Влажностные свойства диэлектрических материалов (лабораторная работа), страница 2

Вода представляет собой сильно полярный диэлектрик, ее относительная диэлектрическая проницаемость велика и сильно зависит от температуры ( падает на треть с повышением температуры от 5⁰С до 95⁰С) и слабо зависит от частоты вплоть до диапазона сантиметровых волн. Если учесть, что относительная диэлектрическая проницаемость изоляционных и многих конденсаторных диэлектриков невелика (от 2 до 10), становится ясно, почему даже при незначительном увлажнении диэлектриков заметно изменяются емкости конденсаторов и монтажные емкости частей аппаратуры, а вслед за ними амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики, частоты настройки колебательных контуров и другие параметры, зависящие от электрических емкостей.

Увлажнение диэлектриков приводит также к росту диэлектрических потерь, росту токов утечки, снижению электрической прочности. Наиболее существенно это проявляется в узлах, работающих на высоких частотах и при высоких напряжениях. Увлажнение диэлектриков способствует коррозии металлов, находящихся в контакте с диэлектриками; продукты коррозии создают пути утечки токов на поверхностях и в толще материалов.

В реальных условиях эксплуатации и хранения аппаратуры источником увлажнения выступает, главным образом, атмосферный воздух и в меньшей степени конденсированная влага и брызги. Процесс обмена влагой между диэлектриком и воздухом в зависимости от влажности воздуха и влагосодержания материала протекает во времени согласно рис. 2.

Рисунок 2

W_P – равновесное влагосодержание диэлектрика;

W_01, W₀₂ – начальные влагосодержания первого и второго образцов

В справочных данных на материалы указывают равновесный уровень влагосодержания, устанавливающийся при длительной выдержке в атмосфере с фиксированными температурой и относительной влажностью. Этот параметр обычно характеризует пористые, волокнистые и сыпучие материалы.

Аналогично протекает процесс водопоглощения при помещении образца материала в воду. В справочных данных на материалы указывают водопоглощение в %% по массе за известное время (8 часов; 24 часа; 7 суток; 30 суток, и т. д.).

Для пленочных материалов и материалов защитных покрытий важным параметром является коэффициент влагопроницаемости, показывающий, какое количество водяного пара в единицу времени способно проникнуть через пленку материала единичной толщины и единичной площади при единичном градиенте парциального давления водяного пара по разные стороны пленки. Размерность этого коэффициента: кг/м*с*Па. Уравнение влагопроницаемости:

µ=П(p₁-p₂)St/h ,

где µ - количество водяного пара, проходящего через пленку диэлектрика, кг;

П – коэффициент влагопроницаемости диэлектрика,   кг/м*с*Па;

p₁ ,  p₂ – парциальные давления водяного пара по одну и другую стороны пленки, Па;

S, h – площадь, м², и толщина, м, пленки диэлектрика;

t – время, с.

Как следует из справочных данных, полученных экспериментально, влаго- и водопоглощение мало у стекол, ситаллов, плотной (беспористой) керамики, у неполярных полимеров. Композиционные пластмассы отличаются заметным влаго- и водопоглощением, поэтому во многих применениях детали из этих материалов нуждаются в специальной защите от влаги. Так, детали из пористой керамики покрывают тонким слоем глазури, детали из слоистых пластиков, в частности, печатные платы с установленными на них элементами (печатные узлы) покрывают электроизоляционными лаками (до 8 – 15 слоев), обмотки трансформаторов, дросселей, электрических машин пропитывают лаками и обволакивают компаундами.

Эффективным способом защиты от атмосферной влаги является герметизация отдельных частей или всего изделия помещением его во влагонепроницаемые кожухи, например, металлические, или в стеклянные баллоны со специальной атмосферой.