Многие электроизоляционные материалы в той или иной степени гигроскопичны, т.е. способны сорбировать влагу из окружающей среды, и влагопроницаемы, т.е. способны пропускать влагу.

Гигроскопичность

Образец электроизоляционного материала при определенных условиях влажности и температуры окружающей среды через некоторое время достигает некоторого «равновесного» состояния влажности. Так, если сравнительно сухой образец материала находится во влажном воздухе с относительной влажностью φ, то будет наблюдаться постепенное поглощение материалом влаги из воздуха. Причем влажность материала (ψ), т.е. содержание влаги на единицу массы материала, в течение времени t будет повышаться, асимптотически приближаясь к равновесному значению ψ_p, соответствующему значению ψ (рис. 9.16, кривая а). Наоборот, если при тех же условиях образец из такого же материала обладает высокой начальной влажностью, то влажность образца будет уменьшаться, асимптотически приближаясь к равновесной ψ_p; в этом случае происходит сушка материала (рис.9.16, кривая б).

Рис.  9.16. Изменение влажности (ψ) материала при увлажнении (кривая а) и при сушке (кривая б) в условиях постоянной относительной влажности и температуры окружающей среды

Для различных материалов значения равновесной влажности при одном и том же значении относительной влажности воздуха могут значительно различаться.

При повышении температуры равновесная влажность, соответствующая тому же значению ψ_p, понижается. Таким образом, сушке способствуют кроме пониженной влажности окружающей среды и смены воздуха (вентиляции), обусловливающей соприкосновение с поверхностью материала новых объемов сухого воздуха, повышение температуры.

Под гигроскопичностью (в узком смысле слова) или влагопоглощаемостью подразумевают равновесную влажность данного материала при нормальной температуре в воздухе, относительная влажность (ψ_p) которого близка к 100 %.

Иногда электроизоляционные материалы соприкасаются не только с воздухом, содержащим пары воды, но и непосредственно с водой. Такова изоляция открытых установок, подвергающихся действию атмосферных осадков, изоляция электрических машин и аппаратов на кораблях, в насосах и т.п. В таких случаях представляет интерес водопоглощаемость изоляции.

Материалы анизотропного строения впитывают влагу в разных направлениях с различной скоростью. Так, дерево скорее впитывает влагу вдоль волокон, т.е. с торцевого спила ствола; слоистые пластики – вдоль слоев и т.д.

Гигроскопичность материала зависит от его строения. Большую роль играют наличие и размер капиллярных пор внутри материала, в которые проникает влага. Сильно пористые материалы, в частности волокнистые, более гигроскопичны, чем материалы плотного, сплошного строения. Гигроскопичность материалов, практически лишенных пор (например, стекол), может быть только поверхностной: поглощаемая из окружающей среды влага накапливается в виде тонкой пленки на поверхности материала, но не проникает вглубь.

Влагопроницаемость

Кроме гигроскопичности большое практическое значение имеет влагопроницаемость материалов, т.е. способность их пропускать через себя пары воды. Это свойство очень важно при оценке качества материалов, применяемых в виде защитных покровов (для шлангов кабелей, компаундных заливок, лаковых покрытий изоляции электрических машин и т.п.). О возможности проникновения влаги через мельчайшие поры можно судить по размеру молекулы воды, диаметр которой составляет 2,5·10^{-10 м.}

Способность твердого тела смачиваться водой (или другой жидкостью), характеризуется краевым углом смачивания (θ) капли воды, нанесенной на поверхность тела (рис. 9.17). Чем меньше θ, тем сильнее выражена смачиваемость материала. Для смачиваемых поверхностей θ < 90° (рис. 9.17, а), для несмачиваемых θ > 90° (рис. 9.17, б).

Рис. 9.17. Капли жидкости на поверхности:

а –  на смачиваемой; б – на несмачиваемой

Для уменьшения гигроскопичности и влагопроницаемости пористых электроизоляционных материалов широко применяют их пропитку.

Значение равновесного краевого угла определяется соотношением сил притяжения жидкости к твердому телу (адгезией) и сил взаимного притяжения между частицами самой жидкости (когезией). Соотношение между работой адгезии и когезии определяет способность жидкости смачивать поверхность твердого тела.

Поверхностное натяжение – это сила, действующая по касательной к поверхности жидкости. Поверхностное натяжение стремится сократить свободную поверхность жидкости до минимальных размеров. Сила поверхностного натяжения численно равна удельной свободной поверхностной энергии. Удельная свободная поверхностная энергия измеряется в тех же единицах, что и поверхностное натяжение (эрг/см²; Дж/м²).

Поверхностное натяжение, на границе раздела «твердое тело – газ» увеличивает площадь соприкосновения жидкости с твердой поверхностью и способствует растеканию капли. В противоположность этому поверхностное натяжение σ_ж.т препятствует растеканию капли и стремится сохранить границу раздела «жидкость – твердое тело». Поверхностное натяжение на границе жидкости с газом (σ_ж.г) стремится уменьшить поверхность капли. Оно направлено под углом θ к твердому телу.