激光粒度仪之:粉末涂料涂层的电学性能
激光粒度仪的应用,涂层固化成膜后,涂层的电学性能主要受涂层聚合物电学性能的影响。因此,作为成膜物质聚合物的电气绝缘性能是影响涂层整体绝缘性能的关键因素。聚合物绝缘材料的电学性能主要反映在如下几个基本电学参数上:介电常数、电阻率、抗击穿强度。
(1)介电常数
介电常数表征了聚合物在外电场作用下发生极化的特性,是表征材料介电性能的主要参数。在电场中,聚合物长链分子的结构、运动单元的多重性、结晶和取相的变化、链段和侧基的运动是影响聚合物介电常数的主要因素。一般来说,聚合物分子的极性越大,其介电常数也越大。同时介电常数也表现出明显的温度依赖性。在绝缘粉末涂料的研究中,很少有人对粉末涂层进行介电常数的测试。
(2)电阻率
电阻率表征了材料在电场作用下的导电性能。测试方法为材料在直流电源电压下产生的漏导电流,以Ω.cm表示。
从微观角度来看,决定聚合物电导率的主要参数是载流子的种类、浓度和迁移率。在聚合物中,载流子可能是电子、空穴、正负离子。他们可以由聚合物材料本身产生,也可以由聚合物制备过程中的杂质引起。在制备绝缘粉末涂料用高聚物时,分子结构中的原子最外层电子以共价键形式与其它原子键接,它们只能在平衡位置附近移动而会不发生远程迁移。因此,粉末涂料成膜聚合物制备过程中的杂质、游离离子、无机物填料中的杂质和涂膜吸附的水分成为整个体系中载流子的主要来源,使涂层电阻率下降。
由于涂层表面电性能和内部本体电性能有较大差异,所以测得的材料体积电阻率值和表面电阻率值存在较大差异。
在绝缘涂层的电阻率测试过程中,环境温湿度、测试电压(电场强度)、测试时间等都会影响涂层的电阻率。当环境湿度增加时,表面泄漏增大,体电导电流也会增加。而环境温度升高,载流子的运动速率加快,介质材料的吸收电流和电导电流相应增加,电阻率下降。当测试电压逐渐增加时,离子化运动逐渐加剧,电导电流的增加远比测试电压增加得快,材料的电阻值迅速降低。由此可见,外加测试电压越高,材料的电阻值越低,导致在不同电压下测试得到的材料电阻值可能有较大的差别。
(3)抗击穿强度
绝缘涂层在电场强度达到一定程度时,将失去原有的电绝缘性能导致大电流通过,同时伴随着不可回复的物理或化学变化,产生电击穿。涂层击穿时的最大电气强度值称为涂层的抗击穿强度。
按涂层击穿破坏的机理来讲,主要有特征击穿、热击穿、放电击穿几种类型。特征击穿主要由材料本身的结构,如分子量、结晶度和交联密度等决定;热击穿主要是材料的电功率消耗发热而引起的在电场和热能共同作用下引发的击穿;放电击穿主要发生在介质表面、内部微孔,或杂质附近因局部放电而引起的电击穿破坏。
从上述机理可知,涂层的电击穿过程伴随有物理和化学效应。要提高涂层的抗击穿强度,可以从以下几个方面入手:(1)使用极性聚合物;(2)使用具有高内聚能密度的聚合物;(3)提高聚合物的分子量、结晶度和交联密度;(4)使涂层具有均匀的平滑表面,减少内部微细孔隙的浓度;(5)尽量减少涂层聚合物中导电杂质的含量。
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