Фактори, що впливають на електронні засоби.
Кліматичні впливу
Кліматичні впливу при експлуатації ЕС поділяють на природні та штучні. Природні кліматичні впливи визначаються погодними умовами, що включають температуру, вологість, вітер, атмосферний тиск та інші Штучні кліматичні впливи створюються внаслідок функціонування ЕС і розташованих поруч об'єктів.
Формування природних кліматичних впливів. При складанні технічних умов на ЕС, а також програми і методики випробувань природні кліматичні дії, зазвичай звані кліматом, враховують у вигляді усереднених кліматичних факторів у тих чи інших частинах земної поверхні за тривалий період часу. Формування клімату на певній території відбувається під впливом радіаційного процесу, циркуляції атмосфери, влагооборота, що визначають тепловий і водний баланс поверхні Землі в природному географічному середовищі.
Радіаційний процес характеризується розподілом радіаційного балансу R, враховує прихід / витрата енергії сонячної радіації.
Складовими частинами радіаційного балансу є пряма (Q) і розсіяна (q) сонячна радіація, а також ефективне випромінювання (Е) Землі, під яким розуміють різницю протилежно спрямованих потоків випромінювання земної поверхні та атмосфери. Відношення відображеної енергії сонячної радіації до падаючої характеризується числом б, званим <<альбедо>> і висловлюваним звичайно у відсотках.
Очевидно, що альбедо залежить від місцевих фізико-географічних умов земної поверхні, тобто від близькості моря, напрямків морських течій, гірських хребтів, висоти місцевості та ін
Рівняння радіаційного балансу
R = (Q + q) (a - 1) E
На підставі численних досліджень радіаційних процесів в окремих районах Землі розроблені світові карти складових радіаційного балансу. Встановлено також, що сонячна сумарна радіація при безхмарному небі має порівняно стійкі середньомісячні добові значення, які визначаються в основному широтою місцевості і порою року (рис. 1).
90 70 50 30 10 Про W 30 50 70 90 град
Рис. 1. Середньомісячні добові значення сонячної сумарної радіації при безхмарному небі в залежності від широти місцевості і пори року (I-XII-місяці року).
Добовий хід і годинні суми сонячної радіації залежать від місця розташування кліматичної області та характерних для неї погодних умов. Зміна сонячної радіації оцінюється відношенням її максимального значення до мінімального і виражається у відсотках. Найменша зміна добових сум радіації спостерігається в пустельних районах землі, що пояснюється малою хмарністю і переважанням хмар верхнього ярусу, трохи послаблюють сонячну радіацію. Найбільша відмінність між максимальним і мінімальним значеннями сонячної радіації має місце в прибережних районах помірних широт у зв'язку з частою зміною погодних умов. Наявність парів води і пилу в повітрі суттєво зменшує інтенсивність сонячної радіації.
Циркуляція атмосфер - це переміщення повітряних мас (течій з різним вмістом теплоти і вологи), а також зміна їх властивостей, що супроводжується утворенням поверхонь розділу між різними повітряними масами. Основні причини загальної циркуляції атмосфери - неоднакове нагрівання Сонцем поверхні Земної кулі і обертання Землі. Крім того, на загальну циркуляцію атмосфери впливає зміна ландшафту і поверхні Землі, що викликає постійно діючі турбулентні потоки відбитого тепла, які призводять до зміни температури і щільності повітря в тропосфері.
Влагооборот - це ряд послідовних фізичних процесів, що відбуваються з водою (випаровування, конденсація, утворення хмар, випадання опадів), а також перенесення вологи. Влагооборот визначає континентальність клімату і залежить від нерівномірності нагрівання суші і океану, наявності циркуляції повітряних мас і зміни ландшафту. Влагооборот між сушею і океаном називають зовнішнім, а в межах обмеженій території - внутрішнім.
Внутрішній влагооборота (рис. 2) визначається кількістю До зовнішньої вологи, яка частково випадає на територію у вигляді осаду О, і частково виноситься за її межі атмосферним стоком З а. Частина опадів О і випаровується, частина утворює поверхневий стік З п. При гідрометеорологічних спостереженнях вимірюють кількість опадів, що випали і випарувалася вологи.
рис.2. Внутрішній влагооборот на обмеженій території.
Решта складові частини влагооборота не враховують.
Одним з основних процесів влагооборота є випаровування, яке залежить від радіаційного балансу (енергетичних ресурсів) і зволоження поверхні Землі. Зі збільшенням широти місцевості і зниженням сонячної радіації випаровування зменшується.
Питання класифікації макрокліматичних умов Землі з точки зору їх впливу на вироби є предметом вивчення міжнародної технічної кліматології.
В основу класифікації покладено усереднені за багато років значення наступних кліматичних факторів: екстремальної (максимальної і мінімальної) температури за рік; максимальної абсолютної вологості повітря; максимальної температури в поєднанні з відносною вологістю повітря дорівнює або перевищує 95%. У табл. 1. наведено групи кліматів, що визначають категорію застосування елементів згідно даній класифікації. Однак мікрокліматичні умови використання елементів у різних електронних пристроях, в комплексах і системах характеризуються більш високими значеннями максимальної температури, ніж наведені в табл. 1.1
Кліматичні фактори, які суттєво впливають на ЕС.
На роботу сучасних ЕС значний вплив робить температурний режим експлуатації, найважливіші показники якого - абсолютні річні мінімуми і максимуми температури. Основними факторами, що визначають зміна температури, є широта місцевості, ступінь континентальності, топографічні умови. Вплив перших двох факторів обумовлює плавне і послідовна зміна температури. Топографічні умови (висота над рівнем моря і форма рельєфу) порушують цей плавний хід.
Підводячи підсумок розгляду природних кліматичних умов, можна зробити висновок, що для різних зон експлуатації характерні різні поєднання і тривалість впливу кліматичних факторів.
Під впливом цих факторів в елементах протікають складні фізико-хімічні процеси, які змінюють їх властивості і викликають відмови ЕС. Тому при конструюванні ЕС розробнику необхідно розташовувати не тільки допустимими значеннями впливають кліматичних факторів, при яких гарантується надійна робота ЕС, але й найбільш повною інформацією про зміну характеристик елементів при дії цих факторів. У табл. 1.2 наведені допустимі значення факторів природних кліматичних впливів для конкретних способів монтажу елементів і розміщення ЕС на об'єкті.
Таблиця 1.1 Групи кліматів, значення чинників (усереднені за багато років) природних кліматичних впливів і категорії застосування елементів ЕС.
Допустимі значення цих факторів залежать від конструктивного виконання ЕС, що пов'язано з тим, що кліматичні умови, в яких функціонує ЕС, є сукупність природних і штучних впливів ЕС, є сукупність природних і штучних впливів. Останні ж, як правило, визначаються саме конструктивним виконанням ЕС, а, отже, впливом цих впливів можна управляти.
Через наявність у конструкції виробів сполучень частин з матеріалів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення певну небезпеку для ЕС являють різкі коливання температури навколишнього середовища.
При різниці температур ΔT в сполучених частинах конструкції виникають механічні напруги y = E (б 1 _-б 2) ΔT, де Е - модуль пружності; б 1 _і б 2-температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалів сполучених частин конструкції виробу.
Механічні напруги визначають стійкість ЕС до температурних коливань. При значеннях г, що перевищують допустимі, можливе руйнування
конструкції ЕС. Досвід експлуатації показує, що для ЕС особливо небезпечна підвищена вологість навколишнього середовища. Це пояснюється виключно агресивним впливом парів води на більшість використовуваних в ЕС матеріалів, що призводить до зміни їх електрофізичних властивостей і механічних характеристик.
Для захисту від дії підвищеної вологості елементи, як правило, герметизують, використовуючи органічні полімерні матеріали. Виробляють покриття лакаміi, емалями, обволікання компаундами, литьевое пресування у пластмасу, герметизацію в готові пластмасові корпуси і т.д. Однак жоден із способів герметизації не забезпечує ідеальної вологозахисту через мікропорожнин в зварних та паяних швах корпусів, а при герметизації полімерними матеріалами - через здатність останніх сорбувати і пропускати пари води.
2 Біологічні впливу.
Біологічні дії, у яких знаходяться ЕС, визначаються сукупністю впливають біологічних факторів. Біологічний фактор (біофактор) - це організми або їх спільноти, що викликають порушення працездатного стану об'єкта. Подія, що складається у виході будь-якого параметра ЕС під дією біофактора за кордону, зазначені в НД, називають біологічним пошкодженням (биоповреждениям).
Види біопошкоджень. Аналіз біопошкоджень дозволяє виділити 4 їх виду (рис.3)
Рис.3
Механічне руйнування ЕС викликається в основному макроорганізмами, тобто організмами, що мають розміри, порівнянні з габаритами виробів. Макроразрушеніе при контакті може відбутися в результаті зіткнення, прогризанія і знищення вироби, наприклад при зіткненні птахів з літаками і антенами радіолокаційних станцій, прогризаніі матеріалів гризунами (щурами, зайцями, білками, сліпаки і | тощо), а також откриточелюстнимі комахами (переважно різними видами термітів і мурах). Знищення матеріалів і виробів відбувається в основному в процесі живлення організмів.
Погіршення експлуатаційних параметрів ЕС викликається біоуражень, біозасореніем і біообростання. Біоуражень називають виділення організмів і продукти їх життєдіяльності, вплив яких в результаті змочування водою або вбирання вологи з повітря призводить до зміни параметрів виробів. Біозасореніе ЕС пов'язано з наявністю спор грибів і бактерій, насіння рослин, частин міцелію грибів, посліду птахів, виділень організмів, що відмирають організмів. Обростання бактеріями, грибами, водоростями, губками, молюсками та іншими організмами поверхонь ЕС підсилює корозію металів.
Біохімічне руйнування - найбільш широко розповсюджений вид біопошкоджень, але разом з тим і найбільш важко піддається вивченню, тому що викликається в основному мікроорганізмами - будь-якими | організмами, що мають мікроскопічні розміри і не видимими неозброєним оком. Цей вид руйнування поділяють на два підвиди: біологічне споживання матеріалів у процесі живлення мікроорганізмів і хімічний вплив виділяються при цьому речовин. Біологічне споживання пов'язане з попереднім хімічним руйнуванням ферментами вихідного матеріалу іноді тільки одного компонента (звичайно низькомолекулярного з'єднання, наприклад пластифікатора, стабілізатора). Таке руйнування відкриває шлях фізико-хімічної корозії, призводить до погіршення термодинамічних властивостей матеріалу і його механічному руйнуванню під дією експлуатаційних навантажень. Хімічне виробництво продуктів обміну підвищує агресивність середовища, стимулює процеси корозії.
Фізико-хімічна корозія на кордоні матеріал - організм обумовлена впливом аміно-і органічних кислот, а також продуктів гідролізу. В основі цього виду биоповреждения, званого біокорозії, лежать електрохімічні процеси корозії металів під дією мікроорганізмів.
Характер процесів і механізмів біопошкоджень та їх вплив на матеріали та вироби тісно пов'язані з ростом і розмноженням організмів, яким необхідно постійно поповнювати енергію від зовнішніх джерел.
Біофактор як джерело биоповреждения.
Переважна більшість (від 50 до 80%) ушкоджень ЕС зумовлено впливом на них мікроорганізмів (бактерій, пліснявих грибів і ін), розвиток і життєдіяльність яких визначаються зовнішніми впливають чинниками: фізичними (вологість і температура середовища, тиск, радіація і т.д. ), хімічними (склад і реакція середовища, її окислювально-відновні дії), біологічними. Найбільший вплив на активність мікроорганізмів надають температура і вологість.
Бактерії - найчисленніша і поширена група мікроорганізмів, що мають одноклітинне будову. Бактерії швидко розмножуються і легко пристосовуються до мінливих фізичних, хімічних і біологічних умов середовища завдяки тому, що вони можуть адаптивно утворювати ферменти, необхідні для трансформації поживних середовищ. Одна з особливостей мікроорганізмів-їх здатність до спороутворення. Освіта спір у бактерій не пов'язано з процесом розмноження, а служить пристосуванням до виживання в несприятливих умовах зовнішнього середовища (нестачі поживних речовин, висушуванні, зміні рН середовища і т. д.), причому з однієї клітини формується тільки одна спору. Розмноження бактерій здійснюється шляхом ділення клітин.
Пліснява, що грають домінуючу роль серед мікроорганізмів, відрізняються від бактерій складнішою будовою. Клітини грибів мають витягнуту форму і нагадують нитки - гіфи. Гіфи гілкуються і переплітаються, утворюючи міцелій або грибницю. Особливість грибів - різноманітність способів їх розмноження: обривками міцелію, суперечками, оідіямі, конідіями. Оптимальними умовами для розвитку більшості цвілевих грибів є висока вологість (понад 85%), температура +20 ... 30 ° С і нерухомість повітря. Велику роль при заселенні матеріалів бактеріями і грибами відіграє здатність суперечка адсорбуватися на гладкій поверхні.
Дія мікроорганізмів на матеріали та елементи ЕС пояснюється тим, що завдяки мікроскопічним розмірам гіфи і суперечки проникають в поглиблення і тріщини матеріалу, проростають у них, утворюючи міцелій, який, швидко поширюючись по субстрату, викликає зміна маси, водопоглинання і ступеня гідрофобності. Обростання мікроорганізмами залежить від хімічного складу і будови матеріалу, мікрофлори навколишнього середовища, наявності забруднень (органічних і неорганічних) в повітрі, кліматичних умов і вибірковості дії спільнот організмів. У першу чергу вражають гриби матеріали, що містять живильні для них речовини. Це тканини з натуральних волокон, білкові клеї, вуглеводні, пластмаси, фарби, залишки флюсів, розчинників та ін Використовуючи ці матеріали в якості джерел вуглецю та енергії, гриби приводять їх в непридатність. Однак псування піддаються і матеріали, що не містять ніяких поживних речовин, наприклад розростання міцелію на поверхні оптичного скла. Після видалення грибного нальоту на склі залишаються сліди, що нагадують міцелій, - «малюнок травлення». - Це наслідок руйнування скла продуктами метаболізму, з яких найбільш агресивними є органічні кислоти (лимонна, оцтова, щавлева, винна, яблучна і ін.)
Органічні кислоти та інші метаболіти, володіючи високою провідністю, можуть бути основною причиною зниження питомих поверхневого і об'ємного опорів матеріалів, напруги пробою, збільшення тангенса кута діелектричних втрат, руйнування лакофарбових покриттів. Ці кислоти, як зазначалося, стимулюють корозію металів, яка завдає не меншої шкоди, ніж бактерії.
Під впливом цвілі значно зростає інтенсивність старіння пластмас, а міцність деяких склопластиків знижується на 20 ... 30%.
Розвиток пліснявих грибів на електроізоляційних матеріалах погіршує їх діелектричні властивості. Освіта цвілі на поверхнях друкованих плат внаслідок високого вмісту вологи в клітинах грибів (до 90%) призводить до коротких замикань між струмоведучими частинами. Дослідження в електронній промисловості показали, що 45% готових ІС містять спори цвілевих грибів 19 видів. Джерелами їх є руки робітників, технологічні середовища і повітря в приміщеннях. Заростання ІС колоніями «чорної цвілі» дає 40,7% шлюбу. Застосування гарячих операцій на початкових стадіях технологічного процесу значно зменшує число колоній. Сприятлива дія робить і аерація повітря у виробничих приміщеннях.
Серед комах найбільшу шкоду завдають терміни - «білі мурашки», які ушкоджують матеріали та вироби, розташовані на шляху до їжі, місцем окукліванія та будівництва гнізд. Наявність щілин, зазорів та інших укриттів може залучати комах. Шорстка поверхня зручна для їх пересування. На холодні предмети комахи не сідають, а теплі їх залучають. Терміти спочатку вигризають у матеріалі невеликі порожнини, потім їх обживають, викликаючи біозасореніе і біоуражень виробів.
Руйнувань зазнають, перш за все, целлюлозосодержащіе (дерево, картон, папір) і м'які синтетичні матеріали і вироби з пінополіуретану, губчастого поліетилену, пінополістиролу, фенопластов з целюлозними наповнювачами, полівінілхлоридних трубок, гуми на основі натурального каучуку, склопластика на основі ЕДМ-2-2 , склотканини, просоченої клеєм БФ-2, і т.д. Великі скупчення комах часто служать причиною коротких замикань і інших порушень роботи ЕС.
Серед інших видів комах найбільш небезпечні моль (пошкоджує натуральні та штучні тканини), жуки-кожеед (руйнують кабелі та покриття), мурашки (засмічують і забруднюють вироби).
Гризуни завдають в основному механічні пошкодження, що викликають обриви, замикання та порушення герметизації. У СРСР відомо близько 140 видів гризунів, з яких найбільшої шкоди завдають сіра, чорна, пластінчатозубая і туркестанська щури, хатня, польова, лісова і азіатська миші, білки, бобри, ондатри, кроти, сліпаки, зайці. Гризуни ушкоджують різні прилади, тару і упаковку, теплоізоляційні матеріали, гумотехнічні вироби, плівки, кабель і т. д. Крім прямого знищення сировини, матеріалів, виробів гризуни забруднюють їх екскрементами, вовною.
Кліматичні впливу
Кліматичні впливу при експлуатації ЕС поділяють на природні та штучні. Природні кліматичні впливи визначаються погодними умовами, що включають температуру, вологість, вітер, атмосферний тиск та інші Штучні кліматичні впливи створюються внаслідок функціонування ЕС і розташованих поруч об'єктів.
Формування природних кліматичних впливів. При складанні технічних умов на ЕС, а також програми і методики випробувань природні кліматичні дії, зазвичай звані кліматом, враховують у вигляді усереднених кліматичних факторів у тих чи інших частинах земної поверхні за тривалий період часу. Формування клімату на певній території відбувається під впливом радіаційного процесу, циркуляції атмосфери, влагооборота, що визначають тепловий і водний баланс поверхні Землі в природному географічному середовищі.
Радіаційний процес характеризується розподілом радіаційного балансу R, враховує прихід / витрата енергії сонячної радіації.
Складовими частинами радіаційного балансу є пряма (Q) і розсіяна (q) сонячна радіація, а також ефективне випромінювання (Е) Землі, під яким розуміють різницю протилежно спрямованих потоків випромінювання земної поверхні та атмосфери. Відношення відображеної енергії сонячної радіації до падаючої характеризується числом б, званим <<альбедо>> і висловлюваним звичайно у відсотках.
Очевидно, що альбедо залежить від місцевих фізико-географічних умов земної поверхні, тобто від близькості моря, напрямків морських течій, гірських хребтів, висоти місцевості та ін
Рівняння радіаційного балансу
R = (Q + q) (a - 1) E
На підставі численних досліджень радіаційних процесів в окремих районах Землі розроблені світові карти складових радіаційного балансу. Встановлено також, що сонячна сумарна радіація при безхмарному небі має порівняно стійкі середньомісячні добові значення, які визначаються в основному широтою місцевості і порою року (рис. 1).
90 70 50 30 10 Про W 30 50 70 90 град
Рис. 1. Середньомісячні добові значення сонячної сумарної радіації при безхмарному небі в залежності від широти місцевості і пори року (I-XII-місяці року).
Добовий хід і годинні суми сонячної радіації залежать від місця розташування кліматичної області та характерних для неї погодних умов. Зміна сонячної радіації оцінюється відношенням її максимального значення до мінімального і виражається у відсотках. Найменша зміна добових сум радіації спостерігається в пустельних районах землі, що пояснюється малою хмарністю і переважанням хмар верхнього ярусу, трохи послаблюють сонячну радіацію. Найбільша відмінність між максимальним і мінімальним значеннями сонячної радіації має місце в прибережних районах помірних широт у зв'язку з частою зміною погодних умов. Наявність парів води і пилу в повітрі суттєво зменшує інтенсивність сонячної радіації.
Циркуляція атмосфер - це переміщення повітряних мас (течій з різним вмістом теплоти і вологи), а також зміна їх властивостей, що супроводжується утворенням поверхонь розділу між різними повітряними масами. Основні причини загальної циркуляції атмосфери - неоднакове нагрівання Сонцем поверхні Земної кулі і обертання Землі. Крім того, на загальну циркуляцію атмосфери впливає зміна ландшафту і поверхні Землі, що викликає постійно діючі турбулентні потоки відбитого тепла, які призводять до зміни температури і щільності повітря в тропосфері.
Влагооборот - це ряд послідовних фізичних процесів, що відбуваються з водою (випаровування, конденсація, утворення хмар, випадання опадів), а також перенесення вологи. Влагооборот визначає континентальність клімату і залежить від нерівномірності нагрівання суші і океану, наявності циркуляції повітряних мас і зміни ландшафту. Влагооборот між сушею і океаном називають зовнішнім, а в межах обмеженій території - внутрішнім.
рис.2. Внутрішній влагооборот на обмеженій території.
Решта складові частини влагооборота не враховують.
Одним з основних процесів влагооборота є випаровування, яке залежить від радіаційного балансу (енергетичних ресурсів) і зволоження поверхні Землі. Зі збільшенням широти місцевості і зниженням сонячної радіації випаровування зменшується.
Питання класифікації макрокліматичних умов Землі з точки зору їх впливу на вироби є предметом вивчення міжнародної технічної кліматології.
В основу класифікації покладено усереднені за багато років значення наступних кліматичних факторів: екстремальної (максимальної і мінімальної) температури за рік; максимальної абсолютної вологості повітря; максимальної температури в поєднанні з відносною вологістю повітря дорівнює або перевищує 95%. У табл. 1. наведено групи кліматів, що визначають категорію застосування елементів згідно даній класифікації. Однак мікрокліматичні умови використання елементів у різних електронних пристроях, в комплексах і системах характеризуються більш високими значеннями максимальної температури, ніж наведені в табл. 1.1
Кліматичні фактори, які суттєво впливають на ЕС.
На роботу сучасних ЕС значний вплив робить температурний режим експлуатації, найважливіші показники якого - абсолютні річні мінімуми і максимуми температури. Основними факторами, що визначають зміна температури, є широта місцевості, ступінь континентальності, топографічні умови. Вплив перших двох факторів обумовлює плавне і послідовна зміна температури. Топографічні умови (висота над рівнем моря і форма рельєфу) порушують цей плавний хід.
Підводячи підсумок розгляду природних кліматичних умов, можна зробити висновок, що для різних зон експлуатації характерні різні поєднання і тривалість впливу кліматичних факторів.
Під впливом цих факторів в елементах протікають складні фізико-хімічні процеси, які змінюють їх властивості і викликають відмови ЕС. Тому при конструюванні ЕС розробнику необхідно розташовувати не тільки допустимими значеннями впливають кліматичних факторів, при яких гарантується надійна робота ЕС, але й найбільш повною інформацією про зміну характеристик елементів при дії цих факторів. У табл. 1.2 наведені допустимі значення факторів природних кліматичних впливів для конкретних способів монтажу елементів і розміщення ЕС на об'єкті.
Таблиця 1.1 Групи кліматів, значення чинників (усереднені за багато років) природних кліматичних впливів і категорії застосування елементів ЕС.
Допустимі значення цих факторів залежать від конструктивного виконання ЕС, що пов'язано з тим, що кліматичні умови, в яких функціонує ЕС, є сукупність природних і штучних впливів ЕС, є сукупність природних і штучних впливів. Останні ж, як правило, визначаються саме конструктивним виконанням ЕС, а, отже, впливом цих впливів можна управляти.
Через наявність у конструкції виробів сполучень частин з матеріалів з різними температурними коефіцієнтами лінійного розширення певну небезпеку для ЕС являють різкі коливання температури навколишнього середовища.
При різниці температур ΔT в сполучених частинах конструкції виникають механічні напруги y = E (б 1 _-б 2) ΔT, де Е - модуль пружності; б 1 _і б 2-температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалів сполучених частин конструкції виробу.
Механічні напруги визначають стійкість ЕС до температурних коливань. При значеннях г, що перевищують допустимі, можливе руйнування
конструкції ЕС. Досвід експлуатації показує, що для ЕС особливо небезпечна підвищена вологість навколишнього середовища. Це пояснюється виключно агресивним впливом парів води на більшість використовуваних в ЕС матеріалів, що призводить до зміни їх електрофізичних властивостей і механічних характеристик.
Для захисту від дії підвищеної вологості елементи, як правило, герметизують, використовуючи органічні полімерні матеріали. Виробляють покриття лакаміi, емалями, обволікання компаундами, литьевое пресування у пластмасу, герметизацію в готові пластмасові корпуси і т.д. Однак жоден із способів герметизації не забезпечує ідеальної вологозахисту через мікропорожнин в зварних та паяних швах корпусів, а при герметизації полімерними матеріалами - через здатність останніх сорбувати і пропускати пари води.
2 Біологічні впливу.
Біологічні дії, у яких знаходяться ЕС, визначаються сукупністю впливають біологічних факторів. Біологічний фактор (біофактор) - це організми або їх спільноти, що викликають порушення працездатного стану об'єкта. Подія, що складається у виході будь-якого параметра ЕС під дією біофактора за кордону, зазначені в НД, називають біологічним пошкодженням (биоповреждениям).
Види біопошкоджень. Аналіз біопошкоджень дозволяє виділити 4 їх виду (рис.3)
Рис.3
Механічне руйнування ЕС викликається в основному макроорганізмами, тобто організмами, що мають розміри, порівнянні з габаритами виробів. Макроразрушеніе при контакті може відбутися в результаті зіткнення, прогризанія і знищення вироби, наприклад при зіткненні птахів з літаками і антенами радіолокаційних станцій, прогризаніі матеріалів гризунами (щурами, зайцями, білками, сліпаки і | тощо), а також откриточелюстнимі комахами (переважно різними видами термітів і мурах). Знищення матеріалів і виробів відбувається в основному в процесі живлення організмів.
Погіршення експлуатаційних параметрів ЕС викликається біоуражень, біозасореніем і біообростання. Біоуражень називають виділення організмів і продукти їх життєдіяльності, вплив яких в результаті змочування водою або вбирання вологи з повітря призводить до зміни параметрів виробів. Біозасореніе ЕС пов'язано з наявністю спор грибів і бактерій, насіння рослин, частин міцелію грибів, посліду птахів, виділень організмів, що відмирають організмів. Обростання бактеріями, грибами, водоростями, губками, молюсками та іншими організмами поверхонь ЕС підсилює корозію металів.
Біохімічне руйнування - найбільш широко розповсюджений вид біопошкоджень, але разом з тим і найбільш важко піддається вивченню, тому що викликається в основному мікроорганізмами - будь-якими | організмами, що мають мікроскопічні розміри і не видимими неозброєним оком. Цей вид руйнування поділяють на два підвиди: біологічне споживання матеріалів у процесі живлення мікроорганізмів і хімічний вплив виділяються при цьому речовин. Біологічне споживання пов'язане з попереднім хімічним руйнуванням ферментами вихідного матеріалу іноді тільки одного компонента (звичайно низькомолекулярного з'єднання, наприклад пластифікатора, стабілізатора). Таке руйнування відкриває шлях фізико-хімічної корозії, призводить до погіршення термодинамічних властивостей матеріалу і його механічному руйнуванню під дією експлуатаційних навантажень. Хімічне виробництво продуктів обміну підвищує агресивність середовища, стимулює процеси корозії.
Фізико-хімічна корозія на кордоні матеріал - організм обумовлена впливом аміно-і органічних кислот, а також продуктів гідролізу. В основі цього виду биоповреждения, званого біокорозії, лежать електрохімічні процеси корозії металів під дією мікроорганізмів.
Характер процесів і механізмів біопошкоджень та їх вплив на матеріали та вироби тісно пов'язані з ростом і розмноженням організмів, яким необхідно постійно поповнювати енергію від зовнішніх джерел.
Біофактор як джерело биоповреждения.
Переважна більшість (від 50 до 80%) ушкоджень ЕС зумовлено впливом на них мікроорганізмів (бактерій, пліснявих грибів і ін), розвиток і життєдіяльність яких визначаються зовнішніми впливають чинниками: фізичними (вологість і температура середовища, тиск, радіація і т.д. ), хімічними (склад і реакція середовища, її окислювально-відновні дії), біологічними. Найбільший вплив на активність мікроорганізмів надають температура і вологість.
Бактерії - найчисленніша і поширена група мікроорганізмів, що мають одноклітинне будову. Бактерії швидко розмножуються і легко пристосовуються до мінливих фізичних, хімічних і біологічних умов середовища завдяки тому, що вони можуть адаптивно утворювати ферменти, необхідні для трансформації поживних середовищ. Одна з особливостей мікроорганізмів-їх здатність до спороутворення. Освіта спір у бактерій не пов'язано з процесом розмноження, а служить пристосуванням до виживання в несприятливих умовах зовнішнього середовища (нестачі поживних речовин, висушуванні, зміні рН середовища і т. д.), причому з однієї клітини формується тільки одна спору. Розмноження бактерій здійснюється шляхом ділення клітин.
Пліснява, що грають домінуючу роль серед мікроорганізмів, відрізняються від бактерій складнішою будовою. Клітини грибів мають витягнуту форму і нагадують нитки - гіфи. Гіфи гілкуються і переплітаються, утворюючи міцелій або грибницю. Особливість грибів - різноманітність способів їх розмноження: обривками міцелію, суперечками, оідіямі, конідіями. Оптимальними умовами для розвитку більшості цвілевих грибів є висока вологість (понад 85%), температура +20 ... 30 ° С і нерухомість повітря. Велику роль при заселенні матеріалів бактеріями і грибами відіграє здатність суперечка адсорбуватися на гладкій поверхні.
Дія мікроорганізмів на матеріали та елементи ЕС пояснюється тим, що завдяки мікроскопічним розмірам гіфи і суперечки проникають в поглиблення і тріщини матеріалу, проростають у них, утворюючи міцелій, який, швидко поширюючись по субстрату, викликає зміна маси, водопоглинання і ступеня гідрофобності. Обростання мікроорганізмами залежить від хімічного складу і будови матеріалу, мікрофлори навколишнього середовища, наявності забруднень (органічних і неорганічних) в повітрі, кліматичних умов і вибірковості дії спільнот організмів. У першу чергу вражають гриби матеріали, що містять живильні для них речовини. Це тканини з натуральних волокон, білкові клеї, вуглеводні, пластмаси, фарби, залишки флюсів, розчинників та ін Використовуючи ці матеріали в якості джерел вуглецю та енергії, гриби приводять їх в непридатність. Однак псування піддаються і матеріали, що не містять ніяких поживних речовин, наприклад розростання міцелію на поверхні оптичного скла. Після видалення грибного нальоту на склі залишаються сліди, що нагадують міцелій, - «малюнок травлення». - Це наслідок руйнування скла продуктами метаболізму, з яких найбільш агресивними є органічні кислоти (лимонна, оцтова, щавлева, винна, яблучна і ін.)
Органічні кислоти та інші метаболіти, володіючи високою провідністю, можуть бути основною причиною зниження питомих поверхневого і об'ємного опорів матеріалів, напруги пробою, збільшення тангенса кута діелектричних втрат, руйнування лакофарбових покриттів. Ці кислоти, як зазначалося, стимулюють корозію металів, яка завдає не меншої шкоди, ніж бактерії.
Під впливом цвілі значно зростає інтенсивність старіння пластмас, а міцність деяких склопластиків знижується на 20 ... 30%.
Розвиток пліснявих грибів на електроізоляційних матеріалах погіршує їх діелектричні властивості. Освіта цвілі на поверхнях друкованих плат внаслідок високого вмісту вологи в клітинах грибів (до 90%) призводить до коротких замикань між струмоведучими частинами. Дослідження в електронній промисловості показали, що 45% готових ІС містять спори цвілевих грибів 19 видів. Джерелами їх є руки робітників, технологічні середовища і повітря в приміщеннях. Заростання ІС колоніями «чорної цвілі» дає 40,7% шлюбу. Застосування гарячих операцій на початкових стадіях технологічного процесу значно зменшує число колоній. Сприятлива дія робить і аерація повітря у виробничих приміщеннях.
Серед комах найбільшу шкоду завдають терміни - «білі мурашки», які ушкоджують матеріали та вироби, розташовані на шляху до їжі, місцем окукліванія та будівництва гнізд. Наявність щілин, зазорів та інших укриттів може залучати комах. Шорстка поверхня зручна для їх пересування. На холодні предмети комахи не сідають, а теплі їх залучають. Терміти спочатку вигризають у матеріалі невеликі порожнини, потім їх обживають, викликаючи біозасореніе і біоуражень виробів.
Руйнувань зазнають, перш за все, целлюлозосодержащіе (дерево, картон, папір) і м'які синтетичні матеріали і вироби з пінополіуретану, губчастого поліетилену, пінополістиролу, фенопластов з целюлозними наповнювачами, полівінілхлоридних трубок, гуми на основі натурального каучуку, склопластика на основі ЕДМ-2-2 , склотканини, просоченої клеєм БФ-2, і т.д. Великі скупчення комах часто служать причиною коротких замикань і інших порушень роботи ЕС.
Серед інших видів комах найбільш небезпечні моль (пошкоджує натуральні та штучні тканини), жуки-кожеед (руйнують кабелі та покриття), мурашки (засмічують і забруднюють вироби).
Гризуни завдають в основному механічні пошкодження, що викликають обриви, замикання та порушення герметизації. У СРСР відомо близько 140 видів гризунів, з яких найбільшої шкоди завдають сіра, чорна, пластінчатозубая і туркестанська щури, хатня, польова, лісова і азіатська миші, білки, бобри, ондатри, кроти, сліпаки, зайці. Гризуни ушкоджують різні прилади, тару і упаковку, теплоізоляційні матеріали, гумотехнічні вироби, плівки, кабель і т. д. Крім прямого знищення сировини, матеріалів, виробів гризуни забруднюють їх екскрементами, вовною.