3.5. Воздействие влажности

При анализе воздействия внешних факторов окружающей среды на кон­струкционные материалы важны данные об относительной влажности воз­духа.

Характер неблагоприятного влияния влажности воздуха на материал зависит от процентного содержания влаги в воздухе. При большом содержа­нии влаги в воздухе (более 90 %) она снижает служебные свойства материа­лов, проникая внутрь этих материалов или образуя на их поверхности плен-

101

Г лава 3

ки жидкости. При малом содержании влаги в воздухе (ниже 50 %), влага, содержащаяся в материалах, испаряется в воздух, что также изменяет свой­ства материалов: они становятся хрупкими, в них появляются трещины.

При оценке показателей надежности технических изделий необходимы данные об изменении относительной влажности воздуха во времени. Харак­тер изменения относительной влажности описывается случайным процес­сом с математическим ожиданием:

_ п

ф(7) = С₀ + ^ (С/ cos (ujt + Dj sin (Ojt),

y'=1

где: C0 — коэффициент, численно равный математическому ожида­нию средней годовой относительной влажности, %; Cj, Dj — амплитуды колебаний математического ожидания влажно­сти, соответствующие частоте oo_j.

Наиболее активно влагу из воздуха поглощают гигроскопические мате­риалы, например изоляционные, изготовленные на основе хлопка и бумаги. Внутрь материала влага может проникать при поглощении ее материалом (капиллярная конденсация) или проникновением в структуру полимера (в межмолекулярные промежутки), а также через трещины и крупные поры в материале.

Насыщение влагой таких материалов, как резина и некоторых других, происходит путем осмоса.

Скорость проникания влаги в материалы увеличивается при повышении температуры окружающего воздуха. Влага, поглощенная материалом или проникшая в него другими путями, резко снижает его объемное сопротив­ление (рис. 3.3). Зависимость удельной электропроводимости диэлектриков от их влажности определяется:

где: а_э0 — удельная электропроводимость при t = 0 °С; Z — абсолютная влажность материала; as — коэффициент, зависящий от материала. Оседая на поверхности материала, влага образует тонкую пленку, в резу­льтате поверхностное сопротивление материалов снижается на несколько порядков (рис. 3.4). Наибольшее снижение поверхностного сопротивления изоляторов происходит при загрязнении пленки продуктами газов и пыли.

При осаждении влаги на металлические поверхности создаются благо­приятные условия для атмосферной коррозии металлов. Этот вид коррозии является наиболее распространенным, и на его долю приходится около по­ловины общих потерь металла от коррозии.

Увлажнение материалов повышает скорость протекания коррозионных процессов:

—=L_pKpexp\ Ъ/с / Kl >, (3.5.3)

at

102

Г ЛАВА 3

R, Ом

16 20 сутки

Рис. 3.3. Изменение удельного

объемного сопротивления

гетинакса в зависимости от

длительности увлажнения при

относительной влажности воздуха

70—98 % и температуре 35 °С

50 75

Рис. 3.4. Зависимость

поверхностного сопротивления Я

изоляции керамической детали

от влажности воздуха ср

где: у — толщина окисной пленки;

^к_р

• концентрация реагента (кислорода, влаги, агрессивной среды);

• коэффициент, характеризующий скорость протекания корро­зии;

— энергия активации коррозионного процесса. Зависимость времени наступления предельного состояния материалов

от воздействия внешних условий и качества примененных материалов мож­но представить в виде:

t = 1 / к₀ -р(С₀, С/ср, аз², r)exp { –Е / RT\, (3.5.4)

где: к₀ — постоянный коэффициент,

р(С₀, С/ср, as², г) — функция, зависящая от внутренних параметров

материала. При повышении влажности воздуха, плотности тумана и оседании росы увеличивается толщина пленки влаги на поверхности металла, которая определяет виды атмосферной коррозии (рис. 4.5). Сухая коррозия (учас­ток I) происходит при отсутствии пленки влаги на поверхности металла вследствие окисления поверхностного микрослоя металла кислородом воз­духа, что и определяет малую скорость этого вида коррозии. При влажной коррозии (участок II) скорость коррозии резко повышается с увеличением толщины пленки влаги, образующейся на поверхности вследствие конден­сации. Эта конденсация может быть капиллярной, адсорбционной или ион­ной. При мокрой коррозии (участок III) толщина пленки влаги наибольшая (при 100 % влажности воздуха). Снижение скорости коррозии в этом случае

103

Г ЛАВА 3

t V

*■ 6

V

Рис. 3.5. Зависимость скорости атмосферной коррозии от толщины 8 пленки влаги на поверхности металла

объясняется затруднительностью диффузии кислорода воздуха через толстую пленку влаги. Участок IV отвечает случаю погружения метал­ла в жидкость.

Кроме того, влага может вызы­вать изменение физических свойств материалов — плотности, темпера­туры плавления, снижать грибо-стойкость материалов.