Биологические воздействия

Биологические воздействияопределяются совокупностью воздействующих биологических факторов. Биологический фактор (биофактор) – это организмы или их сообщества, вызывающие нарушение работоспособного состояния объекта. Событие выхода какого-либо параметра ЭУ под действием биофактора за границы, указанные в ТД, называют биологическим повреждением (биоповреждением).

Виды биоповреждений разделяют на четыре типа:

1) механическое разрушение при контакте организмов с ЭУ;

2) ухудшение эксплуатационных параметров;

3) биохимическое разрушение;

4) биокоррозия.

Рис. Классификация биоповреждений

Механическое разрушение ЭУ вызывается макроорганизмами, имеющими размеры, сравнимые с габаритами изделий. Макроразрушение при контакте может произойти в результате столкновения, прогрызания и уничтожения изделия, например при столкновении птиц с самолетами и антенн радиолокационных станций, прогрызании материалов (крысами, зайцами, белками), а также открыточелюстными насекомыми (различными видами термитов и муравьев). Уничтожение материалов и изделий обычно происходит в процессе питания организмов.

Ухудшение эксплуатационных параметров вызывается биозагрязнением, биозасорением и биообрастанием. Биозагрязнением называют выделения организмов и продукты их жизнедеятельности, воздействие которых при смачивании водой или впитывания влаги воздуха приводит к изменению параметров ЭУ. Биозасорение связано с наличием спор грибов и бактерий, семян растений, частей мицелия грибов, помета, выделений организмов, отмирающих организмов. Биообрастание бактериями, грибами, водорослями, губками, моллюсками и другими организмами поверхностей ЭУ усиливает коррозию металлов. Биохимическое разрушение – широко распространённый, но наиболее трудно поддающийся изучению вид биоповреждений, т.к. вызывается в основном микроорганизмами. Этот вид разрушения разделяют на два подвида: биологическое потребление материалов в процессе питания микроорганизмов и химическое воздействие выделяющихся при этом веществ.

Биологическое потребление связано с предварительным химическим разрушением ферментами исходного материала, иногда только одного компонента (обычно высокомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора). Такое разрушение открывает путь физико-химической коррозии, приводит к ухудшению свойств материала и его механическому разрушению под действием эксплуатационных нагрузок. Химическое действие продуктов обмена повышает агрессивность среды, стимулирует процессы коррозии. Физико-химическая коррозия на границе материал – организм обусловлена воздействием амино- и органических кислот, а также продуктов гидролиза. В основе биоповреждения, называемого биокоррозией, лежат электрохимические процессы коррозии металлов под действием микроорганизмов. Характер процессов и механизмов биоповреждений и их влияние на материалы и изделия тесно связаны с ростом и размножением организмов, которым необходимо постоянно пополнять энергию от внешних источников.

Подавляющее большинство (50…80%) повреждений ЭУ обусловлено воздействием микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), развитие и жизнедеятельность которых определяются внешними факторами:

- физическими (влажность и температура среды, давление, радиация и т.д.),

- химическими (состав и реакция среды, её окислительно - восстановительные действия),

- биологическими.

Наибольшее влияние на активность микроорганизмов оказывают температура и влажность.

Бактерии– самая многочисленная и распространённая группа одноклеточных микроорганизмов. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся условиям среды т.к. они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для трансформации питательных сред. Например, "безвредные" в земных условиях бактерии трансформируются во вредные штаммы в условиях невесомости, постоянной температуры, влажности и др. на космических пилотируемых аппаратах. Одна из особенностей микроорганизмов – способность к спорообразованию. Образование спор у бактерий не связано с процессом размножения, а служит приспособлением к выживанию в неблагоприятных условиях внешней среды (недостатке питательных веществ, высушивании, изменении рН среды и т.д.), причемпричём из одной клетки формируется только одна спора. Размножение бактерий осуществляется путемпутём деления клеток.

Плесневые грибы отличаются от бактерий более сложным строением. Клетки грибов имеют сильно вытянутую форму и напоминают нити – гифы. Гифы ветвятся, образуя мицелий или грибницу. Многообразие питательных материалов, используемых грибками, обусловлено большим числом ферментов, катализирующих процессы разложения. Грибковые образования в процессе жизнедеятельности выделяют продукты обмена веществ, которые преимущественно состоят из органических кислот (щавелевой, муравьиной, угольной, лимонной), вызывающих коррозию металла или разложение электроизоляционного материала. Наиболее разрушительное воздействие плесневые грибы оказывают на изоляционные материалы, а также на канифоль и спиртоканифольные флюсы. Особенность грибов – разнообразие способов их размножения: обрывками мицелия, спорами, оидиями, конидиями. Оптимальные условия для развития плесневых грибов – высокая влажность (более 85%), температура +20..30°С°С и неподвижность воздуха. Большую роль при заселении материалов грибами играет способность спор адсорбироваться на гладкой поверхности.

действие микроорганизмов на материалы и элементы ЭУ. Благодаря микроскопическим размерам гифы и споры проникают в углубления и трещины материала, прорастают, образуют мицелий, который, быстро распространяясь, вызывает изменение массы, водопоглощения и степени гидрофобности. Обрастание микроорганизмами зависит от химического состава и строения материала, микрофлоры окружающей среды, загрязнений (органических и неорганических) в воздухе, климатических условий. В первую очередь грибы поражают материалы, содержащие питательные для них вещества. Это ткани из натуральных волокон, белковые клеи, углеводороды, пластмассы, краски, остатки растворителей и др. Используя эти материалы в качестве углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Однако порче подвергаются и материалы, не содержащие никаких питательных веществ (разрастание мицелия на поверхности оптического стекла – после удаления грибного налёта на стекле остаются следы, напоминающие мицелий, – "рисунок травления"). Это следствие разрушения стекла продуктами метаболизма; наиболее агрессивными являются органические кислоты (лимонная, уксусная, щавелевая, винная, яблочная и др.). Органические кислоты и другие метаболиты, обладая высокой проводимостью, могут быть основной причиной снижения удельных поверхностного и объёмного сопротивлений материалов, напряжения пробоя, увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, разрушения лакокрасочных покрытий. Эти кислоты также стимулируют коррозию металлов.

Под влиянием плесени возрастает интенсивность старения пластмасс, прочность стеклопластиков снижается на 20…30%. Развитие плесневых грибов на электроизоляционных материалах ухудшает их диэлектрические свойства. Высокое содержание влаги в клетках грибов (до 90%) приводит к коротким замыканиям между токоведущими частями. Источниками спор плесневых грибов являются руки рабочих, технологические среды и воздух. Применение горячих операций на начальных стадиях технологического процесса значительно уменьшает число биоповреждений. Благоприятное действие оказывает аэрация воздуха в производственных помещениях.

Насекомые повреждают материалы и изделия, расположенные на пути к пище, месту окукливания и строительства гнезд. Щели, углубления и другие укрытия привлекают насекомых. Шероховатая поверхность удобна для их передвижения. На холодные предметы насекомые не садятся, теплые их привлекают. Насекомые сначала выгрызают в материале небольшие полости, затем их обживают, вызывая биозасорение и биозагрязнение изделий. Разрушениям подвергаются, прежде всего, целлюлозосодержащие (дерево, картон, бумага) и мягкие синтетические материалы, изделия из пенополиуретана, фенопластов с целлюлозными наполнителями, поливинилхлоридных трубок. Большие скопления насекомых часто служат причиной коротких замыканий. Из других видов насекомых наиболее опасны моль (повреждает натуральные и искусственные ткани), жуки-кожееды (разрушают кабели и покрытия), муравьи (засоряют и загрязняют изделия).

Грызуны наносят механические повреждения, вызывающие обрывы, замыкания и нарушения герметизации. В республиках бывшего СССР насчитывалось около 140 видов грызунов – наибольший вред причиняют серая, черная, пластинчатозубая и туркестанская крысы, домовая, полевая, лесная и азиатская мыши, белки, бобры, ондатры, кроты, слепыши, зайцы. Грызуны повреждают приборы, тару и упаковку, теплоизоляционные материалы, резино- технические изделия, пленкиплёнки, кабель и т.д. Помимо прямого уничтожения сырья, материалов, изделий грызуны загрязняют их экскрементами, шерстью, материалом гнездгнёзд, остатками пищи.