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浅析环氧涂料的绝缘性能

放大字体  缩小字体 发布日期:2012-04-26   来源:涂料涂装资讯网   浏览次数:907  分享到: 分享到腾讯微博

由于热固性环氧树脂是绝缘的,因而一般用户也会认为环氧类涂料都是绝缘的,有的电器元件选用普通环氧涂层作绝缘防护层,特别是对具有耐酸碱要求或处于湿热环境的产品,像一些化学电源的外涂绝缘层,也选用环氧涂料兼作绝缘涂层,既耐酸碱、耐湿热又绝缘。的确,环氧涂层是以环氧树脂为主体与颜填料等配制而成的涂料,由于主体树脂是非导电的,环氧涂层应该是绝缘的,然而在实际应用中或在“某种环境”条件下,普通环氧涂料的涂层却可能是非绝缘的,作为绝缘防护层的环氧涂层却常常“带电”,这既耐酸碱又绝缘的保护涂层在绝缘性能上并不完全令人满意。这是什么原因呢?经分析和试验检测,环氧绝缘涂料要完全满足产品的绝缘性要求,需要根据产品具体的使用条件或绝缘程度来选择。

2环氧涂料的绝缘性分析

绝缘与导电是相对的,通常材料在有电压差而没有电子流动时被确认为是绝缘的,但是绝对没有电子流动是不存在的,这是个度量问题且不探讨。对涂层的绝缘性能常用击穿电压与体积电阻率来度量,击穿电压度量了涂层在一定厚度下所能承受的电压值,难以确切地度量出涂层的绝缘程度。以体积电阻率(Ω·cm)来描述分析其绝缘性更为方便,可以对绝缘性能进行“分级”处理。用不同的体积电阻率描述涂层不同的导电性能,可以确切地度量出涂层的导电程度:当体积电阻率大于1012Ω·cm时为绝缘体;体积电阻率在106~1012Ω·cm之间为半导体;体积电阻率小于106Ω·cm是导体,当体积电阻率小于1Ω·cm则为良导体。此处的绝缘体、半导体与导体并非完全意义上的物理概念,借用语文概念称绝缘体是指不善导电的物体,导体则为善导电的物体,半导体为可导电又不善导电的物体。以此度量来对环氧涂层进行绝缘性分析。

2.1主体树脂的分析

环氧涂料的主体树脂———环氧树脂是热固性高分子树脂,在“常规”电压差下是不会形成电子流动的,一般没有导电性能,检测数据表明其体积电阻率为108~1014Ω·cm,多数检测值都大于1012Ω·cm,属绝缘体,因而“单纯的”环氧树脂是不导电的,但与一些常用作电气绝缘材料的热塑性树脂相比,环氧树脂的绝缘性要差些(见表1),其绝缘等级比不上PVC等树脂的,虽然都是绝缘体但绝缘性能是有差异的。然而,当环氧树脂掺杂处理后,特别是掺杂活性基团后体积电阻率会小于106Ω·cm,其导电性大增,成为导体。在涂料生产中为了提高环氧树脂的化学反应活性,增强树脂与其它组分间的相容性,对其进行活性基团的掺杂处理是非常可能的,因此,环氧树脂是绝缘性的,在一定条件下却并非通常意义上的“完全”的绝缘材料,电气绝缘上将环氧树脂分为“一般”环氧树脂和绝缘环氧树脂,在“某些”时候环氧树脂不是绝缘体,起码不是可靠的绝缘体,当使用环境较为复杂时(比如高温潮湿环境),电气绝缘材料基本不选用“一般”环氧树脂,而涂料生产时关注的主要是涂料的使用性能,只要满足使用性能,“一般”树脂也是会选用的,因而普通涂料与绝缘涂料在环氧树脂的选择上是有区别的。

2.2添加剂的分析

环氧涂料的主要添加剂———颜填料等是涂料生产中必不可少的,这些组分的导电性十分复杂,目前涂料行业中使用的颜填料有金属及其化合物和有机颜料(大多含不饱和高分子聚合物或有机盐类)等,大都具有一定的导电性,表2列举了一些常见分子结构的颜填料的体积电阻率,这些分子结构的颜料基本体积电阻率均达到10~10-3Ω·cm,因此,添加剂会给环氧涂层的绝缘性带来不确定因素。如何选择添加剂是环氧涂料是否绝缘的关键,选择不绝缘的添加剂生产的环氧涂料会大大降低其绝缘性能,甚至会成为导电涂料。综上所述,普通环氧涂料在选择环氧树脂和添加剂时是不会专门考虑其绝缘性的,配制涂料时只会根据涂料的性能来选择;而绝缘性环氧涂料,在选择环氧树脂和添加剂时会考虑其绝缘性,比如选择添加剂时应选择绝缘材料,不得不选择非绝缘添加剂时,也要采取绝缘措施,如对添加剂的表面包覆稳定而耐腐蚀的绝缘层等进行绝缘处理。因此,普通环氧涂料与绝缘环氧涂料在绝缘性能上会有很大差异,这就是普通环氧涂料有可能导电的原因。上述绝缘性能的分析未分析到配制涂料时的各组分间的组合效应以及固化(相变)等对绝缘性能的影响。通常材料由液态转变成固态有利于材料的绝缘性;在树脂中添加导电成分会增强其导电性,更会将绝缘体变成导体,而多种导体成分的组合更加不利于材料的绝缘性。因此,普通环氧涂料的绝缘性是不可靠的,用其作绝缘保护层时,在“一些”时候绝缘表现是不会完全令人满意的,甚至在“某种条件”下还会是导电的。

3高温高湿环境对环氧涂层绝缘性的影响

高温高湿环境是许多产品都会经常遇到的工作环境,环境温、湿度与涂层的绝缘性能及使用寿命有极其重要的关系。高温会使环氧涂层分子内部不规则的布郎运动及电子活动加剧,此时环氧涂层间出现电压差时,就会产生电子流动而导电。而随着温度的上升,漆膜热降解加剧、热稳定性下降,其基本性能逐渐丧失,绝缘性能也就更差了,以国际电气协会通过的绝缘使用温度可按B级绝缘材料运用。在湿热环境中,在活跃的水分子渗透和“电解”作用下,环氧涂料的体积电阻率会减小,此时若涂覆层存在电压差,分子在环氧涂层表面及内层产生带电离子而“带电”,对一些处于半导体范畴的环氧涂层会因在高湿环境下而成为导体,体积电阻率会减到106Ω·cm以下,相对而言绝缘环氧涂层的体积电阻率变化不大,仍然是绝缘体。

 

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