свойства:

Главными факторами, определяющими электрические показатели покрытий, являются природа материала пленки и условия их эксплуатации. По диэлектрическим свойствам лучшими считаются покрытия на основе полимеров, не содержащих полярных функциональных групп, и пленкообразователей, имеющих трехмерное строение.

При испытании на электрическую прочность проводят несколько измерений, берется не среднее значение величины, а минимальное.

Это общее правило испытаний на любую устойчивость.

110