Электрофизические свойства лакокрасочных покрытий
Защитные лакокрасочные покрытия обладают рядом специфических электрических характеристик. Эти характеристики важны для обеспечения антикоррозионной защиты, а также для некоторых видов эксплуатации, например, там, где покрытие должно обладать антистатическими свойствами.
К сожалению, в популярных источниках теме электрических свойств ЛКП уделяется мало внимания. Что совершенно незаслуженно, поскольку эти свойства имеют большое значение и подлежат проверке во многих отраслях промышленности.
Ниже мы рассмотрим четыре электрофизических свойства ЛКП. Для понимания сути этих свойств нам придется вспомнить некоторые понятия курса электрофизики. Напомним, что большинство лакокрасочных покрытий являются диэлектриками (не проводят электрический ток). Исключение составляют токопроводящие покрытия, а также покрытия с добавлением специальных пигментов (цинконаполненные или антистатические материалы).
Удельное объемное сопротивление
Удельное объёмное сопротивление (удельное электрическое сопротивление) – это физическая величина, которая характеризует сопротивление материала протеканию постоянного электрического тока. Чем выше удельное объемное сопротивление, тем хуже покрытие проводит ток.
В зависимости от величины удельного объемного сопротивления лакокрасочные покрытия делятся на токопроводящие, антистатические и диэлектрики.
Для антистатических покрытий характерна величина удельного объемного сопротивления менее 109 Ом*м. Это покрытия, которые благодаря своей способности проводить электрический ток предотвращают накопление на поверхности статических электрических зарядов.
Цинконаполненные покрытия с большим содержанием цинка легко проводят электрический ток и являются токопроводящими.
Удельное объемное сопротивление определяют по ГОСТ 6433.2-71.
Диэлектрическая сплошность
Диэлектрическая сплошность (или сплошность диэлектрического покрытия) – это показатель того, насколько целым и однородным является изоляционный слой (лакокрасочное покрытие) по всей своей площади.
Простыми словами, это отсутствие несплошностей, трещин, пор, кратеров и других дефектов в слое краски.
Диэлектрически сплошное лакокрасочное покрытие имеет высокие защитные свойства. Если сплошность покрытия нарушена, то в месте нарушения сплошности начинает развиваться коррозия.
Диэлектрическая сплошность проверяется согласно ГОСТ 34395.
Лакокрасочное покрытие как электрическая емкость
Лакокрасочное покрытие является частью системы, которая в физическом смысле является конденсатором. Напомним, что в физике конденсатором называется устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика (изолятора). Основное свойство конденсатора – это его емкость, то есть способность накапливать электрическую энергию.
Применительно к лакокрасочному покрытию первой обкладкой является металлическая подложка, диэлектриком – ЛКП, второй обкладкой – среда эксплуатации (воздух, вода, технологическая жидкость).
Именно потому, что лакокрасочное покрытие ведет себя как конденсатор, становится возможным определение коэффициента соотношения емкостей и тангенса угла диэлектрических потерь – двух электрофизических характеристик, используемых для оценки состояния и защитных свойств покрытия. В процессе испытания через покрытие пропускается переменный ток и определяется зависимость емкости и сопротивления покрытия от частоты тока.
Благодаря работе покрытия в качестве конденсатора были созданы емкостно-омический метод и электрохимическая импедансная спектроскопия, применяемые для исследования покрытий, в т.ч. для определения причин разрушения.
Коэффициент соотношения емкостей
Коэффициент соотношения емкостей (К) – это отношение емкости на низкой частоте к емкости на высокой частоте:
где С2000 и С20000 – емкости покрытия при частоте 2000 и 20000 Гц соответственно.
У идеального покрытия коэффициент соотношения емкостей стремится к 1, т.е. емкость системы на низкой и высокой частотах одинаковы. У реальных покрытий с высоким уровнем качества коэффициент соотношения емкостей будет близок к 1.
В процессе эксплуатации вода проникает в покрытие, резко увеличивая емкость на низкой частоте. На этой стадии старения коэффициент соотношения емкостей активно растет.
Когда влага достигает поверхности металла, коэффициент соотношения емкостей принимает максимальное значение и далее не увеличивается. Стабилизация коэффициента означает начало процесса подпленочной коррозии.
Коэффициент соотношения емкостей определяет пористость и степень старения покрытия.
Тангенс угла диэлектрических потерь
Определяет диэлектрические свойства покрытия и дает представление о сопротивлении изоляции.
В идеальном покрытии (идеальный диэлектрик) тангенс угла диэлектрических потерь стремится к нулю. Однако реальные покрытия имеют несплошности и дефекты, поэтому на практике тангенс угла диэлектрических потерь никогда не равен нулю. Высокая величина тангенса указывает на низкое качество покрытия.
В процессе эксплуатации и старения покрытия сопротивление изоляции падает – тангенс угла диэлектрических потерь растет.
В целом, тангенс угла диэлектрических потерь указывает на диэлектрические свойства и степень старения покрытия.
Коэффициент соотношения емкостей и тангенс угла диэлектрических потерь определяют в соответствии с ГОСТ 9.409-88. Эти величины входят в программу тестирования лакокрасочных покрытий, допускаемых для применения в нефтегазовой и других отраслях промышленности.