книги из ГПНТБ / Герметизация полимерными материалами в радиоэлектронике

сительную влажность. Абсолютная влажность часто ха­ рактеризуется также упругостью паров или парциаль­ ным давлением паров воды, а относительная влажность отношением парциальных давлений паров воды в возду­ хе, находящемся в заданных условиях и в условиях его максимального насыщения влагой.

На рис. 1-3 представлены данные о содержании во­ дяных паров в воздухе при различных значениях тем­ пературы и относительной влажности. Из представлен-

ных на этом рисунке зависимостей следует, что при по­ вышении температуры воздуха его влагоемкость увеличивается. Однако при каждой заданной температуре (но не выше 100°С) максимальное содержание влаги, соот­ ветствующее 100% относительной влажности (насыще­ нию воздуха парами воды), ограничено вполне опреде­ ленным значением. Искусственное увеличение влагосодержания воздуха выше максимальной величины при­ водит к конденсации излишней влаги и выпадению ее в виде росы.

При охлаждении влажного воздуха, имеющего отно­ сительную влажность менее 100%, его абсолютная влаж-

20

ноеть не изменяется, но относительная влажность уве­ личивается, достигая 100% при некоторой температуре, называемой температурой точки росы. Дальнейшее охлаждение влажного воздуха ниже температуры росы приводит уже к снижению абсолютной влажности воз­ духа вследствие конденсации влаги при одновременном сохранении максимального, но постоянно уменьшающе­ гося при снижении температуры влагосодержания или сохранении равного 100% значения относительной влаж­ ности.

В системе, изолированной от источника водяного па­ ра, повышение температуры выше температуры точки росы приводит к снижению относительной влажности воздуха при сохранении постоянной абсолютной влаж­ ности.

Изменения абсолютной и относительной влажности при изменении температуры показаны на рис. 1-4 для случая системы с содержанием водяных паров 17,3 г/м3, соответствующим относительной влажности 100% при температуре 20°С. В данном случае эта температура является одновременно и температурой точки влажности порядка 95—98% — для выпадения росы достаточно не­ большого охлаждения (примерно 1—2°С).

На рис. 1-5 и 1-6 приведены диаграммы состояния двухкомпонентной системы «пар — жидкость», позволяю­ щие проследить за изменения­ ми давления и объема или во­ дяного пара при различных температурах.

В случае изотермического (при температуре ниже крити­ ческой) уменьшения объема водяного пара в замкнутой системе до 1% (рис. 1 -5) про­ исходит увеличение давления

до значения р0 (линия СВ'). Рис. 1-5. Изотерма системы

Дальнейшее уменьшение объ­ жидкость—пар. ема от %1 ДО Vzприводит к кон­

денсации воды при постоянном парциальном давлении паров воды (линия В'В). В этой области существует равновесие между сконденсированной жидкой водой и насыщенным водяным паром. Общее количество влаги в системе не изменяется, так как содержание влаги в па­ рообразном состоянии уменьшается, а количество скон-

21

денсираванной влаги на столько же увеличивается (по линии DE) \ этот процесс продолжается до уменьшения объема до значения ГгПри объеме Кг конденсация влаги прекращается, в системе остается одна жидкость (линия EF), и давление при дальнейшем уменьшении объема жидкости резко повышается вследствие ее малой

сжимаемости (линия ВА).

При повышении температуры системы уменьшается объем, при котором начинается конденсация пара, и уве­ личивается объем, занимаемый водой после конденсации всего пара, т. е. уменьшается протяженность прямолинейно­ го участка ВВ'. Конденсация начинается при большей плот­ ности пара и заканчивается

при меньшей его плотности. При некоторой температу­

ре, называемой критической температурой, прямолинейный участок исчезает, и система пе­ реходит в критическое состоя­ ние. Для воды критическая температура равна 374°С, а критическое давление 21,8 МПа. В критическом состоянии плот­ ность пара достигает значения плотности жидкости при тех же условиях температуры и давления. При температуре

выше критической водяной пар нельзя обратить в жид­ кость ни при каком давлении.

Рассмотрение подобных замкнутых систем имеет большое практическое значение. Они характеризуют ре­ альные защитные конструкции со свободным внутрен­ ним воздушным объемом (герметичные корпуса), а так­ же изделия, специально упакованные для транспорти­ ровки или для длительного складского хранения. Экс­ плуатация таких изделий или их хранение происходит при колебаниях температуры, доходящих, как было уже показано, до 100°С, или при выпадении росы в случае понижения температуры.

Приведенные выше данные показывают, что в зави­ симости от изменяющихся условий давления и темпе­ ратуры наиболее возможное содержание влаги в паро-

22

Ьоздушной смеси колеблется в значительных предела^. Так, количество влаги в 1 м3 воздуха в условиях насы­ щения при температурах 20; 40 и 60 СС составляет соот­ ветственно 17,3; 50,9 и 130,2 г, а с учетом изменения от­ носительной влажности воздуха эти различия являются еще более значительными. Такие колебания в количестве содержащейся в воздухе влаги характеризуют встречаю­ щийся в практических условиях широкий диапазон изме­ нения параметров РЭА и герметизирующих защитных материалов, подвергающихся воздействию влажного воз­ духа.

В табл. 1-4 приведены усредненные данные по вели­ чине влагопоглощения различных полимерных материа­ лов. (Влагопоглощение определялось после 24 ч пребы­ вания образцов в условиях 98% относительной влажно­ сти при температуре +20°С.)

Различные полимерные материалы в разной степени изменяют свойства в процессе увлажнения. Особенно заметно это различие проявляется в условиях воздейст­ вия на материалы естественного климата, так как про­ цессы поглощения влаги и образования (роста и размно­ жения) плесневых грибков в этом случае протекают иначе, чем при искусственном увлажнении.

В естественных условиях материалы не подвергаются непрерывному увлажнению вследствие непостоянства свойств окружающей среды. Наряду е этим существует определенная «цикличность» в изменении свойств среды в зависимости как от времени суток, так и от времени года.

Относительная влажность наряду с температурой и наличием' загрязнений является основным фактором, определяющим удельное поверхностное сопротивление электроизоляционных материалов. Поверхность диэлек­ трика адсорбирует из окружающей среды пары воды, в результате чего образуется полимолекулярная пленка влаги, которая и снижает удельное поверхностное сопро­ тивление диэлектрических материалов, в частности поли­ мерных. Поэтому часто наблюдаемые быстро протекаю­ щие во времени процессы изменения относительной влажности воздуха в естественных условиях непосредст­ венно сказываются на величине поверхностных токов утечки изоляции или защитного полимерного покрытия. В отличие от относительной влажности абсолютная влажность воздуха в естественном тропическом влажном

23

КФ-ЗМ, СКМ-1

климате изменяется сравнительно весьма медленно, вы­ зывая в результате также медленное изменение удель­ ного объемного сопротивления и электрической прочно­ сти электроизоляционных и других диэлектрических материалов. Заметные и практически существенные изме­ нения электрической прочности и удельного объемного сопротивления диэлектриков будут наблюдаться только тогда, когда влага начнет проникать внутрь материала. Процесс проникновения влаги в материал при пребыва­ нии его во влажной атмосфере со временем замедляется. Этот хорошо известный факт объясняется тем, что темп поглощения материалом влаги тем меньше, чем выше концентрация уже поглощенной материалом влаги, т. е. чем меньше разность существующего в данный момент времени влагосодержания в окружающей атмосфере и во внутреннем обломе изучаемого материала. В «су­ хой» период происходит обратный по отношению

кувлажнению процесс отдачи материалом влаги

вокружающую атмосферу (т. е. сушка или де­

сорбция). Процесс десорбции, как и процесс сорбции, у различных материалов и в разных условиях происхо­ дит с различной скоростью. Может оказаться, что в ряде случаев в «сухой» период и не вся поглощенная влага сможет удалиться из материала. Влага не обязательно может быть связана с материалом необратимо, и при дальнейшей влагоотдаче она могла бы и удалиться, но следующий «влажный» период прекращает процесс влаго­ отдачи и восстанавливает процесс сорбции (увлажнения) материала. Это может привести к неполному восстанов­ лению электрических свойств материала в «сухой» пери­ од. Периодические изменения влажности воздуха вызы­ вают периодические же изменения свойств материала, сдвинутые во времени относительно изменений влажно­ сти воздуха.

В конечном итоге после серии периодических (цикли­ ческих) увлажнений и высыханий можно ожидать сни­ жения удельного электрического сопротивления материа­ лов и сопротивления конструкций как неизбежный ре­ зультат необратимых изменений, возникающих в мате­ риалах и изделиях.

Ниже приведены результаты испытаний некоторых полимерных материалов в субтропическом влажном кли­

25

с, Он-

Декабрь

р,Ом-м

Декабрь L

р,Ом-м

Рис. 1-9. Изменение удельного объемного сопро­ тивления тех же материалов, что и на рис. 1-8, в тех же условиях.

29