Климатические воздействия на материалы и технические системы, страница 9

В некоторых материалах влагопоглощение происходит путем проникновения молекул воды как бы через полупроницаемую мембрану, разделяющую менее концентрированный раствор от более концентрированного. Такой процесс называют осмотическим, и он имеет место в материалах с наполнителем в виде порошка резины. Следует отметить, что проникновению влаги способствует низкая вязкость воды.

Адсорбция паров воды значительна у материалов, имеющих ионное строение, и почти отсутствует у материалов с малополярными или неполярными молекулами.

Поскольку сила притяжения полярной молекулы воды к иону больше, чем к нейтральной молекуле, то возможны два случая притяжения молекул воды к поверхности материала. Если сила притяжения молекул воды к поверхности материала велика, то вода растекается по поверхности, стремясь занять большую площадь. Смачиваемость поверхности материала водой характеризуется краевым углом смачивания (рисунок ІІІ.5-6.6.). Большой угол смачивания имеют неполярные органические  материалы, такие как полиизобутилен, парафин, фторопласт и др. Малый угол смачивания имеют полярные материалы, к которым относятся твердые органические диэлектрики, содержащие в своем составе гидроксильную группу. Материалы, поверхность которых не смачивается водой, называются гидрофобными, а поверхность которых смачивается - гидрофильными.

Адсорбция зависит также от состояния поверхности материала. Диэлектрики с грубой, шероховатой, пористой поверхностью сильнее адсорбируют влагу. Очевидно, что при малых краевых углах смачивания на поверхности материала образуется пленка воды, которая ухудшает его электрические параметры, особенно поверхностное сопротивление и пробивное напряжение. Образование на поверхности материала отдельных капель приводит к меньшему ухудшению электрических параметров. Изменение величины поверхностного сопротивления зависит от водопоглощаемости материала, относительной влажности и температуры среды, в которых он находится. Если водопоглощаемость материала мала, то при воздействии 100% - ной относительной влажности и нормальной температуре на поверхности образуется ионизированная проводящая пленка, наличие которой приводит к уменьшению поверхностного сопротивления и поверхностного пробивного напряжения. Помещение материала в среду с нулевой относительной влажностью обеспечивает быстрое восстановление величины поверхностного сопротивления.

При большой влагопоглощаемости материала восстановление свойств происходит медленно (до нескольких десятков минут). Величина изменения поверхностного сопротивления зависит также от длительности пребывания материала во влажной среде. Проникновение влаги в структуру материала определяется так же соотношением давлений паров в воздухе и в материале. Если давление паров воды в материале меньше, чем в воздухе, то влага из воздуха проникает внутрь материала. Когда внешнее давление оказывается равным внутреннему, то процесс проникновения прекращается.

Влагопоглощение за счет явления активной сорбции чаще всего имеет место при увеличении температуры окружающей среды и материала, которое приводит к росту парциального давления паров воды и теплового движения молекул диэлектрика. Рост теплового движения молекул приводит к образованию межмолекулярных промежутков, по которым ускоряется диффузия молекул воды вглубь материала. Образование межмолекулярных промежутков характерно для органических диэлектриков. Вещества с упорядоченным расположением молекул обладают меньшей влагопроницаемостью.

Поскольку в реальных условиях влажность окружающей среды периодически изменяется, то это приводит к соответствующему изменению сопротивления изоляции, а также к общему уменьшению его величины. Указанное уменьшение происходит из-за того, что скорость поглощения влаги материалом больше скорости ее испарения. В результате содержание влаги в материале возрастает. Поглощение влаги всем объемом материала называют абсорбцией. Абсорбированная материалом влага более опасна, чем адсорбированная на поверхности. Для ряда материалов механизм влияния влаги может объясняться действием обоих явлений. Количество влаги, поглощаемой неполярными и слабо полярными материалами, определяется по закону Генри: