Файл: Доценко Н.С. Долговечность элементов радиоэлектронной аппаратуры (влияние влаги).pdf

ности. Тангенс угла диэлектрических потерь у слюды увеличивается при повышении влажности. Так, образцы

виях 90%-ной о. в. tg 6 стал 0,0004. Измерения прово­ дились при комнатной температуре и частоте 1 Мгц.

Рассмотрев неорганические материалы, поглощающие воду объемом, перейдем к материалам, дающим поверх­ ностную пленку воды. При этом происходит снижение удельного поверхностного сопротивления материала. Поскольку поверхностная пленка влаги может образо­ вываться и на материалах, поглощающих воду объемом, то мы рассмотрим вопрос о поверхностном сопротивле­ нии для всех неорганических материалов.

Как уже указывалось, критерием смачиваемости жид­ кости, т. е. образования на ее поверхности сплошной полимолекулярной пленки влаги, является краевой угол смачивания. Зная краевой угол смачивания, можно заранее предсказать, будет ли изменяться поверхностное сопротивление исследуемого материала. Поскольку по­ верхностное сопротивление не является, строго говоря, константой данного материала, а определяется толщиной и проводимостью пленки воды, образующейся на мате­ риале, то вопросу изучения поверхностного сопротив­ ления уделялось мало внимания. Однако толщина и проводимость пленки влаги зависят от свойств материала, на котором эта пленка образуется, и поэтому можно го­ ворить о поверхностном сопротивлении стекла, слюды, кварца, керамики и других диэлектриков.

Таблица 10

79

В табл. 11 приведены данные по краевому углу сма­ чивания некоторых неорганических материалов [16]. Небольшие углы смачивания показывают, что материалы гидрофильны и на их поверхности легко образуется по­ лимолекулярная пленка воды. Однако интересно уз­ нать, как быстро образуется эта пленка и каково стацио­ нарное состояние ее с окружающей средой. Это можно узнать, измеряя поверхностное сопротивление мате-

риала через определенные промежутки времени. На рис. 17 приводится зависимость падения поверхностного сопротивления ps щелочного стекла (кривая 2) от вре­ мени его нахождения в эксикаторе с 98%-ной о. в. Наи­ большее падение ps происходит в первый час, а уже после второго часа сопротивление почти не меняется. Быстрое падение ps в первые минуты объясняется тем, что давление водяных паров в эксикаторе после того, как закрыта его крышка, устанавливается не сразу, а постепенно, и пропорционально увеличению давления растет и толщина полимолекулярной пленки влаги на поверхности диэлектрика и падает ps исследуемого диэ­ лектрика.

На величину ps влияют даже незначительные загряз­ нения поверхности испытуемого образца.

80

Т а б л и ц а 11

Величины краевых углов смачивания и предельные значения поверхностного сопротивления ps некоторых

неорганических материалов

обладающего достаточной адгезией к поверхности. В ка­ честве таких веществ могут быть рекомендованы кремнийорганические жидкости. На рис. 17 приведены за­ висимости lg Ps = / (т) для трех образцов ультрафар­ фора — с неочищенной поверхностью (3), со специально очищенной поверхностью (4) и покрытый силиконовым лаком (5). Образец, покрытый силиконовым лаком, дает весьма малое падение поверхностного сопротивления.

Следует отметить, что способность неорганических диэлектриков образовывать в условиях повышенной

ные материалы, обладающие только электронной поля­ ризацией. Обычно для этих материалов характерно зна­ чение диэлектрической проницаемости е = 2 2,5, обу-

82

словленное тем, что молекула этих диэлектриков яв­ ляется симметричной и имеет дипольный момент р, = О или очень близкий к нулю. К неполярным материалам следует отнести парафин, полиэтилен, фторопласт-4, эскапон, натуральный каучук и др. Однако следует ска­ зать, что условия полимеризации высокомолекулярных материалов нередко бывают таковы, что растущая це­ почка полимера обрывается за счет присоединения при-

ідг

Рис. 18. Зависимость tg б неполярных диэлектриков от частоты: а — полисти­ рол; б — полиэтилен, в — фторопласт-4

/ — образец вы суш ен до постоян ­ ного веса: 2 — воздуш н о -сухоіі образец ; 3 — р авн о весн о -у вл аж - ненныіі образец

сутствующих в исходных продуктах полярных радика­ лов, и тогда нарушается симметрия мономерных единиц цепочки полимера и появляются дипольные группы, активно проявляющие себя в полях высокой частоты путем релаксационных потерь. Поэтому в технике обычно не получаются чисто неполярные материалы, однако перечисленные выше материалы мы будем считать неполярными. Поскольку в частотном диапазоне lg б для увлажненных неполярных материалов на высоких частотах наблюдается увеличение tg б с наличием мак­ симума, это соответствует сферической форме распреде­ ления воды в материале. На рис. 18 приведены зависи­ мости tg б от частоты f для полиэтилена, полистирола и фторопласта-4, исследовавшихся при 30%-ной о. в.,

в состоянии равновесного влагопоглощения и в сухом состоянии [16 !. Для полиэтилена и полистирола имеются явно выраженные максимумы .tg б при высоких часто­ тах. Для фторопласта-4 исследован: е частотных зависи­ мостей tg б в разных степенях увлажнения показало полное отсутствие влияния влаги на его электрические свойства. Это можно объяснить наличием у этого мате­ риала чрезвычайно плотной упаковки молекул, исклю­ чающей возможность проникновения заметного коли-

Рис. 19. Зависимость tg б резины различной толщины от времени выдержки в 100%-ной о. в.

/ — <1 = 0 ,1 3 см; 2 — d = 0 ,1 8 5 см; 3 — (і = 0,4 6 5 см

чества воды в структуру полимера. Водопоглощение фторопласта за 24 ч пребывания в воде равно нулю.

Изменения в величине удельного сопротивления, а также и в величине тангенса угла диэлектрических по­ терь на частоте 50 гц в зависимости от времени выдержки во влажной атмосфере для неполярных материалов не наблюдается.

При изучении изменения электрических характеристик, в ча­ стности тангенса угла диэлектрических потерь резин в зависи­ мости от времени выдержки их во влажной атмосфере, было об­ наружено интересное свойство, заключающееся в том, что во временном ходе тангенса угла диэлектрических потерь от ув­ лажнения наблюдается максимум. На рис. 19 приведены зави­ симости tg б = f (т) при увлажнении резин. Характер этих за­ кономерностей можно объяснить, предположив, что наличие максимума в зависимости tg б = I (т) связано с механизмом по­ слойного увлажнения резины, вследствие чего получается не­ однородный двухслойный диэлектрик (рис. 20, а), эквивалентная

84