Лакокрасочные покрытия находят широкое применение в качестве электроизолирующих материалов. В первую очередь в таких покрытиях нуждаются радио-, электротехническая и электронная промышленность. Покрытия применяют в различных устройствах, начиная от катушек сопротивления, тончайших проводов, микромодулей и электронных схем и кончая огромными конструкциями типа лока- торных антенн, электронных генераторов, мощных электродвигателей и турбин. При этом покрытия испытывают воздействие электрического тока самых разных напряжений — от нескольких милливольт до сотен киловольт, причем нередко в широком диапазоне частот. Существенно могут меняться и рабочие температуры. Электрические свойства, в частности сопротивление, имеют важное значение и в обеспечении хороших противокоррозионных свойств покрытий.
В последнее время значительный интерес приобрели покрытия с повышенной электрической проводимостью — электропроводящие и антистатические. Их использование позволяет бороться со статическим электричеством и решать ряд других технических задач.
Наиболее важными электрическими свойствами лакокрасочных покрытий являются: электрическая проводимость, диэлектрическая проницаемость, диэлектрические потери, электрическая прочность.
Электрическая проводимость характеризует перенос электрических зарядов в веществе под действием внешнего электрического поля. Обычно пользуются показателями: Удельной объемной проводимостью у у (отношение плотности тока, текущего через образец, к напряженности электрического поля) или обратной величиной — Удельным объемным сопротивлением ру. Удельную объемную электрическую проводимость выражают в См/м (1 См/м = 1 Ом-1 • м-1), удельное объемное сопротивление — в Ом • м.
Большинство полимерных пленок обладает низкой электрической проводимостью, т. е. представляет собой диэлектрики. Прохождение через них электрического тока может быть вызвано ионной или электронной проводимостью.
Ионная проводимость наблюдается в полимерах, способных образовывать при электролитической диссоциации полиионы. Она особенно значительна у полимеров с большим водопоглощением. Так, электрическая проводимость нитратцеллюлозных, мочевино — и фенолоформальдегидных пленок на 30 % и более определяется их ионной проводимостью.
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; для них Уу — 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.
Говоря об электрической проводимости материалов, обычно имеют в виду объемную проводимость. Однако нередко пользуются и значениями поверхностной проводимости. Удельная поверхностная электрическая проводимость у5 обычно на 1-2 порядка больше объемной У у. У покрытий она резко возрастает с увеличением влажности окружающего воздуха.
Диэлектрическая проницаемость и тангенс угла диэлектрических потерь. Эти свойства взаимосвязаны. Если внести диэлектрик, например полимерную пленку, в электрическое поле, то происходит
Его поляризация, т. е. образование электрического (дипольного) момента ц, направленного вдоль поля:
|Д = фС,
Где д — заряд; Х — расстояние между центрами зарядов.
Значение этого момента — сумма двух составляющих: ориентационного и деформационного моментов. Чем больше дипольный момент ц, тем больше поляризация, тем выше диэлектрическая проницаемость в. У разных полимеров диэлектрическая проницаемость находится в пределах от 2,1 до 4,5. Например, у полярных пленкооб — разователей (эпоксидных, фенолоформальдегидных) она составляет 3,5-4,5, у неполярных (полифторолефины, полистирол) 2,0-2,5. В последнем случае она ориентировочно может быть вычислена, исходя из значений показателя преломления, по формуле Максвелла:
8= П.
Диэлектрическая проницаемость определяет радиопрозрачность покрытий: чем меньше 8, тем лучше проходимость радиоволн.
О диэлектрических потерях судят по тангенсу угла диэлектрических потерь tg 8 — отношению диссипированной электрической энергии (фактора потерь е") к запасенной энергии, определяемой диэлектрической проницаемостью е:
Tg 5 = е7е.
Под диэлектрическими потерями понимают часть энергии электрического поля, которая необратимо рассеивается в диэлектрике в виде теплоты.
Различают два типа диэлектрических потерь: дипольно-сегмен- тальные (проявляются в результате сегментального движения макромолекул в высокоэластическом состоянии) и дипольно-групповые, обусловленные ориентацией полярных групп (проявляются в стеклообразном состоянии).
Значение tg 5 у различных покрытий колеблется в пределах от 0,1 до 0,001. Хорошими покрытиями-диэлектриками считаются те, у которых tg 8 = 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.
Электрическая прочность (пробивное напряжение) Е1Ю характеризует физическую способность материала диэлектрика выдерживать воздействие электрического тока и выражается в МВ/м.
ЕпР = ипр/К
Где И11р — напряжение пробоя; К — толщина покрытия.
У покрытий-диэлектриков Дф достигают значений 50-80 МВ/м. Электрическая прочность, однако, в большой степени зависит от качества покрытия. Наличие слабых мест и дефектов в пленках сильно снижает их электрическую прочность.