关于环氧涂料的绝缘性能分析研究

　　李志强，曾凡华
　　
　　（航天科工集团梅岭化工厂，贵州遵义563003）
　　
　　摘要：经对环氧磁漆的绝缘性分析和检测，以体积电阻率来解释和评价环氧涂料的绝缘性能，用试验检测对比了普通环氧涂料与绝缘环氧涂料在绝缘性能上存在的差异。普通环氧涂料的绝缘性能有时候是不能完全满意的，在一定条件下会有一定的“带电”，使用上应根据绝缘要求和使用环境来选择。
　　
　　关键词：环氧涂料；绝缘性能；体积电阻率
　　
　　1引言
　　
　　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。

　　表1环氧树脂与常用树脂绝缘性比

 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。

　　表2一些环氧涂料用颜填料的体积电阻率

　　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。

　　 　　4试验检测
　　
　　以各色环氧磁漆（环氧清漆作为无色磁漆）为检测对象，检测其体积电阻率，同时用军绿色普通环氧磁漆与绝缘环氧漆对比检测其在高潮湿环境下的体积电阻率，以检测值对照说明环氧涂料的绝缘性能。检测结果见表3~6。用于检测的各环氧涂料均是市购涂料。

　　表3普通与绝缘环氧涂料的绝缘性能比较

　　表5军绿色环氧涂料在不同环境下的绝缘性能比较

　　表6绝缘环氧涂料在不同环境下的绝缘性能比较

　　5结语
　　
　　试验检测结果与环氧涂料的绝缘性分析一致，环氧涂料的绝缘性在一定条件下是不可靠的，使用中应该根据具体环境选择使用。⑴当环氧涂料在没有颜填料时，比如环氧清漆（清漆也有填料，对绝缘性要求高的产品需要注意）其体积电阻率可达到1012Ω·cm，为绝缘体。而有颜（填）料的各色环氧磁漆，其体积电阻率可减小到106Ω·cm左右，其检测值表明各色环氧磁漆处于导体与半导体之间，因此，普通环氧磁漆存在导电的可能性。⑵绝缘环氧磁漆的体积电阻率均达到1014Ω·cm以上，与普通环氧磁漆的体积电阻率106~1012Ω·cm相比，在绝缘性能上大为提高，即便在高湿环境试验后检测其体积电阻率也有1013Ω·cm，因此，要得到良好绝缘性能的涂层，需要根据绝缘作用进行选择。在选择时，可以把体积电阻率作为选择绝缘涂料的参考值，根据绝缘需要选择。⑶对处于“半导体”状态的各色普通环氧涂料，常态下有一定的绝缘性，但在高湿环境中试验检测，体积电阻率由108~1010Ω·cm减小到105Ω·cm（或以下），绝缘性能明显下降，因此，在绝缘性要求高的环境中应选择绝缘环氧涂料。