Биологические воздействия, в которых находятся ЭС, определяются совокупностью воздействующих биологических факторов.

Биологический фактор (биофактор) — это организмы или их сообщества, вызывающие нарушение работоспособного состояния объекта. Событие, состоящее в выходе какого-либо параметра ЭС под действием биофактора за границы, указанные в НТД, называют биологическим повреждением (биоповреждением).

Анализ биоповреждений позволяет выделить их основные виды:

• механическое разрушение при контакте организмов с РЭСИ;

• ухудшение эксплуатационных параметров;

• биохимическое разрушение;

• биокоррозия.

Механическое разрушение РЭСИ вызывается в основном макроорганизмами, т.е. организмами, 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 антеннами радиолокационных станций, прогрызания материалов грызунами (крысами, зайцами, белками, слепышами и др.), а также открыточелюстными насекомыми (главным образом различными видами термитов и муравьев). Уничтожение материалов и изделий происходит в основном в процессе питания организмов.

Ухудшение эксплуатационных параметров РЭСИ вызывается биозагрязнением, биозасорением и биообрастанием. Биозагрязнением называют выделения организмов и продукты их жизнедеятельности, воздействие которых в результате смачивания водой или впитывания влаги из воздуха приводит к изменению параметров изделий. Биозасорение РЭСИ связано с наличием спор грибов и бактерий, семян растений, частей мицелия грибов, помета птиц, выделений организмов, отмирающих организмов. Обрастание бактериями, грибами, водорослями, губками, моллюсками и другими организмами поверхностей РЭСИ усиливает коррозию металлов.

Биохимическое разрушение — наиболее широко распространенный вид биоповреждений, но вместе с тем и наиболее трудно поддающийся изучению, так как вызывается в основном микроорганизмами — любыми организмами, имеющими микроскопические размеры и не видимыми невооруженным глазом. 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 низкомолекулярного соединения, например пластификатора, стабилизатора). Такое разрушение открывает путь физико-химической коррозии, приводит к ухудшению термодинамических 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 этого вида 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.

1.1. Биофактор как источник биоповреждения

Подавляющее большинство (от 50 до 80 %) повреждений РЭСИ обусловлено воздействием на них микроорганизмов (бактерий, плесневых грибов и др.), развитие и жизнедеятельность которых определяются внешними воздейству­ющими факторами: физическими (влажность и температура среды, давление, радиация и т.д.), химическими (состав и реакция среды, ее окислительно-восстановительные действия), биологическими. Наибольшее влияние на активность микроорганизмов оказывают температура и влажность.

Бактерии — самая многочисленная и распространенная группа микроорганизмов, имеющих одноклеточное строение. Бактерии быстро размножаются и легко приспосабливаются к изменяющимся физическим, химическим и биологическим условиям среды благодаря тому, что они могут адаптивно образовывать ферменты, необходимые для трансформации питательных сред. Одна из особенностей микроорганизмов — их 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.), причем из одной клетки формируется только одна спора. Размножение бактерий осуществляется путем деления клеток.

Плесневые грибы, играющие доминирующую роль среди микроорганизмов, отличаются от бактерий более сложным строением. Клетки грибов имеют сильно вытянутую форму и напоминают нити — гифы. Гифы ветвятся и переплетаются, образуя мицелий или грибницу.

Особенность грибов — разнообразие способов их размножения: обрывками мицелия, спорами, оидиями, конидиями. Оптимальными условиями для развития большинства плесневых грибов являются высокая влажность (более 85%), температура +20 .30 °С и неподвижность воздуха. Большую роль при заселении материалов бактериями и грибами играет способность спор адсорбироваться на гладкой поверхности.

Действие микроорганизмов на материалы и элементы РЭСИ объясняется тем, что благодаря микроскопическим размерам гифы и споры проникают в углубления и трещины материала, прорастают в них, образуя мицелий, который, быстро распространяясь по субстрату, вызывает изменение массы, водопоглощения и степени гидрофобности. Обрастание микроорганизмами зависит от химического состава и строения материала, микрофлоры окружающей среды, наличия загрязнений (органических и неорганических) в воздухе, климатических условий и избирательности действия сообществ ор­ганизмов. В первую очередь грибы поражают материалы, содержащие питательные для них вещества.

Используя эти материалы в качестве источников углерода и энергии, грибы приводят их в негодность. Однако порче подвергаются и материалы, не содержащие никаких питательных веществ, например разрастание мицелия на поверхности оптического стекла. После удаления грибного налета на стекле остаются следы, напоминающие мицелий, - «рисунок травления». Это следствие разрушения стекла продуктами метаболизма.

Органические кислоты и другие метаболиты, обладая высокой проводимостью, могут быть основной причиной снижения удельных поверхностного и объемного сопротивлений материалов, напряжения пробоя, увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, разрушения лакокрасочных покрытий.

Под влиянием плесени значительно возрастает интенсивность старения пластмасс, а прочность некоторых стеклопластиков снижается на 20-30 %. Развитие плесневых грибов на электроизоляционных материалах ухудшает их диэлектрические свойства. Образование плесени на поверхностях печатных плат вследствие высокого содержания влаги в клетках грибов (до 90 %) приводит к коротким замыканиям между токоведущими частями.

Применение горячих операций на начальных стадиях технологического процесса значительно снижает число колоний. Благоприятное действие оказывает и аэрация воздуха в производственных помещениях.